Лестница для частного дома: выбор типа, проект, расчет, постройка самостоятельно

Лестничная клетка – один из самых сложных модулей здания. В более-менее солидных строительных организациях проектированием лестниц, и только их, занимаются особые специалисты. Но сейчас, при постоянном повышении цен на строительные работы, в т.ч. проектные, и землю под застройку, многие застройщики-индивидуалы предпочитают возводить свой дом самостоятельно, начиная с проекта. А стоимость земельных участков в местах с достаточно развитой инфраструктурой сразу же склоняет к выбору дома двух- или полутораэтажного. В котором обязательно будет хотя бы одна лестница. Да и в одноэтажном доме или дачном домике нужно подниматься на чердак, спускаться в подвал. И лучше всего это делать поудобнее и побезопаснее. То есть, в любом доме без лестницы никак не обойтись.

В настоящей статье речь пойдет о том, что нужно знать, чтобы сделать лестницу своими руками или подобрать типовую покупную по своим потребностям. И также – чтобы читатель смог правильно оценить достоинства и недостатки пошаговых и видеоинструкций из других источников. За видимой простотой лестницы кроется весьма солидная естественная основа, разглядеть которую можно, только обладая определенными познаниями. А постоянное пользование лестницей, на вид такой же, как и прочие, но спроектированной чуть-чуть неправильно, может привести и к хроническим расстройствам здоровья.

В строительных руководствах и правилах о лестницах расписано, казалось бы, все до мельчайших подробностей. Но ориентированы они на лестницы общего пользования в многоквартирных домах; учесть все разнообразие индивидуальных особенностей и требований никакими общими нормами невозможно. Касательно лестниц в частных домах и отечественные СНиП, и «забугорные» DIN ограничиваются самыми общими указаниями. Мы также не собираемся выводить некий универсальный рецепт строительства лестницы. Но мы расскажем:

• Как правильно выбрать лестницу в свой дом.
• Как рассчитать ее под свою конкретную семью.
• Какими способами можно «обжать» лестницу, чтобы она, не теряя удобства, отнимала минимум полезной площади.
• Каковы особенности строительства лестниц разных видов.

В статье использованы материалы, полученные от опытнейших проектировщиков и строителей лестниц; значительная их часть уникальна. Проектирование и постройка лестниц в доме с их помощью позволяет выгадать 3-7% общей площади здания относительно того, что выходит при «втискивании» в проект типовых лестниц, учитывая и оплату консультаций. Зная, сколько стоит строительство одного общего квадрата в вашем регионе, вы сами сможете подсчитать, сколько денег своих кровных или ипотечных, которые надо отдать как минимум вдвойне, вам теперь не придется пускать на ветер, то бишь зарывать под лестницу.

О винтовых лестницах

Увлечение винтовыми лестницами не просто дань моде, хотя они действительно элегантны и позволяют, как выражаются между собой дизайнеры, «включить бешеный креатив» с использованием практически любых пригодных для строительства материалов в самых произвольных сочетаниях, см. рис.

Винтовая лестница не просто экономит площадь здания. Ее главное, неоценимое достоинство – она позволяет вытянуть себя до любой заданной наперед высоты, ограничиваясь одной и той же, причем минимальной, площадью под лестницей. Не менее важно и то, что винтовую лестницу можно сделать самому, совершенно не имея навыков строителя, а готовые наборы для их сборки (см. рис.) стоят в несколько раз дешевле любой заказной лестницы и поступают в продажу в широком ассортименте с дизайном на любой вкус.

Вместе с тем винтовые лестницы не лишены серьезных недостатков:

1. Размер хожей части ступени – проступи, см. далее – оптимален лишь в одном месте и как раз там, куда никогда не ступают, точно посередине ее.
2. Угол наклона лестницы в пределах ширины ступени меняется втрое и более.
3. Винтовые лестницы для левшей и правшей должны выполняться в зеркальном отражении: для правшей закрученными по часовой стрелке (вправо), а для левшей наоборот.
4. Мебель и другие громоздкие предметы на верхние этажи придется поднимать как угодно, но только не по лестнице.

Дадим дополнительные пояснения. К п. 1: человеку свойственно ходить, слегка раздвинув ноги, иначе тело так и норовит повалиться набок. Манекенщицы подиумную походку отрабатывают долгими тренировками и ходят ею только на показах (да и там, бывает, падают), а в жизни – как и все прочие.

К п. 2: на ступенях с переменным наклоном правой и левой ногам приходится переступать с разным размахом и частотой, к чему тактильное чувство (естественная мышечная память) не приспособлено. Кроме того, центр тяжести тела при этом испытывает рывки не только вверх-вниз, но и вбок. Это приводит к повышенной утомляемости и увеличивает риск нарушений опорно-двигательного аппарата, подробнее см. далее.

К п.3: левши начинают восхождение по лестнице с левой ноги, а правши с правой. На лестнице, закрученной не в ту сторону, тактильное чувство и реально требуемый ритм движения оказываются действующими вразнобой, в противофазе. Это усугубляет действие негативных факторов, описанных к предыдущему пункту.

Все указанные воздействия обладают кумулятивным эффектом, т.е., пока не превзойден их некоторый количественный порог, не сказываются, а потом сказываются сразу. Поэтому винтовая межэтажная лестница может применяться только в жилых домах с четким зонированием по этажам: первый – жилой, где семья проводит большую часть времени, а второй – спальный, куда поднимаются/откуда спускаются не более 3-4 раз в сутки.

