人機(jī)工程學(xué)-桌椅設(shè)計與人機(jī)學(xué)

1、,人 機(jī) 工 程 學(xué),孫倫 溫州商學(xué)院藝術(shù)設(shè)計學(xué)院,第三章 桌椅設(shè)計與人機(jī)學(xué),1、桌椅設(shè)計概述2、坐姿生理解剖基礎(chǔ)3、桌椅的功能尺寸4、案例,第一節(jié) 桌椅設(shè)計概述,古代桌椅在造型、裝飾等審美、文化方面可供今人研究借鑒。但符合人體解剖學(xué)要求、能長時間坐著舒適的座椅卻鮮如鳳毛麟角。,,第一節(jié) 桌椅設(shè)計概述,1、桌椅的發(fā)展與現(xiàn)狀,瑞典醫(yī)生阿克布羅姆的《站與坐的姿勢》一書1948年問世，奠定解剖學(xué)指導(dǎo)座椅功能設(shè)計的基礎(chǔ)。1954年發(fā)表了他

2、的座椅靠背曲線設(shè)計。,圖3-2 阿克布羅姆靠背曲線,,第一節(jié) 桌椅設(shè)計概述,1、桌椅的發(fā)展與現(xiàn)狀,1968年IEA召開第一次座椅國際學(xué)術(shù)研討會，掀起研究高潮。隨后，各國紛紛制定或修訂新的座椅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如學(xué)校課桌椅、辦公用椅、工作椅、飛機(jī)座椅、火車座椅等的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1974年日本把辦公桌高度由740mm改為700mm（男用或男女合用），與670mm（女用）的兩種新標(biāo)準(zhǔn)。,,第一節(jié) 桌椅設(shè)計概述,1、桌椅的發(fā)展與現(xiàn)狀,1980年代以

3、前我國辦公桌的通用高度為800mm。目前新型辦公桌已經(jīng)降到較為合適的高度。我國已發(fā)布了一批家具的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如： GB/T 3976—2002 《學(xué)校課桌椅功能尺寸》， GB/T 14774—1993 《工作座椅一般人類工效學(xué)要求》， GB/T 3326～3328—1997（辦公桌、文件柜、衣柜等家具尺寸標(biāo)準(zhǔn)等。,,第一節(jié) 桌椅設(shè)計概述,2、坐姿工作的優(yōu)缺點,桌椅作為坐姿工作的平臺，其設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。,,據(jù)統(tǒng)計

4、：發(fā)達(dá)國家中坐姿工作的比例超過2/3。有人說，人快要成為“坐著的動物了！,,第一節(jié) 桌椅設(shè)計概述,1、桌椅的發(fā)展與現(xiàn)狀,合理的桌高 ＝合理的椅面高＋合理的“桌椅面高度差”,,關(guān)鍵是座椅問題，優(yōu)先分析,,第一節(jié) 桌椅設(shè)計概述,2、坐姿工作的優(yōu)缺點/優(yōu)點,減輕了兩腿及足踝、膝、髖等關(guān)節(jié)壓力，減輕了全身肌肉、尤其是腿部肌肉的負(fù)荷，可減少人體的能量消耗.放松了腿部肌肉，使腿部血管內(nèi)壓降低，血液易于向心臟回流，能緩解疲勞有利于維持身體的平衡

5、。辦公、精細(xì)操作、視覺作業(yè)的理想姿勢解放了雙腳，使腿腳易于參加操作，還能依靠靠背發(fā)揮腿腳的蹬力,,第一節(jié) 桌椅設(shè)計概述,限制了人體活動范圍，尤其是需要上肢出力的場合，往往需要站立作業(yè)，而頻繁的起坐交替會導(dǎo)致疲勞。長期的坐姿會引起腹肌松弛，脊椎非正常彎曲，以及對某些內(nèi)臟器官造成損害。坐姿太久也會造成下肢腫脹，靜脈壓力增大，大腿局部受壓增加血液回流阻力。,2、坐姿工作的優(yōu)缺點/缺點,,第一節(jié) 桌椅設(shè)計概述,2、坐姿的常見問題,,第一節(jié)

