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1、-坐卧类家具功能尺寸设计1 座椅的几何尺寸坐卧类家具与人体直接接触，起着支撑人体的作用，如：椅、凳、沙发、床等。它们的功能尺寸的设计对人们是否坐的舒服，睡得安宁，提高工作效率有直接关系，所以其设计要符合人的生理和心理特点，使骨骼肌肉结构保持合理状态，血液循环和神经组织不过分受压，尽量设法减少和消除产生疲劳的各种条件，从而使人的疲劳降到最低限度。1 座位的设计 原始人只会蹲、跪、伏，并不会坐，那么座椅是怎么产生的？经过人类学家的研究，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。以后座椅又逐步发展成一种礼仪工具，不同地位的人座椅大小不同。座椅的地位象征意义至今仍然存在。直到本世纪初，人
2、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。不论在工作、在家中、在公共汽车或在其他的任何地方，每人在他的一生中总有很大的一部分时间是花在坐的上面。座椅对人体有如下好处：1）减轻腿部肌肉的负担；2）防止不自然的躯体姿势；3）降低人的能耗量；4）减轻血液系统的负担。我们从经验可知，椅子和座位必须舒适，并配合不同的工作需要，这不仅与工作有关，而且与人的健康有着密切的关系。今天在工业国家内几乎3/4的工作是坐姿作业，因此座椅的研究设计受到了广泛的重视。1.1 一般座位的设计与座位有关的舒适程度和功能效用是由人体的结构及生物力学关系所构成的。座位的用途不同显然要求不同的设计，但仍然有一些一般的
3、准则。座椅设计必须考虑的因素很多，可以概括出如下一些基本原则：（1）座椅的形式与尺度和它的用途有关，即不同用途的座椅应有不同的座椅形式和尺度；（2）座椅的尺度必须参照人体测量学数据设计；（3）座椅的设计必须能提供坐在其上的人体有足够的支撑与稳定作用；（4）腰椎下部应提供支撑，设置适当的靠背以降低背部紧张度；（5）座椅应能方便地变换姿势，但必须防止滑脱；（6）身体的主要重量应由臀部坐骨节承担，座垫必须有充分的衬垫和适当的硬度，使之有助于将人体重量的压力分布于坐骨结节区域。休息时腰背部也应承担重量。椅子设计的关键包括座高、座深、座宽、座面倾角、扶手高度、靠背、椅垫垫性、侧面轮廓。图1为座椅的几何尺
4、寸。1.1.1 座椅的高度通常以座前沿中至地面的垂直距离作为座椅的座高，即座面前缘高度。座高是影响坐姿舒适程度的主要因素之一，座高不合理会导致坐姿的不正确而且容易使人体腰部产生疲劳。舒服的坐姿应使就坐者大腿近似呈水平的状态，小腿自然垂直，脚掌平放在地上。经实验测试，座面过高，则两腿悬空碰不到地面，体压有一部分分散在大腿部分，使大腿血管受到压迫，妨碍血液循环，容易产生疲劳（见图2（b）。座面过低，使膝盖拱起，体压过于集中在坐骨上，时间久了会产生疼痛感（见图2（c）。另外，重心过低也会造成起身时的不便，尤其对老年人来说更为明显。（a）座面高度适中 （b）座面高度过高 （c）座面高度过低图2 座面高
5、度示意图图3给出了不同的座板高度，并给出座面的体压分布与座板高度的关系。图3 座面体压分布与座板高度的关系（a）座面比膝盖低5cm（b）座面与膝盖几乎同样高（c）座面高于膝盖5cm由图3可以看出，当座高低于膝盖高度时，体压集中在坐骨骨节部分；当座高与膝盖同样高时，体压主要分布在坐骨骨节部分，但稍向臀部分散；当座高高于膝盖高度时，由于两腿悬空，则体压有一部分分散在大腿部分，使大腿内侧受压，妨碍血液循环而引起腿部疲劳。由于人的臀部能承受较大的压力，因此前两种情况与人体构造及生理现象较符合。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，因此，座椅高度的设计除了要考虑小腿加足高，还
