I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

РАЗ СТУПЕНЬКА, ДВА СТУПЕНЬКА – БУДЕТ ЛЕСТНИЦА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Муравьва Вероника Витальевна 1

---

1

Попова А.В. 1

---

1

Работа в формате PDF

298 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

«Достойны похвалы лестницы, если они светлы, просторны и легки для хождения: ибо, будучи таковыми, они привлекают человека подняться по ним…»¹. Это слова выдающегося итальянского зодчего эпохи Ренессанса Андреа Палладио, 1570, точно определяют главное предназначение архитектуры – служить человеку. При этом ключевая задача архитектуры с течением времени не изменяется и проявляется вновь и вновь в самых разнообразных формах. Основные функциональные требования, предъявляемые к архитектурным конструкциям во все времена, остаются одними и теми же, изменяется только их внешний вид и устройство.

Выбор темы и материала исследования вызваны прежде всего появлением в последнее время большого количества новых сооружений, где в интерьере активно используются лестницы, безопасность которых вызывают сомнение.

Приступая к работе, мы предположили, что, несмотря на огромное разнообразие лестниц как элемента интерьера, одномаршевые лестницы различны по требованиям (уровню) удобства и безопасности. В работе мы опирались на информацию по данной теме, имеющуюся в учебниках «Черчение» А.Д. Ботвинникова и С.Н. Балягина, журнале "Советы профессионалов" и Интернет - ресурса parthenon-house.ru.

Цель: исследование параметров удобства одномаршевых лестниц в различных строительных сооружениях.

Цель определила несколько исследовательских задач:

-познакомить с классификацией лестниц;

-вычислить уровень удобства и безопасности одномаршевых лестниц;

-сравнить полученные данные с требованиями СНиПов.

Объект исследования: одномаршевые лестницы.

Предмет исследования: шаг, удобство и безопасность одномаршевых лестниц. В работе были использованы методы: вычислительный, метод сравнительного анализа и обобщения информации.

Глава 1. Из истории лестниц

§1. Многообразие лестниц

Лестница используется людьми еще с самых давних времен. Сначала это было лишь нагромождение камней, образующее импровизированные ступени, потом, научившись обрабатывать камень, металл и древесину, человек стал делать более ровные, удобные сооружения, позволяющие попасть в жилище. В дальнейшем при постройке многоэтажных зданий, человек стал использовать лестницу для перемещения с этажа на этаж, для того, чтобы подняться на чердак или на крышу. С тех пор, как люди стали строить себе дома, замки, крепости, лестницы самых разных видов и изготовленные из самых разных материалов прочно вошли в их жизнь. И до сих пор они являются незаменимыми конструкциями, которыми пользуется практически любой человек каждый день. Итак, какие же бывают лестницы? Ответов на этот вопрос очень много.

Лестницы бывают длинные и короткие, сделанные из бетона, камня, металла. Прекрасные дамы из окон замков и крепостей сбрасывали своим возлюбленным веревочные лестницы, роль которых тоже нельзя не оценить по достоинству.

Лестницы бывают «стандартные», выполненные из самых простых элементов, и эксклюзивные, изготовленные на заказ, по отдельно разработанному проекту. Бывают массивные, монументальные, и легкие, как будто парящие в воздухе. В лестницах зачастую удачно сочетаются камень и дерево или дерево и металл. Особенно изысканно и изящно выглядят модели с кованными ограждающими элементами.

§2. История развития лестниц

Первой деревянной лестнице семь тысяч лет. В 2004 году в австрийском городе Холлштадт в древней соляной шахте учёные обнаружили прекрасно сохранившуюся деревянную лестницу. Эта лестница самая старая из всех известных на сегодняшний день. Раскопано лишь 6 м ступеней. Соль позволила прекрасно сохраниться деревянным элементам лестницы. Учёные утверждают, что она построена за 5 000 лет до н. э.

Первые письменные свидетельства о технологии строительства лестниц были найдены в египетских папирусах IV - I тысячелетий до н. э. Египетские пирамиды представляют собой гигантские лестницы, уходящие в небо.

