第6章工作台椅与工具设计

第6章工作台椅与工具设计第5章链接

第7章链接6.1控制台设计6.1.1控制台的形式，见图6-11.桌式控制台2.直柜式控制台3.组合式控制台4.弯折式控制台6.1.2控制台设计要点1.控制台作业面，见图6-22.显示器面板形式，见图6-33.控制台上方干涉点高度，见图6-4

式中h－干涉点高度k－操作者眼高H－显示面板下端高度d－操作者眼点与干涉点的投影距离D－干涉点与显示面板的投影距离6.1.3常用控制台设计1.坐姿低台式控制台，见图6-5（a）2.坐姿高台式控制台，见图6-5（b）3.坐立两用控制台，见图6-64.立姿控制台，见图6-65.标准控制台，见图6-7，尺寸参阅表6-16.2办公台设计6.2.1电子化办公台人体尺度，见图6-8，图6-96.2.2电子化办公台可调设计，见图6-106.2.3电子化办公台组合设计，见图6-116.3工作座椅设计的主要依据6.3.1坐姿生理学1.脊柱结构，见图6-122.腰曲弧线，见图6-133.腰椎后突和前突，见图6-146.3.2坐姿生物力学1.肌肉的活动度2.体压分布，见图6-153.股骨受力分析，见图6-164.椎间盘受力分析，见图6-176.3.3坐姿人体测量尺寸，见图6-186.4工作座椅设计6.4.1一般工作场所座椅1.座椅设计要点2.座椅结构形式，见图6-193.座椅主要参数，参阅表6-26.4.2办公室工作座椅，见图6-206.4.3座椅设计的新概念1.动态座椅，见图6-212.前倾式座椅，见图6-223.膝靠式座椅，见图6-236.4.4其它工作座椅1.作业用凳，见图6-242.其它支撑物，见图6-256.5手握式工具设计

6.5.1手的解剖及与工具有关的疾患，见图6-26，图6-27，图6-286.5.2手握式工具设计原则1.一般原则2.解剖学因素（1）避免静肌负荷，见图6-29（2）保持手腕处于顺直状态，见图6-30，图6-31，图6-32（3）避免掌部组织受压力，见图6-33（4）避免手指重复动作，见图6-343.把手设计直径，通常着力抓握30-40mm，精密抓握8-16mm长度，一般合适度为100-125mm形状，视用途而定弯角，最佳为10度左右双把手工具，见图6-35用手习惯与性别差异，见图6-36图6-1返回图6-2返回图6-3返回图6-4返回图6-5返回图6-6返回图6-7返回图6-8返回图6-9返回图6-10返回图6-11返回图6-12返回图6-13返回图6-14返回图6-15返回图6-16返回图6-17返回图6-18返回图6-19返回图6-20返回图6-21返回图6-22返回图6-23返回图6-24返回图6-25返回图6-26返回图6-27返回图6-28返回图6-29返回图6-30返回图6-31返回图6-32返回图6-33返回图6-34返回图6-35返回图6-36返回第三节工作坐椅设计

坐椅的服务对象是人，设计和生产的每一件坐椅都要给人使用。因此，坐椅设计的首要因素是符合人的生理机能和满足人的心理情感需求。在坐椅设计的过程中，要求以科学的观点来研究坐椅与人体的心理情感和生理机能的相互关系，在对人体的构造、尺度、体感、动作、心理等人体机能特征的充分理解和研究的基础上来进行坐椅系统化设计。坐椅设计的目的是更好地满足人的需求，家具设计师必须了解人体与坐椅的关系，同时把人体工程学的知识应用到现代坐椅设计中来。前言坐具类家具的功能设计坐具类家具的基本功能是满足人们坐得舒服、躺得安宁、减少疲劳和提高效率。其中最关键的是减少疲劳。在家具设计中，通过对人体的尺度、骨骼和肌肉关系的研究，使设计的家具在支承人体动作时，将人体的疲劳度降到最低状态，同时保持最高的工作效率。形成疲劳的原因是一个很复杂的问题，主要是来自肌肉和韧带的收缩运动。1、坐具的基本尺度与要求

