Винтовые лестницы – это не просто строительные конструкции, они являются украшением в оформлении интерьера. Они компактней и удобней лестниц других форм. Разнообразие размеров, конструкций и используемых материалов позволяет вписать такое сооружение в любой интерьер. И если потратить немного сил и времени на изучение особенностей проектирования и постройки винтовой лестницы, то можно самостоятельно сделать такое функциональное украшение в своем доме.
Виды винтовых лестниц
По форме винтовые лестницы бывают многоугольными и круглыми . Многоугольные устанавливаются возле стены, а в центре помещения эффектней смотрятся круглые конструкции.
По видам конструкции они бывают с опорой ступеней:
- на стойку;
- на стены, расположенные по периметру (стенки колодца, в котором образовывается лестница);
- на ограждение или гнутые тетивы.
Если выбирается конструкция с опорной стойкой, то проступи могут опираться на нее или же в ней защемляться.
С учетом всех особенностей конструкции можно выделить четыре типа винтовых лестниц:
- Простые клинообразные ступени широким концом опираются на стенки лестничного колодца, а узким на опорный столб, который может быть возведен из кирпичей или составлен из концов ступеней, на которых выполнены утолщения.
- Ступени закреплены узким концом в среднем монолитном столбе без опоры на стены. Это очень воздушная не загроможденная деталями конструкция.
- Ступени закреплены в изогнутых тетивах наружным широким краем. В конструкции такой лестницы нет опорного столба. Сооружение очень красивое и необычное и очень сложное в изготовлении.
- Стальная винтовая лестница с внутренним опорным столбом, который выполняется из толстостенной трубы диаметром не менее 50 мм, так как именно он несет основную нагрузку. Такие лестницы наиболее часто встречаются и отличаются по большей части только элементами декора.
Для всех типов винтовых лестниц существует одна особенность – они, как правило, выполняются без подступенков, так как ступени ближе к опоре узкие и нога при подъеме становится на них со свисанием вперед. Вообще, по винтовой лестнице рекомендуется ходить не слишком быстро, соблюдая правила осторожности. Надежные поручни – это не элемент декора, а жесткая необходимость, и соответствующие типовым нормам размеры проступей еще важней для безопасности движения.
Принятые размеры винтовых лестниц основываются на эргономических принципах и правилах безопасности, то есть в основе лежит удобное перемещение и безопасная эксплуатация сооружения.
Основные размеры:
- ширина лестничного марша 530- 1430 мм;
- диаметр отверстия в перекрытии 1400- 3400 мм;
- диаметр лестницы по наружному краю перил 1300- 3300 мм;
- диаметр прохода по внутреннему краю перил 1200- 3200 мм;
- расстояние между витками (высота прохода) от 1900 мм, выше роста человека, чтобы не пригибаться при ходьбе;
- угол одного поворота лестницы по спирали – 270-360°.
- ширина проступи в районе движения – от 200 мм, а на расстоянии 150 мм от стойки – от 100 мм, хотя оптимальной является ширина 280 мм, так как при спуске, опираясь только на пятку, можно упасть;
- высота подъема ступени 150- 200 мм. Для винтовой лестницы оптимальной будет высота не меньше 170 мм, так как при подъеме верхние ступени зачастую находятся над головой идущего;
- количество ступеней в полном обороте больше 12, во всей же конструкции их должно быть нечетное количество;
- высота перил в пределах 900- 1200 мм.
Если говорить об основной лестнице, а не о чердачной, то диаметр проема в перекрытии должен быть не менее 2000 мм , а проступь должна быть длиной от 900 мм, то есть диаметр лестницы – 1800 мм. Разница в 100 мм на сторону предназначена для того, чтобы выполнить ограждение, и рука удобно располагалась на поручне. Для доступа на чердак будет удобна дополнительная лестница диаметром 1200 мм в проеме – 1400 мм.
Если учесть, что процентов тридцать длины проступи уходит на нависание забежных ступеней друг над другом у центрального столба, то для хождения остается немногим более полуметра. Разойтись на такой лестнице трудно, а увеличивать диаметр смысла нет. Кроме того, по ней сложно носить грузы, для этой цели диаметр отверстия в перекрытии должен быть не меньше 2200 мм. Но все эти недостатки компенсируются красотой и компактными размерами сооружения.
Расчет размеров
При изготовлении металлической лестницы в качестве опоры берут стальную трубу с диаметром 50 мм
и толщиной стенки не менее 5 мм. Тогда узкая часть проступи должна быть не менее 150 мм, чтобы выполнить отверстие под трубу, так, чтобы между краем отверстия и краем ступени оставалось расстояние не меньше диаметра отверстия. Эти размеры используются при дальнейших расчетах.
Размеры проема
Условные обозначения:
- H – высота проема;
- R – радиус окружности проема;
- R1 – внутренний радиус проема или наружный радиус опорного столба;
- r – радиус пути движения, обычно r = 2/3 R (две трети радиуса окружности проема);
- γ – угол оборота марша вокруг оси в градусах;
- n – количество оборотов марша вокруг оси, то есть n = γ/360°;
- L – полная длина окружности проема;
- l – полная длина окружности по линии движения.
Форма поступи в винтовой лестнице напоминает лепесток, закругленный с узкой стороны, с отверстием в нем для крепления на опорном столбе, поэтому речь идет о защемленной узким концом консоли.
