桌椅设计概述.doc

第一节桌椅设计概述一、坐姿工作与座椅从生理学、解剖学等方面分析，坐姿有以下特点: 坐姿解除上身重量对两腿、足踝、膝、髋等关节的压力，减轻了全身及腿部肌肉的负荷，可降低体能量消耗。 腿部血管内静压降低，血液易于向心脏回流循环，能缓解疲劳。 有利于身体和情绪的安定，对脑力劳动、对非脑力型的精细操作、视觉作业更适宜。 使腿脚能参与操作，还能利用靠背发挥腿脚的蹬力。 不利方面操作范围、动作幅度小，双臂操作力小于立姿，增加了人体对于环境振动的敏感性等。瑞典整形外科医生阿克布罗姆的站与坐的姿势一书1948年问世，奠定了用人体解剖学理论指导座椅功能设计的基础。他还于1954年发表了座椅靠背曲线设计。二节坐姿生理解剖基础一、坐姿脊柱形态及其生理效应1脊柱、椎间盘与骨盆结构支撑头颅与全身的骨结构为脊柱、骨盆与下肢。 脊柱分4个区段，共24节椎骨，脊柱的下端是骶尾骨，脊椎骨之间的软组织称为椎间盘。全部椎间盘的厚度之和约占脊柱总长度的14。其中以腰椎段的椎间盘为最厚。 骨盆由脊柱最下端的骶尾段与髋骨等构成，上接脊柱，下连下肢。骶尾骨嵌插在左右髋骨形成的腔孔内，人的上身体重经由骶尾骨而传压在髋骨上。 人坐着，上身体重由坐骨直接作用于椅凳坐面上，腿脚不受上身体重的作用。 人站着，全身体重通过大腿、小腿和脚作用于脚底的支承面上。2坐姿脊柱形态的变化及其生理效应人直立时脊柱的正常生理弯曲状态，该形态下椎间盘承受的压力均匀且较小，应注意的形态特征，是腰椎段的为向前凸出的弧形，且曲度较大。 坐姿引起的脊柱形态改变，坐着腰椎段由前凸趋于变直甚至略向后凸，对腰椎骨间压力的均匀分布、对坐姿舒适性产生不利影响。二、坐姿下的体压(一)椅面上臀部与大腿的体压 骨盆下两个坐骨粗大坚壮，局部皮肤厚实，由此处承受坐姿的大部分体压比均匀分布更加合理。但压力过于集中，阻碍微血管血液循环，局部神经末梢受压过重，也不好。 因此，影响椅面上体压的主要因素是椅面软硬、椅面高度、椅面倾角及坐姿等。1椅面软硬与椅面体压 人坐在硬椅面上，上身体重约75集中两坐骨骨尖下各25平方厘米的面积上，体压过于集中。硬椅面上加一层薄软的垫子，坐骨下的压力峰值将大幅度下降，可改善体压分布情况。 但坐垫太软、太厚，使体压分布过于均匀也不合适。 2座高与椅面体压下图是3种不同座高下椅面体压分布的等压线图：二 胭窝的压力 胭窝是对压力敏感的部位，应避免受压。如下图所示：三、坐姿下的股骨、肩部、小腿与背肌 1股骨与座面形状椅面(在冠状面内)设计成较大的弧凹形，会使股骨两册往上推移，髋部肌肉受压，造成不适。如下图b)所示：2肩部与扶手高度左图分别表示扶手高度的适宜与否。 3小腿的支承与背肌小腿在地面获得承，可降低大腿的体压、背肌紧张，而且是轻松实现上身平衡稳定的条件。四、平衡调节理论适时活动身体，使各部分体压状况得到调节，骨髂肌肉状态有所转换变更，才符合人的生理要求，这就是“人体平衡调节理论”。 例子“翘二郎腿”的坐姿势如左图五、工作座椅的一般人类工效学要求GBT 14774 1993工作座椅一般人类工效学要求提出工作座椅的设计要点如下：结构形式使操作者身体舒适、稳定，能准确进行操作。 座高和腰靠高方便于调节，并能进行可靠的紧固。