6、要考虑工作面高度。（1）小腿加足高为了避免大腿下有过高的压力（一般发生在大腿的前部），座位前沿到地面或脚踏的高度不应大于脚底到大腿弯的距离。据研究，合适的座高应等于小腿加足高加上2535的鞋跟厚再减去1020的活动余地，即：椅子座高小腿加足高鞋跟厚适当空间。小腿加足高一般应适合所有第五百分位以上的人。国家标准GB/T 3326规定椅座高为： 座高=40044Omm。就工作用椅而言，其座高宜比休息用椅稍高，且座高宜设定为可调整式的，以适应多数人使用，可确定工作椅高度取40044Omm。当然如果行得通的话，能调节的座位高度（380480mm）可以适合各种高度的人的需要。沙发座前高可以降低一些，使腿
7、向前伸，靠背后倾，有利于脊椎处于自然状态。沙发的座高一般规定为360420mm，过高就像坐在椅子上，感觉不舒服；过低，坐下去站起来就会感觉困难。（2）根据工作面高度决定座椅高度餐桌较高而餐椅不配套，就会令人坐得不舒服；写字桌过高，椅子过低，就会使人形成趴伏的姿势，缩短了视距，久而久之容易造成脊椎弯曲变形和眼睛近视，因此，座椅的高度还应考虑工作面高度。决定座椅高度最重要的因素是椅凳面和工作面之间有一个合适距离，即桌椅高差，国家标准GB/T 3326规定了桌椅类配套使用标准尺寸，桌面与椅凳面高度差控制在250320mm。在桌椅高差这个距离内，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1
8、75mm。由于考虑到工作面的需要，可能椅子高度造成人脚达不到地面，这时应该使用垫脚。1.1.2 座位的深度座位的深度指椅子座面前沿至后沿的距离。（a）座深过大； （b）座深过浅图4 座面深度示意图座深对人体舒适感的影响力很大。座深的尺寸应满足三个条件：（1） 臀部得到充分支撑；（2） 腰部得到靠背的支撑；（3） 座面前缘与小腿之间留有适当的距离，以保证大腿肌肉不受挤压，小腿可以自由活动。座椅的深度要恰当，如果座面过深，则背部支撑点悬空，使靠背失去作用，同时膝窝处会受到压迫，使小腿产生麻木感；如座深过浅，大腿前部悬空，将重量全部压在小腿上，使小腿很快疲劳（见图4）。座位的深度应该取决于座位的类型
9、，坐深是确定座位深度的关键尺寸，据研究，座深略小于坐姿时大腿水平长度为宜。即：座深 =坐深-60（间隙）一般讲座位的深度应该适应小个子，座位的深度应以坐深的第5百分位数值进行设计。国标GB/T 3326规定椅子座深为： 扶手椅座深=40044O mm。 靠背椅座深=34042O mm沙发及其它休闲用椅由于靠背倾斜较大，故座深可设计稍大些，一般座深=480600 mm，过深则小腿无法自然下垂，腿肚将受到压迫；过浅，就会感觉坐不住。1.1.3 座位的宽度座位的宽度指座面的横向宽度。座宽应使人体臀部得到全部支撑并有一定的活动余地，使人能随时调换坐姿。座宽是由人体臀部尺寸加适当的活动范围而定。在空间允
10、许的条件下，以宽为好。宽的座椅允许坐者姿势可以变化。座宽的设定必需适合于身材高大的人，其相对应的人体测量尺寸是臀宽。而此种人体尺寸值受性别的差异影响很大，故座宽通常以女性臀部宽度尺寸的第95百分位进行设计，以满足大多数人的需要。 座宽一般不小于380 mm ，国标GB/T 3326规定：靠背椅座位前沿宽380 mm。 扶手椅要比无扶手的座面宽一些，这是因为如果太窄，在扶扶手时两臂必须往里收紧，不能自然放置；如果太宽，双臂就必须往外扩张，同样不能自然放置，时间稍久，都会让人感到不适（图5）。对于有扶手的座椅，两扶手之间的距离即座面宽度。因为扶手的存在一定程度上限制了人们上肢的活动范围，所以需要留
11、出更大的活动空间，否则即使能够使臀部保持舒适，双臂活动依然要受到扶手的阻挡。此时座面宽度应该能够满足人体双臂的自由运动为宜，数值上是人体的肩宽加上适当余量而定。即B=L1 + L2 + L3式中：B座面宽度（扶手间距）；L1人体肩宽；L2衣物厚度；L3预留的活动余量，一般为60mm。国标GB/T 3326规定扶手椅内宽460 mm，（a）适中 （b）坐面过窄 （c）坐面过宽图5 扶手椅坐宽不会妨碍手臂的运动。 如果是排成一排的椅子，如观众席座椅还必须考虑肘与肘的宽度。如果穿着特殊的服装，应增加适当的间隙。 我国国标规定单人沙发座前宽不应小于480，小于这个尺寸，人即使能勉强坐进去，也会感觉狭窄