Условные обозначения:
h – длина поступи, h=R–R 1 (если h меньше 1000 мм, то консоль можно выполнять без металлического каркаса только из массива дерева);
W 1 – максимальная ширина консоли, хорда окружности с радиусом R ;
α – угол между радиусами R, проведенными через внешние края ступени;
W – ширина проступи, хорда окружности с радиусом 2/3R;
C – высота ступени;
Z – толщина консоли;
N – общее количество ступеней;
N 1 – количество ступеней в одном витке.
Расчеты количества ступеней и их размеров
Согласно формуле
- L=2πR =2πR,
- l=2π* r =2π*2/3 R =4πR/3;
примерное количество ступеней в одном полном обороте (витке) можно определить, зная среднюю ширину на линии движения W ≥ 200 мм
N 1 = l/ W =3 l /4 πR.
Если стандартная высота одного витка 1900 мм, то с запасом 100 мм
C = ((1900+100)+ Z)/ N 1 и N = H / C .
угол α= γ/ N , тогда ширина консоли W 1 =R*sinα, а ширина проступи на линии движения
W = r* sin α =2/3R* sin α .
Имея под руками таблицы Брадиса , ширину проступи на линии движения подсчитать несложно. Полученное значение должно быть в пределах 150- 200 мм обязательной ширины. Если оно отличается в любую сторону, нужно менять количество ступеней и делать уточняющий расчет. Таким несложным подбором можно установить количество ступеней для комфортного перемещения по винтовой лестнице.
Существует формула, по которой можно проверить оптимальные размеры ступени: если сложить ширину проступи и удвоенную высоту ступени, то сумма должна быть в пределах от 600 до 650 мм (величина среднего шага).
При расчете винтовой лестницы трудно придерживаться всех правил, ведь кроме безопасности и удобства существуют еще планировка, эстетические моменты, прочностные характеристики и геометрические размеры материала, из которого сделана конструкция. Наиболее жесткие требования предъявляются к высоте ступеней. Их ширина в винтовой лестнице не столь важна, потому что она все равно по длине консоли отличается настолько, что даже шаги правой и левой ногой идущего отличаются по величине. Поэтому определяя оптимальное значение размеров ступени, выбирают обычно вариант, в котором именно высота больше всего соответствует нормам.
Размеры типовых винтовых лестниц
Строить лестницу своими руками хлопотно, расчет параметров не так прост
, но есть фирмы, специализирующиеся на проектировании и изготовлении винтовых лестниц по типовым и индивидуальным проектам из различных материалов. Производители массовой продукции предлагают готовые типовые конструкции, предусматривающие изменение базовых размеров в каких-то пределах и комплектующие к ним.
Самая простая и дешевая конструкция – винтовая со ступенями, которые закреплены на центральном столбе и на балясинах винтовых поручней, и может проектироваться так, чтобы движение по ней происходило против часовой стрелки и по ходу. Она выполняется из металла с различными видами покрытия и деревянными ступенями.
В паспорте на изделие обычно указываются стандартные размеры (обозначения могут быть другими, но суть от этого не меняется):
- диаметр лестницы D = 2R = 1200, 1400 или 1600 мм;
- высота лестницы в базовой комплектации H = 2860 мм;
- высота, до которой можно поднять конструкцию за счет изменения расстояния между ступенями H" = 3090 мм;
- высота за счет дополнительной секции H"" = 3320 мм;
- расстояние между ступенями C = 220 - 238 мм;
- толщина ступени Z = 35 мм;
- количество ступеней N = 16;
- количество ступеней за счет дополнительной секции N " = 17;
и в зависимости от количества ступеней и диаметра проема разные значения угла оборота марша γ и длину ступени h.
Если указан угол γ = 450°, значит, количество оборотов лестницы n = γ /360°= 450/360=1,25.
Изучить алгоритм расчета размеров всей конструкции и ее ступеней стоит хотя бы затем, чтобы, выбирая типовую винтовую лестницу, можно было представить, впишется она в существующий проем или нет, насколько она удобна (хотя бы теоретически, походить по ней можно не во всяком магазине) и безопасна, соответствует ли основным параметрам эксплуатации таких сооружений. А заказывая индивидуальный проект, можно будет практически на равных и со знанием дела обсуждать со специалистами параметры будущего украшения интерьера.
При недостатке жилой площади часто приходится выбирать такую конструкцию межэтажной лестницы, которая занимает минимум места. Оптимальным вариантом в таких случаях становится винтовая или спиралевидная конструкция. Чтобы построить её своими руками, прежде всего, нужно сделать расчет винтовой лестницы, определиться с её формой и габаритами.
В этой статье мы рассмотрим пример такого расчета для конструкции с центральной опорной стойкой как на картинке выше.
Как и при определении параметров обычной прямой лестницы, нам потребуется измерить некоторые существующие размеры и составить проект. Ниже дана краткая инструкция, которая поможет вам в этом.
Величина проема (просвета) в перекрытии второго этажа
Проем может быть круглым или квадратным. Если он ещё не сделан, то при его изготовлении следует учесть, что диаметр будущей лестницы будет примерно на 20 см меньше, чем ширина просвета – по 10 см с каждой стороны необходимо оставить для перил.
Высота этажа
Измеряется между «чистым» полом нижнего и верхнего уровня.
Совет. Проще всего определить высоту этажа, опустив отвес, как показано на рисунке выше, и измерив длину бечевки с грузом.
Точки входа и выхода
Кроме этого нужно определить место входа на первую ступень и выхода с последней на втором этаже. Это даст нам возможность узнать угол закручивания конструкции и, соответственно, вычислить её длину. Выбирать вход и выход нужно с учетом положения лестницы в помещении и наличия препятствий, мешающих комфортному движению .