Видео: пример сборки и установки винтовой лестницы

С чего начнем?

Браться за любую лестницу без проекта – зряшное дело. Но проектирование лестницы без непрерывного учета свойств используемого материала невозможно. Поэтому уже на этапе эскизного проекта дома необходимо выбрать материал для лестницы. Постройка/переделка ее в доме существующем также дает некоторую свободу выбора, поэтому вопрос о материале следует рассмотреть первым. По ходу изложения коснемся и существенных особенностей технологий, дадим примеры конструкций. А уж подогнать их под себя вы сможете со знанием дела, ознакомившись с разделом о проектировании, он в конце текста.

Выбор материала

В частных домах самодельные лестницы выполняются чаще всего из дерева, металла или железобетона. Все они без проблем держат требуемую СНиП нагрузку в 150 кг, а большинство видов и повышенную, в 250 кг, как и настил пола.

Дерево

Деревянная лестница – по технологии самый простой и доступный для самодельщика вариант. Однако с ценой все выходит не так просто. Лестницы из прямослойного дерева хвойных пород довольно быстро рассыхаются, начинают скрипеть и шататься. Этот недостаток в значительной степени компенсируется тем, что деревянная лестница слабо связана по нагрузке с конструкцией здания и ее можно отремонтировать или сделать заново, не затевая капитального ремонта, но это периодические лишние затраты и работа, а деловая древесина в обозримом будущем дешеветь не будет.

По 100-300 лет и более служат лестницы из мелкослойных плотных лиственных пород: дуба, бука, ореха, клена, ясеня. Но рубка этих деревьев строго ограничена законом, древесина идет в продажу только хорошо выдержанная и обработанная средствами защиты от вредителей, поэтому лиственные пиломатериалы дороги, а длинномерные – очень дороги. Практически вечны лестницы из вяза и эвкалипта, но соответствующие этим деревьям биоценозы крайне уязвимы экологически, поэтому вязовая и эвкалиптовая древесина заготавливается в минимальных количествах и вся идет на нужды обувной промышленности (вяз, на колодки для элитной обуви) и машиностроения. В широкой продаже делового вяза и эвкалипта нет.

Примечание: лиственную древесину очень любят грибок, червячок и жучок. Поэтому при самостоятельном изготовлении лестниц из них первейшая производственная операция – предельная пропитка средствами комплексной защиты от вредителей.

Тем не менее, в быту лестницы из обычной хвойной древесины применимы в следующих случаях:

• Чердачная лестница, особенно складная или выдвижная, см. далее, в конце. Микроклимат чердака обеспечит ей срок службы не меньший, чем у стропил.
• Лестница в сезонно обитаемую мансарду или на полуторный этаж, в холодное время года отделенные от жилых помещений плотной дверью и неотапливаемые, по той же причирне.
• Лестница в полутора-двух этажной даче, обитаемой только в теплое время года. Здесь также дело решает микроклимат помещения.
• Лестница в спальную мансарду или антресоль. Такие лестницы несложно как следует пропитать водно-полимерной эмульсией, отлакировать или прокрасить, что надолго защитит их от пересыхания. А в случае чего и заменить ее будет не очень дорого, т.к. подобные лестницы выполняются малогабаритными, см. далее.

О вычурных лестницах

Современные технологии компьютерного проектирования позволяют сразу распечатывать шаблоны-лекала для деталей деревянных лестниц самой причудливой конфигурации, см. рис. Заказанный в интернете проект или разработанный самостоятельно в онлайне стоит совсем немного. Построить по нему лестницу самому не намного сложнее, чем обычную; технология – та же самая, см. далее. Использование таких лестниц позволяет сэкономить до 1,5-2 кв. м. площади, что может решить судьбу проекта в целом.

Но физиологически-эргономические требования в программы заложены общие, усредненные по СНиП или DIN, причем ради экономии по умолчанию используются предельные значения параметров. Поэтому, заказывая проект или настраивая САПР, определите для начала личные/семейные параметры, как будет описано далее, и сообщите их разработчикам или сами «забейте», выбрав предварительно онлайновую программу, которая позволяет это делать.

О лестницах-мебели

Дерево – чрезвычайно пластичный конструкционный материал. Оно позволяет, проявив некоторую долю выдумки, соорудить лестницу, совершенно не отнимающую зря полезной площади. Например, на рис. справа – изделие «3 в 1»: лестница в спальную антресоль (кровать – чердак), она же шкаф, она же стеллаж-кладовка. Если приделать к ней еще и глухие перила, то и не скажешь, что это лестница. А для строительства нужны самые обычные доски, пила, молоток, дрель да измерительный инструмент. Безо всяких высоко-информационных технологий.