12、。一般为520560 mm。1.1.4 座面倾角座椅的设计应有助于保持身躯的稳定性，这一点，座面倾角（指座面与水平面的夹角）起着重要的作用，当然，与座位靠背的曲线和座位的功能亦有很大的关系。图 6 工作中形成的弯曲的姿势通常椅子座面稍向后倾，座面向后倾有两种作用，首先在长期的坐姿下，座面向后倾以防止臀部逐渐滑出座面而造成座姿稳定性差。其次由于重心力，躯干会向靠背后移，使背部有所支撑，减轻坐骨结节点处的压力，使整个上身重量由下肢承担的局面得到改善，下肢肌肉受力减小，疲劳度减小。一般情况下，座面倾角越大，靠背分担座面的压力比例就越高。椅凳类家具的座面倾角决定使用者在使用时的身体姿势，从而影响使用者
13、的身体疲劳度，因而不同类型的椅凳类家具的座面角度不同。如某些椅凳类家具的座面前倾，如学习椅等。这类椅凳类家具在使用时使用者上身需要前倾，若座面倾斜向后，人的上身前曲的幅度会增大，导致脊椎骨过度弯曲，造成脊椎骨局部劳损，易于引发脊椎疾病（见图6）。餐椅的座面倾角也比较特殊，通常是水平的，因为虽然餐椅使用时间不长，但是人在进餐时胸腔和腹腔要保证正常状态，前倾或者后倾的座面都会影响腹腔内各器官在消化时的功能。据研究，工作用椅座面倾角05，推荐的工作用椅的座面倾角为3，此时人感到比较舒适。当人们处于休息和阅读状态时，应用较大的倾角，休息用椅座面倾角为523（依休息程度不同）。表1是根据舒适度决定的不同
14、椅凳类家具的座面倾角的建议值。表1 常见椅凳类家具座面倾角椅凳类家具种类座面倾角 /餐椅0工作椅05休息用椅523躺椅241.1.5 扶手休息椅和部分工作用椅还需设扶手，扶手的功能是使人坐在椅子上时手臂自然放在其上，减轻两臂负担，也有助于上肢肌肉的休息，增加了舒适感；在就坐起身站立或变换姿势时，可利用扶手支撑身体；在摇摆颠簸状态下，扶手还可帮助身体稳定。扶手的高度应合适，扶手过高时，两臂不能自然下垂，过低时，两肘不能自然落靠（见图7），这两种情况均容易引起上臂疲劳。因此扶手的高度要合适，设计时依据第50百分位的坐姿肘高来确定椅子扶手的高度，一般扶手与座面的距离以200250为宜，（a）过低 （
15、b）过高图7 扶手高度同时扶手前端略高点，随着坐面倾角与靠背斜度而倾斜。1.1.6 靠背椅子的靠背能够缓解体重对臀部的压力，减轻腰部、背部和颈部肌肉的紧张程度。椅子的靠背是决定椅类家具是否舒服的根本要素。（1）靠背倾角靠背倾角指靠背与座位之间的夹角。在椅子的使用过程中，靠背倾角的增加能增强人体的舒适感，一般讲，靠背倾角越大，人体所获得的休息程度越高，因为身体向后仰时，身体的负载移向背部的下半部和大腿部分。当靠背倾角达到110时，人体的肌电图的波动明显减少，被试者有舒服的感觉。越躺下，越感觉到舒服，完全躺下就是床的设计了。工作用椅靠背倾角较小，一般取95105之间，常用100。休息用椅则较大，而
16、且休息程度越高其靠背倾角也越大。常见椅凳类家具靠背倾角见表2。表2 常见椅凳类家具靠背倾角（单位：）椅凳类家具种类靠背倾角餐椅90工作椅95105休息椅110130躺椅115135肩胛骨图8 椅子靠背的两个支撑点的位置腰椎（2）腰靠和肩靠在靠背的设计中，除了注意靠背倾角外，还要注意能够提供“两个支撑”，设计腰靠和肩靠的位置。一般地，靠背的压力分布在肩胛骨和腰椎两个部位最高，这就是在靠背设计中所强调的两个支撑的原因。“两个支撑”指的是腰椎部分和背部肩胛骨部位的两个支撑部位，见图8，当座位有两个支撑，人们在坐的时候感到后背部及腰部十分舒适。因为人的肩胛骨分左右两块，所以两个支撑实际上是两个支撑位，
17、三个支撑点。其中上部支撑点为肩胛骨部位提供凭靠，称为肩靠；下部支撑点为腰曲部分提供凭靠，称为腰靠。（a）良好座席 （b）不良座席图9 坐垫的软硬及压力分布的改变腰部支持点是椅类家具靠背设计中必需的也是最重要的一个支持点，它为使用者提供腰曲部分的凭靠。在家具的设计中，应有腰靠的凸缘，用以支持腰部。如果坐椅不设计腰靠，坐时人的腰骶部基本处于悬空状态，坐久了会有不适感。腰部支撑点过高和过低，都容易引起支撑点的前凸顶在脊椎的胸曲或者骶曲的某一位置上，不仅起不到增加椅类家具舒适性的作用，反而会增大脊椎变形的可能性。靠背的腰靠要符合人体脊柱自然弯曲的曲线。凸缘的顶点应在第三腰椎骨与第四腰椎骨之间的部位，即
