安全人機工程課程設計

上海海事大學

《安全人機工程》課程設計基于安全人機工程學的樓梯設計摘要:結合安全人機工程學、房屋建筑學等相關知識，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上，對建筑的樓梯設計中樓梯類型、踏步寬度、踢面高度、樓梯寬度、踏步防滑、休息臺、樓梯坡度、扶手以及樓梯顏色等進行了安全人機工程分析，并提出了樓梯設計的具體要求和建議。關鍵詞:安全人機工程學;樓梯設計;安全度;宜人性Abstract:Incombinationwiththerelevantknowledgeofsafetyergonomicsandhousearchitecture,andtakingintoconsiderationthephysiologicalandpsychologicalcharacteristicsofinhabitantsandtheman-stairs-environmentserviceability,thispaperdiscussesthestairsdesignfromtheperspectiveofsafetyergonomics,andputsforwardspecificrequirementsandsuggestions.Keywords:safetyergonomics;stairsdesign;safetydegree;serviceabilityTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章研究對象概況 4\o"CurrentDocument"1.1研究意義 4\o"CurrentDocument"1.2樓梯組成 4\o"CurrentDocument"1.3樓梯形式 4\o"CurrentDocument"1.4樓梯分類 5\o"CurrentDocument"第二章樓梯各部分的設計要求 52.1踏步寬度和踢面高度 6\o"CurrentDocument"2.2樓梯的寬度 7\o"CurrentDocument"2.3踏步的防滑 7\o"CurrentDocument"2.4休息臺（正平臺和半平臺）的設計 8\o"CurrentDocument"2.5樓梯坡度和扶手 8\o"CurrentDocument"第三章色彩在樓梯設計中的應用 9\o"CurrentDocument"3.1色彩在梯級上的應用 9\o"CurrentDocument"3.2色彩在樓梯墻面上的應用 10第四章結論 11\o"CurrentDocument"4.1設計要求 11\o"CurrentDocument"4.2備注 111研究對象概況1.1研究意義建筑物中作為樓層間垂直交通用的構件。用于樓層之間和高差較大時的交通聯(lián)系。在設有電梯、自動梯作為主要垂直交通手段的多層和高層建筑中也要設置樓梯。高層建筑盡管采用電梯作為主要垂直交通工具，但仍然要保留樓梯供火災時逃生之用。樓梯由連續(xù)梯級的梯段（又稱梯跑）、平臺（休息平臺）和圍護構件等組成。樓梯的最低和最高一級踏步間的水平投影距離為梯長，梯級的總高為梯高。近年來關于學校教學樓踩踏事件的報導屢見不鮮，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，設計符合人的生理特征、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，對樓梯進行安全人機工程的分析具有必要性，也有其實際意義。1.2樓梯組成1.2.1樓梯段每個樓梯段上的踏步數(shù)目不得超過18級，不得少于3級。1.2.2樓梯平臺樓梯平臺按其所處位置分為樓層平臺和中間平臺。1.2.3欄桿（欄板）和扶手欄桿（扶手）是設置在樓梯段和平臺臨空側的圍護構件，應有一定的強度和剛度，并應在上部設置供人們手扶持用的扶手。扶手是設在欄桿頂部供人們上下樓梯倚扶的連續(xù)配件。1.3樓梯形式樓梯按梯段可分為單跑樓梯、雙跑樓梯和多跑樓梯。梯段的平面形狀有直線的、折線的和曲線的。單跑樓梯最為簡單，適合于層高較低的建筑；雙跑樓梯最為常見，有雙跑直上、雙跑曲折、雙跑對折（平行）等，適用于一般民用建筑和工業(yè)建筑；三跑樓梯有三折式、丁字式、分合式等，多用于公共建筑；剪刀樓梯系由一對方向相反的雙跑平行梯組成，或由一對互相重疊而又不連通的單跑直上梯構成，剖面呈交叉的剪刀形，能同時通過較多的人流并節(jié)省空間；螺旋轉梯是以扇形踏步支承在中立柱上，雖行走欠舒適，但節(jié)省空間，適用于人流較少，使用不頻繁的場所；圓形、半圓形、弧形樓梯，由曲梁或曲板支承，踏步略呈扇形，花式多樣，造型活潑，富于裝飾性，適用于公共建筑。1.4樓梯分類建筑物中作為樓層間交通用的構件。