人机工程学楼梯设计

摘要

结合安全人机工程学、房屋建筑学等相关知识，在考虑人的生理和心理特征、人——楼梯——环境的综合宜人性的基础上，对建筑的楼梯设计中楼梯类型、踏步宽度、踢面高度、楼梯宽度、踏步防滑、休息台、楼梯坡度、扶手以及楼梯颜色等进行了安全人机工程分析，并提出了楼梯设计的具体要求和建议，然后以吉林化工学院三教侧面楼梯为例进行了楼梯尺寸的计算，得出三教侧面楼梯的最佳尺寸。

关键词：安全人机工程学；楼梯设计；安全度；宜人性

前言

人机工程学是研究人与系统中其他因素之间的相互作用，以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的科学]3~1[。传统的机械设计以设计产品为主要目标，更多地考虑产品本身功能的实现，并未把人作为设计的目标，规范化地考虑人的因素]4[。近年来关于学校教学楼踩踏事件的报导屡见不鲜，虽然这些事故很大程度上是由人的不安全行为所引起，但客观因素却不能忽视。楼梯是联系不同楼层的交通枢纽，设计符合人的生理特征、心理特性的楼梯，不仅能使其功能得到充分的发挥，而且也能确保楼梯的安全度，提高其宜人性。因此，对楼梯进行安全人机工程的分析具有必要性，也有其实际意义。

目录

第一章楼梯各部分的设计要求 (1)

1.1 踏步宽度和踢面高度 (1)

1.2 楼梯的宽度 (1)

1.3 踏步的防滑 (2)

1.4 休息台(正平台和半平台)的设计 (2)

1.5 楼梯坡度和扶手 (3)

第二章楼梯的设计和尺寸计算 (4)

2.1 设计步骤 (4)

2.2 尺寸计算 (4)

第三章色彩在楼梯设计中的应用 (6)

3.1 色彩在梯级上的应用 (6)

3.2 色彩在楼梯墙面上的应用 (7)

第四章结论 (8)

参考文献 (9)

第一章 楼梯各部分的设计要求

楼梯是解决不同楼层之间垂直联系的交通枢纽，其应该有足够的疏散能力，满足安全、防火等的要求]5[。同时，根据安全人机工程学分析，楼梯的设计还要满足宜人性，即符合人的生理、心理特征。

人的动觉是对身体运动及其位置状态的感觉，它与肌肉组织、肌腱和关节活动有关]6[。人的动觉的改变破坏了原有的身体位置、运动方向、速度大小等的平衡，人就要重新建立新的平衡，在建立新的平衡过程中人的运动速度必然变缓。因此，建筑的楼梯应尽可能避免破坏人的动觉平衡，其类型宜采用直行形式，如直跑楼梯、对折的双跑楼梯或成直角折行的楼梯等，而不宜采用弧形梯段或在半平台上设置扇步。根据安全人机工程学的原理，楼梯各部分的设计要求如下：

1.1 踏步宽度和踢面高度

确定楼梯踏步宽度(设为L)、踢面高度时要综合考虑人的行为习惯和人体相关尺寸。踏步太宽时，踢面过低会使人踏大步]7[，易产生疲劳，造成人体能量的浪费；踏步过窄时，踢面过低会增加梯级的级数，一方面增加了脚的移动次数使人容易产生疲劳，另一方面亦会使人形成一步踏多级的习惯甚至下楼时踏空跌倒。

踏步宽度主要与人的足长有关，设计时足长取 《中国成年人人体尺寸》(GB1000-88)公布的男性足长分布的第95百分位数。该标准公布的人体数据是在裸体或单薄内衣的条件下测得的，测量时不穿鞋，因此有公式b a S S S +=[其中：S 为最小功能尺寸(mm)；a S 为第a 百分位人体尺寸数据(mm)；b S 为尺寸修正量(mm)]8[]。在取足长修正量时，基于人足全部在踏面上，此时脚可按照人的日常行为活动，只需考虑鞋前端或后端的修正量。由于鞋前端和后端的总的修正量为30~38mm ，所以足的修正量b S 取值为15~19mm ，由于95S =260~270mm ，因此S=275~289mm 。因为踏步宽度为人足的最小功能尺寸，所以L=S ，即踏步宽度最佳为275~289mm 。