6、 桌椅設(shè)計概述,2、坐姿的常見問題,不良的設(shè)計（不考慮人體生理解剖等特點）使人們處于不自然的工作姿勢，造成一些“職業(yè)病”。頸椎病、腰椎病等成為目前的常見病，并且患病人群有年輕化趨勢。,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿脊柱形態(tài)及其生理效應(yīng),人體骨骼共有206塊。支撐頭顱與全身的骨結(jié)構(gòu)為脊柱、骨盆與下肢。,（1）脊柱、椎間盤與骨盆結(jié)構(gòu),,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿脊柱形態(tài)及其生理效應(yīng),（1）脊柱、

7、椎間盤與骨盆結(jié)構(gòu),脊柱分4個區(qū)段，共24節(jié)椎骨；脊柱的下端是骶尾骨。 脊椎骨間的軟組織稱椎間盤。全部椎間盤的厚度之和占脊柱總長的1/4。腰椎的椎間盤最厚。,椎間盤作用：（1）連接椎體；（2）承受壓力，吸收震蕩，緩解沖擊以保護(hù)；（3）有利于脊柱的運動：在脊柱運動時，椎間盤可相應(yīng)地改變形狀。,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿脊柱形態(tài)及其生理效應(yīng),（1）脊柱、椎間盤與骨盆結(jié)構(gòu),骨盆由脊柱下端的骶尾段與髖骨構(gòu)成，上接脊柱，下

8、連下肢?！　△疚补乔恫逶隗y骨腔孔內(nèi)，人的體重經(jīng)骶尾骨傳壓在髖骨上。,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿脊柱形態(tài)及其生理效應(yīng),（1）脊柱、椎間盤與骨盆結(jié)構(gòu),人坐著，體重由坐骨作用于椅面，腿腳不受力?！　∪苏局?，體重通過腿腳作用于腳底支承面上。,a）坐著 　　　　　　　　　　 b）站著,,上身體重在骨盆處的傳承情況,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿脊柱形態(tài)及其生理效應(yīng),（2）坐姿脊柱形態(tài)的變化及其

9、生理效應(yīng),側(cè)面看四個自然生理曲度頸曲：略向前凸胸曲：略向后凸腰曲：略向前凸骶曲：略向后凸,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿脊柱形態(tài)及其生理效應(yīng),（2）坐姿脊柱形態(tài)的變化及其生理效應(yīng),人直立時脊柱為正常生理彎曲狀態(tài)，椎間盤受壓均勻且較??；形態(tài)特征是腰椎段為向前凸出，且曲度較大。,,,坐姿引起脊柱形態(tài)改變：腰椎段由前凸變直甚至略向后凸，不利腰間盤受壓均勻，因此坐姿下腰椎易感不適。,,,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿脊柱

10、形態(tài)及其生理效應(yīng),（2）坐姿脊柱形態(tài)的變化及其生理效應(yīng),,F E D C B A,,,,,,,G,,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿脊柱形態(tài)及其生理效應(yīng),（2）坐姿脊柱形態(tài)的變化及其生理效應(yīng),脊柱的形態(tài)變化對椎間盤受力影響較大。 人體姿勢是決定椎間盤內(nèi)壓力的主要因素，椎間盤內(nèi)壓力過高是損壞椎間盤的直接原因。仰臥時最小，站姿時比坐姿時壓力小。,,第二節(jié) 坐姿生

11、理解剖基礎(chǔ),1、坐姿脊柱形態(tài)及其生理效應(yīng),（2）坐姿脊柱形態(tài)的變化及其生理效應(yīng),這種不利影響因靠背形式不同而明顯不同。,靠背仰角、支承對第三腰椎椎間盤壓力的影響,腰部椎間盤受擠壓，向后推韌帶，腰部不適,受力較均勻，韌帶不拉伸，腰部無不適用,駕駛員舒適駕駛姿勢,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿脊柱形態(tài)及其生理效應(yīng),（2）坐姿脊柱形態(tài)的變化及其生理效應(yīng),當(dāng)人體自然站立時，脊柱呈理想的“S”形曲線狀，腰椎不易疲勞，見圖(a)所示。