调节范围从女子5百分位数到男子95百分位数座高360480mm，无级或采用20mm一挡的有级调节，腰靠高 165210mm，无级调节。外露部分没有易伤人的尖角、锐边、突头。 结构材料无毒、阻燃、耐用，座垫、腰靠、扶手的覆盖层材料柔软、防滑、透气、吸汗、不导电。第三节座椅的功能尺寸座椅功能尺寸和形态应随就坐的目的要求而异，可分为工作座椅，简称工作椅， 休息用椅，简称休息椅， 办公室用椅、会议室用椅。 本节着重分析工作椅的功能尺寸，兼及其他类型的椅子。1工作座椅 工作椅座高的设计要点是 大腿基本水平，小腿垂直地获得地面支撑。 腘窝不受压。 臀部边缘及腘窝后部的大腿在椅面获得“弹性支承”。符合上述要求的工作椅座高为:比坐姿人体尺寸的“3.8小腿加足高”(低1015mm)。表可查得，P50男413mm，P50女382mm，加穿鞋修正量(男25mm，女20mm)，穿裤修正量( -（-6mm)，得到工作椅合适座高: 50百分位数身高的男子： 413+(25-6) -10=422 (mm) 50百分位数身高的女子: 382+(20-6) -10=386 (mm)同样可查得，P95男=448mm， P5女342mm，从而得到:95百分位数身高的男子:448+(25-6)-10=457mm 5百分位数身高的女子:342+(20-6)-10=346mm把两个数据四舍五入为圆整的数值，得到：中国男女通用工作椅座高的调节范围：350460mm。3.座椅的设计要点 腰部酸痛是日常生活和工作中的常见症状。基根（JJKeegan）博士借助X光拍片手段，研究了人们在多种姿势下脊柱形态变化（图5-49），探讨了引起腰部不适与疼痛的主要原因，还以解剖学、生理学和病理学知识为基础，对腰部不适的原因进行了剖析，对设计出满足舒适且有保护作用的基本要求的座椅，提出了若干设计要点及其重要程度（参见图5-54所示的编号和百分数值设计应用时，图中的坐垫高度、深度等值应如前面所述作适当调整）。值得注意的是，这些要点适用于所有类型的座椅，不论其外形和用途是什么。与图5-54中的编号对应，这些设计要点依次如下： 最为重要和效果显著的座椅特征是有腰靠。第二重要的特征是保证躯干和大腿间具有至少105度的夹角。合适的坐垫深度，使膝窝后面有足够空间，以便变换腿部位置。座椅高度合适，使脚部能舒适地平放在地面上。座椅下部应提供足够空间，便于坐着时放松脚部、站起时脚部好立足。坐垫有5度的倾斜，以与腰靠一起维持良好的位姿。坐垫的前缘向下弧曲或为软垫，以便于腿部放下、脚部着地。坐垫下的结构件应向后倾45度，以不妨碍放松坐着时脚放到座椅下其它一些设计要点是，当座椅的靠背倾角设计为可调时，转轴位置应与H点（髓关节点）对齐；坐垫与靠背间（骸骨和臀部后面）应留出适当空间二对于高靠背座椅，肩靠的作用仅次于腰靠，与坐垫最小成105度角度；对于有低的、直靠背的座椅，背靠上端的高度应完全低于肩脚骨，这使肩部可以完全向后放松。关于工作椅座高的几点讨论： 身材高矮的影响甚大，通用工作椅高度应该可调节。 个人专用工作椅宜按个人情况确定座高。 综合生理解剖的分析来看，工作椅座高宁低勿高。2其他椅子非工作椅座高与工作椅的要求不同。大部分非工作椅为：了坐姿的舒适，座高宜于比工作椅低一些，从会议室用椅、影剧院座椅、候车室座椅、公园休闲椅、沙发、安乐椅、到躺椅，座高可以依次降低。 