Например, если она располагается в углу или у стены, вариантов положения первой ступени остается не так много. А если второй этаж мансардного типа со скошенным потолком, верхняя ступень должна находиться в таком месте, чтобы при выходе расстояние между площадкой и перекрытиями было больше человеческого роста.
Составив чертеж и обозначив на нем точки входа и выхода, вы сможете определить угол закручивания.
Пример расчета
Предположим, что после всех измерений и определений мы имеем следующие данные:
- Ширина проема 200 см;
- Высота этажа 250 см;
- Угол закручивания 270 0 .
Исходя из этого, начинаем расчет винтовых лестниц.
Диаметр лестницы и длина ступеней
- Как уже упоминалось выше, диаметр должен быть несколько меньше ширины проема. Однако, если крепить балясины под поручни на край ступеней, общий диаметр можно не уменьшать. Но для расчетов все же принимаем его равным 180 см (200 – 20 = 180), т.к. нам важна именно рабочая, ходовая часть проступи.
- Длина ступени будет равна радиусу или половине диаметра: 180: 2 = 90 см. При этом ходовая часть (ширина лестничного марша) окажется меньше на половину толщины опорной стойки. Но на расчеты это не влияет.
Длина лестницы
Чтобы упростить расчеты, нужно получить развертку винтовой конструкции, определив её длину по внешнему контуру и по линии движения.
Для этого воспользуемся формулами, известными всем из школьной программы.
- Длина окружности L = 2ПR. Подставив в формулу известное нам значение радиуса, получаем: 2 х 3,14 х 90 = 565 см. Но наша конструкция в плане не является полным кругом, поэтому полученное значение нужно умножить на ¾, что соответствует 270 0 . В итоге получаем протяженность лестницы по внешнему радиусу 424 см.
Внимание!
Если нужно сделать расчет полувинтовой лестницы (с углом поворота 180 0), полученную длину окружности следует разделить на 2.
Если при этом полувинтовая конструкция является частью двухмаршевой поворотной лестницы, прямые и поворотные секции рассчитываются по отдельности.
- Так как наиболее удобная линия движения по такой лестнице проходит на расстоянии 2/3R от её центра, то нужная нам расчетная длина будет равна 424 х 2/3 = 283 см.
Таким образом, мы получили данные, соответствующие прямой одномаршевой конструкции лестницы и позволяющие вычислить количество ступеней и их размеры.
Определение основных параметров
250: 17 = 14,7 .
Округлим полученное значение до целого числа и получим точную высоту шага:
250: 15 = 16,67 см.
Цифра получилась не очень удобной, так как при изготовлении подступенков придется каждый раз производить измерения с учетом сотых долей сантиметра. Чтобы избежать этого, округлим её до десятых (16,7 см), а первую ступеньку сделаем ниже:
250 – (14 х 16,7) = 16,2 см.
В итоге получаем высоту первой ступени 16,2 см, высоту всех остальных – 16,7 см. Всего их 15. Осталось вычислить ширину проступи по линии движения. Она должна попасть в «вилку» 20-40 см.
Разделим длину этой линии на количество проступей, т.е. на 14, так как последняя ступень уже является полом второго этажа. Получаем:
283: 14 = 20,2 см.
Этого достаточно, чтобы стопа при спуске и подъеме полностью опиралась на проступь.
- h – уже известная нам высота ступени;
- b – её ширина.
Подставляем полученные данные в формулу: 2 х 16,7 + 20,2 = 53,6 см. Видим, что в рекомендованные значения мы не попадаем. Значит, нужно увеличить либо высоту шага, либо длину линии движения. Но проще уменьшить количество ступенек, например, до 12 (плюс один подъем на верхнюю площадку = 13).
Снова производим расчет:
- Высота шага 250: 13 = 19,2 см;
- Ширина проступи 283: 12 = 23,6 см;
- 2 х 19,2 + 23,6 = 62 см.
Теперь все в порядке: все значения соответствуют нормативным, что очень важно. Цена вопроса – ваша безопасность и удобство передвижения.
Обратите внимание. Данные итоговых расчетов округлены, их нужно привести в соответствие с действительными, как было описано выше.
Определение формы ступеней
Мы определили ширину проступи только по линии движения. Но она имеет не прямоугольную форму, поэтому нам нужны размеры самой узкой и самой широкой её части.
Ширина узкой части зависит от диаметра опорной стойки, на которую ступени нанизываются и фиксируются в заданном положении. То есть, в этом месте проступь будет иметь отверстие. Для обеспечения нужной прочности её ширина должна быть увеличена на два диаметра отверстия.
Т.е. если диаметр опорной стойки равен 5 см, то ширина узкой части – минимум 15 см.
По внешнему краю ширина проступи вычисляется просто: длина окружности делится на количество ступенек: 424: 12 = 35,3 см.
Заключение
Как видите, расчет заключается преимущественно в подборе параметров ступеней исходя из существующих проектных данных. Они должны вписываться в рекомендованные нормативы, соответствующие размерам стопы и длине шага человека. Меняя количество и высоту подъемов, можно найти самую оптимальную форму ступеней.
В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.
Винтовые лестницы являются удачным изобретением в строительной сфере. Благодаря своей компактности они легко вписываются в любое помещение и дополняют интерьер, делая его привлекательным и органичным. Расчет винтовой лестницы проводится благодаря онлайн программам, достаточно ввести в них свои основные параметры и программа сама проектирует конструкцию лестницы и все ее размеры.
