第四讲家具设计中的人体因素.

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1、1,第四讲 家具设计中的人体因素,(一）基 本 要求： 通过本章的学习，要求学生了解人体作业的种类、作业方式与工作面高度的关系等问题，掌握座椅设计的基本原理、坐的解剖学和生理学的基本知识、几种座椅的基本原型以及其他家具设计的基本原则，并能运用这些知识对现有的家具进行分析、评价或设计。 (二）重点与难点： 重点：人体作业的种类、作业方式与工作面高度的关系，座椅设计的基本原理、坐的解剖学和生理学的基本知识及座椅的基本原型 难点：坐的解剖学和生理学的知识及座椅设计的原则,2,(三）教 学 内容： 3.1 工作面的高度 3.2 座椅的设计 3.3 其他家具的设计 3.4 课程设计课程设计工作椅的人机分

2、析与设计。 (四)工作椅的人机分析与设计 通过对工作方式及座椅设计原则的分析，掌握工作椅的基本尺寸规律，座面、椅背的倾斜角度及其弯曲曲率规律，养成整体匹配意识，亦即尺寸、倾斜度、曲率的整体配合规律。课程设计作业应包含设计分析、设计草图、工程图、效果图及设计说明等内容。,3,家具在现代建筑的室内空间中扮演着多样的角色 , 既是实用品 , 同时又是艺术 品。 但其最主要功能还是实用。因此 , 无论是什么类型的家具都要满足基本的使用 要求。 家具按照与人体使用的密切程度可分为人体家具、依靠家具、贮藏家具。 人体家具: 椅、床等 , 与人体的 接触比较密切 。 依靠家 具:书桌、工作台等 , 他们是人

3、们活动 依托的平台 , 使用方便、舒适是很重要的。 贮藏家具的柜、橱、架等 , 要有适合贮存各种衣物的空间 , 并且便于人们 存取。 为满足上述的要求 , 设计家具时必须以人体工程学作为指导 , 使家具符合人体的基本尺寸、生理特征和从事各种活动 需要的空间环境。为了讨论的方便 , 我们 按照家具与人体关系大的类型 , 讨论 工作面、座椅和床具的问题。,4,4.1 工作面高度的设计(P45) 工作面是指作业时手的活动面. 图4-1可以是工作台面，也可以是主要作业区域。工作面的高度是决定人工作时的身体姿势的重要因素，不正确的工作面高度将引起身体的歪曲, 以致腰酸背痛。 不论是坐着工作还是站立工作,

4、都存在着一个最佳工作面高度的问题，这里需要强调,工作面高度不等于桌面高度,因为工作物件本身是有高度的。例如,打字机的键盘高度,一般有25mm至50mm。,5,6,4.1.1 肘部高度 工作面在肘下 2.57.6mm 是合适的:(1)工作面高度应由人体肘部高度来确定, 由于不同人的肘部高度是不一样的, 所以使用一个固定 的数字来设计工作面高度显然是不合理 的 ;(2) 工作面的最佳高度略低于人的肘 部。虽然不同的研究者提出了不同的肘下距离,但是一致的看法是工作面在人的肘下. 4.1.2 能量消耗 多数受实验者选择烫衣板距肘下150mm为宜，如果把烫衣板置于距肘下250mm, 出现了实验者呼吸加快

5、，能耗增加. 4.1.3 作业技能 工作面的高度影响人的作业技能，手在身前作业,肘部自然放下, 手臂内收呈直角时，作业速度最快,即这个作业面的高度最有利于技能作业。,7,如果座椅太低，上臂外展45度角时,肩承受身体的平衡重量,将导致肌肉疲劳，所以作业效能下，人体能耗增加.,49,8,4.1.4 头的姿势 头的姿势要舒服,视线与水平线的夹角应在所规定的范围内。坐姿时 , 此夹角为3244，站姿时为 2334 。由于视线倾斜的角度包括头的倾斜和眼球转动两个角度。 头部是垂直的或向前稍有倾斜, 颈部不会感到疲劳；在阅读和书写时，平均视角为头向下倾斜离垂直位置25 ，从眼睛到纸面的平均距离是300mm