（1）工作用坐具设计工作用坐椅可分为作业用椅、轻型作业椅、办公椅和会议椅等。坐高：坐高是指坐具的坐面与地面的垂直距离，椅子的坐高由于椅坐面常向后倾斜，通常以前坐面高作为椅子的坐高。通过测量，坐高为400mm时，腰椎的活动度最高，即疲劳感最强，其它高度的凳子，其人体腰椎的活动度下降，随之舒适度增大。（即坐高不宜为400mm，应小于或大于400mm为宜）对于有靠背的坐椅，其坐高就不宜过高，也不宜过低，它与人体在坐面上的体压分布有关。坐高不同的椅面，其体压分布也不同，所以坐高是影响坐姿舒适的重要因素。坐椅面是人体坐姿时承受臀部和大腿的主要承受面。坐面过高，两足不能落地，使大腿前半部近膝窝处软组织受压，久坐时，血液循环不畅，肌腱就会发胀而麻木。如果椅坐面过低，则大腿碰不到椅面，体压过于集中在坐骨节点上，时间久了会产生疼痛感；另外坐面过低，人体形成前屈姿态，从而增大了背部肌肉的活动强度，而且重心过低，使人起立时感到困难。根据坐面体压分布情况来分析，椅坐高应略小于坐者小腿脚窝到地面的垂直距离，即坐高等于小腿轻微受压，小腿有一定的活动余地。不同坐高与体压分布（g/cm3）坐深：主要是指坐面的前沿至后沿的距离。坐深的深度对人体坐姿的舒适影响也很大。如坐面过深，超过大腿水平长度，人体挨上靠背将有很大的倾斜度，而腰部缺乏支撑点而悬空，加剧了腰部的肌肉活动强度而致使疲劳产生；同时坐面过深，使膝窝处产生麻木的反应，并且也难以直立。名字：LUISA008

类型：扶手椅

设计师：弗朗科•阿尔比尼

制造：Poggi

设计：1950

投入生产：1955

材料：核桃木结构，胶合板椅座椅背，海绵橡胶填料，羊毛面料因此，坐椅设计中，坐面深度要适中，通常坐深应小于人坐姿时大腿的水平长度，使坐面前沿离开小腿有一定的距离（大约60mm），保证小腿一定的活动自由。根据人体尺度测量，我国人体坐姿的大腿水平长度平均值：男性为445mm，女性为425mm，然后保证坐面前沿离开膝窝一定的距离约60mm，这样一般情况下坐深尺寸在380～420mm之间比较适宜。对于普通工作椅来说，由于工作人体腰椎与骨盘之间成垂直状态，所以其坐深可以浅一点。而作为休息的靠椅，因其腰椎与骨盘的状态呈倾斜钝角状，故休息椅的坐深可设计得略为深一些

坐宽：椅子坐面的宽度根据人的坐姿及动作，往往呈前宽后窄的形状。坐面的前沿宽度称坐前宽，后沿宽度称坐后宽。坐椅的宽度应使臀部得到全部支承并有适当的活动余地，便于人体坐姿的变换。一般坐宽应不小于380mm，对于有扶手的靠椅来说，要考虑人体手臂的扶靠，以扶手的内宽来作为坐宽的尺寸，按人体平均肩宽尺寸加一适当的余量，一般应不小于460mm，但也不宜过宽，以自然垂臂的舒适姿态肩宽为准。MEZZADRO

类型：凳子

设计师：A.卡斯狄里奥内，P.G.卡斯狄里奥内

制造：Zanotta

设计：1957AEO

类型：扶手椅

设计师：巴乌罗•德加内罗，阿基佐姆事务所

制造：Cassina

设计：1973坐面倾斜度：从人体坐姿及其动作的关系分析，人在休息时，人的坐姿是向后倾靠，使腰椎有所承托。因此一般的坐面大部分设计成向后倾斜，其人斜角度为3～5度为宜，相对地，椅背也向后倾斜。人体工作时，腰椎及骨盘处于垂直状态，甚至还有前倾的要求，如果使用有向后倾斜面的坐椅，反而增加了人体力图保持重心向前时肌肉和韧带收缩的力度，极易引起疲劳。因此一般工作椅的坐面以水平为好，甚至可考虑椅面向前倾斜的设计，如通常使用的绘图凳面是身前倾斜的。平衡椅TUBECHAIR

