人機(jī)工程學(xué)樓梯設(shè)計(jì)

1、摘 要結(jié)合安全人機(jī)工程學(xué)、房屋建筑學(xué)等相關(guān)知識(shí)，在考慮人的生理和心理特征、人樓梯環(huán)境的綜合宜人性的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑的樓梯設(shè)計(jì)中樓梯類型、踏步寬度、踢面高度、樓梯寬度、踏步防滑、休息臺(tái)、樓梯坡度、扶手以及樓梯顏色等進(jìn)行了安全人機(jī)工程分析，并提出了樓梯設(shè)計(jì)的具體要求和建議，然后以吉林化工學(xué)院三教側(cè)面樓梯為例進(jìn)行了樓梯尺寸的計(jì)算，得出三教側(cè)面樓梯的最佳尺寸。關(guān)鍵詞： 安全人機(jī)工程學(xué)； 樓梯設(shè)計(jì)； 安全度； 宜人性前 言人機(jī)工程學(xué)是研究人與系統(tǒng)中其他因素之間的相互作用，以及應(yīng)用相關(guān)理論、原理、數(shù)據(jù)和方法來(lái)設(shè)計(jì)以達(dá)到優(yōu)化人類和系統(tǒng)效能的科學(xué)。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)產(chǎn)品為主要目標(biāo)，更多地考慮產(chǎn)品本身功能的實(shí)現(xiàn)

2、，并未把人作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)，規(guī)范化地考慮人的因素。近年來(lái)關(guān)于學(xué)校教學(xué)樓踩踏事件的報(bào)導(dǎo)屢見(jiàn)不鮮，雖然這些事故很大程度上是由人的不安全行為所引起，但客觀因素卻不能忽視。樓梯是聯(lián)系不同樓層的交通樞紐，設(shè)計(jì)符合人的生理特征、心理特性的樓梯，不僅能使其功能得到充分的發(fā)揮，而且也能確保樓梯的安全度，提高其宜人性。因此，對(duì)樓梯進(jìn)行安全人機(jī)工程的分析具有必要性，也有其實(shí)際意義。目 錄第一章 樓梯各部分的設(shè)計(jì)要求11.1 踏步寬度和踢面高度11.2 樓梯的寬度11.3 踏步的防滑21.4 休息臺(tái)(正平臺(tái)和半平臺(tái))的設(shè)計(jì)21.5 樓梯坡度和扶手3第二章 樓梯的設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算42.1 設(shè)計(jì)步驟42.2 尺寸計(jì)算4第三

3、章 色彩在樓梯設(shè)計(jì)中的應(yīng)用63.1 色彩在梯級(jí)上的應(yīng)用63.2 色彩在樓梯墻面上的應(yīng)用7第四章 結(jié) 論8參考文獻(xiàn)9第一章 樓梯各部分的設(shè)計(jì)要求樓梯是解決不同樓層之間垂直聯(lián)系的交通樞紐，其應(yīng)該有足夠的疏散能力，滿足安全、防火等的要求。同時(shí)，根據(jù)安全人機(jī)工程學(xué)分析，樓梯的設(shè)計(jì)還要滿足宜人性，即符合人的生理、心理特征。人的動(dòng)覺(jué)是對(duì)身體運(yùn)動(dòng)及其位置狀態(tài)的感覺(jué)，它與肌肉組織、肌腱和關(guān)節(jié)活動(dòng)有關(guān)。人的動(dòng)覺(jué)的改變破壞了原有的身體位置、運(yùn)動(dòng)方向、速度大小等的平衡，人就要重新建立新的平衡，在建立新的平衡過(guò)程中人的運(yùn)動(dòng)速度必然變緩。因此，建筑的樓梯應(yīng)盡可能避免破壞人的動(dòng)覺(jué)平衡，其類型宜采用直行形式，如直跑樓梯、對(duì)

