Расчёт лестницы на косоурах и тетивах: как пользоваться
Калькулятор делает две работы. Сначала размечает марш: сколько подъёмов, какой зуб, длина по полу и по линии зубьев. Потом проверяет сечение по трём сводам правил: нагрузки (СП 20.13330.2016), дерево (СП 64.13330.2017), сталь (СП 16.13330.2017).
- Меряйте высоту марша от готового пола до готового пола или до площадки. Лестницу с площадкой и ломаный косоур считайте по маршам.
- Введите высоту ступени, какую хотите, и проступь.
- Выберите, как держатся ступени, сечение и материал.
- Отметьте, крепятся ли ступени. Свободно лежащие не держат доску или швеллер от выворачивания вбок.
Люди на лестнице дома дают 3 кПа (табл. 8.3, поз. 12а), с запасом 1,2. Собственный вес калькулятор добавит сам. Сечение проверяют ещё грузом 1,5 кН в одной точке (п. 8.3.1).
Это предварительный расчёт. Лестница несёт людей, поэтому проект или проверку конструктора он не заменяет.
Разметка косоура лестницы
Удобную лестницу проверяют формулой шага: 2h + b = 600–640 мм, где h подъём, b проступь. При подъёме 166,7 мм и проступи 280 мм шаг выходит 613 мм.
Шаблон зуба делают треугольником: один катет равен подъёму, другой проступи. Шагают по кромке доски на длину гипотенузы. Нижний зуб укорачивают на толщину ступени, иначе первая ступень выйдет выше остальных. Зубьев на один меньше, чем подъёмов: последний подъём выходит на пол этажа.
| Марш, м | Подъём, мм | Зубьев | По полу, м | По зубьям, м |
|---|---|---|---|---|
| 1,5 | 166,7 | 8 | 2,24 | 2,61 |
| 2,5 | 166,7 | 14 | 3,92 | 4,56 |
| 2,7 | 168,8 | 15 | 4,20 | 4,90 |
| 2,8 | 175,0 | 15 | 4,20 | 4,95 |
| 3,0 | 166,7 | 17 | 4,76 | 5,54 |
Проступь везде 280 мм. Заготовку берите длиннее: на опору снизу и упор сверху. На 3 м выходит 18 подъёмов. Столько допускается только в одномаршевой лестнице или в одном марше в пределах первого этажа, в остальных маршах не больше 16 (СП 1.13130.2020, п. 4.4.4).
Косоур и тетива лестницы: в чём разница
На косоуре ступени лежат сверху на зубьях. На тетиве они стоят в пазах на внутренней стороне доски. Зубья съедают высоту: у доски 50 × 300 под зубом 167 × 280 мм остаётся 157 мм. Паз в тетиве 15 мм забирает только толщину. На марше 2,8 м косоур 50 × 300 загружен на 889 %, тетива из такой же доски на 164 %.
Какой толщины нужна тетива деревянной лестницы? Тетива 60 × 300 с пазом 15 мм проходит до марша высотой 2,5 м (99 %), на 2,8 м уже 128 %.
Расчёт косоура деревянной и металлической лестницы: доска, швеллер, труба
Загрузка в процентах по самой строгой проверке: до 100 % сечение проходит. Марш шириной 1 м, две опоры по краям, сосна 2 сорта, сталь С245.
| Сечение / высота марша | 1,0 м | 1,5 м | 2,0 м | 2,5 м | 2,8 м |
|---|---|---|---|---|---|
| Доска 50 × 300 с зубьями | 26 | 101 | 279 | 621 | 889 |
| Доска 80 × 300 с зубьями | 16 | 63 | 175 | 389 | 557 |
| Тетива 60 × 300, паз 15 | 14 | 16 | 44 | 99 | 128 |
| Швеллер 12П | 6 | 19 | 57 | 132 | 173 |
| Швеллер 14П | 4 | 11 | 35 | 82 | 107 |
| Швеллер 16П | 3 | 8 | 23 | 54 | 70 |
| Труба 120 × 60 × 4 | 7 | 23 | 72 | 167 | 219 |
| Труба 160 × 80 × 4 | 4 | 9 | 29 | 68 | 88 |
С 1,5 м и выше везде решает зыбкость, а не прочность. Прямой марш на второй этаж из доски 50 × 300 не проходит. Помогут площадка, опора под серединой, швеллер 16П или труба 160 × 80 × 4.
Сколько косоуров нужно и можно ли на одном
Для лестницы шириной 1 м калькулятор берёт две опоры по краям: на каждый приходится полоса 0,5 м. Лестницу на одном косоуре сделать можно, но тогда марш работает на кручение. Калькулятор такую схему не считает, нужен расчёт конструктора.