Особенности проектирования
Каждая конструкция имеет свои особенности и нормативные параметры, исходя из которых, получается быстро вычислить параметры, положение и основные особенности лестницы.
При расчете винтовой лестницы онлайн нужно учитывать запрограммированные параметры, которые прописаны в нормативных документах и являются обязательными для соблюдения при проектировании конструкции. К ним относятся:
- Ширина лестничного полотна должна быть не менее 80 см, чтобы обеспечить удобное передвижение;
- Ширина ступени – оптимально 25-30 см, это позволит стопе удобно располагаться и не соскальзывать;
- Высота ступени варьируется в пределах 15-20 см. при изменении данного показателя можно обеспечить неудобства эксплуатации, так как шаг будет не комфортным для человека и ему придется слишком часто шагать и высоко поднимать ноги. Это особенно неудобно для пожилых людей или детей.
- Удобство лестницы зависит во многом от угла наклона. Для винтовых конструкций он может быть 30-40 градусов. Чем меньше угол, тем более крутым и неудобным будет подъем. Для увеличения угла нужно будет обеспечить больше свободного пространства.
Важно! Чтобы нейтрализовать возможность задевания головой верхних ступеней, важно тщательно продумать их расположение. Для этого нужно сделать высоту подступенка не менее 17 см. количество ступеней при этом должно быть нечетным.
Важную роль в конструкции лестницы играет ограждение. Высота перил зависит от роста человека, поэтому оптимальным показателем будет 0,9-1,2 м.
Расчет винтовой лестницы на второй этаж требует ответственного подхода и профессионализма. Не стоит самостоятельно производить расчеты, не разобравшись в конструктивных особенностях. Эти значения нужно тщательно проверять при проектировании конструкции, если же лестница устанавливается в уже готовом доме, который ранее не имел спланированного подъема, будет сложнее подогнать размеры под конкретное помещение с соблюдение правил эргономичности конструкции.
Какие параметры нужно определить при расчетах лестницы
При помощи рулетки необходимо измерить высоту от пола до потолка, учитывая также толщину перекрытия. Затем определяются параметры ступеней (высота и глубина), ее радиус и расстояние между соседними ступенями.
Обратите внимание! Чтобы обеспечить удобный подъем нужно рассчитать расположение лестниц, так как низко расположенные ступени будут обеспечивать неудобства и их можно будет при неосторожности задеть головой.
Расчет винтовой лестницы своими руками является сложной задачей и требует наличия определенных знаний и навыков. Главной задачей является правильный просчет лестничного марша. Первоначальными замерами на этом этапе является площадь, которая предназначается для размещения лестницы и высота, измеряющаяся от пола до потолка с учетом толщины перекрытия.
Затем нужно четко определиться с местом захода лестницу, и местом выхода с нее. Расположение должно быть удобным и позволять беспрепятственно попадать из одной комнаты в другую. После этого можно приступать к расчету винтовой лестницы. Программа, выбранная для проектирования должна давать все необходимые схемы и чертежи, а также обеспечивать человека необходимыми рекомендациями.
В качестве примера можно взять параметры высоты лестницы – 3 м, диаметр – 1м, угол поворота – 360 градусов (выход будет расположен непосредственно над входом).
Длина марша для такой лестницы будет равна 4,2 м. для расчета необходимо использовать геометрические формулы расчета длины окружности. Затем рассчитывается количество ступеней. Необходимо разделить длину лестничного марша на предполагаемую глубину ступени, если взять ее равной 25 см, то для этой винтовой лестницы необходимо будет 16 ступеней (так как одна будет совпадать с поверхностью перекрытия).
Расчет винтовых лестниц из металла практически не имеет отличий, все этапы выполняются в той же последовательности. Важно лишь учесть, что каркас лестницы должен быть выполнен из качественного материала и соответствовать международным стандартам.
Использование профильных программ для проектирования конструкций
Чтобы значительно упростить задачу планирования конструкции можно воспользоваться специально разработанными программами. Они позволяют быстро произвести расчеты основных параметров и предотвращают многие неточности и ошибки. Программы для проектирования используются при расчете практических любых лестничных конструкций и других интерьерных элементов. Все дизайны выполняются в профильных программах и только после этого переводятся на помещение.
Калькулятор расчета винтовой лестницы используют даже профессионалы. Кроме точных значений всех необходимых параметров, программа предоставляет необходимые схемы и чертежи, с помощью которых значительно упрощается монтаж лестницы.
Схематические рисунки позволяют быстрее разобраться с конструкцией лестницы и ее основными особенностями. Наглядные рисунки и чертежи обеспечивают улучшенное восприятие и дают возможность внести изменения в конструкцию до ее монтажа, а это в свою очередь значительно упрощает и улучшает монтажные работы, обеспечивая лестнице комфорт и безопасность.
Ошибки при проектировании конструкции
Как и в любой работе, проектирование лестничных конструкций имеет множество нюансов, при несоблюдении которых не удается создать удобную и безопасную лестницу. При расчете винтовой лестницы, чертежи позволяют более наглядно разобраться с конструкционными особенностями и предотвращают большинство неточностей. Чтобы избежать проблем, нужно ознакомиться с основными ошибками при создании проекта и изготовлении конструкции:
- Самой распространенной ошибкой является неправильное расположение лестницы. Вследствие этого в процессе возникают трудности с размещением лестницы, которая не вписывается в помещение не по размерам, не по эстетичности.