Деревянно-лестничная технология

Все изделия из дерева делаются в общем по обычной «деревянной» технологии и теми же инструментами. Однако деревянная лестница, в сущности, есть предмет мебели, скрепленный с конструкцией здания. Но в нем идеально ровные стены и точно прямые углы бывают только в теории даже без отделки. А деревянная лестница благодаря своему небольшому весу, легкости и чистоте технологии, крепится к чистовому настилу пола в полностью отделанном помещении. Поэтому применительно к ней появляются некоторые особенности:

1. Лекало для прилежащей к стене несущей балки (тетивы, см. о проектировании) вычерчивается на обороте ленты обоев или распечатывается на принтере А3-А2 в первую очередь, в масштабе 1:1.
2. Лекало тетивы временно крепится по месту к стенам, следуя всем их изломам с изгибами.
3. Выкройка тетивы выверяется и исправляется точно в размер по месту до нулевых зазоров вверху, внизу и по стене.
4. С помощью имитирующих ступени реек, выверенных горизонтально по уровню, корректируется шаблон второй несущей балки. Его для этого удобно наклеить на полосу упаковочного картона.
5. По подогнанным лекалам корректируются горизонтальные размеры ступеней и деталей площадки. Высота всех ступеней должна быть строго одинакова, а площадка – горизонтальна!
6. Определяются точные высоты подпорок.
7. Сообразно размерам верхнего проема уточняется высота перил и их стоек – балясин.
8. Детали лестницы вырезаются в размер и собираются в одно; затем – чистовая отделка.

Примечание: лестницу свободную, не прикрепленную к стене, сделать куда проще. Она по результатам измерений на месте собирается сразу нацело. Верхние опорные площадки балок (чаще всего вертикальные – плечи) обрезаются точно в плоскость. Затем лестницу приставляют по месту и подгоняют по полу пятки балок. Но так делаются только лестницы чердачные и в спальные закутки. Межэтажная деревянная лестница обязательно должна быть скреплена со стеной.

Видео: установка деревянной лестницы

Металл

Лестница из металла в частном строительстве чаще всего используется в комбинации с другими материалами:

• Каркас – металлический сварной, левая поз на рис.
• Ступени – деревянные (средняя поз.) либо бетонные.
• Декоративная отделка – любая по вкусу, средствам и умению, правая поз.

Общая трудоемкость и стоимость комбинированной металлодеревянной лестницы примерно на 65% больше, чем деревянной. Но ее металлический каркас вечен, а отделку можно ремонтировать или менять, не затевая серьезного ремонта в помещении и не прерывая пользования лестницей. Металлическая лестница также может быть смонтирована у уже построенном здании, но после ее сооружения понадобится ремонт отделки средней степени. Общая технология монтажа такова:

1. Готовят 2 балки под площадку из швеллера 60-100 мм. Заход балок в несущую бетонную стену помимо отделки не менее 80 мм; в кирпичную и деревянную не менее 120 мм. Монтировать металлическую лестницу в стены из ПГБ или газобетона нежелательно; если все же нужно, то балки должны лежать в стене на всю ее толщину, но не менее чем на 150 мм без отделки. Эти соображения нужно учесть при определении длины балок.
2. В стенах пробивают гнезда под балки; в той, что потолще – глубиной в 2,3 захода балки. Если стены из ПГБ или газобетона, вместо гнезд пробивают сквозные отверстия.
3. Заводят в гнезда сначала дальнюю, а затем ближнюю балку.
4. Выводят балки в горизонталь по уровню вдоль и поперек, а всю площадку в прямоугольник шнуром по диагоналям. Для выведения балки в гнездах подклинивают обрезками листового металла снизу и с обоих боков. Расклиненная балка должна сидеть в гнезде туго, чтобы ее нельзя было сдвинуть рукой по горизонтали.
5. Балки в каменной стене, сбрызнув гнезда водой из пульверизатора, цементируют. В деревянной – заделывают компаундом из опилок, густо (до консистенции сухого творога) замешанных на жидких гвоздях.
6. Снимают настил пола и стяжку до перекрытия там, куда придутся пятки балок.
7. Спустя 2 недели еще раз проверяют площадку на горизонталь вдоль и поперек и прямоугольность.
8. Снимают размеры наклонных балок, готовят их.
9. Приваривают балки к площадке, а их пятки прикрепляют к перекрытию анкерными болтами М12х90.
10. Восстанавливают стяжку, а пока она сохнет, варят из уголка каркасы ступеней.
11. Вертикальные полки каркасов ступеней под бетонирование ориентируют вверх; под деревянные ступени – вниз.
12. Обшивают или бетонируют ступени.
13. Делают окончательную отделку лестницы.

Цельнометаллические стационарные лестницы не весьма эстетичны и поэтому в быту используются редко. Для примера на рис. справа показана винтовая сварная металлическая лестница. На обеих перекрытиях, верхнем и нижнем, под ее стойку необходимы стальные подпятники диаметром не менее 180 мм. К плитам перекрытия они крепятся 4 анкерными болтами М8х120 каждый.

Эту лестницу можно несколько облагородить, наклеив на ступени снизу, чтобы скрыть подкосы, дерево или ЭППС и округлив накладки по шаблону. После монтажа перил (желательно из нержавейки) и покраски лестницы на проступи ступеней наклеивают рифленую резину, линолеум или ковролин.

Видео: комбинированная металлодеревянная лестница

О лестницах на больцах

Bolzen по-немецки болт. Лесничники больцами называют силовые, несущие эксплуатационную нагрузку болты лестниц в отличие от крепежных. А лестница на больцах значит – лестница без опорных балок, только на болтах, см. рис. справа.