18、顶点高于坐面后缘1018cm。腰部支撑点的高度是指腰部支撑点到座位基准点的高度。腰靠的凸缘有保持腰椎柱自然曲线的作用。图9（a）为良好座席，由于对腰椎支撑的高度适当，使脊柱近似于自然状态，由于伸直脊柱，腹部不受压；而图9（b）为不良座席，由于没有支撑腰椎，脊柱呈拱形弯曲，腹部受压。有的座椅靠背能支持人的肩部以及腰部，具有较高的高度合成凹面形状，可以给整个背部较大面积的支撑。靠背倾角直接影响支撑点的高度，见表3。研究表明的最佳支撑条件如图 10所示。图10 良好的背部支撑位置表3 良好的背部支撑位置与角度条件支持点上体角度/ 上部下部支持点高/cm支持面角度/ 支持点高/cm支持面角度/ A90
19、2590_一个所支持B1003198_C10531104_D11031105_E100409519100两个所支持F10040982594G100311051994H1004011025104I1004010419105J100509425129图11 靠背支撑（a）腰靠、肩靠 （b）腰靠、肩靠、靠枕“一个支撑”和“两个支撑”的区别在于是否有背部支撑点，有些对舒适度要求不高的工作椅等椅类家具常选择使用“一个支撑”。选择“一个支撑”或“两个支撑”以及支撑的位置的确定应根据座椅的用途，即使用者的使用目的来确定。靠背支撑见图11。腰靠和肩靠是靠背较为简易的形式，当靠背倾角增大到一定程度或者在设计交通
20、工具的座椅时，还要增加靠枕，以保证坐姿的舒适性，并防止由于运动冲击引起的颈椎和颈肌损伤。例如在轿车座椅（图12）、一些大客车座椅，或者有些老板椅（图13）的靠背上部，都有一道鼓起来的凸包。这道凸包是用来垫靠颈部的凹处，使人的头颈更舒服的。但要注意的问题是，一定要根据人体测量尺寸，正确设计靠枕的位置，否则垫颈的凸包就顶住了我们的后脑勺，令人很不舒服。靠枕图13 具有靠枕的老板椅图12 轿车座椅靠枕（3）靠背的尺寸 靠背的宽度对于工作座椅，人的肘部会经常碰到靠背，所以靠背宽度以不大于325375为宜。 背长（靠背的高度） 靠背高度可视椅子不同功用而定。最基本活动姿态所用的椅子可以不设靠背；简单靠背
21、的高度，大约125 就可以了。靠背不宜过高，通常设置的肩靠应低于肩胛骨下沿，高约460 mm。过高则易迫使脊椎前屈，这个高度也便于转体时舒适地将靠背夹置腋下。休息用椅靠背倾角增大，又因上身由垂直趋向水平，所以靠背必须超出肩高，使背部有支持，身体自然舒展，才能达到休息的效果。椅子是与人体接触最为密切的家具。椅子设计除了考虑以上功能尺寸外，还需考虑其舒适度。在GB/T3321997中，关于椅类家具尺寸的规定见表4和5。图14和图15分别为扶手椅和靠背椅尺寸示意图。表4 扶手椅尺寸（单位：mm）扶手内宽B2座深T1扶手高H2背长L2尺寸级差S靠背倾角座面倾角460400-440200-2502751
22、09510014表5 靠背椅尺寸（单位：mm）座前宽B2座深T1背长L2尺寸级差S靠背倾角座面倾角380340-420275109510014图14 扶手椅尺寸示意图 图15 靠背椅尺寸示意图1.1.7 座椅椅垫（1）重量分布椅凳类家具的设计要解决人使用这类家具时身体的支撑。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，见图16。图17用等压线表示了坐板压力分布。图17中每一根线代表相等的压力分布，座面上的臀部压力分布在坐骨结节处最大，由此向外，压力逐渐减小，直至与座面前缘接触的大腿下部，此处压力为最小。从坐骨结节下的最大值90 g/cm2至最外边的10 g/
