第三章 桌椅设计

1、第三章 工作台椅与工具设计,第三章 桌椅设计,桌椅设计概述 坐姿生理解剖基础 座椅的功能尺寸 坐垫与靠垫 办公桌的功能尺寸,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。,iii,二、桌椅的历

2、史与现状 20世纪20年代，德国包豪斯学校的教师布劳耶突破木制家具的传统，设计出第一把钢管椅，首开家具新材料使用的先河。 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，见图。,第一节 桌椅设计概述,iii,1968年iea召开了以座椅为主题的第一次国际学术研讨会，掀起了座椅研究的新高潮。 日本1974年把原高度740mm的办公桌改为高700mm(男用或男女台用)，与高670mm(女用)的两种新标准规格。 近年我国市场上的新型办公桌已经降到较为合适的高度。我国已发布了一批有关家具的技术标准 。,第

3、一节 桌椅设计概述,iii,第二节 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 在坐姿状态下，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚。 脊柱位于人体背部中线处，由33块短圆柱状椎骨组成，包括颈椎、胸椎、腰椎、骶骨和尾骨，相互间由肌腱和软骨连接 。 正常坐姿下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹。,iii,2、坐姿脊柱形态的变化及其生理效应 从脊柱侧面可看到有四个生理弯曲，即颈曲、胸曲、腰曲及骶曲。其中与坐姿舒适性直接相关的是腰曲。,第二节 坐姿生理解剖基础,图 不同姿势下的腰曲弧线,iii,正常的腰弧曲线是微微前突。为使坐姿下的腰弧曲线变形最小，座椅应在腰椎部

4、提供所谓两点支撑： 肩靠：第5、6胸椎之间； 腰靠：第4、5腰椎之间。 若无腰靠或腰靠不明显将会使正常腰椎成腰椎后突，若腰靠过分突出将会使腰椎呈前突形状。,第二节 坐姿生理解剖基础,图 腰椎后突 腰椎前突,iii,二、坐姿下的体压 1、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。但若压力过于集中，会阻碍微血管血液循环，局部神经末梢受压过重。 影响椅面上体压的主要因素：椅面软硬、椅面高度、椅面倾角及坐姿等。,第二节 坐姿生理解剖基础,iii,椅面软硬与椅面体压 软硬适中 座高与椅面体压,图 三种座高下椅面体压等压线图(102pa),

5、第二节 坐姿生理解剖基础,iii,座面倾角及坐姿对椅面体压的影响,图 前倾工作时座面倾角与椅面体压的关系,第二节 坐姿生理解剖基础,iii,2、腘窝的压力 腘窝是对压力敏感的部位，应避免受压。 小腿在地面获得支承，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。,图 造成腘窝受压的两种原因 a)座面过高 b)座面过深,第二节 坐姿生理解剖基础,iii,三、坐姿下的股骨、肩部、小腿与背肌 1、股骨与座面形状 坐骨结节在坐姿时承受上身的大部分重量。,第二节 坐姿生理解剖基础,iii,a图中座面成近似水平，可使两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置而不受过分的压迫，因而人体感到舒适。 b图

6、中，座面呈斗形，股骨向上转动，这种状态除了使股骨处于受压迫位置而承受载荷外，还造成髋骨肌肉承受反常压迫。,图 椅面形状和扶手高度的解剖学分析,第二节 坐姿生理解剖基础,iii,2、肩部与扶手高度 扶手高度若明显高于gb/t 100001988坐姿人体尺寸中的“坐姿肘高”，则会产生“端肩”姿势，从而使肩部肌肉紧张，时间稍长，便会感到酸痛。 扶手的适宜高度是略低于“坐姿肘高”。,第二节 坐姿生理解剖基础,iii,3、小腿的支撑与背肌 正直端坐情况下，上身重心在两坐骨骨尖的连线偏前25mm左右的位置上。 小腿支撑 背肌 在需要前倾工作时，缓解背肌紧张的方法是让小腿获得支承；在其他情况下，让上身后仰倚

7、靠在靠背上即可放松背肌。,第二节 坐姿生理解剖基础,iii,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，骨骼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”。,图 翘二郎腿与正常坐姿下的椅面压,第二节 坐姿生理解剖基础,iii,五、工作座椅的一般人类工效学要求 结构形式适合操作要求，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， 工作座椅座高 无级或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。