- Неточности при определении диаметра конструкции могут привести к нарушениям температурного режима, так как через проем весь теплый воздух будет подниматься на второй этаж. Слишком узкий проем будет повышать опасность травм при использовании лестницы.
- Отсутствие ограждения или перил также влечет за собой опасность при эксплуатации конструкции, особенно это касается пожилых людей и детей. Лестница без ограждения выглядит незаконченной и не обеспечивает необходимый комфорт при эксплуатации.
- Расчет ступеней винтовой лестницы имеет важное значение в процессе проектирования. Соотношение высоты и глубины ступеней должно соответствовать нормам. Нарушение нормативных значений ведет к неудобствам использования конструкции.
- Угол наклона должен обеспечивать комфортный спуск и подъем.
- Проступь необходимо делать из нескользящих материалов, либо же использовать специальные накладки. Это в значительно степени позволит предотвратить травматические ситуации.
Обратите внимание! Крепление внешнего края ступеней может осуществляться лишь к прочной кирпичной стене. Запрещено монтировать ступени к перегородкам, так как они не смогут выдержать вес конструкции и вес идущего человека.
Не рекомендуется использовать данный тип лестницы для деревянных домов. Соприкосновение деревянной стены со ступенями создаст акустическую проблему, поэтому при хождении по лестнице будет раздаваться сильный шум, мешающий всем жителям дома.
Учитывая перечисленные ошибки, можно избежать их при создании своей конструкции, что соответственно позволит спроектировать качественную лестничную конструкцию и на долгие годы обеспечит удобную и безопасную эксплуатацию.
Расчет винтовой лестницы немного сложнее, чем маршевой, но в целом, если вспомнить формулу длины окружности, ничего трудного в нем нет. Будем применять следующие обозначения (рисунок 1):
- H – расстояние от пола второго этажа до пола первого этажа;
- Н1 – расстояние от поверхности ступени до перекрытия. Не должно быть меньше 200 см;
- Н2 – толщина перекрытия;
- h – высота ступени. Лежит в пределах от 14 см до 20 см. Оптимальное значение – 15 см;
- R1 – внешний радиус лестницы;
- R – радиус лестницы по линии движения;
- r – радиус опоры (внутренний радиус лестницы);
- L1 – длина лестницы по внешнему краю;
- L – длина лестницы по линии движения;
- L2 – длина лестницы по внутреннему краю;
- l – глубина ступени по линии движения, должна лежать в пределах от 25 см до 32 см, оптимальное значение 30 см;
- l1 – глубина ступени по внешнему краю;
- l2 – глубина ступени по внутреннему краю. Не должна быть меньше 9 см;
- K – общее (расчетное) количество ступеней;
- k – фактическое количество ступеней (обычно на одну меньше, чем К, объяснение ниже);
- S – ширина ступени.
Рисунок 1
Безопасность винтовой лестницы
Для винтовой лестницы, в отличие от других лестниц в интерьере дома , подступенки (вертикальные части ступеней) не делаются. Ограничения на глубину и высоту ступеней накладываются из соображений удобства и безопасности лестницы. Проверить, насколько лестница удобна, можно по формуле 2h + l. Для оптимальных значений h = 15, 1= 30:
2h + l= 2*15 + 30 = 60.
Именно такова средняя длина шага человека, следовательно, чем ближе данное значение для ступеней вашей лестницы в числу 60, тем она удобнее. Считается, что для лестниц общего пользования величина 2h + l может лежать в пределах от 58 см до 65 см.
Расчет винтовой лестницы на примере
Предположим, что внутренняя опора имеет радиус r = 30 см, а ширина ступенек S =100 см. Таким образом, внешний радиус лестницы R1 = 130 см (100 + 30). Проведем расчет винтовой лестницы при таких параметрах: расстояние от пола первого этажа до пола второго H = 300 см, толщина перекрытия H2 = 20 см, при высоте ступеней h = 15 см.
Вычислим количество ступеней:
К = Н: h = 300: 15 = 20
Это расчетное значение, но, поскольку последняя ступенька будет совпадать с полом второго этажа, то фактически на нашей лестнице будет ступеней на одну меньше, то есть, k = 19.
Вообще, как показывает практика, больше всего путаницы при расчете винтовой лестницы возникает именно с последней ступенью, поэтому надо четко себе представлять, что она собой представляет. Очень помогает в этом случае созерцание реальной лестницы, например, в собственном подъезде. Подсчитайте, сколько на ней ступеней и подступенков, и все встанет на свои места.
Теперь определимся с размером лестничного проема. Расстояние от пола первого этажа до потолка составляет:
H1 = H – H2= 300 – 20 = 280 см.
При подъеме на каждую ступень это значение уменьшается на 15 см. Для пятой ступени:
Н1= Н – Н2 – 5h = 300 – 20 – 5* 15 = 205 см,
что еще находится в пределах допустимого (не превышает 200 см). Но для шестой ступени H1 = 190 см, и высокий человек, поднимаясь по лестнице, может задеть головой потолок. Поэтому, под перекрытием может находиться только 5 ступеней, и горизонтальная проекция лестницы выглядит так, как показано на рисунке 1б.
Глубина ступеней винтовой лестницы непостоянна и изменяется, увеличиваясь по направлению к внешнему краю лестницы. Считается, что наиболее интенсивно используется участок, находящийся на расстоянии трети внешнего радиуса лестницы от ее края. Мы, ведь, не ходим вплотную к перилам или строго по-над стеночкой, а стараемся двигаться посредине или ближе к внешнему краю винтовой лестницы. Это, так называемая, линия движения, на которой глубина ступеней должна быть оптимальной. Радиус R соответствующий линии движения, равен 2/3 внешнего радиуса лестницы R1. В нашем случае:
R = 130 *2/3 = 86,7 см.
