百年之椅 · 一章

两个三角形

温迪坐下来,就把问题找了出来。她前倾时,我能看到后脚滑动,座面也跟着变形。对她说椅子没问题,并不能让它停止移动。我必须改点什么。

椅腿向前后两个方向倾斜。受力时,它们朝外蹬住地面,而地面得提供足够的摩擦,才能把椅脚固定住。身体前倾,会压弯前腿,把重量从后脚上卸去。后脚上的重量一少,可供它抵抗滑移的摩擦也就跟着少了。

板条椅的侧视图,黑色标注指出后脚滑移、前腿弯曲,以及座面前端的挠曲。
我想制止的那些移动:座面变形,前腿弯曲,一只轻载的后脚可能滑移。箭头标出这些移动;这幅图并不表示它们的大小。

橡胶脚垫是最显而易见的一招。早在做上一个版本时,我和机器就已经讨论过它们。我当时回了一句:"依赖这些橡胶脚垫算不上传家之物的策略……脚垫来来去去。"

传家之物?几天前,我还只是想把一堆边角料用掉。从那堆料,到一把我喜欢到愿意拍照发给儿子们的椅子,不知在哪一步,我已经开始设想一件也许能比我更长久的东西。如今,连一块橡胶垫也得对这份心气有个交代。它会磨损,会脱落,而我不愿让这把椅子的稳固,取决于有没有人去找来替换件。我想让结构本身把椅脚固定住。

设想你双脚张开站在冰面上,眼看就要滑倒,这时在你两只脚踝之间系上一根绳子。那股向外的拉力就由绳子承担,而不必指望冰面去抵抗它。在椅子里,一根连接两脚的棍子能干这活。这根棍子叫作受拉构件。两条腿加上一个受拉构件,就能组成一个三角形。

一想到三角形,彼得·格罗夫的声音就回到了耳边。他是我儿子杰米的小学科学老师,在费城郊外的中央贵格学校教了三十年书。他的课上放飞过热气球,也带孩子们蹚过溪流。孩子们曾用自己搭起的滑轮系统,把他的汽车拉上山坡。等课讲到结构和桥梁时,他的全部信条浓缩成一个词,像咒语一样念出来:三角形。

彼得于 2026 年 5 月 6 日去世,离这个项目开始还有几个月。他没能见到这把椅子。我最好的那些椅子里,都藏着他的三角形。

彼得那句咒语的道理,用四根木棍就能看明白。把它们在一个正方形的四角用销钉连起来,你无需弄断任何一根,就能把这正方形推成一个平行四边形。那几个角只是转动而已。加一条对角线,就把正方形分成了两个三角形。此时,各角要转动,就非得有某根构件被拉长或缩短,或者让某个连接松动不可。

一副未加支撑的框架,静止状态为灰色,被推向一侧的状态为彩色,各角正在转动。
未加支撑的框架发生的侧向移动。灰色轮廓是它的起始位置;彩色构件显示各角转动时的倾斜。

工程师把这种折叠式的移动称为侧向错动。当有人挪动身体、向后靠,或翘起两条腿去够东西时,椅子就会遇到它。要是那些连接仍然任由框架折叠,把椅腿加粗也帮不上多少忙。

三角形并非唯一的答案。几个月后,在走向办公室的路上,我注意到一把 Fyrn 凳子,它的金属连接件把另一种做法展现得格外清楚。设计者没有添加对角线,而是让各角抵抗转动。里特维尔德靠宽大的搭接板和许多螺丝对付过它。而对于我手头这些细窄的构件,我想看看三角形能做到什么。

复制授权待定;Karl 将自行拍摄或取得授权以作替换
另一种抵抗侧向错动的办法:Fyrn 的金属连接件约束各角处的转动。占位图像;仍需取得复制授权。

8 月 5 日那天晚上,我和机器就框架的图纸来回商量。最初几步都离我已经做出的那把椅子不远。要是前腿立得更直些、与靠背平行呢?要是后腿的斜度也跟着变呢?每改一处,都会移动那些交点,也改变把板子连在一起的那个连接件。

接着,我提议把座面和靠背夹在两副侧框架之间。那个连接件胀成了一整块带腿的宽板,一个支架。它开始有点像农机了。我看得出这块面板也许能止住那种移动,可我这是在往一把椅子里重新塞回大量胶合板,而我本是一直在把它精简成细窄的木条的。

"既然要这么干,"我写道,"那干脆在前后腿之间、离地 150 毫米处放一块水平的搁板。其实整个东西就变成一个桁架了……不用连接件。"

桁架就是用三角形加撑的框架。我要找的,是让椅子那些寻常部件自己来承担加撑,而不是靠加装大块连接件去撑住各角。那块搁板,正是两脚之间那个受拉构件的又一种版本。它还给了我在图纸里另一个可供挪动的东西。

要是让那块搁板倾斜起来,与靠背底端相交于后腿所在的同一点呢?三根构件会在一个节点处相交。我请机器把它画出来。随后,我又看到了一步棋:

"把后腿一直通到座面。前腿在与后腿相交成 T 形处就终止。瞧。两个三角形。"

从我提议改变前腿斜度算起,不过一个多小时。我并不是靠计算一路直达这个布置的。我提出一个形状,看看图,问它会怎么样,再提出另一个。三角形给了我一个有用的方向,却没有替我规定出这把椅子。