8、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。,第二节 坐姿生理解剖基础,iii,第三节 座椅的功能尺寸,提问：座椅设计中主要考虑哪些人体尺寸数据？,iii,坐姿人体测量尺寸是座椅静态尺寸设计的主要依据。,图 对座椅设计有用的人体尺寸,iii,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，（本节重点） 休息用椅，简称休息椅， 办公室用椅、会议室用椅。,第三节 座椅的功能尺寸,iii,一、座面（前缘的）高度 a. 工作椅 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

9、面获得“弹性支承”。,第三节 座椅的功能尺寸,iii,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。 加穿鞋修正量(男25mm，女20mm)，穿裤修正量(-6mm)， 工作椅座高为i型产品，即为可调产品，同时，由于是通用产品，需p95男、p5女两个尺寸。 按比“小腿加足高”低10mm计算工作椅合适座高： 由表可查得，p95男=448mm， p5女=342mm，从而得到 95百分位数身高的男子： 448+(25-6)-10mm=457mm， 5百分位数身高的女子: 342+(20-6)-10mm=346mm。 把两个数据四舍五入为完整的数值，得到： 中国男女通

10、用工作椅座高的调节范围：350460mm。,第三节 座椅的功能尺寸,iii,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。,第三节 座椅的功能尺寸,iii,b其他椅子 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 踩油门、刹车时小腿与地平线间的夹角,第

11、三节 座椅的功能尺寸,iii,二、座面倾角 a工作座椅 前缘翘起的椅子座面倾角为正值，反之为负。 常见工作椅的多为正值，但用于读、写、打字、精细操作等身躯前倾工作的工作椅，若取正值，将使腘窝附近体压加大，使前倾工作者的腹部受到挤压，实际上并不合适。负值，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。,第三节 座椅的功能尺寸,iii,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= 05，推荐= 34。 前倾工作用座椅的宜略取负值，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，如 “平衡椅”和“云椅”。,图 a)平衡椅 b)云椅 图

12、 附设软垫膝靠的椅子,第三节 座椅的功能尺寸,iii,图 座面倾角和靠背倾角可自动调节的工作椅,新式办公椅可顺应工作姿势在一定范围内自动地调节和靠背倾角，使不同状态下部能较为舒适 。,第三节 座椅的功能尺寸,iii,b休息椅 休息椅多为椅面前缘翘起、为正值的，躯干稳定舒适。越是以休息放松为主的座椅，越应取较大数值。,第三节 座椅的功能尺寸,表 几种非工作椅的座面倾角参考值,iii,第三节 座椅的功能尺寸,三、靠背的形式及倾角 1、不同座椅的靠背功能（重点）,iii,图 不同座椅部分功能尺寸的变化与对比,第三节 座椅的功能尺寸,iii,2、四种座椅靠背形式,图 办公用座椅原型,iii,第三节 座

13、椅的功能尺寸,表 四种座椅靠背形式及其适用条件(小原二郎等),iii,四、其他功能尺寸 a座深 工作椅座深的设计要点： 座面面积不能太小，臀部边缘及大腿在椅面获得“弹性支承”，能使上身稳定，减少背肌负担。 在腘窝不受压的条件下，腰背部能获得腰靠的支托。 符合上述要求的工作椅座深为：略小于坐姿人体尺寸“3.9坐深”。 中国成年人“坐深” p50女=401mm，p95男=494mm。 工作椅座深一般应“宁浅勿深”， gbt 147741993给出的座深数值范围为360390mm，推荐值380mm。,第三节 座椅的功能尺寸,iii,办公椅座深同于或稍大于工作椅座深。休息椅座深可以再大一些，因为就坐者

14、小腿前伸，腘窝不易受压，增大座面面积能降低座面体压。但座深过大会使腰椎在座面和靠背交接处造成生理不适，也让老年人起站起困难 。,图 座深过深，起立困难,第三节 座椅的功能尺寸,iii,b座宽 单人椅座宽宜略大于“4.6坐姿臀宽”(男女公用者，取女性的该项人体尺寸为设计的依据)。 中国人“坐姿臀宽” p95女=382mm。 国标给出座宽范围370420mm，推荐值400mm。 排椅的单人座宽应大于“4.7坐姿两肘间宽”，并考虑穿衣引起的尺寸修正量。 中国人“坐姿两肘间宽” p95男=489mm，考虑穿衣修正量，排椅的单人座宽宜不小于500mm。,图 座宽过小与过大,第三节 座椅的功能尺寸,iii