23、cm2 。由人体解剖学可知，由于大腿下面至膝盖后面有主动脉，受力后容易产生麻木感，当人体的重量主要是由坐骨结节支撑时，人的感觉最舒服。座椅面的设计应以坐骨结节处为最大受力点，由此向外压力逐渐减少，直至座椅面前缘与大腿接触处压力最小。图18给出了座位面的体压分布的不良状况。体压分布是人坐着时身体所受压力的分布状态。图17 等压线表示的坐板压力分布图16 座椅上的压力分布图18 座面的体压分布的不良状况（g/cm2）一把好的椅子设计，必须适宜人体随意改变姿势的状态。椅垫垫性就是起支承作用的与人体接触的垫层特性。（a）良好座席 （b）不良座席图19 坐垫的软硬及压力分布的改变（2）椅垫的功能椅垫具有
24、两种重要功能：a. 椅垫可使体重在坐骨隆起部分和臀部产生的压力分布比较均匀，不致产生疲劳感。人坐着时，人体重量的75%左右由约25cm2的坐骨结节周围的部位来支撑，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感。若在上面加上软硬适度的坐垫，则可以使臀部压力值大为降低，压力分散。b. 椅垫可使身体坐姿稳定（3）椅垫的软硬度座面的一定缓冲性是需要的，因为它可以增加臀部与座面的接触表面，从而减小压力分布的不均匀性，但座垫不是越软越好，若座垫过软会产生如下问题：a. 体坐在柔软椅垫上，很容易使整个身体无法得到应有的支撑，从而产生坐姿不稳定的感觉。人体在休闲椅的柔软材质上只有双脚依靠在坚实的地面上才有稳定
25、感，因此，弹力太大的座椅非但无法使人体获得依靠，甚至由于需要维持一种特定姿势，肌肉内应力的增加导致疲劳产生。b. 人体坐在柔软椅垫上，人体臀部和大腿会深深地凹陷入座垫内，全身受到座垫的接触压力（见图19），想保持正确的坐姿和改变坐姿都很困难，容易使人疲劳。若座垫过硬，使人的体重集中于坐骨隆起部分，而得不到均匀的分布，易引起坐骨部分的压迫疼痛感。太软太高的座垫造成身体不易平衡和稳定，反而不好。一般座垫的高度是25mm。另外，一般简易沙发的座面下沉量以70 mm为宜，中大型沙发座面下沉量可达80120mm。背部下沉量为3045 mm ，腰部下沉量为35mm为宜。1.1.8 椅子表面的材料椅子表面的
26、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，使人感到不舒服。1.1.9 侧面轮廓从人体工程学的观点来看，座椅是坐的机器。从简单的板凳到牙科疹所的医疗椅，座椅的复杂程度以及它与人的关系大不相同。但是，对人体影响很大的是座椅的侧面轮廓，如图20所示，图中左侧是多功能座椅，右侧是休息椅，休息椅侧面轮廓使人感觉特别舒服。图20 座椅的侧面轮廓在座椅的设计过程中，必须进行实验，以确定座椅的侧面轮廓是否感觉舒服。用来休息的座椅，称为休息椅。由于椎间盘内压力和肌肉疲劳是引起不舒服感觉的主要原因，因此，座椅的侧面轮廓若能降低椎间盘内压力和肌肉负荷，并且使之降到尽可能
27、小的程度，就能产生舒服的感觉。椅子的设计应按人体背部特点而设计成一定的曲率，椅子靠背设计成“S”形曲线，与人的脊柱弯曲基本吻合，应使椅子适应人，且保持100105的靠背倾角，这是人体保持放松姿态的自然角，而且在这种角度时，从人体工程学的角度分析，这种“S”形曲线的靠背对人的背部有两个支撑点，一个在腰骶部，一个在肩胛骨。对于有软垫的椅子，其侧面轮廓是指人坐下后产生的最终形状。图19左侧显示的是良好的软椅，采用柔轻座面，增大臀部与座面接触面积，可改善坐骨结节受力集中情况，此时扶手高度适当，肩部不感酸痛。图19右侧显示的是不好的座椅，虽然可能原来的形状好，但人坐下后的最终形状不好。座面过于松软，使股
28、骨处于受压迫位置而承受载荷，臀部肌肉承受压迫，并使肘部和肩部受力，从而引起不舒服感，此时扶手显得过高。总之，理想的座椅，应使就坐者体重分布合理、大腿近似呈水平状态、两足自然着地，上臂不负担身体的重量，肌肉放松，操作时躯干稳定性好，变换坐姿方便，给人以舒适感。图21 无靠背的工作椅1.2 常用座椅设计实例 座椅的样式造型复杂，不同用途的座椅设计要求不同，按照不同的使用目的座椅基本可以分为以下三类：1.2.1 工作椅人工作时坐着的座椅叫工作椅。人在工作时，身体前倾，凸缘支承住腰部，而放松休息时，人体后靠，靠背又保持了脊柱的自然“S”形曲线。工作椅并不一定需要靠背，工厂车间和医院的工作椅一般就没有靠