由連續(xù)梯級的梯段、平臺和圍護結構等組成。在設電梯的高層建筑中也同樣必須設置樓梯。樓梯分普通樓梯和特種樓梯兩大類。普通樓梯包括鋼筋混凝土樓梯、鋼樓梯和木樓梯等，其中鋼筋混凝土樓梯在結構剛度、耐火、造價、施工、造型等方面具有較多的優(yōu)點，應用最為普遍。特種樓梯主要有安全梯、消防梯和自動梯3種。按照空間可劃分為室內(nèi)樓梯和室外樓梯。室內(nèi)樓梯，字面已經(jīng)解釋清楚，應用與各種住宅內(nèi)部，因追求室內(nèi)美觀舒適，室內(nèi)樓梯多以實木樓梯，鋼木樓梯，鋼與玻璃，鋼筋混凝土等或多種混合材質(zhì)為主，其中實木樓梯是高檔住宅內(nèi)應用最廣泛的樓梯，鋼與玻璃混合結構樓梯在現(xiàn)代辦公區(qū)，寫字樓，商場，展廳等應用居多，鋼筋混凝土樓梯廣泛應用于各種復式建筑中。室外樓梯因為考慮到風吹雨曬等自然因素，一般外形美觀的實木樓梯，鋼木樓梯，金屬樓梯等就不太適宜，鋼筋混凝土樓梯，各種石材樓梯最為常見。2樓梯各部分的設計要求樓梯是解決不同樓層之間垂直聯(lián)系的交通樞紐，其應該有足夠的疏散能力，滿足安全、防火等的要求。同時，根據(jù)安全人機工程學分析,樓梯的設計還要滿足宜人性，即符合人的生理、心理特征。人的動覺是對身體運動及其位置狀態(tài)的感覺，它與肌肉組織、肌腱和關節(jié)活動有關。人的動覺的改變破壞了原有的身體位置、運動方向、速度大小等的平衡，人就要重新建立新的平衡，在建立新的平衡過程中人的運動速度必然變緩。因此，

建筑的樓梯應盡可能避免破壞人的動覺平衡，其類型宜采用直行形式，如直跑樓梯、對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上設置扇步。根據(jù)安全人機工程學的原理，樓梯各部分的設計要求如下：2.1踏步寬度和踢面高度確定樓梯踏步寬度(設為L)、踢面高度時要綜合考慮人的行為習慣和人體相關尺寸。踏步太寬時，踢面過低會使人踏大步，易產(chǎn)生疲勞，造成人體能量的浪費;踏步過窄時，踢面過低會增加梯級的級數(shù)，一方面增加了腳的移動次數(shù)使人容易產(chǎn)生疲勞，另一方面亦會使人形成一步踏多級的習慣甚至下樓時踏空跌倒。踏步寬度主要與人的足長有關，設計時足長取中國成年人人體尺寸(GB10001988)公布的男性足長分布的第95百分位數(shù)。該標準公布的人體數(shù)據(jù)是在裸體或單薄內(nèi)衣的條件下測得的,測量時不穿鞋，因此有公式S=Sa+Sb［其中:S為最小功能尺寸(mm);Sa為第a百分位人體尺寸數(shù)據(jù)(mm);Sb為尺寸修正量(mm)。在取足長修正量時，基于人足全部在踏面上，此時腳可按照人的日常行為活動，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30?38mm，所以足的修正量Sb取值為15~19mm,由于S95=260~270mm,因此S=275~289mm。因為踏步寬度為人足的最小功能尺寸，所以L=S,即踏步寬度最佳為275~289mm。梯級的高度(踢面高度)一般為127~200mm,最佳為165~178mm。常見的民用建筑樓梯適宜踏步尺寸圖一為我校宿舍樓樓梯，經(jīng)測量，踢面高為圖一為我校宿舍樓樓梯，經(jīng)測量，踢面高為158mm，踏面寬為265mm。名稱住宅學校、辦公樓劇院、食堂醫(yī)院幼兒園踢面高r/mm156?175140?160120?150150120?150踏面寬g/mm250?300280?340300?350300260?300圖1宿舍樓梯2.2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。在設計樓梯的梯段寬時人肩寬取中國成年人人體尺寸(GB10001988)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。在設計樓梯的寬度時不僅要考慮人能輕松通過，還要考慮安全功能距離，即預留的應急寬度(如為了在發(fā)生火災時方便人能進行各種救火操作而設置的寬度)。因此，樓梯的寬度可按以下公式計算：H=nH1+H2H2式中:H1為人的肩寬的第95百分位所對應的尺寸(mm);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:公共建筑的樓梯應設置不少于2股人流的距離，其樓梯梯段寬度應不小于1500mm;居住建筑的樓梯梯段寬度應不小于1200mm。2.3踏步的防滑對于踏步表面較光滑的樓梯，在設計時需注意踏步的防滑。踏步防滑設計一般采用條紋防滑，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效果，所以既經(jīng)濟又有明顯防滑效果的防滑設計是設置外凸條紋。