梯级的高度(踢面高度)一般为127~200mm ，最佳为165~178mm ]8[。

1.2 楼梯的宽度

楼梯的宽度主要取决于人的肩宽和人流量的大小。在设计楼梯的梯段宽时人肩宽取 《中国成年人人体尺寸》(GB1000-1988)公布的肩宽分布的第95百分位数，在此称一人的肩宽修正的尺寸为1股人流的距离。在设计楼梯的宽度时不仅要考虑人能轻松通过，还要考虑安全功能距离，即预留的应急宽度(如为了在发生火灾时方便人能进行各种救火操作而设置的宽度)。因此，楼梯的宽度可按以下公式计算：

H=nH1+H2

式中：H1为人的肩宽的第95百分位所对应的尺寸404mm；H2为安全功能距离(mm)；n为人流的股数。

此外，不同使用性质的建筑需要不同的梯段宽度，如：公共建筑的楼梯应设置不少于2股人流的距离，其楼梯梯段宽度应不小于1500mm；居住建筑的楼梯梯段宽度应不小于1200mm]5[。

1.3 踏步的防滑

对于踏步表面较光滑的楼梯，在设计时需注意踏步的防滑。踏步防滑设计一般采用条纹防滑，有内凹条纹和外凸条纹两种，从防滑的角度来看，内凹条纹根本起不到防滑的作用，只是具有一定的美学效果，所以既经济又有明显防滑效果的防滑设计是设置外凸条纹。但设置外凸条纹会使人产生强烈的凸感，感觉不适，因此设置的条纹要宜人，必须保证条纹凸起高度设置为刚好使人没有明显凸感的高度。

1.4 休息台(正平台和半平台)的设计

休息台是在考虑人体生物力学特征的基础上为缓解人上下楼梯疲劳而设计的。设立休息台必须保证其不阻碍人上下楼梯，这就要求休息台的宽度不得小于楼梯宽度。正平台设计应避免从楼层出入的人和上下楼梯的人发生碰撞，因此正平台的宽度应大于半平台。假设正平台和半平台的宽度分别为D1、D2，则两平台的宽度之差d=D1-D2。通过研究人的日常行为可知，人在穿过某空间时表现出捷径效应。所谓捷径效应就是人在穿过某空间时总是采取最简洁的路线，即使有别的因素影响也是如此]9[。人在从楼梯入口进入楼梯时捷径效应表现在人有靠楼梯两侧行走的趋势，人行走的路线大致如图1中的箭头所示。人在进入楼梯时其行走方向与楼梯中行走在正平台的人流方向垂直，刚进入正平台的人要随人流一同行走就必须使身体旋转90°来改变行走方向，由此可知两平台的宽度之差d应大于或等于人的肩宽的功能尺寸(此处的肩宽应取男性第95百分位所对应的尺寸404mm)，才能确保进出楼梯的人不与楼梯中的人碰撞、拥挤，保证楼梯的畅通。

图1-1人的捷径效应路线图

1.5 楼梯坡度和扶手

由房屋建筑学的相关理论可知，楼梯的坡度宜为20°~50°，超过50°则应建成爬梯，坡度小于20°应建成台阶或坡道]5[。结合安全人机工程学原理，楼梯的坡度在30°~35°为最佳]8[。

