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【探究榫卯结构为何未在现代工业大规模应用】

好文分享2023-12-05 04:30:02
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这个问题在我的时间线非常非常久了,可能有几年,每次看到就觉得这个话题有点鸡同鸭讲,因为看了一些回答和评论,

要么就是说榫卯是属于旧时代的落后技术,卖卖情怀而已,现代工业压根就不需要这样的东西。

要么也有说榫卯是一种普适的智慧,不仅技术高深,甚至奥秘无穷,不用是因为还不懂。

当然也有不少表示,榫卯到底包括什么?金属五金就是榫卯的变种,等等对榫卯做偏差定义,导致最后结论千奇百怪的回答。

我就说,咱能不能就事论事。

首先,我做为一个家具设计师,尤其擅长的是实木家具设计,跟榫卯打了十几年交道的人,我用理性且现实的视角来评价。

榫卯是一个特定材料下的经验性技术。

这里面有两个关键词,第一个是:特定材料

我们知道榫卯是用在木建筑和实木家具上的材料连接稳固的方案,那实木材料是什么特性?

各向异性材料

具体的说,应该是正交异性材料,XYZ 轴分别代表了木材的径向,弦向和顺纹方向(轴向),同时在考虑材料使用的时候就会有三个面,径切面,弦切面和横截面。

【探究榫卯结构为何未在现代工业大规模应用】

我们听过一句话叫“立木顶千斤”就是因为木材在轴向的弹性模量很好,做个示意,松木在各个方面的弹性模量和剪切模量可以看下表。

材料密度ELERETG(LT)G(LR)G(TR)
 g/cm3MpaMpaMpaMpaMpaMpa
松木0.55162721103573676117266

大致可以算出弹性模量的各向比差不多是 100:10:5,这也是木建筑中考虑材料受力的一个大概算法。

【探究榫卯结构为何未在现代工业大规模应用】

在木建筑或家具中,榫卯的做法也是把重量传递到木柱上,这样能保证结构稳定的前提下,能节省材料,而梁的尺寸需要做成 1.5 比例的长矩形,很多时候可以发现大梁的用料比柱都大,也是因为各向异性的材料需要不同的考量。

【探究榫卯结构为何未在现代工业大规模应用】
【探究榫卯结构为何未在现代工业大规模应用】

比如家具的粽角榫,通常用在桌角结构,但是别看是个三通,换个方向用可不行,腿是腿,边是边,换个方向结构瞬间垮掉。

聊这个是因为,大量榫卯的设计和应用是针对木材这样的各向异性材料的特定用法,而不是针对现代工业里的各种塑料,树脂,金属这样的材料来设计的。

木材是天然材料,又是非均质材料,甚至会出现虫眼,结疤,新材老材,等等各种奇怪的材料特性,这在现代工业材料就是垃圾,因为会严重影响材料的性能发挥甚至于存在安全隐患。

现在常见的另一种各向异性的材料就是碳纤维,它有极高的材料强度与重量的比值,很多荷载和自重比要求比较高的情况下比金属要强得多,但是因为材料特性,要么直接做成一体式的,能有效增加整体强度。

【探究榫卯结构为何未在现代工业大规模应用】

要不然也只能通过五金件,套管的方式来组合。

【探究榫卯结构为何未在现代工业大规模应用】
【探究榫卯结构为何未在现代工业大规模应用】

本质上与春秋时期的木材连接五金套件没有区别。

所以第一个结论就是,

榫卯不是给现代材料设计的,尤其是金属。它能焊接,能铆接等,比起榫卯好用的多。


第二个关键词,

经验性技术

之前聊到大梁的 1.5 比例是宋代《营造法式》给的标准,实际上大家认为可以提得更高,来节省梁木建筑的用材问题,林徽因在《中国建筑常识》里也提到过。

【探究榫卯结构为何未在现代工业大规模应用】

说明实木材与榫卯的应用确实没有做过太多科学性的整理,基本上都是依赖经验总结,不管材料,温度,含水率等等条件,给出的建议都比较笼统,为了规制也好,造型也好,安全也好,木材的尺寸都给出了很大的旷量。

中国建筑里在钢结构的安全系数设计中,安全等级为一级或设计使用年限为 100 年及以上的结构构件,不应小于 1.1,这个是指设计钢材屈服强度是设计载荷弯曲正应力的比值。

而木结构的安全系数是 3.5-6。怎么形容呢?

“材料可劲用吧,我也不知道安不安全,这玩意没法算,但是量给够了总归好点。”

我理解木材的不确定性,但是确实没有办法做科学处理,或者说科学处理了也未必能事事算尽,比较是纯天然材料。

【探究榫卯结构为何未在现代工业大规模应用】

我平时做个定制柜子的榫卯设计与受力分析,材料属性也只能自己处理,去扒论文找弹性模量剪切模量,找泊松比,根本没有官方数据或有用的专业分析,包括不同材料的特点特征,我之前也是自己整理的,有兴趣可以去看看。

请问现在实木家具的木材优劣排名和实木家具品牌排名是怎样的?

总之,榫卯的这个现状,没有科学系统的研究和结论,是不可能大规模应用的,别说它想影响别的行业和材料,就算在实木圈,榫卯也并非首选。

也不是老祖宗发明的榫卯不好,而是很多人喜欢榫卯的就硬吹,就奉为国之瑰宝,崇古抑今,稍微改改就不认同,说点不足之处就哭爹喊娘说不尊重传统。不喜欢榫卯的说其糟粕,花里胡哨,不如打颗钉子。这都过于极端,不愿多争了。

第二个结论是:

要进步就得先知其不足,取之长处,用现代科学系统的办法去解决现代生活问题的方式来对待榫卯。

把榫卯当非遗的思想只会让它消失得更快。

完。


补充:

我需要总结一下我的结论,要不很多人还是误会我文章的初心。

与家具设计和实木制作打交道这么多年,以及我对榫卯的认知,毋庸置疑这是一个优良的实木工艺技术,只是它并非能适用到更宽泛的现代材料与工艺范畴。

而榫卯要想拓宽材料与场景界限,就应该科学获取其不同榫卯与实木结合的数据,做出相关场景的应用分析和统计数据。

这是我的观点和初心,谢谢。

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