Больцевые лестницы относятся к числу комбинированных металлодеревянных. Важные их части – вертикальные больцы в обоймах-проставках, соединяющие висячие края ступеней. Они распределяют по ступеням нагрузку, поэтому лестница на больцах ничуть не менее надежна, чем балочная.

Комплектов деталей для больцевых лестниц в продаже не меньше, чем для винтовых, а стоят они еще дешевле. При самостоятельном конструировании лестницы на больцах нужно учесть следующее:

• Установка лестницы на больцах возможна только на несущие бетонные или кирпичные стены.
• Ступени – доска из прочного мелкослойного лиственного дерева толщиной от 40 мм. Замена древесины на МДФ или ВДФ (модифицированная древесина высокой плотности, HDF) недопустима.
• Стеновые больцы – М8х(120 + толщина отделки), в металлических цанговых анкерах, по 2 на ступеньку. Применять саморезы в дюбелях нельзя!
• Вертикальные больцы – М12х(высота подступёнка, см. далее + 2 толщины ступени + 35 мм).
• Балясины из труб с внутренней резьбой под больц могут играть роль гаек, но сами перила нагрузки не несут, она вся приходится на больцы.

Видео: сборка лестницы на больцах

Бетон

Лестницы из железобетона более всего используются в массовом типовом строительстве. Здесь им альтернативы практически нет: все прочие нужно собирать на месте, а бетонные привозят готовыми с ЖБК и монтируют наравне с другими частями сборной конструкции.

В частных домах строятся бетонные лестницы двух типов: комбинированные с металлом (не путать с железобетоном!) и монолитные. В первых плиты ступеней и площадок изготавливают методом налива бетона в такой же каркас, как для металлодеревянной лестницы, усиленный арматурой. Горизонтальные поверхности, менее подверженные износу, отделывают любым другим способом.

Комбинированная бетонная лестница вполне доступна для самостоятельного изготовления. Ее трудоемкость примерно вдвое выше, чем у металлодеревянной, но это окупается тем, что о скрипе и регулярном ремонте хожей части лестницы можно забыть раз и навсегда.

Бетонный раствор для ступеней и площадок нужен особый, с повышенной стойкостью к изгибу. Замешивают раствор только в бетономешалке, ручным миксером не успеть вымесить до полной однородности. Его состав (части – объемные) и способ приготовления:

1. Цемент ПЦ-400 – 1 часть.
2. Мелкий сухой речной песок – 2 части.
3. Мраморная крошка – 2 части.
4. Вода – 0,7 части.
5. Пластификатор С3 – 0,01 часть.

Для замеса включают пустую мешалку, загружают последовательно мраморную крошку, сухой песок и цемент. 1 мин месят всухую, затем тонкой струей вводят воду. Месят еще 1 мин, вводят пластификатор и месят еще минуту. Раствор пригоден для заливки в течение 20 мин по окончании замеса, поэтому с загрузкой не нужно перебарщивать. Пусть лучше мешалка работает не под полной нагрузкой, однороднее перемесит.

Изготовление лестницы из заливаемого в металл бетона имеет следующие особенности:

• Швеллер на площадку берут от 80 мм, а уголок на рамки ступеней от 40 мм.
• Арматура – стальные рифленые прутья, 8-10 мм на площадку и 6-8 мм на ступени.
• Каркас ступеней – 1-2 продольных прутка и 3-5 поперечных; площадки – с ячеей не более 200х300 мм.

  

  Арматура для металлобетонной лестницы

• Поперечные прутья каркаса приваривают к нижним полкам швеллера/уголка, а продольные поверх них, см. рис. справа.
• Все рамы ступенек перед замесом бетона закрывают снизу ровными досками от 40 мм, а раму площадки – щитом из таких же досок. Между досками/щитом и рамами прокладывают полиэтиленовую пленку.
• Поддоны рамок туго подпирают брусьями, трубами и т.п. Подпорки должны плотно прижимать поддон к раме.
• После заливки всю конструкцию накрывают пластиковой пленкой. В жаркое время года возле нее ставят 3-4 открытых ведра с водой. Смачивать застывающий бетон любым способом, как это делают для фундаментов, недопустимо!
• Время выдержки до набора 80% прочности и возможности продолжения работ – 3 недели. Отделывать лестницу и пользоваться ею под полной нагрузкой (400 кг) можно спустя еще 4 недели.

Пояснения. Раствор описанного состава отличается повышенной пластичностью, хорошо держит любую отделку, а после полировки и сам неплохо выглядит. Однако он склоннен к выделению т. наз. цементного молока, что резко ухудшает качество готовой отливки, поэтому вытекание молока нужно предотвращать всеми возможными способами.

Плита под вертикальной нагрузкой работает в общем на изгиб. При этом ее верхний слой сжимается, а нижний растягивается. Сжатие бетон держит отменно, а вот растяжение – отвратительно. Этим обстоятельством и объясняется рекомендуемое расположение арматуры.

