Рассчитываем винтовую лестницу самостоятельно
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.
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:
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.
Что уже можно считать идеальным показателем. Далее аналогично вычисляются длина лестницы по внутреннему и внешнему краю и глубина ступенек:
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:
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.
Лестница в доме на второй этаж
Поэтапные расчеты для винтовой лестницы
Как произвести расчет винтовой лестницы
Стесненные условия внутри дома вынуждают владельцев установить винтовую лестницу для подъема на второй этаж, мансарду или чердак. Винтовые конструкции позволяют сэкономить пространство в помещении, однако они весьма трудоемки и сложны в изготовлении. Спиральную лестницу можно построить самостоятельно, но перед изготовлением необходимо сделать проект, точный расчет винтовой лестницы и ее элементов, чтобы перемещение по ней было удобным, а сама лестница на второй этаж была прочной и прослужила много лет.
Непростая конструкция винтовой лестницы.
Плюсы винтовых конструкций на второй этаж
Внутридомовые лестницы имеют различные конструкции. Винтовые обладают рядом неоспоримых преимуществ перед другими видами лестниц:
- Подобная лестничная конструкция не отнимает много пространства в доме, так как крепится к центральной опоре и создается впечатление, что конструкция «парит» в пространстве. Когда дом малогабаритный это важный аргумент. Для сооружения такой лестницы хватит полутора квадратных метра.
Такая лестница займет минимум места в Вашем доме.
Двигаться по подобным лестницам необходимо осторожно и не торопясь. Надежности придаст устройство крепких ограждающих конструкций.
С чего начать проект
Перед началом разработки проекта и составления расчетов винтовой конструкции, необходимо определиться с размерами проема, ведущего на второй этаж. Также исходными данными для расчетов служит межэтажное расстояние. Все эти параметры будут влиять на длину проступей и общее количество ступеней. Прежде чем приступить к проектированию, очень важно определить угол закручивания конструкции.
Проект винтовой лестницы.
Если спланируете лестницу с полным кругом – 360 градусов, то выход с лестницы на верхний этаж будет находиться в проекции точки начала движения. Если лестницу разместить в середине помещения, точки входа и выхода можно спланировать в любом месте. Но, при проектировании винтовой лестницы у стен, следует учесть направление вращения, и точно рассчитать место начала и окончания, поскольку может случиться, что вам не подойдет конструкция с углом вращения в 360 градусов.
Разметка проема проводится параллельно к полу.
Важно понимать, что удобство и безопасность перемещения по винтовой лестнице обеспечивается правильной конструкцией и оптимальными размерами ступенек. При этом за основу берутся эргономические показатели, такие как длина шага человека и длина стопы. Так, оптимальным считается длина шага в пределах 59-65 см. А длина стопы взрослого человека приблизительно равна 30 см.
Проектирование винтовой лестницы в компьютерной программе.
Пример расчета
Расчет винтовой лестницы производится по формулам. Как рассчитать винтовую лестницу рассмотрим на примере конструкции с вращением на 360 градусов, диаметр которой 2.2 м, при высоте 3 метра.
- Проект начинаем с вычисления длины окружности (L), которая, как помним из школьного курса, рассчитывается как L = 2πR. Протяженность линии движения считаем в соответствии с формулой L = 2πr, здесь r = 2R/3, поскольку проекция перемещения по спирали лежит на расстоянии 2/3 радиуса конструкции. В результате получаем искомую, протяженность по развертке L = 4πR/3 = 4×3,14×1100/3 = 4605 мм (4,6 м).
Окружность винтовой лестницы.
Расчет ступеней винтовой лестницы.
Учет человеческого шага при расчете ступеней.
Расчет глубины проступи винтовой лестницы.
Верхняя площадка винтовой лестницы.
Размеры проема винтовой лестницы.
Помимо правильных расчетов, не менее важно корректно провести сам процесс монтажа. Для этого рекомендуем ознакомиться еще и с данной статьей. В ней детально рассмотрены важные моменты установки винтовой лестницы.
No related posts.
Добавить комментарий Отменить ответ
Расчет винтовой лестницы и подготовка лестничного проема
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
Источники: http://rems-info.ru/raschet-vintovoj-lestnicy.html, http://lestnitsygid.ru/svoimi-rukami/raschet-vintovoy-lestnicy.html, http://ostroykevse.com/Lestnica/20.html
