许美琪 译

 椅子的设计可以追溯到古代。通过对坐姿、人对椅子所能实现的价值的期望、文化水准、习俗、社会经济的发展水平的研究，可以了解家具的演变，它的细部结构及其设计理念。
     尽管椅子无处不在，而且人们已使用已久，但是椅子仍然是室内空间中一种最缺乏设计的器具。椅子设计的主要难点是，虽然司空见惯，但是总把“坐”视作是一种静态的行为。然而，实际上，“坐”的动作是一种相当动态的行为。
     更深入地看，家具设计如同人们用得很久的其它器具一样，它的设计总是根据经验来估计做出的。况且它的载荷从来也没有测定过，对家具受载后产生怎样的变化及零件所受载荷的研究才刚刚开始。
     首先，测定椅子在使用时的受载是十分重要的。当人坐进去后或后倾时，施加在椅子上的是何种载荷？一把椅子只要能支撑坐在它上面的人的重量就够了吗，或者它的座面偶而也会用来作垫脚呢？这些都是一些典型的使用因素，必须在设计中详加考虑。
     为了理解和测定这些载荷，有必要对人体坐姿本身的分析和评估进行系统的审查。现在已有许多研究工作是关于坐着的人的身体活动次数的，一些研究报道了评估椅子人体工程学各个方面的许多测定方法和准则，但是对日常使用中椅子的力学载荷仍鲜为人知。
　　人体测量学的数据用于确定产品的尺寸，人体工程学的概念用来作为评估在日常使用中人体坐姿所需要做出的变化的参数。“坐”是一种姿势，它把人体的重量转移到支撑面上，这个面主要由坐骨及其周围的软组织组成。佩尼罗(Panero, 1979)和茨尔尼克(Zelnik, 1979)测定过，人体的全部重量的75%落在仅有4平方英寸的面上，这是一个相当大的载荷，分布在一个很小的面积上，其结果是在人的臀部下产生一个很大的应力，使人感到疲劳和不适，不得不改变坐姿来缓解这种状况。
     很明显，“坐”是一个不断活动着的的姿势，因此椅子的设计必须使坐着的人能改变坐姿，以减少不适感。
     然而，一般来说，一个坐着的人的坐姿不仅取决于椅子的设计，而且还要看他坐着在干什么。根据椅子和坐姿的不同情况，人体的一部分重量也会转移到地面、工作的台面、扶手和靠背上。根据他坐着在干什么，有着不同的坐姿（正坐、向前倾的坐、直坐、随意放松的坐、手臂搁在扶手上的放松的坐、脚悬空的放松的坐、向后靠的坐、坐在扶手上、爬上椅子、站在座面上或在面跳跃等），这就引起不同的应变或载荷。为了了解人体/椅子之间的关系，进行了动态的测定，同时也通过装有传感器的椅子来測定载荷。
     本研究的目的是提供关于日常使用中椅子受载的原始资料，相信它将有助于更好地设计家具。也希望以此来更好地了解家具结构在受载后发生的变化，为设计椅子提供实际的数据，以保证椅子的安全性、品质和耐久性。
     另外，人体/椅子的相互关系建模方法也许是一种分析日常使用中受载的实用方法，为了达到结构上的可靠，亦即家具的安全性，以受载分析来设计家具的结构，选择材料也是必要的。
     