Видео: каркасная бетонная лестница

Что касается монолитных железобетонных лестниц, то для индивидуального строительства они пригодны только в виде готовых типовых или заказных изделий. Самому строить лестницу-монолит не рекомендуется по следующим причинам:

1. Для предотвращения вытекания цементного молока и поддержки очень тяжелой бетонной массы необходима прочная опалубка специальной конструкции из дорогих высококачественных пиломатериалов: выдержанной древесины, водостойкой фанеры от 25 мм, МДФ, см. рис. справа.
2. Чтобы согласовать усадку лестницы и здания, бетон необходимо подвергать виброуплотнению. В промышленных условиях отливку трясут на специальных стендах, но ручные кустарные способы уплотнения применять нельзя. Стоит лишь однажды задеть наконечником вибратора за арматуру, и в толще бетона образуются каверны, наполненные цементным молоком. От них впоследствии поползут трещины, а отремонтировать монолитную лестницу, связанную в одно с силовой конструкцией здания, вряд ли возможно.

Видео: изготовление монолитной бетонной лестницы

Конструируем лестницу

Выше уже не однажды употреблялись специфически лестничные термины. Рисунок их поясняет, добавить остается немногое:

• Тетива – несущая балка лестницы, воспринимающая как вертикальную, так и горизонтальную нагрузку. Для этого ступени лестницы врезаются в тетиву.
• Косоур – балка, держащая лишь вертикальную нагрузку; ступени на косоур укладываются.
• Проступь – длина (т.к. ступеньки вытянуты в ширину) хожей части ступени, на которую ставят ногу. Равна длине стопы ходока в обуви.
• Забежные ступени – кусочек винтовой лестницы, встроенный между прямыми маршами. «Забежки» применяют, если никак невозможно выгадать место для лестничной площадки, т.к. они обладают всеми недостатками винтовых лестниц. Их и назвали забежными потому, что все, кто может, через них перепрыгивают.
• В монолитной лестнице размер подступенка и высота ступени совпадают.
• Подступенок может быть пустым, тогда его называют просветом, а всю лестницу – лестницей с просветами.
• Заступок делают, чтобы на крутой лестнице получить необходимую проступь ступени, см. ниже.

Лестницы с просветами очень широко используются в частных домах. Их травмоопасность выше, чем у цельных, на них легче сбить носки обуви. Но если лестницей все время пользуются одни и те же люди, эти недостатки сводятся на нет. Зато лестница с просветами намного дешевле, проще в изготовлении и меньше заслоняет свет. Если лестница начинается в жилой комнате, то вариант с просветами наиболее предпочтительный.

Дополнительно о ступеньках

Далее в процессе расчета лестницы мы убедимся, насколько это вредные величины – проступь и высота ступени, и как они не терпят друг друга. Рекомендованные СНиП их значения для лестниц общего пользования и служебных показаны на рис. справа. Чтобы получить приемлемые размеры, чаще всего приходится ступени делать со свесом. Но в частных домах, где с лестницей не разгуляешься, его допустимого размера оказывается мало, а большой свес делает лестницу травмоопасной и губительной для обуви.

Выход нашли проектировщики еще самых первых хрущевок: подступенок нужно делать наклонным наружу. Лучше всего вогнутым, как показано на рис. слева, но можно и плоским. Если всю лестницу отделать линолеумом или ковролином, то без вреда и для нее, и для ходока, и для его обуви можно довести заступок до 60 мм.

Человек и лестница

Человек как биологический объект сформировался не в высокогорье, и вся его кинематика и физиология движения рассчитаны на перемещение по ровным поверхностям, горизонтальным или наклонным. Хождение по лестнице вынуждает человеческий организм делать кое-что, ему не свойственное, поэтому лестницу нужно проектировать так, чтобы неудобные факторы сказывались поменьше.

Человек

Не вдаваясь в подробности физиологии, учтем сразу, что человеческая мускулатура может работать по двум энергетическим циклам: гликогенному и кислородному. Гликогенный – наш обычный. На гликогене каждый длительное время развивает среднюю мощность сообразно своему телосложению и физической подготовке.

Кислородный цикл включается у неподготовленного человека в критических обстоятельствах. На кислороде мышцы работают за счет собственных запасов энергии. Кислородный цикл позволяет развивать очень большую мощность, но кратковременно – собственное энергодепо мышц выгорает за 2-3 с; для его пополнения нужно примерно столько же времени. Известные случаи проявления обычными людьми невероятной силы объясняются именно работой на кислороде.

Примечание: самый обычный человек в самых обычных обстоятельствах, взбегая по лестничному маршу в 17-18 ступеней одним духом, прыгая через ступеньки, развивает на 1,5-2 с мощность в 600-1500 Вт, или 0,8-2 л.с.

Каждое включение «кислорода» вызывает непроизвольное сокращение мышц примерно на 0,1-0,2 с, на что расходуется энергия мышечного депо. Т.е. 20-30 включений кислорода полностью истощают мускульные сверхспособности, даже если не было произведено никакой полезной работы. Этот процесс аналогичен расходу топлива на заводку и прогрев ДВС.

Человек на лестнице

Для ясного понимания дальнейшего полезно представить себе, что вся масса человеческого тела сосредоточена в его центре тяжести (ЦТ). У человека ЦТ расположен в области поясницы немного внутрь от позвоночного столба. При движении по ровной поверхности, вверх или вниз, ЦТ движется примерно равномерно и прямолинейно; вся эволюция человека приспособила его кинематику именно к этому.

На лестнице ЦТ испытывает рывки вверх-вниз, а на винтовой еще и вбок. При этом каждый раз приходится тело разгонять и тут же тормозить. Инерция человека не мала: попробуйте уронить груз в 75-80 кг с высоты ступени в 14-18 см, убедитесь. Вегетативная нервная система воспринимает ритмичные толчки как форс-мажор, и на лестнице при каждом шаге включает кислород.

