Расчет винтовой лестницы своими руками: правила проектирования

Расчет размеров винтовой лестницы

 

Изобретение винтовой лестницы является одним из самых удачных в строительном деле. Они компактны, удобны, всегда органично вписываются в интерьер, являясь оригинальным его элементом. Размеры их и конструкция отличаются большим разнообразием – от каменных тяжелых подъемов в древних башнях до воздушных интересных решений в современных зданиях. На первый взгляд кажется, что подобная конструкция слишком сложна для самостоятельного изготовления, но на самом деле постройка такой лестницы своими руками – не такая уж трудная задача.

Винтовые лестницы придуманы достаточно давно. Они отлично вписываются в любой интерьер и отличаются большим разнообразием форм, размеров и конструкций.

Прежде чем приступать к строительству винтовой лестницы, нужно правильно ее рассчитать. Придется вспомнить школьный курс геометрии. Ступени – это равные секторы круга, расположенные по высоте на одинаковом расстоянии и повернутые относительно друг друга на один и тот же угол. При расчете лестницы – любой, не только винтовой – нужно учитывать принятые эргономические нормы, поскольку она должна быть удобной в использовании,и безопасной.

Правила эргономики для проектирования

Расчеты показывают, что лестница будет безопасной, если ее параметры будут соответствовать средней ширине шага человека и длине его стопы.

Как показывают эргономические расчеты, лестница будет удобной и безопасной, если ее конструктивные параметры будут соответствовать средней ширине шага человека и длине его стопы.

Ширина ее в жилом помещении должна быть достаточной для прохода одного человека, этот размер нужно принять не менее 80 см.

Ширину проступи (собственно ступени) принимают 25-30 см, наилучший размер – 28 см. Этот показатель особенно важен при движении вниз. Если ширина будет меньше 25 см, то человек сможет наступать на нее не полной стопой, а только пяткой, что может привести к падению при спуске.

Высоту подступенка принимают в пределах 15-20 см. Эта величина соответствует средней длине шага взрослого человека. Если высоту подъема сделать меньше 15 см, то придется слишком часто шагать, что не очень удобно. А если высоту сделать более 20 см, то подниматься по такой лестнице будет тяжело – слишком высоко придется поднимать ногу.

Схема углов наклона ступеней лестницы.

Угол наклона принимают 30-40º. Более крутая лестница неудобна для пользования, а более пологая занимает больше места. В случае с винтовой конструкцией нужно еще принять во внимание и то обстоятельство, что при подъеме верхние ступени могут находиться прямо над головой человека, поэтому слишком маленькая высота подступенка неприемлема. Оптимальный размер его 17 см.

Для удобства пользования необходимо, чтобы количество ступеней было нечетным, а высота перил была в пределах 90-120 см.

Расчет параметров безопасной лестницы.

Чтобы проверить, насколько лестница отвечает требованиям удобства и безопасности, можно воспользоваться следующими формулами:

a-b=12-14 см;

a+b=45-47 см,

где a – ширина проступи, b – высота подступенка.

Приведенные рекомендованные размеры целесообразно учитывать на этапе проектирования дома, но если дом уже построен, а лестница ранее рассчитана не была, то ее размеры придется подгонять под готовые помещения, но учитывать по возможности требования эргономики.

Геометрический расчет винтовой лестницы

Схема расчета параметров лестницы.

Для начала нужно определить, где будет находиться заход на лестницу и как будет располагаться выход из нее на верхнем этаже. Нельзя упускать из вида, что при подъеме человек не должен упираться головой в верхнюю площадку.

Расчет лестницы своими руками начинают с определения высоты ступеней. Для этого высоту этажа делят на рекомендованную высоту подступенка. Например, высота между полом первого и второго этажа – 2,8 м. Не забывайте о том, что количество ступеней должно быть нечетным. Несложным подбором можно определить, что при высоте подступенка 16,5 см получается 17 ступеней.

17х16,5=280,5 см.

Графический расчет винтовой лестницы.

Лишние 0,5 см отнимают от высоты первой ступени. Все остальные ступеньки должны быть одной высоты, включая самую последнюю, которая одновременно является уровнем пола второго этажа или площадкой лестницы.

Итак, у нас получилось 17 подъемов по 16,5 см, что соответствует требованиям эргономики. Переходим к расчету ширины проступи. При расчете винтовой лестницы нужно учитывать, что человек проходит на расстоянии 2/3 ширины от центра лестницы. Сделайте расчет для ширины прохода в 1 м. Путь(L), который проходит человек, равен длине окружности с радиусом, равным 100х2/3 см.

L=2πR2/3=2*3,14*100*2/3=418,7 см.