6、。当头后仰15 角时,问题就会产生。第一个问题是来自灯源和窗的耀眼, 第二个问题是颈部肌肉感到疲劳和酸痛, 字能看得清楚, 但会造成颈部的酸痛。 工作面的高度是决定人工作时身体姿势的决定因素。工作面的高度设计按基本 作业姿势可分为三类: 站立作业、坐姿作业，交替作业。,9,4.1.5 站立作业 站立工作时,工作面的高度决定了人的作业姿势。工作面过高, 可引起肩、背、颈部等部位疼痛。工作面太低,迫使人弯腰弯背,引起腰痛。 站立作业的最佳工作面高度为肘高以下 510cm。男性的平均肘高约为105cm, 女性约为98cm 。因此,按人体尺寸考虑,男性的最佳作业面高度为95100cm,女性的最佳作业面

7、高度为 8893cm。作业性质也可影响作业面高度的设计( 图 4-4) 。 (1) 对于精密作业 ( 例如绘图 ), 作业面应上升到肘高以上 510cm, 以适应眼睛的观察距离。同时,给肘关节部一定的支承,以减轻背部肌肉的静态负荷。 (2) 对于工作台, 如果台面还要放置工具、材料等,台面高度应降到肘高以下1015cm。 (3) 若作业体力强度高 , 例如需要借助身体的重量 ; 作业面应降到肘高以下1540cm。 工作台面应按身材较高的人设计, 身材较低的人可使用垫脚台。,10,11,4.1.6 坐姿作业 对于一般的坐姿作业,作业面的高度仍在肘高( 坐姿 )以下 510cm 比较合适。在精密作

8、业时,高度必须增加,这是由于 精密作业要求手、眼之间的精密配合。 在精密作业中,视觉距离决定了人的作业姿势。打字时的 作业面高度决定于打字机的键盘高度和工作台高度。 然而,降低工作台的高度受到腿所必需的空间的限制。最低的工作台高度可由以下公式求得: LH =K+R+T LH: 最低工作台高度； K: 膑骨上缘高( 坐姿 )； R: 活动空隙,男性为5cm, 女性为 7cm; T: 工作台面厚度。,12,13,R,K,T,14,办公室工作由于受到视觉距离和手的较精密工作 ( 如书写、打字等 ) 的要求, 一般办公桌的高度都应在肘高以上。办公桌的高度是否合适, 还取决于另外两个因素:工作面与桌面的

9、距离和桌下腿的活动空间(图4-1，第页)。前者影响人腰部姿势;后者决定腿是否舒服。 一般而言, 办公桌应按身材较大的人的人体尺寸设计,这是因为身材小的人可以加高椅面和使用垫脚台。而身材较大的人使用低办公桌就会导致腰腿的疲劳和不舒服。 设计办公桌时应保证办公人员有足够的腿的活动空间。因为,腿能适当移动或交叉对血液循环是有利的。抽屉应在办公人员两边, 而不应在桌子中间,以免影响腿的活动。 办公桌高度设计可参考表 44 。,15,4.1.7 坐立交替式作业 这是指工作者在作业区内,既可坐也可坐立交替地工作 ( 图 4-5) 。这种方式很符合生理学的观点。坐姿解除了站立时人的下肢的肌肉负荷.而站立时可

10、以放松坐姿引起的肌肉紧张，坐与站各导致不同肌肉的疲劳和疼痛，所以坐立之间的交替可以解除部分肌负荷,坐立交替还可使脊椎的推间盘获得营养。 有关尺寸如下: (1) 膝活动空间:30cm 65cm; (2) 作业面至椅面:3060cm; (3) 作业面:100120cm; (4) 座椅可调范围:80100cm,16,17,18,4.1.8 斜作业面 在写字台上读写书画时，头的倾角就超过了舒服的范围(即822)。因此，出现了桌或者作业面倾斜的设计。此时人的头和躯体的姿势受作业面高度和倾斜角度两个因素的影响。 设计好的 , 躯体弯曲为 79; 设计差的 , 躯体弯曲为 1942; 设计好的 , 头的倾角

11、为 822; 设计差的 , 头的倾角为 3036 特别是当水平作业面过低时 , 由于头的倾角不可能过多超过 30,人不得不增加躯体的弯曲程度。因此 , 绘图桌的设计应注意以下要求: 高度和倾斜度都可调: 高度应在 65130cm内可调；桌面倾斜度应在 075。,19,4.2 座位的设计(P45) 原始人只会蹲,跪,伏并不会坐. 经过人类学家研究,人类最早使用座椅完全是权力、地位的象征, 坐的功能是次要的。 以后座椅逐步发展成一种礼仪工具,不同地位的人坐椅的大小不同。座椅的地位象征至今仍然存在。直到本世纪初,人们才开始认识到坐着工作可以提高工作效率,减轻劳动强度。人的一生中有很大一部分时间是花在

