Расчет металлического косоура лестницы самостоятельно: как?

Ступеньки на косоурах – это прочно, экономно и красиво

 

Сегодня современный загородный участок – это не только цветущий сад или богатый овощами огород. Это еще и различного назначения постройки, среди которых центральное место занимает, конечно же, жилой дом, который может быть небольшим (домик для кратковременного проживания, наездами), но может быть и сооружением в два и более этажей (для длительного проживания).

Рис. 1. Схема элементов ступени.

В таком большом загородном доме не обойтись без лестниц, расчет и сооружение которых можно заказать у профессиональных строителей, что обойдется недешево. А можно некоторую часть работ (например, выбор материала и расчеты) выполнить самостоятельно, что, во-первых, уменьшит затраты на строительство, а во-вторых, позволит в полной мере реализовать свои эстетические вкусы и функционал лестницы для обитателей дома.

Широкий выбор строительного материала (дерево, металл, бетон, пластик) и разнообразие конструктивных форм лестницы (маршевые прямые и под углом, винтовые, лестницы на больцах) дают возможность под размеры дома и интерьер жилого пространства выбрать любое сочетание материала, формы и цвета всех частей лестницы, подчеркивающих индивидуальность всего жилого строения.

Лестница: основные составные части

Какие бы лестницы ни использовались для частного дома, основными конструктивными элементами для всех видов являются:

Рис. 2. Механизмы крепления ступеней к лестнице.

• ступени (фото 1) – элементы, состоящие из горизонтальной части (проступь), на которую наступают, и вертикальной (подступенок), которая служит для проступи опорой;
• механизмы крепления ступеней (фото 2): тетива (ступени вставляются в пазы боковых балок), косоур (ступени крепятся сверху наклонной балки), больцы (ступени крепятся к стене металлическими болтами), центральная стойка (вертикальная труба, к которой по спирали крепятся ступени);
• перила – немаловажная, но необязательная деталь. Служит для удобного и безопасного перемещения по лестнице.

В этом перечне составляющих конструкция крепления ступеней является центральным каркасным элементом, на котором держится вся лестница. На чем же остановить выбор? Самыми популярными являются косоуры и тетивы.

Что касается прочности, выдерживаемой нагрузки и занимаемого места, то здесь лидируют косоуры.

Это объясняется тем, что несущая балка для ступеней расположена снизу, и для торцов ступеней не нужны дополнительные сантиметры под тетиву, что немаловажно для узких пролетов.

Все о косоурах

Форма:

Рис. 3. Расположение косоуров.

• прямая – для однопролетных маршевых лестниц;
• ломаная – для конструкций в несколько пролетов, расположенных под углом друг к другу;
• винтовая (эвольвентная) – для винтовых закругленных маршей.

Материал:

• дерево;
• металл;
• бетон (железобетон).

Расположение косоуров:

• центральное – один косоур по центру лестницы;
• боковое – два косоура по краям ступеней для лестницы шириной более 1.5 м (фото 3).

Из какого бы материала ни были бы изготовлены ступени: древесина, алюминий или пластик, основную деталь каркаса лестницы, косоур, все чаще изготавливают из металла (профильная труба, швеллер, двутавр). Повышенная прочность и компактность таких косоуров идеально подходят для малых площадей и позволяют дополнить всю лестничную конструкцию декоративными элементами для поддержания дизайна помещения.

Расчет лестницы

Рис. 4. Схема расчета ступенек.

Профильная труба (квадратная, прямоугольная) является одним из самых распространенных материалов для косоуров. И чтобы выбрать правильные размеры профиля, необходимо рассчитать нагрузку на него, которая состоит из постоянной составляющей (ступени) и переменной (находящиеся на лестнице люди и предметы).

Для расчета ступенек нам понадобятся следующие параметры (фото 4):

• высота лестницы – расстояние между этажами;
• глубина проступи и высота подступенка;
• длина лестницы – длина проекции лестницы на пол;
• ширина лестницы – 80 см;
• вес ступени – берем 9 кг.

Рассмотрим пример для лестницы высотой 2.8 м и длиной 4.5 м. Требования удобства и безопасности рекомендуют брать глубину ступеньки в пределах 25-40 см, возьмем 30 см. Расчет количества ступенек: длина лестницы / глубину ступеньки = 450 см / 30 см = 15.

Высота подступенка равна: высота лестницы / количество ступенек = 2.8 / 15 = 18.7 см. Это входит в рекомендуемые пределы от 12 до 22 см.

Длину косоура находим по теореме Пифагора для прямоугольного треугольника (квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов): косоур² = высота² + длина² = 2.8² + 4.5² = 7.84 + 20.25 = 28.09. Извлекаем корень и получаем: √28.09 = 5.3 м – длина косоура.

Рис. 5. Таблица сортамента стальных труб.

Посчитаем нагрузку от ступенек и людей на лестнице на несущую балку (косоур). Вес всех ступенек равен: вес одной х количество ступенек = 9 х 15 = 135 кг. Вес людей с предметами (непостоянная составляющая) берем 400 кг. Нормативы рекомендуют номинальный вес ступенек умножать на коэффициент надежности 1.1, а вес людей на 1.4. Получаем расчетный вес: 135 х 1.1 + 400 х 1.4 = 148.5 + 560 = 708.5 кг – расчетная нагрузка на металлический профильный косоур.

Для найденной нагрузки теперь необходимо правильно рассчитать нужное сечение профиля. Это можно сделать с помощью онлайн-калькуляторов, а можно применить проверенную практикой формулу расчета момента инерции: I = 5.2 х b х Q х L / E , где:

• b – ширина ступеньки = 80 см;
• Q – расчетная нагрузка = 708.5 кг;
• L – длина косоура = 530 см;
• E – модуль упругости стали, равный 2100000 кг/см²;

Подставляя числовые значения в формулу, после расчета получаем:

5.2 х 80 х 708.5 х 530 / 2100000 = 74.39

Из сортамента прямоугольных профильных труб (фото 5) по нормативу СНип III-18-75 находим подходящий размер профиля 140 х 60 мм, при толщине 3 мм.

При наличии у лестницы двух и более маршей, расчеты проводятся аналогично для каждого пролета, как если бы он начинался от пола и заканчивался на втором этаже.

http://www.youtube.com/watch?v=reaF2z5tW1k

Варьируя параметры лестницы (размеры и материал ступенек, угол наклона косоура и др.), всегда можно подобрать профиль металлического косоура по своему вкусу и бюджету.

Известно, что в онлайн-сервисе всегда можно найти бесплатный калькулятор для проверки расчета и уточнения полученного результата.