Разделите полученную величину на количество ступеней за вычетом одной ступени, поскольку верхняя, как уже было отмечено, является площадкой второго этажа.

418,7/16=26,2 см.

Схема параметров винтовой лестницы с поворотом на 360º.

Полученная величина соответствует рекомендованным размерам, ее можно принять за расчетную. В данном случае получилась лестница с поворотом на 360º, при этом выход находится прямо над входом в нее. Но так получается не всегда. При более узком проходе ступени получились бы меньшей ширины, что было бы уже неудобно при спуске по лестнице. В этом случае нужно уменьшить количество ступеней и в соответствии с этим увеличить подступенок.

Например, ширина лестницы 90 см при той же высоте этажа. Тогда длина пути будет равна

L=2*3,14*90*2/3=376,8 см.

Правила сооружения ступеней и подступенок.

При таком же количестве ступеней ширина их получается равной 376,8/16=23,5 см. Можно оставить и такой размер, но для большего удобства и безопасности все же лучше его увеличить до 25 см. Тогда изменится количество подъемов: 376,8/25=15. Высота подступенка при этом получится 280/15=18,7 см, что тоже соответствует правилам эргономики. Следует напомнить, что если высота лестницы не делится нацело на величину подступенка, то нижнюю ступень делают меньше, а все остальные – равными по высоте.

Если в вашем проекте предусмотрена винтовая лестница с поворотом не на 360º, а меньше, то нужно учесть, что по мере подъема уменьшается общая высота, и если вы делаете верхнюю площадку шириной в 3-4 ступени, то при заходе на лестницу она у вас окажется прямо над головой. Например, при подступенке в 16,5 см и при высоте этажа 2,8 м на четвертом подъеме высота уменьшится на 66 см, в запасе останется более 2 м, а это значит, что в данном случае можно делать площадку шириной в 4 ступени.

Использование метода подбора при расчетах

Схема устройства винтовой лестницы.

При расчете винтовых лестниц трудно придерживаться строгих правил. Обычно просчитываются разные варианты, при этом кроме удобства и безопасности принимаются во внимание такие факторы, как планировка, эстетические параметры, свойства материала, из которого будет изготавливаться лестница.

Более жесткие требования предъявляются к подбору высоты ступеней. Ширина проступей в данном случае менее важна, поскольку конструкция ступеней такова, что ширина их неодинакова по длине. Кроме того, каждый человек будет подниматься и спускаться по разным траекториям – кто-то пройдет ближе к центру, кто-то предпочтет пройти ближе к краю, где ступени более широкие. А если принять во внимание тот факт, что левой и правой ногой человек неизбежно будет наступать на участки разной ширины, то становится понятно, что в данном случае ширина проступи – величина достаточно условная.

Поэтому при проектировании винтовой лестницы просчитывают несколько различных вариантов высоты ступеней, определяют, какое получается их количество, и выбирают тот, при котором полученные результаты более всего соответствуют принятым нормам.

Нужно отметить, что размеры любой конструкции должны соответствовать общему стилю и планировке здания. Деревянные элементы интерьера должны иметь достаточные размеры, чтобы не выглядеть слишком легковесными и непрочными, а кованные металлические изделия должны быть достаточно воздушными, чтобы не утяжелять пространство помещения.

Определение действительных размеров винтовой лестницы

Все приведенные выше расчеты – это геометрические показатели. Однако все элементы лестницы имеют реальные размеры, определяемые конструктивно. Внешняя ширина ступеней рассчитывается по формуле:

А=2πR/n, где

R – расчетная ширина лестницы от центра до края просвета;

n – количество ступеней.

Узкая часть проступей принимается шириной не менее 150 см. Этот размер обусловлен тем, что за основу конструкции обычно принимают металлическую трубу диаметром 50 мм, под которую в доске делают соответствующее отверстие. Между ступенями вставляются цилиндрические втулки-проставки, между доской и проставкой может вставляться шайба в зависимости от конструкции и дизайнерского решения. Для прочности конструкции между краем отверстия под центральный стержень и краем самой ступени должно быть расстояние, не меньшее, чем диаметр отверстия.

Наличие центрального стержня не всегда обязательно. Дизайнерские и конструктивные решения настолько разнообразны, что порой приходится удивляться, насколько интересными могут быть инженерные решения. Однако всегда будет присутствовать элемент, несущий основную нагрузку, к которому будут крепиться другие части сооружения.

http://youtu.be/33WxLDP4IRg

Узкая часть ступени соединяется с широкой по прямым линиям. При этом в центральной части лестницы получается перекрытие (забег) ступеней. Поскольку в винтовых лестницах ступени всегда открытые, то наличие забега вполне приемлемо, а в некоторых случаях его делают по всей длине ступени.