29、背（图21）。而办公室的工作椅一般需要靠背，这取决于工作性质。图22-是一种典型的工作椅。工作椅设计重点：稳定性是主要因素，工作椅主要用于工作场所，设计时还要考虑座椅的舒适性，腰部应有适当的支持，重量要均匀分布于座垫(或座面)上，同时要适当考虑人体的活动性、操作的灵活性与方便等。设计工作椅应注意：（l） 座高可调，工作椅的高度调节范围为3853cm。图22 典型的工作椅（2） 座宽要满足臀部的宽度，使人能够自如地调整坐姿。一般以女性臀肩尺寸第95%百分位数为设计依据。最小的椅子宽度是400mm再加上50mm的衣服和口袋装物的距离。对于有扶手的座椅，两扶手之间的最小距离是460mm。（3）座深应
30、能保证臀部得到全部支撑，但由于工作人员腰椎与骨盆之间成垂直状态，其坐深应浅一些，不宜过长，一般取350400 mm 。（4）坐面中部稍微下凹，前缘呈弧曲面，坐面略有弹性，不可太软，这样不仅有利于自由调节坐姿，而且臀部的压力始终分布在承压能力最强的两个坐骨上。（5）座面一般向后倾斜05 为宜。图23 工作椅的尺寸（6）座椅靠背角度一般为95105 ，100为宜。（7）为防止座椅滑动和翻倒。椅脚应设计5个，平分在直径为4045cm的圆周上。 （8） 给人留有足够的活动空间。需要经常站起的座椅应采用小脚轮。 （9） 应保证腿的活动空间，以减轻腿的疲劳。 （10）坐面的材料应透气而且不打滑(例如毛料)
31、，以增加座面的舒服感。图23为工作椅的尺寸。1.2.2 休息椅休息椅设计重点在于使人体得到最大的舒适感，消除身体的紧张与疲劳，合理的设计应使人体的压力感减至最小。设计休息椅应注意以下几点（功能设计原则）：(1) 为了防止臀部前滑，座面应后倾一个角度（座面水平易下滑），一般为523，依休息程度不同而异，休息程度越高，倾角越大。(2) 靠背，特别是在腰部的支撑，可降低脊柱所产生的紧张压力；靠背倾斜角度，相对于水平面为11Ol30 (3) 靠背应有垫腰的凸缘，垫腰要符合人体脊柱自然弯曲的曲线，凸缘的顶点应在第三腰椎骨与第四腰椎骨之间的部位，即顶点高于座面后缘1018cm。垫腰的凸缘有保持腰椎柱自然曲
32、线的作用。休息椅图24 轻度休息椅设计尺寸可分轻度休息椅、中度休息椅和高度休息椅。轻度休息椅的设计尺度，如图24，座面高330 360mm，座面倾角510，靠背倾角110，靠背较高，适宜长时间会议和会客用。图25是中度休息椅的设计尺度，腰部位置较低，适合于家庭客厅和会议室长时间休息和会客用，沙发就属于这一类休息椅。图26是高度休息椅的设计尺度，靠背倾角较大，一般有头靠和脚凳，可用于轻度睡觉使用。图2-25 中度休息椅设计尺寸图2-26 高度休息椅设计尺寸1.2.3 特殊专用椅这类座椅以多种功能为设计重点，它可能与桌子配合，可能是工作、休息兼用，也可能是作为备用椅可以折叠收藏起来。座位的细节问题
33、必须由其特定的用途决定的。2 坐姿的生理特征2.1坐姿的优缺点为了解决坐姿的问题，先了解人的腰椎曲线（图27）。 图27 人的腰椎曲线 从图27中可见，脊椎从侧面看，有颈曲，胸曲，腰曲，骶曲四个生理弯曲。从脊柱的前后方观察，正常的形状呈垂直线状，侧观则可见其弯曲形态。顶端颈椎部位曲线向前弯称为前凸，接于其下的胸椎部位曲线向后弯称为后凹，最后腰椎部位又再向前凸出，终止于向后弯的骶骨与尾骨，并定位于骨盆上。坐姿相对于立姿有很多优点： 与立姿相比，坐姿肌肉施力停止，肌肉承受的体重负荷较立姿明显减小，能耗降低，消除疲劳，故坐姿可以减轻劳动强度，提高作业效率； 坐姿时腿部血管的静压力降低，对血液回流至心
34、脏的阻力减少，有利于循环； 坐姿更有利于保持身体的稳定； 坐姿将以足支撑全身的状况转变为以臀部为主要支撑部位，有利于发挥足的作用。但是坐姿也有其缺点： 坐姿限制了人体活动范围，尤其是需要上肢出力的场合，往往需要站立作业，而频繁的起坐交替也会导致疲劳； 长期保持坐姿还会影响人体的健康，引起腹肌松弛，下肢肿胀等。2.2坐姿的生理特征（a）站姿时的脊柱形状 （b）坐姿时脊柱的形状图28 站姿和坐姿时的脊柱形状为了解决坐姿的问题，必须了解人在坐着时发生的解剖学上的变化。脊柱通常分成4部分，从座椅的设计观点而言，腰椎和骶椎两部位最为重要。因为这些椎骨和介于其间的椎间盘，附着于其上的肌肉、肌腱和韧带等，承