Расчёт косоура на зыбкость и прогиб
Для элементов лестниц свод даёт два предела (табл. Д.1, поз. 3). Первый на вид: l/150 при длине 3 м, l/200 при 6 м. Второй от колебаний при ходьбе, формула (Д.1) п. Д.2.2. Для лестницы в ней берут 0,5 кПа от людей, раскачивающих марш, и частоту шагов 1,5 Гц (табл. Д.2). Для марша 1,5–2,8 м выходит около 3,7–5,3 мм, в разы строже первого. Прогиб калькулятор считает поперёк оси, с поправкой на наклон.
| Что | Норма | Откуда |
|---|---|---|
| Шаг 2h + b, удобно от | 600 мм | Маркова, БелГУТ, 2021, с. 4–5 |
| Шаг 2h + b, удобно до | 640 мм | Маркова, БелГУТ, 2021, с. 4–5 |
| Подъём (высота ступени), не больше | 220 мм | СП 1.13130.2020, п. 4.4.3 |
| Проступь, не меньше (кроме наружных лестниц) | 250 мм | СП 1.13130.2020, п. 4.4.3 |
| Подъёмов в марше, не меньше | 3 шт | СП 1.13130.2020, п. 4.4.4 |
| Подъёмов в марше между площадками, не больше | 16 шт | СП 1.13130.2020, п. 4.4.4 |
| Одномаршевая лестница или один марш в пределах 1 этажа, не больше | 18 шт | СП 1.13130.2020, п. 4.4.4 |
| Момент в середине: q·l²/8, l по горизонтальной проекции | 8 | Маркова, БелГУТ, 2021, с. 17 и 19 |
| Прогиб поперёк оси: 5/384 · q·l⁴/(E·I·cos²α) | 0,013 | Маркова, БелГУТ, 2021, с. 30 |
| Люди на лестнице дома, квартиры, офиса | 3 кПа | СП 20.13330.2016, табл. 8.3, поз. 12а |
| Люди на лестнице у зала, магазина, мастерской | 4 кПа | СП 20.13330.2016, табл. 8.3, поз. 12б |
| Запас на людей, нагрузка 2 кПа и больше | 1,2 | СП 20.13330.2016, п. 8.2.7 |
| Сосредоточенный груз на лестницу | 1,5 кН | СП 20.13330.2016, п. 8.3.1а |
| Запас на сосредоточенный груз | 1,2 | СП 20.13330.2016, п. 8.3.5 |
| Запас на вес дерева | 1,1 | СП 20.13330.2016, табл. 7.1 |
| Запас на вес стали | 1,05 | СП 20.13330.2016, табл. 7.1 |
| Запас на отделку и ограждение | 1,3 | СП 20.13330.2016, табл. 7.1: слои на площадке |
| Пониженная (длительная) доля нагрузки людей | 0,35 | СП 20.13330.2016, п. 8.2.3 |
| Зыбкость: нагрузка от людей, раскачивающих марш | 0,5 кПа | СП 20.13330.2016, табл. Д.2, поз. 12 |
| Зыбкость: частота шагов | 1,5 Гц | СП 20.13330.2016, табл. Д.2 |
| Зыбкость: вес одного человека Q | 0,8 кН | СП 20.13330.2016, табл. Д.2 |
| Предельный прогиб при длине до 1 м: l/… | 120 | СП 20.13330.2016, табл. Д.1, поз. 3 и 2а |
| При длине 3 м: l/… | 150 | СП 20.13330.2016, табл. Д.1, поз. 2а |
| При длине 6 м: l/… | 200 | СП 20.13330.2016, табл. Д.1, поз. 2а |
| Изгиб, 1 сорт, доска тоньше 11 см | 21 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1а |
| Изгиб, 2 сорт, доска тоньше 11 см | 19,5 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1а |
| Изгиб, 3 сорт, доска тоньше 11 см | 13 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1а |
| Скалывание при изгибе, 1 сорт | 2,7 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 5а |
| Скалывание при изгибе, 2 и 3 сорт | 2,4 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 5а |
| Длительная прочность: люди на лестнице (режим В) | 0,66 | СП 64.13330.2017, табл. 4 |
| Модуль упругости для прогиба, режим В | 0,9 | СП 64.13330.2017, п. 6.10 |
| Модуль упругости сосны и ели, средний | 10 000 МПа | СП 64.13330.2017, прил. В, п. В.2 |
| Лиственница (кроме европейской): изгиб | 1,2 | СП 64.13330.2017, табл. 5, п. 1 |
| В доме, влажность воздуха до 65 % | 1 | СП 64.13330.2017, табл. 1 и 9 |
| Влажность до 75 % | 0,9 | СП 64.13330.2017, табл. 1 и 9 |
| Влажность до 85 % | 0,85 | СП 64.13330.2017, табл. 1 и 9 |