4、折的雙跑樓梯或成直角折行的樓梯等，而不宜采用弧形梯段或在半平臺(tái)上設(shè)置扇步。根據(jù)安全人機(jī)工程學(xué)的原理，樓梯各部分的設(shè)計(jì)要求如下：1.1 踏步寬度和踢面高度確定樓梯踏步寬度(設(shè)為L(zhǎng))、踢面高度時(shí)要綜合考慮人的行為習(xí)慣和人體相關(guān)尺寸。踏步太寬時(shí)，踢面過(guò)低會(huì)使人踏大步，易產(chǎn)生疲勞，造成人體能量的浪費(fèi)；踏步過(guò)窄時(shí)，踢面過(guò)低會(huì)增加梯級(jí)的級(jí)數(shù)，一方面增加了腳的移動(dòng)次數(shù)使人容易產(chǎn)生疲勞，另一方面亦會(huì)使人形成一步踏多級(jí)的習(xí)慣甚至下樓時(shí)踏空跌倒。踏步寬度主要與人的足長(zhǎng)有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)足長(zhǎng)取中國(guó)成年人人體尺寸(GB1000-88)公布的男性足長(zhǎng)分布的第95百分位數(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)公布的人體數(shù)據(jù)是在裸體或單薄內(nèi)衣的條件下測(cè)得的，

5、測(cè)量時(shí)不穿鞋，因此有公式其中：S為最小功能尺寸(mm)；為第a百分位人體尺寸數(shù)據(jù)(mm)；為尺寸修正量(mm)。在取足長(zhǎng)修正量時(shí)，基于人足全部在踏面上，此時(shí)腳可按照人的日常行為活動(dòng)，只需考慮鞋前端或后端的修正量。由于鞋前端和后端的總的修正量為3038mm，所以足的修正量取值為1519mm，由于=260270mm，因此S=275289mm。因?yàn)樘げ綄挾葹槿俗愕淖钚」δ艹叽纾訪=S，即踏步寬度最佳為275289mm。梯級(jí)的高度(踢面高度)一般為127200mm，最佳為165178mm。1.2 樓梯的寬度樓梯的寬度主要取決于人的肩寬和人流量的大小。在設(shè)計(jì)樓梯的梯段寬時(shí)人肩寬取中國(guó)成年人人體尺寸(

6、GB1000-1988)公布的肩寬分布的第95百分位數(shù)，在此稱一人的肩寬修正的尺寸為1股人流的距離。在設(shè)計(jì)樓梯的寬度時(shí)不僅要考慮人能輕松通過(guò)，還要考慮安全功能距離，即預(yù)留的應(yīng)急寬度(如為了在發(fā)生火災(zāi)時(shí)方便人能進(jìn)行各種救火操作而設(shè)置的寬度)。因此，樓梯的寬度可按以下公式計(jì)算：H=nH1+H2式中：H1為人的肩寬的第95百分位所對(duì)應(yīng)的尺寸404mm；H2為安全功能距離(mm)；n為人流的股數(shù)。此外，不同使用性質(zhì)的建筑需要不同的梯段寬度，如：公共建筑的樓梯應(yīng)設(shè)置不少于2股人流的距離，其樓梯梯段寬度應(yīng)不小于1500mm；居住建筑的樓梯梯段寬度應(yīng)不小于1200mm。1.3 踏步的防滑對(duì)于踏步表面較光滑的

7、樓梯，在設(shè)計(jì)時(shí)需注意踏步的防滑。踏步防滑設(shè)計(jì)一般采用條紋防滑，有內(nèi)凹條紋和外凸條紋兩種，從防滑的角度來(lái)看，內(nèi)凹條紋根本起不到防滑的作用，只是具有一定的美學(xué)效果，所以既經(jīng)濟(jì)又有明顯防滑效果的防滑設(shè)計(jì)是設(shè)置外凸條紋。但設(shè)置外凸條紋會(huì)使人產(chǎn)生強(qiáng)烈的凸感，感覺(jué)不適，因此設(shè)置的條紋要宜人，必須保證條紋凸起高度設(shè)置為剛好使人沒(méi)有明顯凸感的高度。1.4 休息臺(tái)(正平臺(tái)和半平臺(tái))的設(shè)計(jì)休息臺(tái)是在考慮人體生物力學(xué)特征的基礎(chǔ)上為緩解人上下樓梯疲勞而設(shè)計(jì)的。設(shè)立休息臺(tái)必須保證其不阻礙人上下樓梯，這就要求休息臺(tái)的寬度不得小于樓梯寬度。正平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)避免從樓層出入的人和上下樓梯的人發(fā)生碰撞，因此正平臺(tái)的寬度應(yīng)大于半平臺(tái)。