35、受着坐姿时人体的大部分体重负荷。人的最自然的姿势是直立站姿，直立站姿时脊柱基本上是呈形，见图28（a），脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹。与直立站姿相比，人在坐姿时，身体的脊柱会由站立时的“”形（正常形）向拱形变化。这是因为坐姿时骨盆向后方倾转，从而使背下端的骶骨也倾转所致，如图28（b）所示。人由直立到坐下时腰脊椎由朝前弯曲变为朝后弯曲，这样就使得人脊柱的椎间盘受到了很大的压力，从而导致腰痛等疾病。研究表明，此时人的第三和第四腰椎间所受的压力最大，长时间的处于受压状态会导致腰痛。Luaus在研究了姿势变化与腰椎压力之间的关系后得出，一个体重70的人，第三腰椎承受的压力，直立时为100，坐
36、着时为130。可见，坐着时脊柱负担不是减轻了，而是加重了。平时我们认为坐着舒服，这只是对脚而言的，其实腰部却一直处于不合理的状态。（a） （b）图29 不同姿势下椎间盘上压力的分布示意图在良好的姿势下，压力适当的分布于各椎间盘上，肌肉组织上分布均匀的静载荷，见图29（a）。当处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布不正常，见图29（b）,产生腰部酸痛、疲劳等不适感。舒适的坐姿应保持腰曲弧形处于正常状态。在这种状态下，各椎骨之间的间距正常，椎间盘上的压力轻微而均匀，腰背肌肉处于松弛状态，从上肢通向大腿的血管不受压迫，保证血液循环正常。如果人体以一种违反脊柱的自然形态坐在椅子上，则椎间盘上可能分布不正常
37、的压力负荷，长时间腰部即会产生不适感。因此，保持正确姿势是绝对必要的，我们坐着的时候，应当设法保持生理弯曲。处于不同的身体状态时，脊椎的曲度不同。以光照片研究人体处于各种不同姿势下腰椎所产生的曲线变化，见图30。由图30中可以看出从a到g，人的腰椎曲度逐渐减小，上身对腰椎部的压力负荷逐渐增大，从而引起腰椎向前拉直，增加了脊椎骨间的椎间压力并使肌肉组织紧张引起不适。特别是到e、f、g状态下，人体躯干前倾，这种姿势会使本来前凸的腰椎拉直甚至反向后凹，影响了胸椎和颈椎的正常弯曲，使颈、背部产生疲劳。当人体舒适地侧躺着，大腿与小腿适度地弯曲时，脊柱即维持其自然的姿势，此时背部肌肉群即可处于最佳的轻松状
38、态，如图30中曲线b所示。以此种姿势所形成的腰椎曲线与其他代表性姿势的腰椎曲线比较，可以看出其间的差异很大。人性化的家具应该最大程度减轻人们的疲劳度，而保证腰椎曲线的正常形状是获得舒适坐姿的关键，曲线c是最接近人体脊柱自然状态的姿势，即要使坐姿能形成接近于脊柱的自然形态，其躯干与大腿间必须大于90角，且在腰椎部位有所支撑。由于正常的腰弧曲线是微微前凸，为使坐姿下的腰弧曲线变形最小，座椅应在腰椎部位提供所谓两点支承。在第5一6胸椎高度相当于肩胛骨的高度，设置第一支承位肩靠。在第3一4腰椎之间的高度上设置第二支承位腰靠。腰靠和肩靠一起组成座椅的靠背。桌椅的设计影响坐姿，在澳大利亚，推行了一种符合人
39、体工程学的学习台，桌面有15的倾角，椅子的靠背向后倾斜15。而传统的学习台，一般为水平桌面和向后5倾角的椅子。躯干挺直式的坐姿会使脊柱骨弯曲较严重，因椎间盘上压力不能正常分布，身体上部的负荷加在腰椎部，这就是人坐在约90角的靠背椅子上感到不舒适的原因。因此90的靠背椅是不良的设计；躯干前倾的姿势会使向前凸出的腰椎拉直，导致其向后弯曲，继续此种姿势，将影响胸椎和颈椎的正常曲度，最后演变成驼背姿势；持续较长时间，支撑头部负荷的肌肉组织内静态肌力增大，颈部和背部产生疲劳。a直立状态； b舒适侧卧状态； c人坐在座面和靠背成大于90角的座椅上； d 人坐在座面和靠背成90角的座椅上； e人坐在座面和靠