12、 如果座椅設(shè)計得能讓腰部得到充分的支撐，使腰椎恢復(fù)到自然狀態(tài)，那么疲勞就會得到延緩，從而得到輕松舒適感，見圖(c)所示。 當(dāng)人體取坐姿工作時，往往會因座椅設(shè)計的不科學(xué)而促使人們采用不正確的姿勢，從而迫使脊柱變形，疲勞加速，并產(chǎn)生腰部酸痛等不適癥狀，見圖(b)所示。,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿下的體壓,（1）椅面上臀部與大腿的體壓,當(dāng)座椅上的人處在安定姿態(tài)時，人體重量作用在坐墊和靠背上的壓力分布稱為體壓分布。

13、 影響椅面上體壓的因素：椅面軟硬、椅面高度、椅面傾角及坐姿等。,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿下的體壓,（1）椅面上臀部與大腿的體壓,硬椅面會導(dǎo)致坐骨結(jié)節(jié)體壓過于集中，75%的重量，集中于25cm²的區(qū)域內(nèi)。因此上加薄軟的墊子，坐骨下壓力峰值大幅度下降，可改善體壓分布。,1.1椅面軟硬與椅面體壓,最大受壓處位于坐骨結(jié)節(jié)點，其周圍壓力逐漸向外擴(kuò)展減弱，直至大腿后部和臀部后。,思考:坐墊太軟、太厚，使體壓分布過于

14、均勻，是否科學(xué)？,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿下的體壓,（1）椅面上臀部與大腿的體壓,1.1椅面軟硬與椅面體壓,圖3-21 椅墊的軟硬性能,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿下的體壓,（1）椅面上臀部與大腿的體壓,1.2 椅座高與椅面體壓,國標(biāo)中，座面高與“小腿加足高”接近或稍小時，體壓分布比較科學(xué)。,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿下的體壓,（1）椅面上臀部與大腿的體壓,1.3座面傾角與椅面體壓,,第二節(jié) 坐

15、姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿下的體壓,（2）腘窩的壓力,膝蓋的背面稱為腘窩。從大腿通向小腿的血管和神經(jīng)都從腘窩處經(jīng)過，且距離體表較淺，腘窩處的皮膚又薄，因此腘窩是對體壓敏感的部位。腘窩受壓,阻礙血液循環(huán),小腿麻木。座面過高或坐深過大，都會造成腘窩受壓。,a）座面過高 b）座面過深,造成腘窩受壓的兩種原因,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),1、坐姿下的股骨、肩部、小腿與背肌,椅面在冠狀面內(nèi)成較大的弧凹形，使股骨兩側(cè)往上推移，髖部肌

16、肉受壓，造成不適。座面應(yīng)：坐骨骨節(jié)下的座面程近似水平。,（1） 股骨與座面形狀,（2）肩部與扶手高度,扶手高度適宜，肩部自然放松；扶手過高，肩部聳起不適。扶手高度以略低于“坐姿肘高”為宜.,,第二節(jié) 坐姿生理解剖基礎(chǔ),（3）小腿的支承與背肌,脊椎的穩(wěn)定靠韌帶和肌腱，脊柱偏離自然狀態(tài)，肌腱組織受相互力作用，肌肉活動度增加，導(dǎo)致疲勞酸痛。 前傾操作，上身重心偏前，小腿獲得支撐，可以降低大腿與椅面前緣之間的體壓，緩解背肌的緊張。

17、 在背部沒有依靠的情況下，背部肌肉力量維持著上身的平衡，非前傾工作，上身后仰倚靠在靠背上可放松背肌。 小腿獲支撐有利于上身保持平衡，降低背肌活動度。,3、坐姿下的股骨、肩部、小腿與背肌,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,座椅功能尺寸和形態(tài)隨目的要求而異，可分為： ①工作椅，常以上身前傾姿勢進(jìn)行作業(yè)等操作。 ②休息椅， ③辦公室用椅、會議室用椅等。介于兩者之間。,,,第三節(jié) 桌椅