Как правило, для комфортного подъема на высоту H = 300 см, необходим угол поворота на 360 градусов, то есть, на полный круг. Тогда воображаемый конец 20-ой ступени в проекции совпадает с началом первой. Поскольку 20-я ступень – это, по сути дела, пол второго этажа, то вполне можно совместить ее начало с началом первой ступени. Правда, при этом несколько уменьшатся размеры площадки второго этажа, и горизонтальная проекция лестницы будет выглядеть как на рисунке 2:
Рисунок 2
Мы видим, что теперь полный круг составляют 19 ступеней, а воображаемая 20-я ступень находится строго над первой. Высчитаем их размеры и проверим, совпадают ли они с оптимальными. Для начала необходимо вычислить ширину ступеней на линии движения. По формуле длины окружности 2пR, где п = 3,14, определяем длину L линии движения:
L = 2nR = 2*3,14* 86,7 = 544,5 см.
Разделив полученное значение длины линии движения на 19, получаем:
l = 544,5: 19 = 28,7 см.
Это, конечно, не оптимальная величина, но она находится в пределах нормы. Если вы хотите довести свою лестницу до совершенства и немного увеличить глубину ступени, можно идти тремя путями:
- Увеличивая угол поворота лестницы.
- Увеличивая радиус лестницы.
- Уменьшая количество ступеней, и увеличивая одновременно их высоту.
При увеличении угла разворота глубина ступеней будет увеличиваться, их высота оставаться прежней, но уменьшатся размеры лестничной площадки, что может быть не слишком удобно. Уменьшив количество ступеней, придется увеличивать их высоту, что тоже не всегда желательно.
Если во главу угла при расчете винтовой лестницы ставить удобство и безопасность, (а в случае винтовой лестницы, являющейся не слишком удобной конструкцией, желательно так и поступать), то лучше увеличить внешний радиус лестницы, например, на 5 см. В этом случае, радиус R, соответствующий линии движения, составит:
R = 135*2*3 = 90 см.
Тогда длина лестницы L по линии движения:
L = 2*3,14*90 = 565,2
Глубина ступеней на линии движения:
l = L / k = 565,2/19 = 29,8 см.
L1 = 2nR1 = 2*3,14*135 = 847, 8 см l1 = L1/ k = 44,6 см
L2 = 2п r = 2*3,14*30 = 188,4 см 12 = L2/ k = 9,9 см
Итак, в примере расчета винтовая лестница имеет следующие параметры:
- количество ступеней на лестнице k =19 (20-я ступень совпадает с полом второго этажа, не забываем об этом!);
- глубина ступеней по линии движения l = 29,8 см;
- глубина ступени по внешнему краю l1 = 44, 6 см;
- глубина ступеней по внутреннему краю l2 = 9,9 см;
- высота ступеней h = 15 см;
- внешний радиус R = 135 см;
- ширина ступеней S = 105 см.
Чертеж ступени будет выглядеть следующим образом:
Рисунок 3
Строго говоря, мы вычисляли длины дуг, показанных пунктиром, а глубина ступеней будет немного меньше. Чтобы не углубляться в сложные математические расчеты, этой небольшой разницей в размерах можно пренебречь. Впрочем, особо дотошные строители могут найти формулу длины хорды и вычислить точные значения.
Прежде всего, следует определить габариты проема в перекрытии (от этого зависит длина проступи) и расстояние между этажами (определяет количество ступеней). Также необходимо продумать угол закручивания винтовой лестницы. При прохождении полного круга по винтовой лестнице вы заканчиваете движение в той же точке по горизонтали, откуда его и начали. Если вы строите лестницу посередине помещения, вход на лестницу и выход с нее можно устроить в любом удобном месте. Однако если вы планируете установку лестницы в углу или возле стены, обратите внимание на направление вращения и определите точку входа и выхода с лестницы, вполне вероятно, что вам придется отказаться от 360° вращения лестницы и взять за основу другой угол. В домах мансардного типа нужно учесть высоту до перекрытия, чтобы не удариться головой о конструкции мансарды, как при движении, так и при выходе с лестницы.
Перед строительством лестницы нужно составить проект, в котором определяют длину проступи и количество ступеней. Предположим, что мы проектируем винтовую лестницу с углом поворота 360°, диаметром 2 и высотой 3 м.
Приступаем к проектированию лестницы. Длина окружности лестницы (рис. 13, 14) оборотом в 360° исчисляется по формуле: L =2πR. Длина окружности по линии движения вычисляется по формуле L =2πr, где r =2R/3, так как средняя линия движения по винтовой лестнице находится на расстоянии 2/3 радиуса лестницы. Таким образом, длина окружности по средней линии движения составит L =4πR/3 = 4×3,14×1000/3 = 4187 мм (4,19 м).
Этими вычислениями мы получили развертку лестницы, соответствующую обычной одномаршевой лестнице. При высоте этажа (от пола до пола) 3 м рационально принять высоту шага ступенек равной 150 или 200 мм, тогда количество подъемов будет 20 или 15. Предположим, что остановились на варианте лестницы с 15 подъемами. Для 15 подъемов требуется 14 ступенек, последняя 15 ступенька одновременно служит лестничной площадкой. Ширину последней ступени мы можем принять равной ширине двух рядовых ступеней либо трех–четырех. Здесь важно понять, что вступая на первую ступень, общая высота уменьшается на высоту ступени, а в лестницах с поворотом на 360° над головой площадка. При 15 подъемах лестницы высота каждой ступеньки, получается, по 200 мм. Значит, при высоте этажа 3 м мы можем допустить установку площадки шириной в 4 ступени. Поднявшись на четвертую ступеньку, мы теряем 800 мм высоты, а над головой остается еще более 2 м.