15、,c扶手 扶手功能主要有： 用手臂支撑起座、调节体位，尤其对躺椅、安乐椅， 支承手臂重量，减轻肩部负担， 对座位相邻者形成身体和心理上的隔离。,图 扶手过高与过低,第三节 座椅的功能尺寸,iii,扶手高度宜略小于“3.5坐姿肘高”。 中国人“坐姿肘高” p50男=263mm， p50女=251mm。 平均值257mm，公用座椅的扶手高度宜略小于这个数值。 gbt 147741993推荐值为(23020)mm。,第三节 座椅的功能尺寸,iii,五、gb/t 14774-1993工作座椅一般人类工效学要求的推荐值,表 工作座椅主要参数,第三节 座椅的功能尺寸,iii,图 一般工作座椅结构形式,六、

16、其他工作椅凳 （1）作业用凳,(a)立姿岗位用凳 （b）坐姿岗位用凳 （c）支撑旋转凳 (d)单边支凳,第三节 座椅的功能尺寸,iii,2. 其它支撑物 脚踏板和搁肩垫组合，脚踏板和支撑凳组合，回跳凳。,图 作业用支承物 （a）脚踏板和搁臂垫组合 （b）脚踏板和支承凳组合 ( c ) 回跳凳 ( d ) 带转动支架的转椅,第三节 座椅的功能尺寸,iii,第三节 座椅的功能尺寸,思考：汽车座椅设计要考虑哪些因素？,舒适的座椅尺寸结构设计：（1）形状：椅面高度、宽度、深度、椅面倾角；靠背的高度、宽度和倾角。 （2）结构：结实平坦的椅面。 （3）材料：减振、调温调湿、阻燃（安全性）。 良好的空间位置

17、设计：确保良好的视野、对汽车转向盘、脚踏板等操作部件的操作距离合适。,第四节 坐垫与靠垫,一、椅垫的生理学评价要素 椅垫性能生理学评价的两方面要素： 椅垫的软硬性能(也就是力学性能或机械性能)， 椅垫材质对于体肤的生理舒适性。,iii,二、椅垫的软硬性能,第四节 坐垫与靠垫,iii,椅垫材质的生理舒适性 a 椅垫材质的皮肤触感 触感应柔软、暖和、粗糙而不是硬挺、僵冷、光滑。 b椅垫的微气候条件 椅垫蒙面材料应该透气性良好，能保持皮肤的干爽保温性适当，不过强或过弱，表面不过于光滑，触感好。如图是四种椅垫蒙面材料生理适宜性的实验结果。,图 蒙面材料与椅垫人体接触面上的湿度状况,第四节 坐垫与靠垫,

18、iii,第五节 办公桌的功能尺寸,一、桌面高度(桌椅配合) 桌面过高使人难受，还是引起青少年近视的原因之一。桌面过低，则工作时脊柱曲度加大，腹部受压，妨碍呼吸和有关部位的血液循环，颈椎弯曲尤其厉害。桌高的确定方法座高加上合理的桌面椅面高度差，即：桌高=座高+桌椅高度差 大量测试研究表明，合理的桌椅高度差(czy)可依据坐姿的“坐高”确定，例如： 书写用的桌子，czy =(坐高/3)-(2030)mm， 学生用的课桌，czy =(坐高/3)-10mm，等。,iii,中等身材男子、女子书写用桌的桌高如下： 书写用桌高=座高+ czy = 座高+(坐高/3)-20mm 对50百分位数身高的男子，座高

19、50男=422mm(为什么?) 坐高50男=908mm 所以书写用桌高50男=422+(9083)-20mm=705mm 对50百分位数身高的女子， 座高50女=386mm (为什么?) ， 坐高50女=852mm， 所以书写用桌高50女=386+(8523)-25mm=655mm 因为办公桌与书写专用桌略有区别，也难以区别男用或女用。gbt 33261982规定桌高范围为胆700760mm，级差s=20mm。,第五节 办公桌的功能尺寸,iii,我国中等身材者办公桌的适宜尺寸如图。,第五节 办公桌的功能尺寸,iii,二、中屉深度 桌高降低到700760mm，中间那个抽屉(简称中屉)就不能太深，否则大腿在中屉下受压，或根本放不进去。 桌椅高度差的尺寸组成为a=b+x+c+d+e+f 式中a桌椅高度差 b桌子面板的厚度 x中屉的深度 c中屉底板