安全人機(jī)工程課程設(shè)計(jì)

上海海事大學(xué)

《安全人機(jī)工程》課程設(shè)計(jì)基于安全人機(jī)工程學(xué)的樓梯設(shè)計(jì)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(lèi)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。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(duì)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(lèi) 5\o"CurrentDocument"第二章樓梯各部分的設(shè)計(jì)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(tái)（正平臺(tái)和半平臺(tái)）的設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"2.5樓梯坡度和扶手 8\o"CurrentDocument"第三章色彩在樓梯設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 9\o"CurrentDocument"3.1色彩在梯級(jí)上的應(yīng)用 9\o"CurrentDocument"3.2色彩在樓梯墻面上的應(yīng)用 10第四章結(jié)論 11\o"CurrentDocument"4.1設(shè)計(jì)要求 11\o"CurrentDocument"4.2備注 111研究對(duì)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(gòu)件。用于樓層之間和高差較大時(shí)的交通聯(lián)系。在設(shè)有電梯、自動(dòng)梯作為主要垂直交通手段的多層和高層建筑中也要設(shè)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(zāi)時(shí)逃生之用。樓梯由連續(xù)梯級(jí)的梯段（又稱(chēng)梯跑）、平臺(tái)（休息平臺(tái)）和圍護(hù)構(gòu)件等組成。樓梯的最低和最高一級(jí)踏步間的水平投影距離為梯長(zhǎng)，梯級(jí)的總高為梯高。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(guān)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。1.2樓梯組成1.2.1樓梯段每個(gè)樓梯段上的踏步數(shù)目不得超過(guò)18級(jí)，不得少于3級(jí)。1.2.2樓梯平臺(tái)樓梯平臺(tái)按其所處位置分為樓層平臺(tái)和中間平臺(tái)。1.2.3欄桿（欄板）和扶手欄桿（扶手）是設(shè)置在樓梯段和平臺(tái)臨空側(cè)的圍護(hù)構(gòu)件，應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度，并應(yīng)在上部設(shè)置供人們手扶持用的扶手。扶手是設(shè)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(xiàn)的、折線(xiàn)的和曲線(xiàn)的。單跑樓梯最為簡(jiǎn)單，適合于層高較低的建筑；雙跑樓梯最為常見(jiàn)，有雙跑直上、雙跑曲折、雙跑對(duì)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(duì)方向相反的雙跑平行梯組成，或由一對(duì)互相重疊而又不連通的單跑直上梯構(gòu)成，剖面呈交叉的剪刀形，能同時(shí)通過(guò)較多的人流并節(jié)省空間；螺旋轉(zhuǎn)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(chǎng)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(lèi)建筑物中作為樓層間交通用的構(gòu)件。由連續(xù)梯級(jí)的梯段、平臺(tái)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)等組成。在設(shè)電梯的高層建筑中也同樣必須設(shè)置樓梯。樓梯分普通樓梯和特種樓梯兩大類(lèi)。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(jié)構(gòu)剛度、耐火、造價(jià)、施工、造型等方面具有較多的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為普遍。特種樓梯主要有安全梯、消防梯和自動(dòng)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(yīng)用與各種住宅內(nèi)部，因追求室內(nèi)美觀(guān)舒適，室內(nèi)樓梯多以實(shí)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(shí)木樓梯是高檔住宅內(nèi)應(yīng)用最廣泛的樓梯，鋼與玻璃混合結(jié)構(gòu)樓梯在現(xiàn)代辦公區(qū)，寫(xiě)字樓，商場(chǎng)，展廳等應(yīng)用居多，鋼筋混凝土樓梯廣泛應(yīng)用于各種復(fù)式建筑中。室外樓梯因?yàn)榭紤]到風(fēng)吹雨曬等自然因素，一般外形美觀(guān)的實(shí)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(jiàn)。2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(mǎn)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(mǎn)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(lèi)型宜采用直行形式，如直跑樓梯、對(duì)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：2.1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(GB10001988)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,測(cè)量時(shí)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(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?yàn)樘げ綄挾葹槿俗愕淖钚」δ艹叽?，所以L(fǎng)=S,即踏步寬度最佳為275~289mm。梯級(jí)的高度(踢面高度)一般為127~200mm,最佳為165~178mm。常見(jiàn)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(cè)量，踢面高為圖一為我校宿舍樓樓梯，經(jīng)測(cè)量，踢面高為158mm，踏面寬為265mm。名稱(chēng)住宅學(xué)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(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(GB10001988)公布的肩寬分布的第95百分位數(shù),在此稱(chēng)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+H2H2式中:H1為人的肩寬的第95百分位所對(duì)應(yīng)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(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。2.3踏步的防滑對(duì)于踏步表面較光滑的樓梯，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。2.4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)。假設(shè)正平臺(tái)和半平臺(tái)的寬度分別為L(zhǎng)1、L2，則兩平臺(tái)的寬度之差d=L1-L2。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(xiàn)，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(xiàn)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），才能確保進(jìn)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(yīng)路線(xiàn)圖2.5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20°?50°,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(shè)計(jì)中的應(yīng)用3.1色彩在梯級(jí)上的應(yīng)用圖2為兩個(gè)梯極顏色不同設(shè)計(jì)的樓梯。從圖2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)，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。折角樓梯圖3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:①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;②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(guān)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(guān)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)，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，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。4結(jié)論4.1設(shè)計(jì)要求運(yùn)用安全人機(jī)工程學(xué)原理,并