类型：组合座位

设计师：乔•科隆波

制造：Flexform

设计：1969不同直径的同心圆柱，盖着一层色彩亮丽的松紧布料，它们可以很容易地重新进行组合，获得不同的方案：高椅子、矮椅子、长椅子、沙发、轻便躺椅、长沙发。它们的形状干净、纯粹和好玩，但也相当合理和舒适。椅靠背：前面坐凳高度测试曾提到人坐于半高的凳上（400～450mm)，腰部肌肉的活动强度最大，最易疲劳，而这一坐高正是我们坐具设计中用得最普遍的，因此要改变腰部疲劳的状况，就必须设置靠背来弥补这一缺陷。椅靠背的作用就是使躯干得到充分的支承，通常靠背略向后倾斜，能使人体腰椎（活动强度最大部分）获得舒适的支承面，因此椅靠背的形状基本上与人体坐姿时的脊椎形状相吻合，同时，靠背的基部最好有一段空隙，有利于人坐下时臀肌不至于受到挤压。颈靠应高于颈椎点，一般应不小于660mm。肩靠应低于肩胛骨（相当于第9胸椎，约高460mm），以肩胛的内角碰不到椅背为宜。腰靠应低于腰椎上沿，支撑点位置以位于上腰凹部（第2～4腰椎处，高为18～250mm）最为合适。颈靠肩靠腰靠在靠背的高度上有肩靠、腰靠和颈靠三个关键支撑点。无论哪种椅子，若能同时设置肩靠和腰靠，对于舒适是有利的。通常，对于专供操作的工作用椅（包括酒吧高椅），工作时身体前倾，只设腰靠，不设肩靠，以便于腰关节与上肢能自由活动，具有最大的活动范围。工作用椅靠背要低，这样人体上肢前后左右可以较自由地活动，同时又便于腰关节的自由转动。轻度工作用椅的靠背斜度较大，同时应设置肩靠。休息用椅由于肩靠稳定，可以省去腰靠。躺椅则需要增设颈靠，以支撑斜仰的头部。下表是日本家具工作者研究的成果，靠背倾角自90～120度范围内变动时，腰椎最佳的支承位置。条件人体上体角度（度）上部下部支承点高度（mm）支承面角度(度)支承高度（mm）支承面角度（度）单支承点A9025090B10031098C105310104D110310105两个支撑点E1004009519100F100400982594G1003101051994H11040011025104I11040010419105J1205009425129扶手高度：休息椅和部分工作椅需要设有扶手，其作用是减轻两臂的疲劳。扶手的高度应与人体坐骨结节点到上臂自然下垂的肘下端的垂直距离相近。扶手过高时两臂不能自然下垂，过低则两肘不能自然落靠，此两种情况都易使上臂引起疲劳。根据人体尺度，扶手上表面至坐面的垂直距离为200～250mm，同时扶手前端略为升高，随着坐面倾角与基本靠背斜度的变化，扶手倾斜度一般为±10～±20度，而扶手在水平方向的左右偏角在±10度，一般与坐面的形状吻合。坐面形状：坐面形状一般来就期望与人坐姿时大腿及臀部与坐面承压时形成的状态吻合。坐面形状影响到从姿时的体压分布，如下图所示两种形状的坐面形成不同的体压分布。图（a）所示的体压分布较为合理，压力集中于坐骨支承点部分，大腿只受轻微的压力。图（b）尽管坐面外形看起来很舒服，但坐上去后，体压分布显得承受面大，而且大腿的软组织部分要承受较大的压力，反而坐感不舒服。(2)休息用坐具的设计休息用坐具主要包括沙发、躺椅和摇椅等。它们的主要作用是让人充分的得到休息和放松，把人体疲劳状态减至最低程度。因此，对于休息用椅子的尺度、角度、靠背支撑点、材料的弹性等的设计要精心的考虑。坐高与坐宽：通常认为椅子坐面前缘的高度应略小于膝盖窝到脚跟的垂直距离。据测量，我国人体这一距离的适宜尺度值，男性为410mm，女性为360～380mm。因此，休息用椅的坐高宜取330～380mm（不包括材料的弹性余量）。若采用较厚的软质材料，应以弹性下沉的极限作为尺度准则。坐面宽也以女性为主，一般在430～450mm。坐倾角与椅夹角：坐面的后倾角以及坐面与靠背之间的夹角是设计休息用椅的关键。由于坐面向后倾斜一定的角度，促使身体向后倾斜，有利于人体重量分移值至靠背的下半部与臀部坐骨节点，从而把体重全部抵住。通常认为沙发类坐具的坐倾角以4～7度为宜。靠背夹角以106～112度为宜；躺椅的坐倾角可在6～15度之间，靠背夹角可达112～120度。如下图所示。座椅角度与不同的休息姿势坐深：休息用椅由于多采用软垫，坐面和靠背均有一定程度的沉陷，故坐深可适当放大。轻便沙发的坐深可在480～500mm之间；中型沙发在500～530mm之间比较合适；至于大型沙发可视室内环境作适当放大。如果坐面过深，人坐在上面腰部接触不到靠背，结果支撑的部位不是腰椎，而是肩胛骨，上身被迫向前弯曲，造成腹部受到挤压，使人感到不适和疲劳。但要注意托腰（腰靠）部位的接触面宜宽不宜窄，托腰的高度以185～250mm较为合适。靠背位于腰靠及肩靠的水平横断面宜略带微曲形以适应腰围及肩部，一般肩靠处曲率半径为400～500mm，腰靠处曲率半径为300mm左右。但是过于弯曲会使人感到不舒适，容易产生疲劳感。靠背宽一般为350～480mm。椅子曲线：休息用椅的椅曲线是坐面、靠背面与人体坐姿示相应的支撑曲线。如下图。弹性：弹性是人对材料坐压的软硬程度或材料被人坐压时的反回度。休息椅子的软硬要适度。一般来说，小沙发的坐面下沉以70mm左右合适，大沙发的坐面下沉应在80～120mm之间。坐面过软，下沉度太大，会使坐面与靠背之间的夹角变小，腹部受到压迫，使人感到不适，起立时也会感到困难。为了获得合理的体压分布，有利于肌肉的松弛和便于起坐动作，应该是靠背比坐面软一些。在靠背的做法上，腰部应硬一些，而背部则应该软一些。通常靠背的上部弹性压缩应在30～45mm，托腰部的弹性压缩宜小于35mm。扶手：扶手可减轻两肩、背部和上肢肌肉的疲劳，获取舒适的休息效果。但扶手的高度必须恰当，扶手过高或过低，肩部都不能自然下垂，容易产生疲劳感。根据人体自然曲臂的肘高与坐面的距离，扶手的实际高度应在200～250mm（设计时应减去坐面下沉的高度）为宜。扶手间距净宽度应略大于肩宽，一般应不小于460mm，以520～560mm为宜。过宽或过窄都会增加肌肉的活动度，产生腰酸疲劳的现象。图3－16。椅类坐具模式：