特殊用途座椅应根据使用特性确定座高。如车辆驾驶室 座椅的座高：以下面的计算式为基础进行设计 座高(“小腿加足高”+穿鞋修正量)sin a 式中 a踩油门、刹车时小腿与地平线间的夹角二、座面倾角1工作座椅 前缘翘起的椅子座面倾角a定义为正值，反之 a为负。 常见工作椅的a多为正值，但用于读、写、打字、精细操作等身躯前倾工作的工作椅，a若取正值，将使胭寓附近体压加大，实际上并不合适，使椅面上的体压相对集中在坐骨骨尖位置，椅面体压分布合理工作椅的合理座面倾角可简要归结为3条 一般办公椅可取a一0度5度。，推荐a一3度4度。 前倾工作用座椅的a宜略取负值，前倾程度大者，应加大负值。为避免在上面坐不住、往下滑，可加一个软的“膝靠”，对膝部提供支承。 新式办公椅可顺应工作姿势在一定范围内自动地调节a和靠背倾角，使不同状态下部能较为舒适，座面倾角和靠背倾角可自动调节的工作椅三、靠背的形式及倾角 (一)不同座椅的靠背功能靠背的形式、倾角和尺寸是座椅人机学重点内容。1工作椅工作椅的靠背主要是腰靠，在第三、四腰椎的位置上，提供尺寸、形状、软硬适当的顶靠物。 2休息椅休息椅的靠背是后仰的，靠背功能的要点转向支承躯干的体重、放松背肌，宜在第八胸椎骨的位置提供倚靠。安乐椅、躺椅等长时间休息的用椅，为缓解颈椎的负担，最好能提供头枕。 3办公椅办公椅介于工作椅和休息椅之间，可采用以支承躯干体重为主的靠背，三、靠背的形式及倾角 (一)不同座椅的靠背功能靠背的形式、倾角和尺寸是座椅人机学重点内容。1工作椅工作椅的靠背主要是腰靠，在第三、四腰椎的位置上，提供尺寸、形状、软硬适当的顶靠物。 2休息椅休息椅的靠背是后仰的，靠背功能的要点转向支承躯干的体重、放松背肌，宜在第八胸椎骨的位置提供倚靠。安乐椅、躺椅等长时间休息的用椅，为缓解颈椎的负担，最好能提供头枕。 3办公椅办公椅介于工作椅和休息椅之间，可采用以支承躯干体重为主的靠背，二、座椅的设计1.座椅设计的指导原则 从坐姿生理学和生物力学出发，进行作业座椅设计时，首先应提供良好的腰靠支撑，以减少腰椎部位的向外拱曲，尽量使脊柱尤其是腰椎部位保持自然的弧曲状态。其次，通过维持较大的躯干一大腿夹角，减少骨盆的转动量，从而减小腰椎向外拱曲的程度。可以通过采取跪坐的坐姿来实现（如图5-48的跪撑姿势），但跪坐会对膝盖部位产生压力。于是人们又开发了坐垫的前部下倾、形状似成鞍马状的座椅，既保证了较大的躯干一大腿夹角，又取消了膝部的跪姿支撑。 再者，除了腰靠外，一些作业还要求座椅具有头靠（如驾驶座椅）和扶手等。 另外，坐垫前缘应柔软并适当下倾（图5-51），以免阻碍腿部的血脉畅通。面料应有良好的透气性（图5一52）和一定摩擦力。 最后，有时还应考虑腰靠、头靠、扶手、座椅高度等方面的可调节性，以及腰靠、坐垫的弹性等因素。 三点支撑 从椅子、沙发到躺椅三种类型的坐具。人坐的姿势不同，休息程度依次从工作功能向休息功能变化。椅子一般是靠桌边而工作（或学习、就餐）的，人坐的姿势是坐直的，工作对象在前方，人上身的重心在椅面以内，所以只要腰部有支持（托腰），就可维持其坐直的姿势。沙发则不相同，人坐沙发，处于中等休息状态。