Лестница и человек

Из предыдущего уже следуют важные выводы: увеличивать количество ступеней одного марша свыше 20 нельзя даже для самой пологой лестницы, ходок на такой выдохнется безо всякой видимой причины. Второе – между маршами крайне желательно устраивать площадки не менее 1,2-1,5 м шириной. Всего 2-3 шага на гликогене, и можно снова включать кислород.

Далее, упрощенный расчет по нулю производной дает минимум общих энергозатрат на лестнице при отношении проступи к высоте ступени 2:1, что соответствует углу наклона лестницы в 30 градусов. Реально самый минимум приходится на больший угол, примерно 32-34 градуса. Дело в том, что преодоление/гашение инерции происходят не мгновенно, а за время реакции мышц, 0,1-0,2 с.

В сторону меньшего наклона энергозатраты возрастают стремительно, см. рис. Тут опять полная аналогия с автодвижком: газуя без меры на первой-второй, прежде весь бак и мотор сожжешь, чем куда-то доедешь. А конкретно: расход энергодепо на включение/выключение кислорода оказывается много больше, чем на собственно передвижение. Делаем третий вывод: слишком пологие лестницы бесполезны; наклон меньше 28 градусов неудобен и утомителен, а менее 25 – только пандус.

Большие наклоны оказываются экономнее. Здесь сказывается то, что ЦТ большую долю размаха шага движется относительно равномерно. Обычному человеку не понадобится восстанавливать кислород, восходя на 4,5 м по лестнице в 75 градусов, этот угол и считается предельным для лестниц общего назначения.

«Восходя» выше сказано недаром. При спуске по лестнице вступает в силу другой фактор, а именно – баланс тела. Чтобы ЦТ не вышел за пределы опорной площади и не случился «бух», приходится, переступая, наклоняться вперед. Но, сходя по крутой лестнице, хожую ногу далеко не вынесешь, там воздух. Поэтому по очень крутым лестницам приходится спускаться спиной вперед, а предельный наклон лестниц общего пользования принято считать равным 45 градусов.

Строители для расчетов пользуются не энергетическими кривыми, а сводными секторными диаграммами, см. рис. Там ничего не понятно из физиологии, но наглядно показаны допустимые углы наклона. Они несколько отличаются от «энергетических», потому что статистически усреднены.

Лестница для себя

Нам нужно, проектируя лестницу, выгадать как можно больше площади. Естественный путь к этому – взять наклон побольше. Но перебарщивать нельзя, когда-то да проявится кумулятивная вредность, о которой сказано вначале. Как тогда без сложных исследований найти собственные энергетические возможности, а по ним – угол наклона лестницы?

Первое, что делаем – определяем средний рост Τ взрослых физически полноценных членов семьи. У «мелких» кинематика с физиологией существенно иные, им лишний раз поразмяться только на пользу. А престарелых и немощных нормальные люди на второй этаж не загоняют.

Но почему – средний рост без различия пола? Потому, что у женщин, во-первых, ЦТ расположен ниже относительно роста. Кто из мужиков украдкой не облизывался на аппетитные формы? Во-вторых, ширина женского шага (важнейший параметр, как увидим далее) тоже относительно роста больше.

Вы удивлены? Этого просто так не видно, т.к. женская походка плавная, а мужская размашистая. Но приглядитесь на улице: дама ростом 165-170 идет об руку с кавалером в 175-180, ничуть к нему не приноравливаясь.

Вся эта теория нужна для того, чтобы определить:

1. Предельный наклон лестницы в градусах как α = Т/4 – 2;
2. Нормальную ширину шага как d = 0,36 Т.

Формулы справедливы для пределов роста 160-180 см. Для коротышек α = 38 градусов, а для дылд – 45. Наименьшим наклоном не занимаемся, во-первых, потому, что он очень уж энергетически невыгоден. А во-вторых, пологая лестница отнимет слишком много площади, которая своих денег стоит.

Виды и размерения лестниц

Прежде чем начинать считать, посмотрим, что же нам нужно выбрать и спроектировать. Основные виды лестниц для частных домов показаны на рис. В верхнем ряду первые 2 слева – консольные, или висячие. Монолитная проектируется заодно с домом и берется готовая покупная. Рядом – лестница на больцах, о которой уже сказано. К разряду висячих относятся и следующие 2, на задвинутых под ступени косоурах. Их достоинства более эстетические, они зрительно не так уменьшают объем помещения.

Одномаршевые лестницы (первая слева внизу) в частных домах встречаются редко; при нормальных размерах ступеней они там чаще всего просто не помещаются. Более строятся лестницы поворотные, следующая поз. Угол поворота рекомендуется в 90 градусов, если лестница идет вверх из комнаты, и 180 градусов, если из коридора. Такие углы облегчают проектирование.

Лестницы с забежными ступенями на криволинейных балках рассмотрены выше, в подразделе о вычурных деревянных лестницах. Спиральные лестницы строят, обводя изнутри фонарь, полуэркер или эркер.

