家具功能与人体生理机能

  在家具设计中对人体生理机能的研究可以使家具设计更具科学性。由人体活动及相关的姿态，人们设计生产了相应的家具，根据家具与人和物之间的关系，可以将家具划分成三类：

  （1）坐卧类（支承类）家具：与人体直接接触，起着支承人体活功的坐卧类家具（又分为坐具类和卧具类），如椅、凳、沙发、床、榻等。其主要功能是适应人的工作或休息。

  （2）凭倚类家具：与人体活动有着密切关系，起着辅助人体活动、供人凭倚或伏案工作、并可贮存或陈放物品的凭倚家具（虽不直接支承人体，但与人体构造尺寸和功能尺寸相关），如桌、台、几、案、柜台等。其主要功能是满足和适应人在站、坐时所必须的辅助平面高度或兼作存放空间之用。

  （3）贮存类（贮藏类）家具：与人体产生间接关系，起着贮存或陈放各类物品以及兼作分隔空间作用的贮存类家具，如橱、柜、架、箱等。其主要功能是有利于各种物品的存放和存取时的方便。

  这三大类家具基本上囊括了人们生活及从事各项活动所需的家具。家具设计是一种创造性活动，它必须依据人体尺度及使用要求，将技术与艺术诸要素加以完美的结合。

  坐与卧是人们日常生活中最多动的姿态，如工作、学习、用餐、休息等都是在坐卧状态下进行的。 因此，椅、凳、沙发、床等坐卧类家具的作用就显得特别重要。

  按照人们日常生活的行为，人体动作姿态可以归纳为从立姿到卧姿的八种不同姿势，如（图1）所示。其中有三个基本形是适用于工作形态的家具、另有三个基本形是适用于休息形态的家具。通常是按照这种使用功能作为坐卧类家具的细分类。

  坐卧类家具的基本功能是满足人们坐得舒服、睡得安宁、减少疲劳和提高工作效率。其中，最关键的是减少疲劳。如果在家具设计中，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，也就能得到最舒服、最安宁的感觉，同时也可保持最高的工作效率。

  然而形成疲劳的原因是一个很复杂的问题，但主要来自肌肉和韧带的收缩运动，并产生巨大的拉力。因此在设计坐卧类家具时，必须考虑人体生理特点，使骨筋、肌肉结构保持合理状态，血液循环与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因素。

     图1 人体各种姿势与坐卧家具类型

1．立姿  2．立姿并倚靠某一物体  3．坐凳状态，可作制图等4．坐面、靠背支撑着人体，可作一般性工作、用餐、读书等使用的小型椅子5．较舒适的姿势，椅子有扶手，用于用餐、读书等  6．很舒适的姿势，属沙发类的休息用椅 7．躺状休息用椅8．完全休息状态用床

  一般工作用坐具的主要品种有凳、靠背椅、扶手椅、圈椅等，它的主要用途是既可用于工作，又利于休息。工作用椅可分为作业用椅、轻型作业椅、办公椅和会议椅等。

  （1）坐高

凳（没有靠背）的坐高是指坐面与地面的垂直距离；椅坐面常向后倾斜或做成凹形曲面，通常以坐面前缘至地面的垂直距离作为椅坐高。

  坐面高度不合理会导致不正确的坐姿，并且坐的时间稍久，就会使人体腰部产生疲劳感。

  对于有靠背的坐椅，其坐高既不宜过高，也不宜过低，它与人体在坐面上的体压分布有关。

  （2）坐深：主要是指坐面的前沿至后沿的距离。它对人体舒适度影响也很大，如坐面过深，则会使腰部的支撑点悬空，靠背将失去作用，同时膝窝处还会受到压迫而产生疲劳。同时，坐面过深，还会使膝窝处产生麻木的反应，并且也难起立（图5）。因此，坐面深度要适度，通常坐深小于人坐姿时大腿水平长度，使坐面前沿离开小腿有一定的距离，以保证小腿的活动自由（图6）。

  （3）坐宽：根据人的坐姿及动作，椅子的坐面往往呈前宽后窄，前沿宽度称坐前宽，后沿宽度称坐后宽。椅坐的宽度应当能使臀部得到全部的支承，并且有适当的活动余地，便于人能随时调整其坐姿。肩并肩坐的联排椅，宽度应能保证人的自由活动。一般靠背椅坐宽不小于380mm就可以满足使用功能的需要；对扶手椅来说，以扶手内宽作为坐宽尺寸，按人体平均肩宽尺寸加上适当余量，一般不小于460mm，其上限尺寸应兼顾功能和造型需要，如就餐用的椅子，因人在就餐时，活动量较大，则可适当宽些。坐宽也不宜过宽，以自然垂臂的舒适姿态肩宽为准。

  （4）坐面曲度：人坐在椅、凳上时，坐面的曲度或形状也直接影响体压的分布，从而引起坐感觉的变异。其原因是左边的压力集中于坐骨支承点部分，大腿只受轻微的压力；而右边的则有相当的压力要内腿部软组织来承受。尽管从坐面外观来看，似乎右边的舒适感比左边为好，但实际情况恰恰相反，所以坐椅也不宜过软，因为，坐垫愈软，则臀部肌肉受压面积愈大，而致坐感不舒服。

