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1、1 坐姿理论的探讨坐姿是一种人体的自然姿势。它有很多的优点,可免除肌力疲劳,减少人体的耗能,比立姿更有利于血液的循环,也有助于操作者采取更为稳定的姿势,以进行各种精巧精细动作的任务,而且它也是操作足踏式控制装置的较佳姿势。虽然如此,坐姿在某些方面也有其缺点存在,其中最重要的是它限制了人体的活动性,尤其是在需要用手或手臂进行较大的出力或从事具有旋转动作时,坐姿较立姿不方便。此外,长期的坐姿对人体健康也有许多的不利,脊柱的不正常弯曲、人体主要支撑面上的压力等将产生不舒适感。当人坐在座椅上时,支撑人体处于固定形势的主要结构是脊柱、骨
2、盆和腿足等。从座椅的设计观点而言,腰椎和骶椎两部位最为重要,承受着坐姿时人体的大部分体重负荷[1]。故良好的坐姿,其必要条件是能产生最适当的压力分布于各脊椎骨之间的椎间盘上,以及最适当、最均匀的静负荷量于所附着的肌肉组织上。当以X光照片研究人体处于各种不同姿势下(包括立姿、躺姿、坐姿等34种)腰椎所产生的曲线变化[2],结果发现,当人体舒适地侧躺着,大腿与小腿适度地弯曲时,脊柱即维持自然的形势,此时背部肌肉群即可处于其最佳的轻松状态。同时,人坐在椅子上,并非都是静止不动的,而是不断地在作调整姿势的细微动作,以消除脊柱部位的不正
3、常压力,这种特征称为坐姿行为。同时脊柱并非是唯一的重要结构,腿和骨盆同样非常重要,因为这两个部位在稳定人体的功能上,可被看作是简易的机械杠杆支撑系统。人体大部分的重量是由座垫上的两点来承担,这种系统在力学上很不稳定。需增加腿与足所提供的杠杆作用,才能使这种系统趋于稳定。因此一方面坐在椅子上的人体需要经常改变坐姿以消除不当的压力分布,另一方面则需维持并积极寻求身体的稳定。如此,坐姿行为将具有无活动力和有活动力两者相互循环的特征,以显示其改变寻求稳定性和变动性的现象。因此,一张有效率且舒适的椅子必需使坐在其上的人体取得稳定性和可变
4、性。2座椅设计的基本原则综合以上各方面的探讨,我们大致可得出座椅设计的基本原则:(1)座椅的型式和尺度与坐的目的或动机有关;(2)座椅的尺度必须与相对的人体测量值配合;(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)座椅的设计必须能使坐在其上的人体改变其姿势;(5)靠背,特别是在腰部的支撑,可降低脊柱所产生的紧张压力;(6)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附近。从坐的动机出发,可将座椅简单分成三种:休息用椅,工作用椅,多用途椅。以下列举一些座椅各部位的设计原则。
5、2.1座高:休息用椅38～45cm;工作用椅35～50cm正确的座高应使就坐者大腿保持水平,小腿垂直,双腿平放在地面上。休息用椅、工作用椅、多用途椅三者的座高值,其设计原则互不相同,主要原因在于其使用的功能互有差异。就工作用椅而言,人体通常须以较直立式姿势且双腿平放于地面的姿势就坐,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。 2.2座宽:38～48cm座宽的设定必需适合于身材高大的人,也因为其相对应的人体测量值是臀宽。而此种人体尺寸值受性别的差异影响很大,故座宽宜采用较高百分位数的女性测量值为设计根据
6、。2.3座深:休息用椅42～45cm;工作用椅30～40cm正确的坐姿才能使坐在其上的人体容易地寻求到合适的腰椎支撑。就工作用椅而言,它的使用者群体遍布很广,故其座深宁可取身材较矮小的人体测量值作为设计依据,因为就身材高大的人,其唯一的不利因素只是在于其双膝略微露出座面前端而已,只要所设定的座高十分正确,使双腿能平放在地面上,就不致于在大腿底部引起压力疲劳。2.4座面角度:休息用椅15～20°;工作用椅小于5°座垫向后倾有两种作用,首先由于重心力,躯干会向靠背后移,使背部有所支撑,降低背部肌肉的静态肌力。其次在长期的坐姿下,座
7、垫向后倾以防止臀部逐渐滑出座面。对坐于各种不同靠背角度的座椅的人体,采用肌电图(EMG)测量其背部肌肉所引发的活动力[3,4],其结果显示出具有与正中垂直线成20°的靠背倾斜线,即可获得良好的背部支撑。就座椅功能和坐的动机而言,休息用椅后倾的座垫面有助于维持最佳的松弛状态。而工作用椅后倾的座垫面,是保证其容易接近于前方工作区的姿势。2.5 靠背高度与宽度:高46～61cm;宽35～48cm座椅的设计必须提供正确的腰部曲度,使脊柱处于自然均衡状态。人体上半身的支撑及所处的坐姿都是由腰椎的变化曲度所造成的,为了合理而舒适的坐姿,腰
8、椎支撑非常重要。为了配合坐姿时人体向后突出的骶骨和臀部柔软部位,同时又要使腰部能坚实地配合在靠背上,在座垫正上方处的靠背必须有一开口区域或向后倾斜退缩,其高度空间至少12.5～20cm。2.6 靠背角度:103°～112°与座垫角度一样,靠背与座垫之间的角度也具有两种目的,防