扶手的高度和宽度要符合人的生理特征，即扶手的高度要与人的肘高相近，扶手宽度以手能握为宜。此外，扶手的表面还要光滑。

第二章 楼梯的设计和尺寸计算

2.1 设计步骤

(1) 确定楼梯踏步高宽

尺寸h×b ，根据层高H 和初选踏步高h 确定每层

踢面数N ，N ＝H ／h 。为了减少构件规格，一般应尽

量采用等跑梯段，因此N 宜为偶数。如所求出N 为奇

数或非整数，可反过来调整踏步高h 。

(2) 根据步数N 和踏步宽b 决定梯段水平投影长

度L ，L=(0.5N-1)b 。

(3) 确定是否设梯井。如楼梯间宽度较富裕，可在

两梯段之间设梯井。供少年儿童使用的楼梯梯井不应

大于120mm ，以利安全。梯井宽C 通常为60～200mm 。

(4) 根据楼梯间开间净宽A 和梯井宽C 确定梯段

宽度，a=(A —C)／2。同时检验其通行能力是否满足紧

急疏散时人流股数要求，如不能满足，则应对梯井宽C 图2-1 楼梯尺寸计算 或楼梯间开间净宽A 进行调整。

(5) 根据初选中间平台宽Dl(Dl ≥a)和楼层平台宽D2(D2≥a)以及梯段水平投影长度L 检验楼梯间进深净长度B ，D1+L+D2=B 。如不能满足，可对L 值进行调整(即调整b 值)。必要时，则需调整B 值。通常可取D1=D2。

在B 值一定的情况下，如尺寸有富余，一般可加宽b 值以减缓坡度或加宽D2值以利于楼层平台分配人流。

2.2 尺寸计算

下面以吉林化工学院三教两侧楼梯为例进行楼梯的设计和计算。已知该楼层高为

3.42m ，楼梯间的开间为3.3m ，进深为6m ，是开敞式楼梯间，走廊轴线宽1500mm 。建筑物室内外高差为0.6m ，墙厚为200mm ，轴线居中，底层中间平台下设有出入口，拟采用双跑平行楼梯。

（1）确定踏步尺寸b ×h

由 1.1可知，踏步宽度b 最佳为275~289mm ，梯级的高度(踢面高度)h 最佳为165~178mm 。初步选定b ×h=280×165mm （如不符合要求，再行调整），

楼梯的坡度θ=()????===50,3051.30280

165arctan arctan b h θ 符合1.5中楼梯的坡度在30°~35°为最佳]8[的要求。

根据经验选定楼梯板厚=休息板厚=120mm

踏步数N＝H/h=(3420-120)/165=20 步，采用双跑平行楼梯，每跑10步。

（2）确定梯段水平投影长度L

L=(0.5N-1)b = (0.5×20-1)×280 = 2520mm

（3）确定梯井宽度C

梯井宽度C在60～200mm之间，假设梯井宽度C=100mm

（4）确定梯段宽度a

楼梯间开间净宽A=开间-墙厚=3300-200=3100mm

梯段宽度a=(A—C)/2=(3100-100)/2=1500mm≥1500mm

符合1.2中公共建筑楼梯梯段宽度应不小于1500mm的要求

（5）确定休息平台宽度D

由1.4可知，两平台的宽度之差d=D1-D2= 404mm

楼梯间进深净长度B=进深-墙厚=6000–200 = 5800mm

那么：D1+D2=B-L=6000-2520=3480mm

D2=1538mm

由于D2>a，符合了设计要求。以上设计合理。

如果计算结果D

图为三教侧面楼梯的剖面图和平面图：

图2-2 楼梯剖面图和平面图

第三章色彩在楼梯设计中的应用

3.1 色彩在梯级上的应用

图3-1为两个梯极颜色不同设计的楼梯。从图3-1可以看出，楼梯梯段的每一级踏步的颜色均为同色，从安全人机工程学的角度上来说，这种设计不符合人的视觉特性，不便于人区分每一个梯级，易使人在下楼梯时一步踏多级而出现踏空引发事故，这在晚上或者光照强度较弱时更加明显。同时，在晚上或光照较弱的情况发生火灾等突发性事件、需及时疏散人流时，更加突显梯段一色设计在安全方面的不足。因此，使梯段的梯级间区分开，能在很大程度上提高楼梯的安全度和宜人性。