В Средние века замки имели оборонительные стены и башни, на которые поднимались по ступеням лестниц, и тёмные сырые подвалы и темницы, в которые по лестницам спускались. Создавались специальные лестничные гильдии, которые передавали секреты строительства лестниц из поколения в поколение. Во времена Возрождения, классицизма, барокко, рококо, модерна лестницы приобретали отпечаток эпохи, изгибались, извивались, украшались скульптурой, колоннами, коваными перилами.

В ходе работы мы узнали, что лестницы классифицируют по различным признакам. Например:

1) по используемым материалам:

- деревянные, - металлические, - бетонные, - стеклянные и т.д.

2) по назначению:

- наружного применения,

- внутреннего применения,

- специальные лестницы - трапы, стремянки , пожарные и т.п.

3) по признаку стационарности:

- стационарные

- передвижные

- сборно-разборные

4) по типу планировки:

- прямые маршевые,

- криволинейные,

- винтовые

5) по наличию промежуточных площадок.

Мы исследовали несколько строительных зданий на наличие лестниц и расположили их количество согласно данной классификации.

Для исследования нами были выбраны прямые одномаршевые лестницы внутреннего применения, наиболее часто встречающиеся в строительстве, расположенные в кирпичном трёхэтажном доме, МОУ «Средняя общеобразовательная школа №75», торговых центрах «Адмирал», «Радуга» и деревянном двухэтажном доме.

Глава 3. Элементы лестницы.

Для всех типов стационарных лестниц характерно наличие ступеней, поручня, лестничных ограждений и силового элемента, воспринимающего и распределяющего нагрузку при эксплуатации. Ступени служат для постановки ноги при ходьбе, поручень – опорой при подъеме или спуске, ограждения обеспечивают безопасную эксплуатацию лестниц. В качестве силового элемента лестницы, определяющего ее прочность и устойчивость, чаще всего используют мощную балку, которая называется косоуром.

Лестница должна быть не только прочна, безопасна, красива, но и удобна. Как сделать расчет удобной и безопасной лестницы? В XVIII веке французский математик, архитектор и инженер Жан-Франсуа Блондель исследовал размеры ступеней научными методами и свёл все размеры к длине шага человека. Он вычислил формулу "архитектурного шага", которая действует и в наши дни.

Не обязательно прибегать к сложным расчетам с дорогими программами, если нам надо построить простую, но удобную лестницу для входа на крыльцо, на второй этаж дачного дома. Самая удобная лестница, как показывают расчеты эргономики, та, которая соответствует ширине шага и размеру ступни.

Ширина ступени (ширина проступи) большое значение имеет при спуске с лестницы. Если ступени узкие и на них можно наступать только пяткой, то по такой лестнице безопасно подняться еще можно, а спускаться можно только спиной вперед. При спуске мы ставим ступню на ступени не полностью, носок ступни немного свисает. Таким образом, ширина ступени должна быть под размер ноги взрослого человека – 26-32 см. Оптимально 29 см. При такой ступени будет удобно любому взрослому.

Высота между ступенями (высота подступенка) следующий важнейший элемент удобства и безопасности лестницы. Если ступени расположить слишком часто, то нам придется семенить, если редко, то надо будет высоко задирать ноги, т. е. высоту подступенка надо выбирать по ширине шага человека. Средний шаг 54-65 см в зависимости от наших физических данных. Оптимальный расчет высоты лестничных ступеней 14-20 см.

Глава 4. Исследование параметров лестницы

§1. Безопасность, удобство и шаг лестниц Конструкция лестницы определяет ее базовые размерные параметры — высота подъема ступеней e, ширина проступи j, комфортные значения которых определены статистически из антропометрических данных.

Существуют три формулы для соотношения высоты подступенка к ширине проступи. Это формула шага, формула безопасности и формула удобства. Формула шага является самой важной из них.

• Формула удобства : e – j = 12см

• Формула безопасности: e + j = 46см

• Формула шага (основная): 2j + e= 62 (60 – 64)см

Несмотря на это, существуют множество вариантов.

Допустимые отклонения:

• для высоты подъема: 14 ≤ e ≤ 20 в среднем 17

• для длины проступи: 26 ≤ j ≤ 32 в среднем 29

• формула шага: 60 ≤ 2j + e≤ 66

• формула удобства: e – j в среднем 12

• формула безопасности: 45 ≤ e + j ≤ 47

Пользуясь данной информацией, с помощью линейки мы измерили высоту подъема и ширину проступи. По формулам нашли необходимые параметры и сравнили с принятыми нормами. (Приложение 1).