8、假設(shè)正平臺(tái)和半平臺(tái)的寬度分別為D1、D2，則兩平臺(tái)的寬度之差d=D1-D2。通過(guò)研究人的日常行為可知，人在穿過(guò)某空間時(shí)表現(xiàn)出捷徑效應(yīng)。所謂捷徑效應(yīng)就是人在穿過(guò)某空間時(shí)總是采取最簡(jiǎn)潔的路線，即使有別的因素影響也是如此。人在從樓梯入口進(jìn)入樓梯時(shí)捷徑效應(yīng)表現(xiàn)在人有靠樓梯兩側(cè)行走的趨勢(shì)，人行走的路線大致如圖1中的箭頭所示。人在進(jìn)入樓梯時(shí)其行走方向與樓梯中行走在正平臺(tái)的人流方向垂直，剛進(jìn)入正平臺(tái)的人要隨人流一同行走就必須使身體旋轉(zhuǎn)90來(lái)改變行走方向，由此可知兩平臺(tái)的寬度之差d應(yīng)大于或等于人的肩寬的功能尺寸(此處的肩寬應(yīng)取男性第95百分位所對(duì)應(yīng)的尺寸404mm)，才能確保進(jìn)出樓梯的人不與樓梯中的人碰撞、擁

9、擠，保證樓梯的暢通。 圖1-1人的捷徑效應(yīng)路線圖1.5 樓梯坡度和扶手由房屋建筑學(xué)的相關(guān)理論可知，樓梯的坡度宜為2050，超過(guò)50則應(yīng)建成爬梯，坡度小于20應(yīng)建成臺(tái)階或坡道。結(jié)合安全人機(jī)工程學(xué)原理，樓梯的坡度在3035為最佳。扶手的高度和寬度要符合人的生理特征，即扶手的高度要與人的肘高相近，扶手寬度以手能握為宜。此外，扶手的表面還要光滑。第二章 樓梯的設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算2.1 設(shè)計(jì)步驟(1) 確定樓梯踏步高寬尺寸hb，根據(jù)層高H和初選踏步高h(yuǎn)確定每層踢面數(shù)N，NHh。為了減少構(gòu)件規(guī)格，一般應(yīng)盡量采用等跑梯段，因此N宜為偶數(shù)。如所求出N為奇數(shù)或非整數(shù)，可反過(guò)來(lái)調(diào)整踏步高h(yuǎn)。(2) 根據(jù)步數(shù)N和踏步寬

10、b決定梯段水平投影長(zhǎng)度L，L=(0.5N-1)b。(3) 確定是否設(shè)梯井。如樓梯間寬度較富裕，可在兩梯段之間設(shè)梯井。供少年兒童使用的樓梯梯井不應(yīng)大于120mm，以利安全。梯井寬C通常為60200mm。(4) 根據(jù)樓梯間開(kāi)間凈寬A和梯井寬C確定梯段寬度，a=(AC)2。同時(shí)檢驗(yàn)其通行能力是否滿足緊急疏散時(shí)人流股數(shù)要求，如不能滿足，則應(yīng)對(duì)梯井寬C 圖2-1 樓梯尺寸計(jì)算或樓梯間開(kāi)間凈寬A進(jìn)行調(diào)整。 (5) 根據(jù)初選中間平臺(tái)寬Dl(Dla)和樓層平臺(tái)寬D2(D2a)以及梯段水平投影長(zhǎng)度L檢驗(yàn)樓梯間進(jìn)深凈長(zhǎng)度B，D1+L+D2=B。如不能滿足，可對(duì)L值進(jìn)行調(diào)整(即調(diào)整b值)。必要時(shí)，則需調(diào)整B值。通常