12、坐上,椅子和座位必须舒适并配合不同工作的需要,这不仅与工作效率有关,而且与人体的健康有关。今天在工业发达国家几乎3/4 的工作是坐姿作业。 本节从一般的座位设计原理起, 进一步介绍一些有关坐的解剖学和生理学, 由此提出合理的工作座位的设计和课桌椅设计。 座椅对人有以下的好处:减轻腿部肌肉的负担;防止不自然的躯体姿势;降低人的耗能量;减轻血液系统负担。,20,4.2.1 座位设计的一般原理 在很多情况下, 座椅与餐桌、书桌、柜台或各种各样的工作面有直接关系。 从人体的身体结构和生物力学的关系，分析座位和椅子的舒适程度和功能效用。椅子和座位的用途不同 (从看电视的躺椅至运动场的露天看台)显然要求不

13、同的设计,并且由于个别人的差别更使这个设计问题复杂化了。 但仍然有些一般的准则,可以帮助我们选择设计并满足我们预期的目标。 椅子设计的关键包括座高、座深、座宽和斜度、扶手高度和间隔, 重量分布, 侧面的轮廓 ( 图 4-7) 。,21,22,1. 座位高度 坐椅的高度是应该根据工作面高度决定的。常常出现的错误是从地面起量坐椅的高度。决定坐椅高度最重要的因素是工作面与坐椅面之间有一个合适距离是275土25mm, 在这个距离内,大腿的厚度占据了一定高度。95%美国男性和女性的大腿厚度是17.5cm。 舒服的坐姿是大腿近乎水平以及两脚被地面所支持。为了避免大腿下有过高的压力 ( 一般发生在座位的前部

14、 ), 座位前沿的高度不应大于坐着时从地板到大腿下面的距离2(脚弯处和高度 )。这个尺寸的选择一般应适合所有第5百分位以上的人。然而这个值对于固定座位的高度来说, 可能会使较高的人的腰背部分成凸出而不是凹进去的姿势。因此,将脚后跟最好比第5百分位的值略提高35cm,( 妇女要多一些 ) 。根据美国的资料,男性和女性这个尺寸的第5百分位,兮别为 39cm 和 36cm。因此,在实践中非常普遍地采用 43cm 的座位高度。当然如果行得通的话,能调节的座位高度 (3848cm )可以适合各种高度的人的需要。,23,24,2. 座位的深度和宽度 座位的深度和宽度应取决于座位的类型。然而一般讲,这个规定

15、的深度应适合小个子, 坐椅的深度要恰当。如果坐椅太深,坐者不能靠背。通常的深度是 375400mm为宜。建议多用途椅子的深度不应超过43cm。 座位面的宽度不能小于 40cm, 虽然这样一个座位宽度对于单只座位来讲,可达到预期的目的;如果是排成一行的,或者座位是一个靠着一个的,还必须考虑肘与肘的宽度,而规定的宽度应适合大个子。即使采用第95百分位的值也会 产生一定的拥挤。在任何情况下这些数字是带靠手的椅子的最小值。坐椅的宽度是从宽为好。宽的坐椅允许坐者姿势可以变化。最小的椅子宽度是400mm,再加上50mm的衣服和口袋装物的距离。对于有靠手的坐椅,两靠手之间的距离最小是475mm,不会妨碍手臂

16、的运动。如果需要手臂支撑,可以把手臂放在桌子上,手臂下面还可以放小的垫子。 对于有靠手的坐椅,靠手高度在椅面以上200mm为宜，靠手太高是错误的设计。,25,3. 重量分布 当一个人坐在椅子内,他身体的重量并非全部在整个臀部上,而是在两块坐骨的小范围内。当人体的重量主要是由坐 骨结节支承时, 人们通常就感到最舒适。从臀部的骨结构和从它们的解剖学方面来看,似乎很适合这个支承重量的任务。 图 4-9 给出一了坐椅所受到的压力分布。每一根线代表相等的压力分布,从坐骨结节下的最大值 90g/cm2 至最外边的10g/cm2 。一把好的坐椅可以适应改变姿势。软的坐垫是需要的,因为它可以增加接触表面,从而减小压力分布的不均匀性。一般坐垫高度是 25mm 。太软太 高的坐垫造成身体不易平衡稳定 , 反而 不好。椅子表面的材料应采用纤维材料。 既可透气 , 又可减少身体下滑。不要采用塑料面，塑料面不透气 , 表面太滑 , 使人坐着感到不舒服。