При сравнении полученных данных с принятыми нормами и правилами мы выяснили, что высота ступени у всех рассматриваемых лестниц соответствует норме, а вот ширина ступени недостаточна. Всех ближе к требуемой величине ширина ступени в МОУ «Средняя общеобразовательная школа №75», т.е по формулам удобства и безопасности ни одна лестница не соответствует требованиям. Всех неудобнее и опаснее – лестница в ТЦ «Радуга». По формуле шага требованиям соответствует лестница в МОУ «Средняя общеобразовательная школа №75».

§2. Угол наклона марша лестницы.

Удобство лестницы и связанная с этим безопасность ее эксплуатации зависят прежде всего от относительной величины подъема марша. Зависит это отношение от угла наклона марша, наиболее благоприятная относительная величина подъема, при которой подъем по лестнице потребует минимальных затрат сил, составляет e / j = 17/29 см, что соответствует углу наклона лестницы порядка 30°. Такое значение относительной величины подъема удовлетворяет всем трем вышеперечисленным формулам.

Примеры относительных величин подъема, рассчитанных по этому правилу: 15/27, 16/28, 17/29, 18/30, 20/32. Специалисты классифицируют лестницы по углу подъема, выделяя при этом три основных диапазона:

• от 45 до 90 градусов – приставные лестницы, стремянки и трапы,

• от 0 до 20 градусов – пандусы или рампы,

• от 20 до 45 градусов – диапазон "комфортных" лестниц.

При этом высота и угол подъема должны быть постоянными на всем протяжении лестницы. Переменная высота подъема часто является причиной спотыкания и травм, полученных на лестницах. Впрочем, даже угол наклона 25 градусов, реализуемый в лестницах типовых советских пятиэтажек, удобный для людей среднего возраста, зачастую оказывается абсолютно некомфортным для детей и стариков.

Мы решили найти угол наклона исследуемых лестниц, измерив длину марша лестницы (L), высоту лестницы (Н) и длину её основания (G) с помощью рулетки.

Используя определения синуса, косинуса угла в прямоугольном треугольнике и данные в таблице Брадиса вычислили угол наклона. (Приложение 2).

В ходе исследования данного параметра мы определили, что наиболее удобной для подъема является лестница в МОУ «Средняя общеобразовательная школа №75», кроме этого все другие лестницы за исключением лестничного марша в деревянном двухэтажном доме, также соответствуют принятым нормам с допустимыми отклонениями.

§3. Ширина лестниц и количество ступеней.

Важным параметром лестницы является ширина ступеней, которая также определяется соответствующими СНиПами, регламентирующими пропускную способность коридоров и конструкций на случай экстренной эвакуации. Так, если для прохода одного человека достаточно 0,6...0,7 м, то с учетом встречного движения и удобства переноски вещей ширину марша выбирают в больших пределах. Для всех типов стационарных лестниц рекомендуемая ширина прохода составляет не меньше 90 см.

Зависимость ширины лестницы от ее вида

Также мы выяснили, что в каждом марше должно быть не меньше трех ступеней (в противном случае возникает соблазн «проскочить» их, поскольку такая конструкция перестает восприниматься как лестница) и не более пятнадцати ступеней (чтобы пожилой человек имел возможность сделать передышку при подъеме). Давно замечено, что когда ступеней больше десяти, подниматься по лестнице неудобно. Кроме этого, количество ступеней надо делать нечетным, чтобы начав подъем по лестнице с правой ноги, правой ногой же и ступить на лестничную площадку - это будет удобней.

Все лестницы более чем с тремя ступенями (кроме приставных) следует оборудовать прочными и надежными перилами. Высота ограждений лестницы должна быть выше центра тяжести взрослого человека. Если взять средний рост, то оптимальная высота ограждений от 90 до 120 см.