11、可取D1=D2。在B值一定的情況下，如尺寸有富余，一般可加寬b值以減緩坡度或加寬D2值以利于樓層平臺(tái)分配人流。2.2 尺寸計(jì)算下面以吉林化工學(xué)院三教兩側(cè)樓梯為例進(jìn)行樓梯的設(shè)計(jì)和計(jì)算。已知該樓層高為3.42m，樓梯間的開(kāi)間為3.3m，進(jìn)深為6m，是開(kāi)敞式樓梯間，走廊軸線寬1500mm。建筑物室內(nèi)外高差為0.6m，墻厚為200mm，軸線居中，底層中間平臺(tái)下設(shè)有出入口，擬采用雙跑平行樓梯。（1）確定踏步尺寸bh由1.1可知，踏步寬度b最佳為275289mm，梯級(jí)的高度(踢面高度)h最佳為165178mm。初步選定bh=280165mm（如不符合要求，再行調(diào)整），樓梯的坡度=符合1.5中樓梯的坡度在3

12、035為最佳的要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定樓梯板厚=休息板厚=120mm踏步數(shù)NH/h=(3420-120)/165=20 步，采用雙跑平行樓梯，每跑10步。（2）確定梯段水平投影長(zhǎng)度LL=(0.5N-1)b = (0.520-1)280 = 2520mm（3） 確定梯井寬度C梯井寬度C在60200mm之間，假設(shè)梯井寬度C=100mm（4）確定梯段寬度a樓梯間開(kāi)間凈寬A=開(kāi)間-墻厚=3300-200=3100mm梯段寬度a=(AC)/2=(3100-100)/2=1500mm1500mm符合1.2中公共建筑樓梯梯段寬度應(yīng)不小于1500mm的要求（5）確定休息平臺(tái)寬度D由1.4可知，兩平臺(tái)的寬度之差d=D

13、1-D2=404mm樓梯間進(jìn)深凈長(zhǎng)度B=進(jìn)深-墻厚=6000200 = 5800mm那么： D1+D2=B-L=6000-2520=3480mmD2=1538mm 由于D2a，符合了設(shè)計(jì)要求。以上設(shè)計(jì)合理。如果計(jì)算結(jié)果Da，那么需要重新選定踏步尺寸，加大踏步高h(yuǎn)或減小踏步寬b，直到設(shè)計(jì)合理(Da)為止。圖為三教側(cè)面樓梯的剖面圖和平面圖： 圖2-2 樓梯剖面圖和平面圖第三章 色彩在樓梯設(shè)計(jì)中的應(yīng)用3.1 色彩在梯級(jí)上的應(yīng)用圖3-1為兩個(gè)梯極顏色不同設(shè)計(jì)的樓梯。從圖3-1可以看出，樓梯梯段的每一級(jí)踏步的顏色均為同色，從安全人機(jī)工程學(xué)的角度上來(lái)說(shuō)，這種設(shè)計(jì)不符合人的視覺(jué)特性，不便于人區(qū)分每一個(gè)梯級(jí)，

14、易使人在下樓梯時(shí)一步踏多級(jí)而出現(xiàn)踏空引發(fā)事故，這在晚上或者光照強(qiáng)度較弱時(shí)更加明顯。同時(shí)，在晚上或光照較弱的情況發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)性事件、需及時(shí)疏散人流時(shí)，更加突顯梯段一色設(shè)計(jì)在安全方面的不足。因此，使梯段的梯級(jí)間區(qū)分開(kāi)，能在很大程度上提高樓梯的安全度和宜人性。圖3-1梯極顏色的應(yīng)用要使梯段梯級(jí)間相互區(qū)分開(kāi)，可以采取在踏面邊緣使用與其他部分不同的顏色來(lái)實(shí)現(xiàn)，但在選取顏色時(shí)應(yīng)注意：選用的不同顏色的對(duì)比感度要適中，即在光照強(qiáng)度較弱的情況下也較易辨別；不同顏色的過(guò)渡要平緩、和諧，這樣以避免眼睛頻繁調(diào)節(jié)造成的視覺(jué)疲勞，導(dǎo)致觀察和判斷的失誤，同時(shí)還要確保其不引入新的不符合安全人機(jī)工程原理的因素。此外，對(duì)于有條