18、的功能尺寸,主要的座椅分析角度1、座面（前緣的）高度2、座面傾角α3、靠背4、座深與座寬5、扶手,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,1、座面（前緣的）高度,（1）工作座椅,座高的設(shè)計要點是：①大腿基本水平，小腿鉛垂支撐于地面；②腘窩不受壓；③臀部邊緣及腘窩后部的大腿在椅面獲得“彈性支承”。,即工作椅座高為：比坐姿人體尺寸的“3.8 小腿加足高”低 10～15mm。,計算女子P5與男子P95的座高（含修正數(shù)據(jù)）：中國男女通用

19、工作椅座高的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)為：350～460mm。,,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,2、座面傾角α,（1）工作座椅,常見工作椅的α可為正值（前緣翹起），但用于讀、寫、打字、精細(xì)操作等身軀前傾工作的，α取正值使腘窩處體壓加大，則不合適 。工作椅座面傾角問題可歸結(jié)為3條：①一般辦公椅可取α＝0°～5°，推薦α＝3°～4°。②前傾工作椅α取負(fù)值；前傾度大，加大負(fù)值,如“平衡椅”和“云椅”。,,a）平衡椅

20、 b）云椅,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,2、座面傾角α,（1）工作座椅,工作椅座面傾角問題可歸結(jié)為3條：③新式辦公椅可在一定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)α和靠背傾角，使不同狀態(tài)下都能較為舒適。,座面和靠背傾角可自動調(diào)節(jié)的工作椅,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,2、座面傾角α,（2）休息椅,多為椅面前緣翹起、α為正值，軀干穩(wěn)定舒適。越是以休息放松為主的座椅，α越應(yīng)取較大數(shù)值。,幾種非工作椅的座面傾角參考值,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,

21、3、靠背,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。,2．休息椅,休息椅靠背后仰，功能轉(zhuǎn)向支承軀干、放松背肌，位置在第八胸椎骨。安樂椅、躺椅等長時間休息用椅，為緩解頸椎負(fù)擔(dān)，宜提供頭枕。,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,4、座深與座寬,①臀部邊緣及大腿在椅面獲得“彈性支承”，使上身穩(wěn)定，減輕背肌負(fù)擔(dān)。②在腘窩不受壓的條件下，腰背部能獲得腰靠的支托。,GB/T 14774—1993給出的座深數(shù)值為 360～390mm，推薦

22、值 380mm。辦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，,（1）座深,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,單人椅的座寬，略大于“4.6 坐姿臀寬”（男女公用者，取女性尺寸為設(shè)計依據(jù)）。,GB/T 14774-1993給出座寬范圍 370～420mm，推薦值 400mm,4、座深與座寬,（2）座寬,排椅的單人座寬應(yīng)大于 “4.7 坐姿兩肘間寬”，并考慮穿衣引起的尺寸修正量。,GB/T 14774-1993給出排椅的單人座寬宜

23、不小于500mm。,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,扶手功能主要有：①用手臂支撐起座、調(diào)節(jié)體位，尤其對躺椅、安樂椅；②支承手臂重量，減輕肩部負(fù)擔(dān)；③對座位相鄰者形成身體和心理上的隔離。,5、扶手,扶手高度宜略小于 “3.5 坐姿肘高”。GB/T 14774—1993對公用座椅的扶手高度推薦值為 （230±20）mm。,,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,工作座椅的結(jié)構(gòu),GB/T 14774—1993《工作座椅一般人類工效學(xué)要求

24、》,,第三節(jié) 桌椅的功能尺寸,6、桌面高度（桌椅配合）,桌高的確定方法：桌高＝座高＋合理的桌椅高度差,合理的桌椅高度差（Czy）可依據(jù)坐姿的“ 坐高”確定，,例如： 書寫用的桌子 Czy＝（坐高/3）－（20～30）mm ， 學(xué)生用的課桌 Czy＝（坐高/3）－10mm 等。,GB/T 3326—1982規(guī)定 辦公桌桌高范圍為 H＝700～760mm.,第四節(jié)