按椅子功能和用途不同，根据人体基本尺度和要求，运用人体坐姿基本尺度和表示方法，可归纳为六种椅子模式。人体坐势基本尺度表示方法。见右图。主要用于长时间手工作业场合。如工厂座椅和学生上课座椅。这类椅子的支撑面曲线适用于这种作业性强的坐椅姿势。其典型设计数据是：坐位基准点（坐面高）370～400mm，坐面倾斜角度为0～3度，椅子夹角约为93～95度；有一个在作业时能够支撑住腰部的弧形靠背，靠背点高约230mm。从该点到上下两个靠背边缘的距离都很短，支撑角近似直角。见右图。作业用椅——Ⅰ型椅

主要用于较长时间手工作业场合，如办公椅和会议椅。其设计数据是：坐面高370～400mm，坐面倾斜角度为2～5度，椅子夹角约为100度；工作时以靠背为中心，具有与Ⅰ型椅相同的功能。不同之处是靠背点以上的靠背弯曲圆弧在人体后倾稍休息时能起到支撑的作用。见右图。一般作业用椅——Ⅱ型椅轻度作业用椅子——Ⅲ型椅适用于短时间手工作业场合，如餐厅椅子和会议椅等。它利用靠背休息的时间长。故其靠背设计成既能在人体工作时支撑腰部，也能略向后倾斜，作休息时支撑人体。其设计数据为：坐面高350～380mm，坐面倾斜角度为5度左右，椅夹角约为105度左右。见右图。一般休息用椅——Ⅳ型椅适用于一般休息场合。如客厅接待用的椅子。具有最适合于休息的椅坐姿势的支撑曲面，其坐面比Ⅲ型椅略低，靠背的倾角也较大。其设计数据是：坐面高330～360mm，坐面倾斜角度为5～10度，椅背夹角约为110度。这类椅子的靠背支撑点从腰部延伸到背部。见右图。休息用椅——Ⅴ型椅适用于休息场合，具有半躺性支撑曲线靠背。如在家庭客厅进行休闲、聚会用的椅子。腰部位置较低，适于身体放松，使人久坐也不会感到疲劳。设计数据为：坐面高280～340mm，坐面倾斜角度为10～15度，椅背夹角约为110～115度，靠背支撑整个腰部和背部。见右图。

有靠头和足凳的休息椅——Ⅵ型椅适用于高度休息场合，类似于现代一些大型客机和电气火车上有靠背的躺椅。椅子靠背倾角通常超过120度，增设了靠头和足凳，既可躺着休息，也可睡觉。其设计数据为：坐面高为210～290mm，坐面倾角为15～23度，椅背夹角约为115～123度。见右图。这类椅子既可设有靠头又可在椅子前面增设有高度与坐面高度大致相等的足凳，能使人体伸展放松。从以上六种椅子模式的休息程度的变化来看，靠背支撑人体的部位增多，支撑面也扩大，人体重心位置越接近地面，身体从原来的垂直方向逐渐趋于水平，则人的舒适度也随之增加。坐具的主要尺寸

坐具的主要尺寸在国家标准中已作了相应的规定。设计时可以参考这些数据。具体数据略。第四节卧具类家具的功能设计床是供人睡眠休息的主要卧具，也是与人体接触时间最长的家具。床的基本要求是使人躺在床上能舒适地尽快入睡，并且要睡好，以达到消除一天的疲劳、恢复体力和补充工作精力的目的。因此床的设计必须考虑到床与人体生理机能的关系。卧姿时的人体结构特征：从人体骨骼肌肉结构来看，人在仰卧时，不同于人体直立时的骨骼肌肉结构。人直立时，背部和臀部凸出于腰椎有40～60mm，呈S形。