图3-1梯极颜色的应用

要使梯段梯级间相互区分开，可以采取在踏面边缘使用与其他部分不同的颜色来实现，

但在选取颜色时应注意：选用的不同颜色的对比感度要适中，即在光照强度较弱的情况下也较易辨别；不同颜色的过渡要平缓、和谐，这样以避免眼睛频繁调节造成的视觉疲劳，导致观察和判断的失误，同时还要确保其不引入新的不符合安全人机工程原理的因素。此外，对于有条纹设计的楼梯只须在条纹上采用与其他部分对比度要求相符的颜色即可。

3.2 色彩在楼梯墙面上的应用

纵观现代建筑，不难发现大多数建筑有一个共同特点，即楼梯墙面从上往下至离地1m 左右均使用白色，而下面使用不同的材料和颜色。这说明色彩在现代建筑中已经被运用到了楼梯间，但人们在选取颜色时只从美学效果和经济角度考虑，基本没有从安全人机工程的角度进行思考。

颜色不仅有冷暖之分，也有轻重之别，还能给人远近之感。深色感觉重，浅色感觉轻；暗淡色感觉重，明亮色感觉轻；在明度一样时暖色感觉重，冷色感觉轻]6[。人们喜欢上轻下重的感觉，因此在建房时上面用白色、地面用比较深的颜色。由心理学可知，人们在判断时会有某种倾向性即知觉定势，因此在楼梯墙面下部使用不同的颜色会对人的心理产生不同的影响。明度高的暖色使人感到距离缩小，明度低的冷色使人感到距离增大，而楼梯间的空间相对狭小，所以楼梯墙面下部选用明度较低的冷色较恰当。此外，色彩还能影响人的情绪、情感，如：黄色给人以甜美、丰收、香酥的感觉；绿色给人以自然、安静、安全感、镇静的感觉；红色给人以热情的，积极的感觉]9[。楼梯的主要功能是解决不同楼层之间垂直联系的交通枢纽，能疏散人流。当在建筑物中发生火灾或突发事件时，人的情绪比较慌乱、急噪、冲动，而这样的情绪会使人做出错误的判断和不寻常的举动，这些不正常的举动恰恰是防碍人员快速疏散的主要因素，在这样的情况下使人镇静、安静是关键。因此，在楼梯墙面下部使用绿色较合理，它不仅能暗示和引导人群保持安静和镇静，而且能使楼梯间显得宽敞，有利于疏散人流，从而提高建筑的安全度和宜人性。

第四章结论

(1)运用安全人机工程学原理，并结合建筑学等相关知识对楼梯的基本组成部分及部分环境进行了分析，并从安全度和宜人性的角度，提出了楼梯设计的具体要求：

①踏步宽度最佳为280mm，踢面高度最佳为165mm，踏步数20 步，采用双跑平行楼梯，每跑10步，梯段水平投影长度为2520mm，梯井宽度为100mm，梯段宽度为1500mm，休息平台宽度为1538mm。

②可以采用在踏面边缘使用与其他部分不同的颜色来使梯段梯级间相互区分开，选用的不同颜色的对比感度要适中，不同颜色的过渡要平缓、和谐，同时还要确保其不引入新的不符合安全人机工程原理的因素。此外，对于有条纹设计的楼梯只须在条纹上采用与其他部分对比度要求相符的颜色即可。

③楼梯墙面上面用白色、地面用比较深的颜色；在楼梯墙面下部使用绿色。

(2)本文对楼梯的安全人机工程分析大多是定性的，定量的分析还有待进一步的研究。

参考文献

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[2]丁玉兰.人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2005.

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