| Влажность больше 85 %, улица | 0,75 | СП 64.13330.2017, табл. 1 и 9 |
| Плотность сосны и ели, влажность до 65 % | 500 кг/м³ | СП 64.13330.2017, табл. Г.1 |
| То же, влажно и сыро | 600 кг/м³ | СП 64.13330.2017, табл. Г.1 |
| Плотность лиственницы, влажность до 65 % | 650 кг/м³ | СП 64.13330.2017, табл. Г.1 |
| То же, влажно и сыро | 800 кг/м³ | СП 64.13330.2017, табл. Г.1 |
| Устойчивость кромки: φм = 140·b²/(lр·h)·kф | 140 | СП 64.13330.2017, п. 7.14, формула (31) |
| kф при равномерной нагрузке на всём пролёте (ступени лежат свободно) | 1,13 | СП 64.13330.2017, прил. Е, табл. Е.1 |
| kф между ступенями, закреплёнными на каждом зубе | 1 | СП 64.13330.2017, прил. Е, табл. Е.1 |
| Сдвиг в прогибе дерева: f = f0·[1 + c·(h/l)²], c | 19,2 | СП 64.13330.2017, п. 7.35, табл. Е.4 |
| Модуль упругости прокатной стали | 206 000 Н/мм² | СП 16.13330.2017, табл. Б.1 |
| Коэффициент условий работы γc | 1 | СП 16.13330.2017, табл. 1, прим. 5 |
| Ry стали С245, швеллер | 240 Н/мм² | СП 16.13330.2017, табл. В.5 |
| Ryn стали С245, швеллер | 245 Н/мм² | СП 16.13330.2017, табл. В.5 |
| Ry стали С255, швеллер, полка до 10 мм | 250 Н/мм² | СП 16.13330.2017, табл. В.5 |
| Ryn стали С255, швеллер, полка до 10 мм | 255 Н/мм² | СП 16.13330.2017, табл. В.5 |
| Ryn стали С245, профильная труба; Ry = Ryn/γm | 245 Н/мм² | СП 16.13330.2017, табл. В.3 |
| Ryn стали С255, труба, стенка до 3,9 мм | 255 Н/мм² | СП 16.13330.2017, табл. В.3 |
| Ryn стали С255, труба, стенка от 4 мм | 245 Н/мм² | СП 16.13330.2017, табл. В.3 |
| γm проката (швеллер) | 1,025 | СП 16.13330.2017, табл. 3 |
| γm профильной трубы, в запас | 1,05 | СП 16.13330.2017, табл. 3: остальной прокат и трубы |
| Срез: Rs = 0,58·Ryn/γm | 0,58 | СП 16.13330.2017, табл. 2 |
| Кручение швеллера: It = (k/3)·Σb·t³, k | 1,12 | СП 16.13330.2017, прил. Д, табл. Д.6, прим. 1 |
| Устойчивость: k в формуле (Ж.4) при закреплениях пояса | 1,54 | СП 16.13330.2017, прил. Ж, (Ж.4) |
| ψ при двух и более закреплениях: 2,25 + 0,07α | 2,25 | СП 16.13330.2017, табл. Ж.1 |
| Швеллер: φb = 0,7·φ1 | 0,7 | СП 16.13330.2017, прил. Ж, п. Ж.7 |
Если у вас другие нормы на нагрузки, дерево и сталь, сверьте числа с ними.
Пример расчёта косоура
Марш до площадки высотой 1,5 м, ширина 1 м, две сосновые доски 50 × 300 мм 2 сорта, ступени 40 мм.
1500 / 170 = 8,8, берём 9 подъёмов по 166,7 мм и 8 зубьев. Шаг зубьев по кромке 325,8 мм, длина по полу 2,24 м, по линии зубьев 2,61 м. Зуб уходит в доску на 143 мм, под ним остаётся 157 мм. Нижний зуб 166,7 − 40 = 126,7 мм.
На каждую доску приходится полоса 0,5 м: люди 1,5 кН/м, ступени и своя масса 0,18 кН/м. Расчётный момент 1,26 кН·м, изгиб загружен на 48 %, срез на 27 %. Прогиб 6,5 мм при допустимых 17,7 мм. Зыбкость: 3,69 мм при пределе 3,66 мм, это 101 %. Доска не проходит, хотя по прочности запас двойной. Доска 60 × 300 на том же марше даёт 84 %.
Частые ошибки
- Считают по целой доске. Под зубом остаётся около половины ширины, считать надо по остатку.
- Проверяют только прочность. Доска не ломается, но ходит под ногой: это и есть зыбкость.
- Не крепят ступени. Швеллер 12У на марше 2,1 м по изгибу с учётом выворачивания загружен на 20 %, если ступени приварены, и на 36 %, если лежат свободно: его выворачивает вбок.
- Ставят один косоур по оси марша и не заказывают расчёт на кручение.
Когда сечение посчитано до закупки, доску и металл не приходится менять на объекте. В программе RemontCRM работы по лестнице вносят в смету компании, и заказчик фиксирует её цену до начала работ.