但設置外凸條紋會使人產(chǎn)生強烈的凸感，感覺不適，因此設置的條紋要宜人,必須保證條紋凸起高度設置為剛好使人沒有明顯凸感的高度。2.4休息臺（正平臺和半平臺）的設計休息臺是在考慮人體生物力學特征的基礎上為緩解人上下樓梯疲勞而設計的。設立休息臺必須保證其不阻礙人上下樓梯，這就要求休息臺的寬度不得小于樓梯寬度。正平臺設計應避免從樓層出入的人和上下樓梯的人發(fā)生碰撞，因此正平臺的寬度應大于半平臺。假設正平臺和半平臺的寬度分別為L1、L2，則兩平臺的寬度之差d=L1-L2。通過研究人的日常行為可知,人在穿過某空間時表現(xiàn)出捷徑效應。所謂捷徑效應就是人在穿過某空間時總是采取最簡潔的路線，即使有別的因素影響也是如此。人在從樓梯入口進入樓梯時捷徑效應表現(xiàn)在人有靠樓梯兩側行走的趨勢,人行走的路線大致如圖1中的箭頭所示。人在進入樓梯時其行走方向與樓梯中行走在正平臺的人流方向垂直，剛進入正平臺的人要隨人流一同行走就必須使身體旋轉90。來改變行走方向，由此可知兩平臺的寬度之差d應大于或等于人的肩寬的功能尺寸（此處的肩寬應取男性第95百分位所對應的尺寸），才能確保進出樓梯的人不與樓梯中的人碰撞、擁擠，保證樓梯的暢通。圖2人的捷徑效應路線圖2.5樓梯坡度和扶手由房屋建筑學的相關理論可知，樓梯的坡度宜為20°?50°,超過50°則應建成爬梯，坡度小于20°應建成臺階或坡道。結合安全人機工程學原理，樓梯的坡度在30°?35°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宣。此外，扶手的表面還要光滑。3色彩在樓梯設計中的應用3.1色彩在梯級上的應用圖2為兩個梯極顏色不同設計的樓梯。從圖2可以看出，樓梯梯段的每一級踏步的顏色均為同色，從安全人機工程學的角度上來說，這種設計不符合人的視覺特性，不便于人區(qū)分每一個梯級，易使人在下樓梯時一步踏多級而出現(xiàn)踏空引發(fā)事故，這在晚上或者光照強度較弱時更加明顯。同時，在晚上或光照較弱的情況發(fā)生火災等突發(fā)性事件、需及時疏散人流時，更加突顯梯段一色設計在安全方面的不足。因此，使梯段的梯級間區(qū)分開,能在很大程度上提高樓梯的安全度和宜人性。折角樓梯圖3梯極顏色的應用要使梯段梯級間相互區(qū)分開，可以采取在踏面邊緣使用與其他部分不同的顏色來實現(xiàn)，但在選取顏色時應注意:①選用的不同顏色的對比感度要適中，即在光照強度較弱的情況下也較易辨別;②不同顏色的過渡要平緩、和諧，這樣以避免眼睛頻繁調(diào)節(jié)造成的視覺疲勞，導致觀察和判斷的失誤，同時還要確保其不引入新的不符合安全人機工程原理的因素。此外，對于有條紋設計的樓梯只須在條紋上采用與其他部分對比度要求相符的顏色即可。3.2色彩在樓梯墻面上的應用縱觀現(xiàn)代建筑，不難發(fā)現(xiàn)大多數(shù)建筑有一個共同特點，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。這說明色彩在現(xiàn)代建筑中已經(jīng)被運用到了樓梯間，但人們在選取顏色時只從美學效果和經(jīng)濟角度考慮,基本沒有從安全人機工程的角度進行思考。顏色不僅有冷暖之分，也有輕重之別，還能給人遠近之感。深色感覺重，淺色感覺輕;暗淡色感覺重，明亮色感覺輕;在明度一樣時暖色感覺重，冷色感覺輕。人們喜歡上輕下重的感覺，因此在建房時上面用白色、地面用比較深的顏色。由心理學可知，人們在判斷時會有某種傾向性即知覺定勢，因此在樓梯墻面下部使用不同的顏色會對人的心理產(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狹小，所以樓梯墻面下部選用明度較低的冷色較恰當。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;綠色給人以自然、安靜、安全感、鎮(zhèn)靜的感覺;紅色給人以熱情的，積極的感覺。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。當在建筑物中發(fā)生火災或突發(fā)事件時,人的情緒比較慌亂、急噪、沖動，而這樣的情緒會使人做出錯誤的判斷和不尋常的舉動，這些不正常的舉動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、安靜是關鍵。因此，在樓梯墻面下部使用綠色較合理，它不僅能暗示和引導人群保持安靜和鎮(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。4結論4.1設計要求運用安全人機工程學原理,并