木質(zhì)樓梯的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李研熙 李 鵬*

(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

木質(zhì)樓梯的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李研熙 李 鵬*

(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

將木質(zhì)樓梯按照結(jié)構(gòu)拆分進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，探究了木質(zhì)樓梯中材料與功能關(guān)系，并對(duì)各個(gè)模塊之間的連接方式進(jìn)行了研究，為木質(zhì)樓梯的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供參考。

木質(zhì)樓梯，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模塊化

在國(guó)外，家具模塊化設(shè)計(jì)的理念最早出現(xiàn)于歐洲。模塊化設(shè)計(jì)是由不同功能的模塊經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化連接和組成的設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展，模塊化設(shè)計(jì)已在國(guó)外的家具設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。隨著我國(guó)人民生活水平的提高，居民對(duì)居住環(huán)境的要求也逐步提高，我國(guó)的木制品市場(chǎng)也迎來(lái)了新的局面，而木質(zhì)樓梯則逐漸成為其中的一個(gè)重要方面。將模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用于木質(zhì)樓梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使木質(zhì)樓梯的設(shè)計(jì)生產(chǎn)更加標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化，產(chǎn)品規(guī)格趨于規(guī)范。

1 模塊化的結(jié)構(gòu)組成

本研究的木質(zhì)樓梯模塊化結(jié)構(gòu)組成包括踏板、扶手、立柱、側(cè)板、中心圓柱、風(fēng)格特征裝飾件及連接件七類模塊，其主要模塊如圖1所示。

1.1 踏板

踏板通常是指在樓梯的行走路線中被踩踏的部分。踏板作為樓梯的重要組成部分，其基本要求是防滑、穩(wěn)固，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上必須遵循安全原則。在住宅中，踏板可以是水平的踏板(見圖2)，也可以是水平的板和立板共同組成的(見圖3)。因此可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)為兩組模塊。踏板作為承重和經(jīng)常被腳踩的模塊，在選材上就要選擇強(qiáng)度高并且具有耐磨性的木質(zhì)材料，可以選擇實(shí)木，因?yàn)槠鋸?qiáng)度可以保證踏板的功能得以實(shí)現(xiàn)，在其表面進(jìn)行透明的涂飾不僅可以提高耐磨程度，同時(shí)能顯示出木材天然的紋理美感；可以選擇水平粘合的實(shí)木板、白蠟?zāi)救习寤蛘呤菓?yīng)用較為普遍的復(fù)合板，但是要注意的是如果踏板是貼面粘合，其粘合厚度是有要求的，硬質(zhì)木材的粘合厚度必須達(dá)到2.5 mm，軟質(zhì)木材的粘合厚度需達(dá)到5 mm，接頭處的粘合厚度必須達(dá)到6 mm。目前市場(chǎng)上最為便宜的貼面粘合木制材料就是碎木壓合板，但是必須是符合強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求；也可以選擇指接材，指接材有較高的力學(xué)強(qiáng)度，其平面抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度以及抗沖擊強(qiáng)度要優(yōu)于人造板材，并且具有易裝飾處理的特點(diǎn)，可以滿足模塊化木質(zhì)樓梯多種配色方案的需要。

1.2 扶手

扶手，顧名思義為上下樓梯過(guò)程中用以手扶以保持身體穩(wěn)定。由于扶手的主要功能是輔助行走，那么在設(shè)計(jì)其形狀時(shí)需要考慮到手感的舒適程度。扶手模塊可按照其橫截面形狀的不同分為圓形截面扶手模塊(見圖4)、方形截面扶手模塊(如圖5所示)以及蘑菇形截面扶手模塊(如圖6所示)等。在L形和U形樓梯中[2]，還需要轉(zhuǎn)角模塊來(lái)起到轉(zhuǎn)變扶手方向的作用，可根據(jù)不同類型的樓梯來(lái)選擇轉(zhuǎn)角模塊。扶手作為輔助行走的模塊，在選材上除了符合基本的強(qiáng)度要求還應(yīng)考慮到手感和視覺效果。在木質(zhì)樓梯中，扶手的材料大多采用實(shí)木，如橡木、山毛櫸、柚木、樟子松等，橡木質(zhì)地堅(jiān)硬，櫸木在蒸汽下易彎曲，可根據(jù)不同材料的特點(diǎn)進(jìn)行加工。實(shí)木的觸摸手感是其他材料所不能比擬的。在視覺上也可以給人以堅(jiān)固牢靠，溫暖舒適的享受。另外，木質(zhì)復(fù)合材料也是很好的選擇，可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行涂飾成多種色彩，比如現(xiàn)代風(fēng)格的木質(zhì)樓梯中可以涂飾成白色，以達(dá)到純凈簡(jiǎn)單的外觀風(fēng)格。尤其在有老人和小孩的住宅中，扶手應(yīng)該選擇木質(zhì)材料，因?yàn)槟举|(zhì)材料可以給予使用者更多的安全感。