40、背小于90角的座椅上；f人坐在座椅上并且足部有与坐面等高度支撑的状态；g人处于伏身的状态。图30 各种姿势的腰椎曲线图31 不同坐姿下的椎间盘内压力2.3 影响椎间盘内压力的主要因素2.3.1 坐姿 坐姿的最严重问题是对腰椎和腰部肌肉的有害影响，不正确坐姿不但不能减轻腰部的负荷，反而加重了这一负荷。60%的人大都有过腰痛的体验，其中最常见的痛因就是椎间盘的问题。 椎间盘由纤维环构成。由于某种原因，椎间盘也可能退化，从而丧失强度，这时椎间盘变得扁平；严重时粘液还可被挤出，整个脊柱的机能因此受到损害，造成一些组织和神经受挤压，引发各种骨盆部位的病症以及腰部风湿病，甚至腿瘫痪，不正确的作业姿势和坐姿
41、可能加速椎间盘退化，引起上述种种病痛。矫形学研究使用现代复杂的科学仪器测量了人在不同姿势和坐姿下椎间盘的内部压力变化，结果发现，椎间盘内压力过高是损坏椎间盘的直接原因，而人体姿势是又是影响椎间盘内压力的主要因素。 不同坐姿下，椎间盘内压力如图31所示。图中零点的绝对压力为0.5MPa，它是参考压力，其他是相对压力比。由图31中可以看出当人后仰和放松时，椎间盘内压力最小。图32直腰和放松坐时，背肌的肌电图许多人建议人应直腰坐着，以保持脊柱的自然S形。在人直腰坐着时，椎间盘内压力比弯腰坐时小。但是，在坐着时适当放松，稍微弯曲身体，可以解除背部肌肉的负荷，使整个身体感觉舒服。由肌电图可以很容易证明这
42、一点（图32）。研究人员测量了背部肌肉的电活动，结果表明，当直腰坐时，电活动增加，而放松坐时，电活动明显下降，这说明身体稍微前倾的放松坐姿，有利于解除背部肌肉的负荷。事实上，多数人的坐姿是放松的。细心的读者一定己经发现，肌肉和椎间盘对坐姿的要求是矛盾的。直腰坐椎间盘内压力较弯腰坐椎间盘内压力低，但肌肉负荷增大；弯腰坐有利于肌肉放松，却增加了椎间盘的内压力。2.3.2 靠背倾角图33 座面与靠背倾角与椎间盘内压力和肌电图的关系座椅的构造与椎间盘内压力有关，为减少椎间盘内压力，必须使用符合人的生理特性的座椅构造。除了人体坐姿影响椎间盘压力，靠背倾角（靠背与坐面的夹角）也可影响椎间盘压力和背部肌肉。
43、图33是不同靠背倾角下的肌电图和椎间盘内压力。图33中椎间盘的内压力以靠背倾角为90时的压力值为零点，其绝对压力为0.5MPa (=5kg/cm2)，所以，图中为相对压力。座面与靠背的夹角大小影响脊柱的姿势，所以对椎间盘内压力以及肌肉收缩都有影响。从图33中可知，当座面与靠背夹角在110以上时，椎间盘内压力显著减小，所以人体上身向后倾斜110120为佳，事实上沙发的靠背倾角就应当以此为设计基准。综合上述内容和图中的数据，可以得出以下几点结论：(1) 人的背后仰和放松时，椎间盘内压力较小；(2) 靠背倾角越大，肌肉负荷越小；(3) 当靠背倾角超过110后，倾斜的靠背支承着身体上部分的重量，从而减
44、小了椎间盘内压力。靠背最佳倾角(与水平面夹角)为120。2.3.3 腰靠腰靠也可以减少椎间盘内压力。腰靠的位置应处于第三至第四腰椎间部位，腰靠厚度5cm为宜。5 cm厚的短腰靠(靠住腰部，也叫低腰靠)与平面的靠背相比，可降低椎间盘压力，减轻肌肉负荷。3 提高工作舒适性的方法提高工作舒适性涉及很多因素，而工作姿势在其中起着很大的作用，就家具设计而言，则主要涉及座椅和工作面这两方面的因素。（1）将桌面倾斜 实际工作中，最常见的在写字台上读、写、书、画，头的倾角往往超过了舒服的范围，人不得不增加躯体的弯曲程度，因此，出现了桌面或者作业面倾斜的设计，倾斜桌面有利于保持躯体自然姿势，避免弯曲过度。当桌面坡度为10，工作时，背部弯曲也相应地减少10。当桌面坡度为30，大多数人在书写和阅读时可有正确的姿势，并可使书本与视线大致保持垂直（见图34）。图34 桌面角度与工作姿势图35 较高椅子与工作姿势cmcmcm（2）用较高的椅子 如果一个人在普通的桌子边上工作，当坐在高凳（高72cm）上时，大多数人可以保持原来的腰椎曲线不变，臀部关节实际上接近于人体正常休息姿势的状况；当坐在普通椅子（高约43cm）上时，即使其躯体垂直，但其腰椎曲线将会大约变平30，当坐在一只低的凳子（高约30cm）上时，就会成驼背状态。