而仰卧时，这部分差距减少至20～30mm，腰椎接近于伸直状态。人体起立时各部分重量在重力方向相互叠加，垂直向下，但当人躺下时，人体各部分重量相互平等垂直向下，并且由于各体块的重量不同，其各部位的下沉量也不同。直立与仰卧的腰椎弓背高人体卧姿的体压分布（上为硬床面，下为软床面）床面与人体骨骼（上为硬床面，下为软床面）为了使人在睡眠时的体压得到合理的分布，必须精心设计好床面或床垫的弹性材料，要求床面材料应该在提高足够柔软性的同时，保持整体的刚性。床面或床垫通常是用不同材料搭配而成的三层结构组成。上层与人体接触部分采用柔软材料；中层则采用较硬的材料；下层是承受压力的支承部分，用具有弹性的钢丝弹簧构成。这种软中有硬的三层结构做法，有助于人体保持自然的良好的仰卧姿态，从而得到舒适的休息。床面或床垫的软硬多层结构图卧姿人体尺度人在睡眠时，并不是一直处于一种静止状态，而是经常辗转反侧，人的睡眠质量除了与床垫的软硬有关外，还与床的大小尺寸有关。床宽床长床高床宽：床的宽窄直接影响人睡眠的翻身活动。日本学者做的试验表明，睡窄床比睡阔床的翻身次数少。当宽为500mm的床时，人睡眠翻身次数要减少30%，这是由于担心翻身掉下来的心理影响，自然也就不能熟睡。但试验表明，床宽自700mm至1300mm变化时，作为单人床使用，睡眠情况都很好。因此我们可以根据居室的实际情况，单人床的最小宽度为700mm。床长：床的长度指两床关板内侧或床架内的距离。为了能适应大部分人的身长需要，床的长度应以较高的人体作为标准进行设计，。国家标准GB3328-82规定,成人用床床面净长一律为1920mm,对于宾馆的公用床,一般脚部不设床架,便于特高人体的客人需要,可以加接脚凳。床高：床高即床面距地高度。一般与椅坐的高度取得一致，使床同时具有坐卧功能。另外还要考虑到人的穿衣、穿鞋等动作。一般床高在400～500mm之间。双层床的层间净高必须保证下铺使用者在就寝和起床时有足够的动作空间，但又不能过高，过高会造成上下的不便及上层空间的不足。按国家标准GB3328-82规定，双层床的床底铺面离地面高度不大于420mm，层间净高不小于950mm。第五节凭倚类家具功能设计凭倚类家具是人们工作和生活所必需的辅助性家具。如就餐用的餐桌、看书写字用的写字桌、学生上课用的课桌、制图桌等；另有为站立活动而设置的售货柜台、账台，以及各种操作台等。这类家具的基本功能是适应在坐、立状态下，进行各种活动时提供相应的辅助条件，并兼作放置或贮存物品之用，因此这类家具与人体动作产生直接的尺度关系。（1）坐式用桌的基本要求与尺度高度：桌子的高度与人体动作时肌体的形状及疲劳有密切的关系。经实验测试，过高的桌子容易造成脊柱的侧弯和眼睛的近视，从而降低工作效率，另外桌子过高还会引起耸肩，肘低于桌面等不正确姿势而引起肌肉紧张，产生疲劳。桌子过低也会使人体脊椎弯曲扩大，造成驼背、腹部受压，妨碍呼吸运动和血液循环等弊病，背肌的紧张收缩，也易引起疲劳。因此正确的桌高应该与椅坐高保持一定的尺度配合关系。设计桌高的合理方法是应先有椅坐高，然后再加按人体坐高比例尺寸确定的桌面与椅面的高度差，即：