Мы провели исследования по данным параметрам: измерили с помощью линейки ширину маршей и посчитали количество ступеней (Приложение 3)

Измерения показали, что все исследуемые лестничные марши соответствуют нормам. Однако для удобного передвижения по лестнице инвалидов, пожилых людей и детей конструкции должны дополняться настенным поручнем высотой 80-85 см. Ни в одном из зданий лестницы не имеют таких дополнений.

Заключение

Исследования одномаршевых лестниц привели нас к следующим выводам:

1. По формулам удобства, безопасности и шага существующим требованиям соответствуют все лестницы, кроме лестницы в ТГ «Радуга».

Ни одно из соотношений e / jдля рассматриваемых лестниц не равны принятым, но более близким к благоприятному являются лестницы в трёх исследуемых зданиях: трёхэтажный жилой дом, ТЦ «Адмирал», двухэтажный деревянный дом.

1. По углу наклона лестничного марша более удобной является лестница в МОУ «СОШ №75», хотя величина угла и не входит в пределы принятых норм. Самой неудобной по данному параметру стала лестница в деревянном доме.

2. Всем параметрам удобства и безопасности (с учетом некоторых отклонений) соответствует лестница в МОУ «СОШ №75», неудобной является лестница в ТЦ «Радуга».

Данные исследовательской работы можно использовать на уроках черчения при выполнении практических работ, на математике (использование формул при отработке навыков вычислений) и на уроках геометрии по темам «Синус, косинус и тангенс острого угла прямоугольного треугольника».

Мы не исследовали материалы для изготовления лестниц, которые должны соответствовать стандартам. Для сооружения ступеней нельзя использовать материалы с низким коэффициентом трения (скользкие). В противном случае ступени покрывают составом, препятствующим скольжению. С той же целью на деревянные передние кромки ступеней прибивают профильные накладки. Это тема для исследования может быть рассмотрена в другой работе.

Библиографический список

1. Балягин С.Н. Черчение. М.: ООО «АСТ», 1990 г

2. Ботвинников А.Д. Черчение учебник для 7-8 классов общеобразовательных учреждений М.: Просвещение, 2006г

3. Будасов Б.В. Строительное черчение. М.: Стройиздат, 2008 г

4. Коников А.С. Гражданские, промышленные и сельскохозяйственные здания. М.: Стройиздат, 2004г

5. Конышева Г.В. Техническое черчение. М.: Издательский дом «Дашков и К» , 2005 г

6. Косо Йожеф Лестницы: дизайн и технология. ИД «Контэнт», 2004г

7. Левицкий В.С. Машиностроительное черчение. М.: Высшая школа,2005 г

8. Полежаев Ю.О. Строительное черчение. М.: Академия, 2004 г

9. Журнал "Советы профессионалов" №4/2006г.

10. Интернет – сайт PARTHENON-HOUSE.RU.

Приложение 1

Безопасность, удобство и шаг лестниц

Приложение 2

Угол наклона марша лестницы

Приложение 3

Ширина лестниц и количество ступеней

Глоссарий

Высота ступени (подступенек) - расстояние по вертикали от проступи одной ступени до проступи следующей ступени.

Длина лестничного марша - это расстояние от передней кромки нижней ступени до передней кромки верхней ступени.

Косоур - это несущий элемент лестницы, наклонная балка, на которую сверху укладываются лестничные ступени.

Лестничная ступень - часть лестницы, на которую ступают при подъеме или спуске.

Лестничный марш (наклонная часть лестницы) - конструкция, состоящая из непрерывного ряда ступеней, связывающая между собой площадки.

Перила - декоративное ограждение лестничных маршей и площадок, которое обеспечивает безопасность передвижения людей по лестничному маршу.

Подступенек - вертикальный (или слегка скошенный) элемент ступени.

СНиПы – строительные нормы и правила, разрабатываются Госстроем РФ ( СП 54.13330.2011 - здания жилые многоквартирные, СП 44.13330.2011 - административные и бытовые здания, СП 118.13330.2012 - общественные здания и сооружения.

Уклон - отношение высоты подступенка к ширине проступи, которое позволяет судить о крутизне лестницы.

Ширина ступени (проступи) - расстояние по горизонтали (вдоль средней линии лестничного марша) от передней кромки одной ступени до передней кромки следующей ступени.

1^ Журнал "Советы профессионалов" №4/2006г.

18