Расчет лестницы

Расчет лестниц нерушимо стоит на 3-х «китах» – непреложных принципах:

• Все ступени – с точностью до 0,5 см одинаковой высоты. «Прыгающие» ступени сбивают с ритма тактильное чувство, из-за чего травма со временем неизбежна;
• Лестница должна быть между помещениями с одинаковым температурным режимом. Неравномерный прогрев лестницы в отопительный сезон может привести не только к ее порче, но и к нарушению несущей конструкции здания;
• Расчет обязательно заканчивается точным чертежом в масштабе и с деталировкой, пример для деревянной винтовой лестницы см. на рис. Эскиз «навскидку» не гарантирует от неудачи даже опытного специалиста.

Примечание: лестницу между отапливаемым и неотапливаемым помещениями допустимо строить, если проход к ней с теплой стороны плотно закрывается самозахлопывающимися дверями.

Размерения и пропорции

Нужные для расчета размеры лестницы по английской системе показаны на рис. справа:

1. L – длина лестницы.
2. H – ее высота (подъем).
3. G – высота прохода.
4. B – габаритная ширина.
5. W – ширина прохода.
6. N – количество ступеней.
7. A – длина проема в перекрытии верхнего этажа.
8. P – высота перил.
9. C – зазор между балясинами.

Произведение LxB дает занимаемую лестницей площадь на нижнем этаже; AхB – на верхнем. Их сумма – общую площадь под лестницу. Эти величины необходимы для составления сметы и минимизации затрат. G по стандарту DIN для частных домов нужно брать от 185 см, по СНиП – от 190 см. Реально лучше придерживаться значения 195-200 см. Тогда высокий ростом гость не наклонит инстинктивно голову в проходе и не споткнется.

Здесь же на рисунке виден способ, которым проектировщики частных домов, не привязанные жестко к типовым элементам, выгадывают до 5 см G и до 30 см L: нижний край верхнего проема выполняют скошенным. Штука в том, что верхний-то проем нужно ограждать и добрых полметра в стороны от него практически не испытывают эксплуатационной нагрузки.

W следует брать от 1200 мм для общих межэтажных лестниц и от 900 мм для лестницы в спальный этаж. Для служебных или индивидуальных (в мансарду, антресоль) – от 700 мм. N для расчетов берут как N-1, т.к. пол верхнего этажа есть последняя ступень лестницы. О допустимом в одном марше N сказано выше.

P берут в 800-900 мм, смотря по росту. Его величина некритична, делайте, как удобнее. С в семьях с детьми нужно брать не более 100 мм; для взрослой семьи – до 170 мм. Это по нормам, реально лучше пошире, а по низу пустить полосой сплошное ограждение, так безопаснее.

Примечание: не так давно в новостях несколько раз мелькнул курьез. Некая пара решила заняться сексом прямо на лестнице, отчего голова девицы протолкнулась между балясинами и застряла. Чтобы вызволить, пришлось вызывать МЧС и скорую. Видать, ума там как раз в размер по бестолковке…

Расчет ступеней

Главная трудность в расчете лестницы – определить размеры ее ступеней. Оптимальный по энергетике угол наклона лестницы α = 32 градуса; тогда отношение высоты ступени l к ее проступи будет равно tgα = tg 32 = 0,625. Но оптимальный по минимуму занимаемой площади (а затраты на строительство зависят от нее по квадрату), определенный по личным параметрам, как описано выше, α окажется около 40 градусов, а tg 40 = 0,84. Вот этих-то двух упрямцев нужно свести в одну упряжку так, что нам удобно было.

Методика расчета такова:

• Исходя из tgα =0,84 и H = (высота потолка + толщина перекрытия + высота стяжки верхнего этажа + толщина настила пола там же) рассчитываем длину лестницы L = H/ (tgα) = H/0,84.
• На эскизном проекте дома ищем место, где эта длина поместится с запасом при условии соблюдения габаритной ширины B. Тут нужна творческая жилка и некоторый опыт: пробуем прямую и поворотную лесницы, применяем проектные ухищрения, о некоторых из которых см. ниже.
• По выбранному месту определяем конструктивную длину лестницы Lk.
• По ней и H находим действительный угол наклона как Α = arctg(H/Lk).
• Берем для начала N-1 = 15, т.е N = 16 и находим высоту ступени h = H/(N-1). h должна быть в пределах 140-180 мм для среднего роста семьи 160-180 см; оптимум находим по пропорции. Если h далеко от него отклоняется, корректируем N.
• Вычисляем длину проступи как l = h/(tgΑ). Она скорее всего окажется меньше 280 мм, тогда определяем вынос заступка как b = 280 – l, он должен оказаться не более 60 мм для ступеней с наклонным подступенком и не более 40 мм для всех прочих. Для лестниц с просветом всегда берем b = 0, иначе травма неизбежна.
• Если ступени «не сходятся», повторяем цикл расчета начиная с п. 2.
• Когда все вроде сошлось, проверяем результат для общих лестниц по формуле из СНиП 2b + l = d, где d – определенная выше ширина «семейного» шага.
• Для лестниц индивидуальных и служебных используем для проверки формулу b + l = 0,75d.
• Если наши конкретные результаты сходятся со статистическими СниПовскими формулами с точностью 10%, уф-ф! От лестницы отморочились.
• Если нет – снова к п.2.