    因此，设计时应注意尽量使腿部的受压降低到最低限度。椅坐面宜多选以半软稍硬的材料，坐面前后也可略显微曲形或平坦形，这有利于肌肉的松弛和便于起坐动作。

  （5）座面倾斜度：一般坐椅的坐面是采用向后倾斜的，后倾角度以3°~5°为宜。但对工作用椅来说，水平坐面要比后倾斜坐面好一些。一般工作用椅的坐面以水平为好，甚至也可考虑椅面向前倾斜。如通常使用的绘图凳面是前倾的；一般情况下，在一定范围内，后倾角越大，休息性越强，但不是没有限度的，尤其是对于老年使用的椅子，倾角不能太大，因为会使老年人在起坐时感到吃力。

  （6）椅靠背：椅靠背的作用就是要使躯干得到充分的支承，通常靠背略向后倾斜，能使人体腰椎获得舒适的支承面，同时，靠背的基部最好有一段空隙，利于人坐下时，臀肌不致受到挤压。

  休息用坐具的主要品种有躺椅、沙发、摇椅等。它的主要用途就是要充分地让人得到休息，也就是说它的使用功能是把人体疲劳状态减至最低程度，使人获得满意的舒适效果。因此，对于休息用椅的尺度、角度、靠背支撑点、材料的弹性等的设计要给予精心考虑。

  （1）坐高与坐宽：通常认为椅坐前缘的高度应略小于膝窝到脚跟的垂直距离。休息用椅的坐高宜取330~380mm较为合适（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以上。

  （2）坐倾角与椅夹角：坐而的后倾角以及坐面与靠背之间的夹角（椅夹角或靠背夹角）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，有利人体重量分移至靠背的下半部与臀部坐骨结节点，从而把体重全部抵住。一般情况下，在一定范围内，倾角越大，休息性越强，但不是没有限度的，尤其是对于老年使用的椅子，倾角不能太大，因为会使老年人在起坐时感到吃力。

通常认为沙发类坐具的坐倾角以4°~7°为宜，靠背夹角（斜度）以l06°~112°为宜；躺椅的坐倾角可在6°~15°之间，靠背夹角可达112°~120°。

  （3）坐深：休息用椅由于多采用软垫做法，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之间就比较合适；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，造成腹部受挤压，使人感到不适和疲劳。

  （4）椅曲线：休息用椅的椅曲线是椅坐面、靠背面与人体坐姿时相应的支撑曲面。

它是建立在坐面体压分布合理的基础上，通过这样的整体曲面来完成支撑人体各部位的任务，并将使用功能与造型美很好地结合在一起。  

按照人体坐姿舒适的曲线来合理确定和设计休息用椅及其椅曲线，可以使腰部得到充分的支撑，同时也减轻了肩胛骨的受压。但要注意托腰（腰靠）部的接触面宜宽不宜窄，托腰的高度以185~250mm较合适。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园（及肩部），一般肩靠处曲率半径为400~500mm，腰靠处曲率半径为300mm。但过于弯曲会使人感到不舒适，易产生疲感（图3—11）。靠背宽一般为350~480mm。

   （5）弹性：休息用椅软垫的用材及其弹性的配合也是一个不可忽视的问题。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。休息椅用软垫材料可以增加舒适感，但软硬应有适度。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合适。坐面过软，下沉度太大，会使坐面与靠背之间的夹角变小，腹部受压迫，使人感到不适，起立也会感到困难。

因此，休息用椅软垫的弹性要搭配好，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—些。

在靠背的做法上，腰部宜硬点，而背部则要软些。设计时应该以弹性体下沉后的安定姿势为尺度计核依据。休息椅的坐面与靠背，也可采用藤皮、革带、织带等材料来编织，具有相当舒适的弹性。 

（6）扶手：扶手高度必须合适，扶手过高或过低，肩部都不能自然下垂，容易产生疲劳感，根据人体自然屈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度）为宜。两臂自然屈伸的扶手间距净宽应略大于肩宽，一般应不小于460mm，以520~560mm为适宜，过宽或过窄都会增加肌肉的活动度。

  扶手也可随坐面与靠背的夹角变化而略有倾斜，有助于提高舒适效果，通常可取为10°~20°的角度。扶手外展以小于10°的角度范围为宜。

扶手的弹性处理不宜过软，因它承受的臂力不大，而在人起立时，还可起到助立作用。但在设计时要注意扶手的触感效果，不宜采用导热性强的金属等材料，还要尽量避免见棱见角的细部处理。

  坐具的主要尺寸包括坐高、坐面宽、坐前宽、坐深、扶手高、扶手内宽、背长、坐斜度、背斜角等尺寸，以及为满足使用要求所涉及到的一些内部分隔尺寸，这些尺寸在相应的国家标淮中已有规定。本节除列有规定尺寸外，也提供了一些参考尺寸，供设计时参考。

坐高与桌面高的配型尺寸关系如图18和表1所示。

表1 坐高与桌面高的配置尺寸关系（mm）

    普通椅子：其基本尺寸如图3-19和表3-2所示。

            折椅

表2普通椅子的基本尺寸（mm）