Вычислим ширину проступи нашей лестницы по средней линии движения. Она должна подчиняться формулам: 2а+b = 600…640 мм или а+b = 450±20 мм. Подставляя высоту ступеньки в формулы получаем, что ширина проступи по первой формуле должна быть в пределах 200–240 мм, по второй 230–270 мм. А что мы имеем на самом деле? Делим длину развертки 4187 мм на 14 ступенек, получаем 299 мм. Это размеры стандартной лестницы продающейся на строительном рынке, мы ее несколько изменим, поскольку ступенька для такой высоты подъема не проходит по формулам эргономики - она слишком широкая. В ней получается увеличенная ширина шага (2×200+299=699 вместо 620 мм). Целесообразно довести количество подъемов до 17 (16 ступенек плюс площадка). Тогда ширина проступи составит: 4187/16=262 мм, а высота подъемов 3000/17=177 мм. Причем 16 подъемов будут по 177 мм, а самый первый подъем на 9 мм ниже - 168 мм (168+16×177=3000 мм). Эти размеры ступенек удовлетворяют требованиям эргономики и позволяют нам сделать верхнюю площадку шириной до пяти ступенек, поскольку поднимаясь по лестнице, мы можем позволить себе потерять в высоте до одного метра, а это как минимум 5 подъемов.
Необходимо добавить, что подсчет количества ступенек ведется обычным методом подбора. Надо просто делить высоту этажа на разное количество подъемов и смотреть, какие получаются размеры высоты и ширины ступенек и как они соответствуют нормативным формулам, то есть ширине шага человека. Когда высота лестницы не делится без остатка на количество подъемов с точностью до миллиметра, следует увеличить или уменьшить высоту первой ступени. Разница в размерах не превышает 10 мм, то есть практически незаметна. Все остальные ступеньки марша должны быть абсолютно одинаковыми как по ширине, так и по высоте. Небольшое отклонение по высоте между первой ступенькой и остальными допускается потому, что мы не можем кардинально изменить высоту этажа: она такая, какая она есть. Мы можем ее немного подправить толщинами напольных покрытий и подогнать высоту, чтобы она без остатка делилась на высоту подъемов, а если это невозможно, то изменить высоту первой ступени. Расчет ширины проступей более лоялен. Мы всегда можем слегка увеличить или уменьшить размер лестницы в плане, сделав все ступеньки одинаковой ширины, тем более что речь идет об остатке не более 10 мм. В винтовых лестницах еще проще, здесь все ступеньки забежные и делаются открытыми (без подступёнков), то есть ступеньки «забегают» друг под друга. Незначительное уширение проступей никак не скажется, нижняя ступенька просто чуть глубже «забежит» под верхнюю.
Ширину проступи по линии движения определили, теперь нам нужно рассчитать ширину ступени в узкой части. Ступени обычно нанизывают на стальную трубу диаметром 50 мм, для увеличения жесткости стойки и фиксирования ступеней на определенной высоте между ступеньками вставляются стальные гильзы и выточенные на токарном станке шайбы. Следовательно, общий диаметр центральной опорной стойки будет увеличен. Кроме того, в узкой части ступени будет просверлено отверстие диаметром 50 мм, чтобы ступенька не сломалась, ее нужно расширить, добавив во все стороны вокруг отверстия по размеру, равному одному диаметру (50 мм). Таким образом, получается, что ширина узкой части проступи в месте крепления к обсадной трубе составит 50+50+50=150 мм.
Рассчитываем ширину проступи в широкой части ступеней. Длина окружности составит: L =2πR =2×3,14×1000 = 6280 мм. Количество ступеней - 16 (17 подъемов). Значит, ширина проступи в широкой части ступеней будет равна 6280/16=393 мм. Итак, расчетные размеры проступи ступеней (рис. 60) составляют в узкой части 150, по линии движения (на расстоянии двух третей радиуса) - 262, в широкой части - 393 мм. Ступень можно изготовить по этим размерам, но в реальности форму ступени упрощают, соединяя линии разметки широкой и узкой части проступи. Размер ширины проступи по линии движения при этом увеличивается. Однако это мнимое увеличение, ступень действительно становится шире, но когда лестница будет полностью собрана, ширина проступи по линии движения будет равна расчетной. Ступеньки просто «забегут» друг под друга.
Рис. 60. К расчету размеров проступи винтовой лестницы (размеры в мм.)
Не забываем, что полученные нами расчетные размеры справедливы только для радиуса лестницы равному 1 м. При изменении радиуса либо при изменении положения линии движения, например, приняв ее равной R/2, размеры проступи будут другими. Почему можно изменить положение линии движения? Потому, что человек вообще не может неосознанно ходить строго прямо либо по нарисованной или воображаемой линии. В винтовых лестницах, где ступени клинообразные, размер проступи уменьшается от наружной границы лестницы к ее центру. Как бы мы не рассчитывали линию движения, одна нога все равно идет по широкой части ступени, другая по узкой. Многие изготовители винтовых лестниц давно перестали задумываться над этим вопросом и делают свои лестницы с подъемами 200 мм (14 ступеней, 15 подъемов), а ширина проступи у них получается такой, какой получается в зависимости от диаметра лестницы. Человек, пользующийся лестницей, сам найдет, где ему удобнее идти, ближе к краю или ближе к центру.