由于与椅子相比，座面斜度增加，夹角增大，人上身的重心已超出座面而在靠背内，头部的重心也在靠背之内，所以除了腰部支持外还要背部靠背支持。躺椅的休息程度更大，座面倾斜与夹角比沙发更大。人们就坐时，头部重心已超出靠背以外，除了托腰、靠背之外还要加颈部支持。这就是当前所谓的三点支持。 2.座椅尺寸参数的设计值 座椅一般由坐垫、背靠或腰靠、支架等主要组件构成，也可以有扶手、头靠、调节装置、脚滑轮等构件。 可调节座椅的尺寸设计参数如图5-53所示，各参数所对应的设计值如表5-2所列。针对我国成年人作业者设计座椅时，其主要尺寸参数的设计值调整如下，即座椅高度（A）：36cm至48cm；坐垫深度(B）：36cm至39cm,推荐值为38cm：坐垫宽度(C)：37cm至42cm,推荐值为40cm：腰靠高度（G）：16 5cm至21cm：腰靠水平方向长度：32cm至34cm,推荐的取值为33cm：腰靠垂直方向长度：20cm至30cm,推荐的取值为25cm。 扶手高度 与椅子相似从座面后侧向上高250mm。 座宽 座宽应在扶手间净宽至少500mm，单人沙发净宽不应超过600mm。 靠腰高度 沙发靠背下部应有一个垫腰措施垫腰的高度应在离座面后侧250mm 靠颈高度 沙发的夹角增大到一定角度以后，靠背以外还需靠颈，靠颈高度应在离坐位后侧高630mm处，但如按靠背斜度延伸是靠不到颈部的，靠颈的措施必须在沿靠背斜度630mm处向前折一角度才能托住颈部。 沙发的舒适度 沙发是否舒适，不能凭坐上去一时的感觉，而是要看坐时间长了是否舒适。而一般情况是坐沙发一时感到舒服而坐久了反而感到疲劳。造成越坐越累的原因是多方面的。首先是沙发的尺度、角度是否符合人体尺度。其次是沙发所用弹性材料的软硬度是否合适材料过硬人们坐下时人体与座面接触面积小，人体重量只为很小的座面面积，承载局部受压大当然不舒服。相反材料过软，人坐下时下沉过大就改变了夹角，也就是说座面斜度增大，座面与靠背夹角相对改小，当然也是不舒服的。造成沙发不舒服的另一个原因是，有些沙发的设计框住就坐者的就坐姿势，使人们无法变换姿势也会越坐越累。最主要的原因沙发的设计者不懂得填腰的重要。人们坐在没有填腰的普通沙发上，背已靠在靠背上，可是腰部却搁空而没有支撑。人的脊椎是s形的，腰部脊椎的前后韧带相互作用以维持脊推的S型，如果背部有支持，腰部搁空没有支持，为了维持脊椎的S形前后韧带还处于紧张状态。臀部和背部肌肉虽得到了休息，但腰部前后韧带仍未得到，休息坐久了就会感到疲劳。在设计沙发时考虑到填腰，在靠腰的部位围一圈海绵以托住腰部。这就是克服久坐疲劳的措施之一。 三、沙发设计沙发的尺度与弹性材料的软硬关系较大，特别是座高等支撑人体重量的尺度，我们现在所指的尺度均以中等弹性的沙发在不载人情况的尺度。沙发尺度的主要数据： 座高 沙发与椅子虽都属坐具但休息程度并不一样。椅子一般随着桌子而坐或为学习、或为工作、或为用餐，座高高于沙发。沙发休息程度高，座高比椅子低，一般为380400mm。过高的沙发座高失去休息意义，过低的座高会使就坐者尤其是老年人难以起立。 座深也是由于休息程度高，沙发的座深要比椅子深一些，以使人们就坐时大腿受到的支持更多一些。沙发的座深一般以500-540mm为宜。但如果座深太深，臀部坐不到座面后部而使背部靠不着靠背。 座斜 沙发一般为软包座面，下面为海