这个布置,比我那天晚上摸索到它的路线要好懂。先从座面和靠背说起,它们相交于我为坐姿选定的一百度夹角。在靠背顶端与座面前缘之间加一根斜撑,能围出一个三角形,可它也会从人身上穿过去。那就改为把靠背向下延伸到座面以下。底下的一条对角线,就能在不占用坐者空间的前提下把三角形闭合。

那个上方的三角形还缺腿。把它的对角线延伸到地面,它就既是后腿,又是那根斜撑。再添一条前腿和一个低处的受拉构件,与对角线在另一侧相交,第二个三角形就出来了。一根长构件,两个三角形都靠它。

五个阶段,依次展示座面与靠背、一根横穿坐者空间的斜撑,以及坐者下方两个三角形的生成过程。
一种在找到这个布置之后去理解它的办法。第一根斜撑横穿坐者的空间;把靠背向下延伸到座面以下,就在底下腾出了放一个三角形的地方。把对角线延伸到地面,再添一条前腿和一个受拉构件,便生成第二个三角形。

即便到了这一步,仍然有选择。前腿可以与对角线成直角相交,这会简化一个接头。我先要了那个版本,接着又想看看前腿与靠背平行、低处受拉构件与座面平行的样子。"那个相当好看,"我写道。

把两个三角形做成大小、形状都相同,也就是全等,就得到了那些平行的成对关系。它们分处那根长对角线的两侧,长边彼此重叠。从侧面看,每一根短构件都有一个指向相同的搭档。我喜欢这种重复。我也喜欢只需要一组角,而不是每个角都不一样。

两个全等三角形分处一根共用对角线的两侧,其延伸部分构成座面、靠背与双脚。
把上面的三角形转过半圈,再沿对角线平移,就得到下面那个。靠背平行于前腿;座面平行于低处的受拉构件。它们的长边沿同一根连续构件彼此重叠。

第二天早上,我要看一个角度为 40 度、61 度和 79 度的版本。随后我又问,若改用 40 度、60 度和 80 度,我们要付出什么代价。"我知道这是在画蛇添足,"我写道,"可除了这里,我们还能上哪儿去纵容这种执念呢?你做任何一件事的方式,就是你做每一件事的方式。"

我选了 40 度、60 度和 80 度。到那时,我是在一些彼此已经足够接近的形状之间挑选,接近到一度之差也值得画一张图。第一性原理帮我找到了一片有希望的街区。可要找到我想住进去的那栋房子,还得四处多看。没有哪一个计算能告诉我,我究竟该有多喜欢那些平行线。

8 月 8 日,我另开了一条支线。疫情期间,我在纳帕用旧葡萄酒桶做过家具。比起我用它做出来的那把椅子,我更喜欢那橡木本身。如今我想知道,那些弧线放进双三角形的布置里,会是什么样子。

"我们不怕绕一小段路,对吧?这只是比特,不是原子,"我写道,随后便问:要是那些细窄的构件顺着葡萄酒桶板条的弧线走,会怎么样。

"绕进法国橡木,根本算不上什么弯路,"机器答道。

图纸把构件在各连接之间弯成弧形。我先试着保留熟悉的接头角度,再把一些弧线反转过来。在我喜欢的两个版本里,那些弧线朝同一个方向扫去,给了椅子一种动势。我能想象,等我有了合适的连接件时,会做一把这样的。眼下我写道:"这条支线我们暂且就收到这里吧。"

这番交流用了不到四十分钟。我一块橡木都没锯。单凭那些图纸,就足以看出一种值得留存的可能,而我也能回到那把直边的椅子,不必假装那把带弧线的是个错误。

到那时,这个项目已经产出了好几十个版本。有的改变了椅子承重的方式;有的只是改了一个斜度、一个节点,或者它的样子。图纸让比较变得廉价。它们却没有替我免去选择要造哪一把的责任。

二十四幅同一比例的椅子侧视图,从早期的坐姿包络到双三角形设计。
同一比例下设计的二十四个状态。灰色区域表示连接彩色构件的连接件或面板。第三行里,前腿先是与对角线相交成 T 形;下一个版本加上了那根低处的黑色受拉构件,闭合了第二个三角形。这些是侧视示意图,不是接头详图。

做第一个足尺的双三角形时,我想要一个快答案。我提议把胶合板部件的端头按相交的角度切好,再用排钉钉在一起。"这是个一百小时的方案,不是一百年的方案,"我写道。

装配可不止用到排钉。我先用瞬干胶固定住一个接头,钉进一根排钉,把整个组件校正到与尺寸相符,再多钉几根。最后,为求稳妥,我在所有接头里都上了螺丝。做出来的,又是一把黑色覆膜胶合板椅子,这一回,两个三角形在它的侧面清晰可见。

一把黑色覆膜胶合板的足尺椅子,两个三角形的侧框开口共用一根长对角线。
用胶合板实现的双三角形布置。第一件原型先用瞬干胶和排钉装配,再用螺丝加固。

8 月 13 日,我把我的报告发给机器:"今天锯了好多木屑。双三角形设计得到强力验证。感觉非常结实。"

在同一条消息里,我还有个问题:想在一把我以为只能切到四十五度的锯上,切出一个五十度的斜角。我找到了一个自己喜欢的布置,第一把椅子也感觉扎实。而要让它的接头可靠地对上设计里的那些角度,还得占去我好一阵子。


Notes

《百年之椅》中的一章,公开地起草并打磨。同样的文字也在书中;互动工具与附有完整来源的技术笔记在此。主页 · 这本书 · 技术笔记 · hundredyearchair.com