Все вышеприведенные расчеты велись по длине окружности и дуг. В связи со сложностью применения этих величин при натурной разметке ступеней, в расчетах лучше использовать хорды. Длина хорды вычисляется по формуле с=2Rsina/2 . Тем, кому вычисления с синусами кажутся слишком сложными, можно отказаться от такого расчета и считать хорды равными соответствующим длинам дуг, но учтите, что ступени при этом будут шире, чем нужно, следовательно, и нависание их друг над другом будет больше.
Для определения размера верхней ступени - лестничной площадки нужно понять, как лестница будет ориентирована в помещении. Лестница круглая, ее можно повернуть как угодно и обеспечить удобный заход на нее, но при этом нужно продумать, как сделать с нее выход. Размеры площадки вычисляются, исходя из планировки второго этажа. Некоторые решения размещения лестничных площадок изображены на рисунке 61.
рис. 61. Варианты расположения лестничных площадок винтовых лестниц
Теперь нужно подготовить под лестницу проем в перекрытии верхнего этажа. Проем проектируется в процессе изготовления чертежей всего дома и оставляется открытым в период строительства. Если этого, по каким либо причинам не произошло, проем выпиливают в готовом перекрытии. Форма проема может быть квадратной или круглой. Главное условие, размер «в свету» оставляемого или выпиливаемого проема должен быть больше диаметра лестницы минимум на 20 см, то есть по 10 см с каждой стороны.
Мы рассмотрим изготовление круглого проема, как более сложного. Прямоугольный проем делается аналогично описываемому способу, но для его обрамления не требуются гнутые профили.
Разметьте планируемый проем на нижней поверхности пола (рис. 62), добавив со всех сторон необходимую для отделки толщину и перенесите разметку с помощью отвеса на потолок. Установите регулируемые домкратные стойки, как показано на рисунке. По центру проема просверлите в верхнем перекрытии сквозное отверстие снизу вверх. Перейдите наверх и найдите просверленное отверстие. Вставьте в отверстие штырь и с помощью шпагата и карандаша очертите круг, обозначающий проем с учетом толщины балки, обрамляющей проем. Сделайте сквозные отверстия для пропускания пилы лобзика и выпилите пол по контуру проема. Выбейте выпиленные куски досок пола. Несущие балки перекрытия пока не трогайте, их выпилим, когда будет готова отделка проема.
рис. 62. Разметка лестничного проема
Для устройства балки проема, имеющего форму окружности, нужно произвести загиб пиломатериалов. Загиб можно сделать несколькими способами, но наиболее простой способ гнутья, доступный в домашних условиях, «холодноклеевой». На большом и ровном столе, обитом кровельной жестью (обивка стола жестью не допустит приклеивания изготавливаемого элемента к поверхности стола), устанавливаются стальные или деревянные кружала, образующие требуемый диаметр (рис. 63). К столу на расстоянии от кружал чуть большем, чем толщина загибаемого элемента, закрепляются деревянные или стальные упоры. Для обеспечения хорошего обжима высота упоров и кружал выбирается больше, чем требуется для данного элемента. От того, как качественно будут изготовлены кружала, зависит качество изгибаемой конструкции. Вместо упоров и клиньев могут быть использованы струбцины.
рис. 63. Стол для изготовления гнутой деревянной конструкции
Гнутую балку изготавливают из шпона, так называется тонкий лист древесины. В зависимости от способа изготовления различают лущеный, колотый и пиленый шпоны. Лущеный шпон толщиной 0,25–1,66 мм встречается наиболее часто. Качества лущеного, колотого и пиленого шпона примерно одинаковы.
Весь процесс склейки можно сравнить с изготовлением папье-маше из бумаги. В кондуктор последовательно вставляются предварительно промазанные клеем полосы древесного шпона и обжимаются клиньями. Первая и последняя полоса шпона должны быть полной длины и загибаться в кольцо, середина может быть заполнена более короткими кусками. Все полосы шпона делают на 5–10 мм большей высоты, чем требуется, для последующей острожки и шлифовки полученного изделия. Для более качественного обжима допускается использовать шурупы, вкручиваемые впотай, которые навсегда остаются в балке. Процесс изготовления гнутой балки в зависимости от ее толщины может выполняться в один или несколько приемов, то есть в кондуктор можно зарядить весь пакет шпона или только часть, например, половину толщины, а после просушки следующую половину. Для достижения более высокого качества работ можно укладывать в кондуктор по одному слою, обжимать, сушить и вставлять следующий слой. Скорость работ заметно упадет, но повысится качество обжима, следовательно, всей балки. Но при этом не следует забывать о главном правиле: все склеиваемые слои должны быть примерно одинаковой влажности.
После склеивания и просушки изогнутую балку обрамления проема устанавливают в перекрытие. Для этого в перекрытии выпиливают несущие балки и закрепляют обрамление (рис. 64). Гнутую конструкцию прикрепляют к существующим несущим балкам угловыми накладками либо металлическими зубчатыми пластинами (МЗП). Для окончательной отделки проема нужно изготовить два закругленных плинтуса и установить их на шурупах сверху и снизу проема. Плинтусы изготавливаются в том же кондукторе с единственной разницей в том, что они делаются чуть шире балки и значительно ниже.
рис. 64. Оформление лестничного проема винтовой лестницы