1.3 立柱

立柱是銜接木質(zhì)樓梯級(jí)面和扶手的支承柱，在木質(zhì)樓梯護(hù)欄中起到非常重要的作用。立柱的模塊化設(shè)計(jì)主要可從其橫截面的形狀入手，可分為圓形截面立柱模塊和方形截面立柱模塊。造型較為復(fù)雜的立柱還可以將立柱分解為子模塊，選擇不同形式的子模塊利用圓榫結(jié)合等方式進(jìn)行拼接即可形成新的立柱模塊(見圖7)，圖7中的立柱是由四個(gè)子模塊組成，使用者可根據(jù)自己的需要進(jìn)行組裝和拼接成為新的立柱。在木質(zhì)樓梯中，立柱的材質(zhì)選擇比較多樣化，可以是木制、鐵質(zhì)、不銹鋼、鋁合金等。通常根據(jù)樓梯的整體設(shè)計(jì)風(fēng)格選擇合適的材質(zhì)，在歐式木質(zhì)樓梯中，金屬作為材質(zhì)的立柱較為常見，因?yàn)榻饘倏梢宰龀鲚^為復(fù)雜的花紋和圖案，色彩也可以根據(jù)需求進(jìn)行加工成仿古的顏色或者銅和鐵本身的顏色。以金屬為材質(zhì)的立柱不僅可以完成其功能，也可以作為樓梯中的重要裝飾，同時(shí)價(jià)格相對(duì)不高，易加工。

1.4 側(cè)板

在木質(zhì)樓梯中，側(cè)板是與踏板呈90°垂直的位于踏板兩側(cè)的板件(見圖8)，并不是所有的木質(zhì)樓梯都具有側(cè)板，即圖8中深灰色部分。側(cè)板的模塊相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要需要考慮的就是其長(zhǎng)度規(guī)格。在使用的過(guò)程中，樓梯的高度和坡度與側(cè)板模塊息息相關(guān)，比如在挑高5 m左右的LOFT式住宅中，按照每級(jí)臺(tái)階的高度為160 mm，樓梯的長(zhǎng)度則在4 m左右，而側(cè)板模塊則因?yàn)槭芟抻谌嗽彀宓呢?fù)幅面規(guī)格最大長(zhǎng)度為2.4 m左右，因此需要裁鋸和拼接才能達(dá)到要求。

1.5 中心圓柱

中心圓柱是螺旋形樓梯中重要的結(jié)構(gòu)模塊(見圖9，圖10)，在螺旋形樓梯中，樓梯的踏板圍繞著中心圓柱鋪設(shè)，中心圓柱模塊的規(guī)格和尺寸與樓梯的高度以及空間的大小息息相關(guān)。

1.6 風(fēng)格特征裝飾件

風(fēng)格特征裝飾件是木質(zhì)樓梯結(jié)構(gòu)中非常重要的模塊，因?yàn)檠b飾件對(duì)樓梯的整體風(fēng)格和外觀影響較大。裝飾件可以按照材料分為金屬裝飾件模塊、塑料裝飾件模塊和石膏裝飾件模塊等等，根據(jù)每種材質(zhì)的特點(diǎn)來(lái)打造不同的樓梯形態(tài)；還可以根據(jù)風(fēng)格分為現(xiàn)代風(fēng)格裝飾件模塊以及具有濃郁歐式風(fēng)情的歐式風(fēng)格裝飾件等。裝飾件模塊見圖11。風(fēng)格裝飾件可以根據(jù)需要選擇木質(zhì)材料、金屬、玻璃、塑料以及石膏等材質(zhì)。木質(zhì)裝飾件具有天然紋理，自然美觀；金屬裝飾件造型多樣，可搭配出或時(shí)尚或復(fù)古的風(fēng)格；玻璃裝飾件則勝在給人以潔凈感，創(chuàng)造靈動(dòng)的裝飾風(fēng)格；塑料作為新興的裝飾材料在顏色上可有多種選擇，價(jià)格低廉；石膏可塑性強(qiáng)，耐磨性高，同時(shí)作為一種防火材料，適宜應(yīng)用在木質(zhì)樓梯中。