15、紋設(shè)計(jì)的樓梯只須在條紋上采用與其他部分對(duì)比度要求相符的顏色即可。3.2 色彩在樓梯墻面上的應(yīng)用縱觀現(xiàn)代建筑，不難發(fā)現(xiàn)大多數(shù)建筑有一個(gè)共同特點(diǎn)，即樓梯墻面從上往下至離地1m左右均使用白色，而下面使用不同的材料和顏色。這說(shuō)明色彩在現(xiàn)代建筑中已經(jīng)被運(yùn)用到了樓梯間，但人們?cè)谶x取顏色時(shí)只從美學(xué)效果和經(jīng)濟(jì)角度考慮，基本沒(méi)有從安全人機(jī)工程的角度進(jìn)行思考。顏色不僅有冷暖之分，也有輕重之別，還能給人遠(yuǎn)近之感。深色感覺(jué)重，淺色感覺(jué)輕；暗淡色感覺(jué)重，明亮色感覺(jué)輕；在明度一樣時(shí)暖色感覺(jué)重，冷色感覺(jué)輕。人們喜歡上輕下重的感覺(jué)，因此在建房時(shí)上面用白色、地面用比較深的顏色。由心理學(xué)可知，人們?cè)谂袛鄷r(shí)會(huì)有某種傾向性即知覺(jué)定勢(shì)

16、，因此在樓梯墻面下部使用不同的顏色會(huì)對(duì)人的心理產(chǎn)生不同的影響。明度高的暖色使人感到距離縮小，明度低的冷色使人感到距離增大，而樓梯間的空間相對(duì)狹小，所以樓梯墻面下部選用明度較低的冷色較恰當(dāng)。此外，色彩還能影響人的情緒、情感，如：黃色給人以甜美、豐收、香酥的感覺(jué)；綠色給人以自然、安靜、安全感、鎮(zhèn)靜的感覺(jué)；紅色給人以熱情的，積極的感覺(jué)。樓梯的主要功能是解決不同樓層之間垂直聯(lián)系的交通樞紐，能疏散人流。當(dāng)在建筑物中發(fā)生火災(zāi)或突發(fā)事件時(shí)，人的情緒比較慌亂、急噪、沖動(dòng)，而這樣的情緒會(huì)使人做出錯(cuò)誤的判斷和不尋常的舉動(dòng)，這些不正常的舉動(dòng)恰恰是防礙人員快速疏散的主要因素，在這樣的情況下使人鎮(zhèn)靜、安靜是關(guān)鍵。因此，

17、在樓梯墻面下部使用綠色較合理，它不僅能暗示和引導(dǎo)人群保持安靜和鎮(zhèn)靜，而且能使樓梯間顯得寬敞，有利于疏散人流，從而提高建筑的安全度和宜人性。第四章 結(jié) 論(1) 運(yùn)用安全人機(jī)工程學(xué)原理，并結(jié)合建筑學(xué)等相關(guān)知識(shí)對(duì)樓梯的基本組成部分及部分環(huán)境進(jìn)行了分析，并從安全度和宜人性的角度，提出了樓梯設(shè)計(jì)的具體要求：1 踏步寬度最佳為280mm，踢面高度最佳為165mm， 踏步數(shù)20 步，采用雙跑平行樓梯，每跑10步，梯段水平投影長(zhǎng)度為2520mm，梯井寬度為100mm，梯段寬度為1500mm，休息平臺(tái)寬度為1538mm。2 可以采用在踏面邊緣使用與其他部分不同的顏色來(lái)使梯段梯級(jí)間相互區(qū)分開(kāi)，選用的不同顏色的對(duì)比感度要適中，不同顏色的過(guò)渡要平緩、和諧，同時(shí)還要確保其不引入新的不符合安全人機(jī)工程原理的因素。此外，對(duì)于有條紋設(shè)計(jì)的樓梯只須在條紋上采用與其他部分對(duì)比度要求相符的顏色即可。3 樓梯墻面上面用白色、地面用比較深的顏色；在樓梯墻面下部使用綠色。(2) 本文對(duì)樓梯的安全人機(jī)工程分析大多是定性的，定量的分析還有待進(jìn)一步的研究。參考文獻(xiàn)1周美玉.工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)M.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.2丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué)M