桌高=坐高+桌椅高差（坐姿态时上身高的1/3）根据人体不同使用情况，椅坐面与桌面的高差值可有适当的变化。如在桌面上书写时，高差=1/3坐姿上身高减20～30mm，学校中的课桌与椅面的高差=1/3坐姿上身高减10mm。我国国家标准GB3326-82规定桌面高度为:

Ｈ＝700～760mm，级差△S=20mm。即桌面高可分别为700mm、720mm、740mm、760mm等规格。我们在实际应用时，可根据不同的使用特点酌情增减。如设计中餐用桌时，考虑到中餐进餐的方式，餐桌可略高一点；若设计西餐桌，同样考虑西餐的进餐方式，使用刀叉的方便，将餐桌高度略降低一些。

桌面尺寸：桌面的宽度和深度应以人坐姿时手可达的水平工作范围，以及桌面可能置放物品的类型依据。如果是多功能的或工作时需配备其他物品、书籍时，还要在桌面上增添附加装置，对于阅览桌、课桌类的桌面，最好有约15度的倾斜，能使人获得舒适的视域和保持人体正确的姿势，但在倾斜的桌面上除了书籍、薄本外，其它物品就不易陈放。国家标准GB3226-82规定：双柜写字台宽为：1200～1400mm；深为：600～750mm;单柜写字台宽为：900～1200mm；深为：510～600mm;宽度级差为100mm;深度级差为50mm。一般批量生产的单件产品均按标准选定尺寸，但对组合柜中的写字台和特殊用途的台面尺寸，不受此限制。餐桌与会议桌的桌面尺寸以人均占周边长为准进行设计。一般人均占桌周边长为550～580mm，较舒适的长度为600～750mm。桌面下的净空尺寸：为保证坐姿时下肢能在桌下设置与活动，桌面下的净空高度应高于双腿交叉叠起进的膝高，并使膝上部留有一定的活动余地。如有抽屉的桌子，抽屉不能做得太厚，桌面至抽屉底的距离不应超过桌椅高差的1/2即120～150mm，也就是说桌子抽屉下沿距椅坐面至少应有120～150mm的净空。国标准规定，桌子中间净空高大于580mm，净宽大于520mm。（2）立式用桌（台）的基本要求与尺度立式用桌主要指售货柜台、营业柜