1 材料和方法
     图1是椅子设计的原型，它的结构简单，成本便宜，容易制作。坐高、坐宽、坐深均为45cm，扶手高度为70cm，此外，这个原型椅要求舒适，在结构上易于拆分。
     零件的最小断面尺寸是2.5╳ 2.5cm，用圆棒榫连接，结构轻巧而且牢固。材料是桉树木材。
     在椅子上安装测定用传感头，即在椅子的4条腿上各安装1个载荷传感器，以测量对垂直力的反作用力；在椅子的4根横档上各安装1片传感片，在2个扶手下各安装1片传感片；在靠背的横档上安装1个位移传导器。各传感头（器）均进行精度标定，并记录下每个传感器输出的数据，以便计算整个反作用力及其产生的位移。
     对人们在各种不同的状态下的坐姿，如上课、在计算机前工作、用餐或与朋友一起坐着聊天、坐着喝饮料等都进行了观察记录，表1是日常生活中常见的不同的坐姿。根据坐姿的相似程度，把它们划归为5类进行试验，在初步试验后对每一种坐姿及其相应的载荷进行分析。
     在对初步结果评估后，对坐姿作用在椅子各部分的最大载荷进行最终试验，这些试验与日常使用的情况相反，主要针对的并不是椅子的常用功能中的坐姿。
     表1（待扫描）
     埃克曼(Eckelman, 2003)认为，根据这些载荷所产生的作用、它们固有的性质、载荷施加的方式，可以对载荷进行分类：（1）静载荷是逐渐施加上去的载荷，最终达到它的最大值并保持不变。十分缓慢地坐进椅子并保持不动的坐姿是静载荷的一个实例；（2）重复载荷是指不断施加并不断卸除的载荷，通常有许多次的往复循环。这种载荷可能对零件或其连接处产生疲劳破坏；（3）冲击载荷是指突然施加上去的载荷，通常是运动中的物体所施加的。在椅子上跳跃是冲击载荷的一个实例。
     在试验以前，要使参加试验项目的两个人习惯这把试验椅和试验程序，参加试验项目的每一个人都了解试验条件，其中一个人的体重是51kg(500N)，另一个人的体重是85.68kg(840N)。之所以选两个体重不同的人是为了使椅子也能适应其他的使用者。
     从力的测量中获得输入数据，所有从地面、座面、靠背和坐者体重产生的反作用力的大小和方向均为所要求记录的数据。

2 结果和讨论
     从最终试验图（图2）中，可以证明从初步试验评估中得出的结论，表2表示了最大比例值，即在椅子上所测出的力与作用在椅子上的人的体重之比，它们是波动的，其波动的程度与不同的工作状态下的坐姿及其入坐时的行为特点相对应。
     表2 椅子各零件受载的最大比例值，以百分数表示

     根据伊达(Iida)的研究，巴西人中95%的人的体重在102.00kg(1000N)以下，运用这个参考值和椅子结构零件的最大比例值，可以很容易理解作用在椅腿上的最大载荷是132.60kg(1300N)，作用在扶手上的载荷是96kg(950N) 作用在靠背上的载荷是77.52kg(760N)，作用在座面横档上的载荷是209.1kg(2050N)，为了保证使用的安全性，总是以可能发生的最坏情况来考虑。最后，在图3中特别标明了日常使用中作用在椅子的每个零件上的载荷值。
     图3
     这些载荷值以百分数来表示是为了更方便椅子的工程设计，这样使椅子更适合于使用，用于儿童的家具的载荷值要小于普通的用椅。这再一次地表明了在对不同用途和每一件家具的细部结构方面，日常使用中的对“坐”的载荷值的估算必须与椅子的用途相一致。

3 结论

 运用记录人体坐姿开发生物力学模型来对其它方法加予补充是重要的，它可能用来加深对“坐的动作”的理论理解，特别是由于原来并没有这方面的资料。
     通过了解日常使用中作用在椅子上的载荷，可能将在设计椅子时使结构更为合理和正确，在本文中并未考虑极端情况下的未知载荷，只规定了合理的和代表性的载荷，它们用以进行适当的设计，但是这为设计工作提供了一个机会，即怎样使人体的坐姿感到最为舒适。
     进一步还将研究载荷的大小和考虑循环效应，即载荷是怎样经常施加在椅子上和不同造型的椅子上的。
　 （资料来源：Carla Paoliello, Edgar Vladimiro Mantilla Carrasco, Chair Load Analysis During Daily Sitting Activities ,Forest Products Journal, Sep. 2008）