В расчете спиральных лестниц есть нюанс: угол расхождения их ступеней β не должен превышать 60 градусов, а лучше всего быть меньше 20 градусов. Поэтому радиусные лестницы считают по остаточному принципу: задают остаток общей высоты подъема H, приходящийся на радиусную часть, пропорционально ее доле в общей длине лестницы, рассчитывают высоту ступени прямых частей и по ней определяют их число на радиусной. Затем проверяют раскрыв ступени, поделив угол заворота лестницы на количество ступеней в дуге. В обычных домах проблем почти никогда не возникает.

Тонкости проектирования

Вот 2 довольно известных способа сэкономить на лестнице, не ухудшая ее эргономики и функциональности:

1. «Русская планировка»: лестницу делают или в широком коридоре («новорусская») с поворотом на 180 градусов, или на веранде/в прихожей с поворотом на 90 градусов. Первый марш – длинный и высокий. Под лестничную площадку запихивают дополнительный совмещенный санузел, гостевой туалет, котельную и т.п., а под маршем устраивают спуск в подвал.
2. «Испанская планировка»: виллу проектируют полутораэтажной. Спальный полуэтаж помещают над встроенным гаражом с выносом над въездом в него и, возможно, в стороны, до 1 м. Тогда в полуэтаже удается разместить 2-3 небольшие спальни. А за счет цоколя здания, перекрытия и пола первого этажа полуэтаж смещается вниз на 1 м и более. На столько же уменьшается и высота лестницы. В таком случае ее чаще всего удается сделать вообще одномаршевой.

Видео: изготовление лестницы — от расчета к строительству

О чердачных лестницах

Лестница на чердак нужна в любом доме. Известная ее конструкция, не отнимающая полезной площади, показана на рис. Недостаток один: она на виду. От него можно избавиться, подвесив лестницу на рельсу из куска трубы и в сложенном положении задвигая за мебель. Тогда имеет смысл к внешней тетиве прикрепить декоративную накладку.

Сейчас популярны и широко предлагаются продавцами разного рода компактные чердачные лестницы. Самые распространенные их виды показаны на след. рис:

• Первая слева – раздвижная. Пожалуй, оптимальный вариант из «невидимок». Конструкция проста, можно сделать самому. А главное – укрепив на пятках тетив грузы, люк с лестницей можно точно уравновесить (см. рис. справа) и он сам по себе не хлопнется вниз даже при открытой защелке.

  

  Балансировка раздвижной лестницы

• Следующая – раскладная. Не отнимает места ни в комнате, ни на чердаке, но для уравновешивания требует специального механизма. Наборы механики и фурнитуры для таких есть в продаже в широком ассортименте.
• Третья слева – т. наз. ножницевая или параллелограммная. Откровенно говоря, не более чем дань моде. Тяжела, дорога, «играет» под ногами даже новая и требует регулярного ухода за шарнирами.
• Четвертая – «финская» лестница. Ее эргономика весьма интересна; к сожалению, описывать ее здесь нет места. Достоинство – по ней можно сходить лицом вперед даже при наклоне в 60 градусов. Недостатки – ступени работают в значительной степени на скручивание, поэтому материал для них нужен высококачественный. Кроме того, «финку» для левшей и правшей нужно делать в зеркальном отражении, иначе выдыхаешься на 3-4 ступеньке.
• «Польская» лестница. Минимум материала, работы и финансовых затрат, но травмоопасна: ногам разъезжаться ничто не мешает, а прогиб ступеней под нагрузкой этому способствует. В ряде стран запрещена строительными нормами.
• Комбинация «финки» и «полячки». Если в доме нет левши, то недостатков как лестница на чердак, на даче, в антресоль и кровать-чердак лишена вовсе: 2 тетивы с косоуром позволяют использовать для изготовления обычную хвойную древесину, все детали простой формы, работают на сжатие/изгиб, которые дерево держит хорошо, при угле наклона в 75 градусов возможен подъем на кислороде на 4-5 м.

О подвальных лестницах

В руководствах-инструкциях часто советуют лестницу в подвал строить на отдельном фундаменте. Мол, так прочнее будет. Это типичная дилетантская ошибка, дом в целом усаживается быстрее и лестница со временем просто-напросто покорежится или оторвется.

Наоборот, подвальную лестницу лучше прикрепить вверху сведенными на клин тетивами к горизонтальному поворотному шарниру, а пятки закруглить. Тогда при усадке всего лишь уменьшится угол ее наклона. Если завал ступеней станет ощутимым, пятки достаточно подпилить или подрезать.

Подводя итоги

В целом для межэтажной лестницы общего пользования лучшей следует признать металлодеревянную или металлобетонную. Их повышенная сравнительно с деревянной трудоемкость и стоимость с лихвой окупаются прочностью и долговечностью.

Для бюджетного жилья, в котором никак не возможно выкроить место под лестничную клетку, оптимальна деревянная смоделированная на компьютере лестница в тетивах сложной формы. Чтобы сделать такую самому, придется напрячь умение и сообразительность, зато жилой площади отнимется и материала уйдет минимум. Такая же лестница хорошо подойдет и для дачи, а если семья физически развита и не ленива, то гибрид «финки» с «полячкой».

Примечание напоследок: здесь ни слова не сказано об устройстве крыльца с лестницей и входных лестниц вообще. Это – отдельная тема, и ничуть не менее сложная.