2 模塊間的連接形式

2.1 踏板與側(cè)板的連接

在木質(zhì)樓梯中，踏板與側(cè)板的連接通常采用偏心輪連接件，由于踏板是主要承重的部分，所以要采用重型偏心輪連接件，在強(qiáng)度上要符合承重的安全要求(見圖12，圖13)。

2.2 踏板與立板的連接

踏板與立板的連接因?yàn)閺?qiáng)度要求不高，所以可以根據(jù)材料特點(diǎn)采用圓榫進(jìn)行連接，在立板上開出榫頭，然后與踏板連接在一起(見圖14)。

2.3 側(cè)板與上層樓板的連接

在木質(zhì)樓梯的連接中，側(cè)板與上層樓板的連接是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)椴粌H涉及到樓梯的美觀性，更是關(guān)系到樓梯的安全性。側(cè)板與上層樓板的連接可以采用一種類似角鋼的金屬連接件，在上層樓板上鉆孔，放入金屬膨脹螺栓，然后將金屬連接件與上層樓板采用螺栓的方式連接在一起，將側(cè)板裁成合適的形狀放入金屬連接件中，先鉆孔然后再將側(cè)板與金屬連接件連接在一起，這樣就達(dá)到了與上層樓板連接的目的(見圖15，圖16)。

值得注意的是在側(cè)板簡(jiǎn)化為金屬柱的樓梯中(見圖17)，金屬柱與上層樓板的連接至關(guān)重要，因?yàn)檎w樓梯的承重點(diǎn)都在最上面一級(jí)的金屬柱與上層樓板之間的連接處，所以通常在上層樓板上鉆孔，然后埋入金屬膨脹銷，再將金屬柱與上層樓板采用連接件的方式連接在一起(見圖18，圖19)，不僅穩(wěn)定且可以滿足安全強(qiáng)度要求。在實(shí)際生活中，也有很多的旋轉(zhuǎn)樓梯采用每隔五級(jí)的金屬柱落地的方式來(lái)承重，這樣就減少了最上一級(jí)金屬柱的承重壓力，是一種很好的方式。

2.4 踏板與中心圓柱的連接

中心圓柱作為螺旋形樓梯中的關(guān)鍵部件，踏板與中心圓柱的連接方式具有較高的強(qiáng)度需求。由于強(qiáng)度要求高，因此采用金屬連接件作為連接，圖20，圖21中所示的金屬連接件采用螺栓與中心圓柱和踏板連接在一起，與傳統(tǒng)的連接方式比起來(lái)更加美觀安全。另外，有一些中心圓柱是采用鋼架焊接結(jié)構(gòu)，外附彎曲膠合板包成柱狀制成。在這類中心圓柱中，可以在鋼架焊接時(shí)即計(jì)算好高度和角度直接焊接出上述形式的金屬連接件進(jìn)行與踏板的連接，不僅滿足了樓梯的安全性，還簡(jiǎn)化了工序，節(jié)約了成本。

3 結(jié)語(yǔ)

本文將木質(zhì)樓梯按照結(jié)構(gòu)拆分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，可分解成踏板模塊、扶手模塊、立柱模塊、側(cè)板模塊、中心圓柱模塊和裝飾件模塊，可分別根據(jù)其定義和功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)構(gòu)想。木質(zhì)樓梯中的材質(zhì)是根據(jù)每個(gè)結(jié)構(gòu)模塊的功能需要進(jìn)行應(yīng)用，踏板多采用木質(zhì)材料，立柱和裝飾件可選擇木質(zhì)材料也可以選擇金屬、玻璃、石膏等材料。木質(zhì)樓梯中的連接方式可以根據(jù)部件的功能要求分為偏心連接件、金屬連接件和螺栓連接等。

[1] 徐 碩.模塊化柜類家具的設(shè)計(jì)研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué),2012.

[2] 劉天杰.室內(nèi)樓梯設(shè)計(jì)資料集[M].天津：中國(guó)電力出版社,2006.

The modular design of the wooden stairs

Li Yanxi Li Peng*

(CollegeofMaterialScienceandEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040，China)

This article will follow the structure of the split wood staircase modular design, explores the connection between the wooden staircase function relationships in materials and modules for the design and production of wooden stairs provides a new concept.

wooden stairs, structural design, modular

1009-6825(2015)16-0025-03

2015-03-28

李研熙(1990- )，女，在讀碩士

李 鵬(1973- )，男，碩士生導(dǎo)師，教授

TU318

A