При розрахунку за несучою здатністю елементи сходів расчленяются на статично визначні балки - консольні або однопрогоновий, і розраховуються за відповідними формулами. Так як сходи схильні до дії динамічних навантажень, до жорсткості несучих елементів пред'являються підвищені вимоги: прогин їх не повинен перевищувати 1/400 прольоту. Навантаження, які діють на сходові марші та площадки, повинні збиратися шляхом складання власної ваги конструкцій і тимчасових навантажень: в житлових будинках - 300 кг / м².
При підйомі людина витрачає приблизно в два рази більше енергії, ніж при русі по горизонталі (рис. 1). Практикою встановлено: сходи зручна і безпечна, якщо подвоєна висота подступенка, складена з шириною щабля (проступью), дорівнює середньому кроку людини. Довжина кроку людини на площині становить приблизно 600-640 мм. Виходячи з цього, проступь і підйом визначають за формулою: 2а + b = 600 ... 640 мм.
Рис.1. Розрахунок висоти і ширини рядових ступенів
Як альтернативу можна використовувати іншу, більш легку для запам'ятовування, формулу: а + b = 450 ± 20 мм, де а - висота ступеня (подступенка), b - ширина щаблі (проступи). Ширина проступи повинна забезпечувати спирання ноги повною стопою, тобто бути не менше 200 і не більше 320 мм. Оптимальною вважається висота подступенка, рівна 150, а ширина проступи - 300 мм.
При сильному збільшенні ширини проступи ви неодмінно зіб'єтеся з кроку, а при сильному зменшенні затрудняється спуск. При проектуванні забежних ступенів потрібно враховувати, що мінімальна ширина ступенів з вузького кінця повинна складати не менше 100 мм, а нависання проступи над нижньою сходинкою має бути не більше 50 мм. Нависання проступи над нижньою сходинкою робиться для збільшення ширини проступи тоді, коли іншими способами не вдається збільшити її розмір.
Найбільш зручні кути підйому сходів знаходяться в діапазоні від 23 до 37 °. Чим сходи крутіші, тим менше їй треба місця для установки в будинку, і відповідно, чим сходи положе, тим більше місця необхідно для неї передбачити. Якщо кут менше 23 ° - сходи можна замінити пандусом (рівною похилій майданчиком), якщо більше 45 °, то сходи переходить в розряд приставних або розкладних (рис. 2). Оптимальний кут підйому гвинтових сходів - 25-35 °.
Найбільш складним процесом при крутизні сходового маршу більше 40 ° є спуск зі сходів, а при кутах більше 45 ° спуск можна здійснювати тільки спиною вперед.
Мал. 2. Нормативна залежність розмірів ступенів від крутизни драбини
Кількість ступенів залежить від висоти поверху і кута нахилу сходів. Знаючи розташування сходів у плані і висоту приміщення, кількість ступенів можна (і простіше) встановити графічно, а після цього, за формулами безпеки визначити ширину проступи.
Для графічної побудови сходів на міліметрівці або папері «в клітинку» потрібно в масштабі намалювати сходовий марш (рис. 3) порівнюючи його з висотою поверху.
Мал. 3. Приклад графічного розрахунку кількості ступенів і висоти подступенка. Таблиця висот для сходинок в будівлях з нормативної висотою поверху
Висотою поверху називається різниця висотних відміток рівнів чистої підлоги нижнього і верхнього поверху, тобто в розмір висоти поверху повинні бути включені товщини одягу підлог. Наприклад, підлогу першого поверху облицьований керамічною плиткою, а підлогу верхнього поверху викладений паркетом по лагам і фанерного «чорному підлозі». У розрахунок висоти поверху повинні бути включені всі шари даних статевих конструкцій: внизу - товщини вирівнюючого стягування, плиткового клею і плитки; вгорі - товщина лаг, фанери і паркету.
У Росії ще з часів існування СРСР висота поверху - величина регламентована. Зазвичай стандартна висота поверху дорівнює 2,8 або 3 м, рідше - 2,7 або 3,3 м, що дозволяє проектувати висоту приміщення (відстань від підлоги до стелі) не менше 2,4 м. Така висота поверху дозволяють без особливих зусиль вписати сходи з розмірами ступенів, які відповідають вимогам розрахункової формули безпеки (рис. 3, таблиця 2).
Якщо ваша висота поверху відрізняється від нормативної і не кратна 3, то висоту ступенів потрібно розраховувати (округляти) з точністю до одного міліметра, але так, щоб висоти всіх подступенка були однаковими. Похибка обчислення, набігає від округлення висот, краще розподілити на нижню фризову щабель, а решта сходинки маршу зробити однакової висоти.
Різні по висоті ступені призводять до будівництва травмоопасной сходи. Особливо небезпечною ця сходинка стає під час спуску в нічний час доби. Спускаючись сходами, м'язова пам'ять нам підказує, що повинна бути сходинка. Вага тіла переноситься на ногу, а сходинки під нею немає ... Вона - нижче! І все-то два-три десятка міліметрів, а ногу підвернув ... і ще добре, якщо не покотилися стрімголов вниз.
У будинках з нестандартною висотою поверху для вирівнювання висоти ступенів допускається опустити рівень чистого статі верхньої поверхової площадки трохи нижче щодо рівня чистої підлоги решти поверху. Поріжок краще не робити, а зробити підлогу поверхової площадки у вигляді пандуса, тобто похилим. Для підрівнювання висоти сходинок буде потрібно всього кілька міліметрів так, що ухил буде навряд чи сильно помітним.
Як варіант, якщо сходова майданчик обгороджена стінами з дверима, підлоги між цими приміщеннями можна зробити з невеликим порогом. Таке рішення всім добре знайоме: рівень поверхових майданчиків в багатоквартирних будинках, як правило, нижче рівня чистих підлог в квартирах. Ноги ми тут не ламаємо - звикли.
У таблиці 1 малюнка 3 наведені розміри ступенів для «ущільнених» сходів, придатних для заміських будинків. Нерідко в плануваннях цих будинків під сходи залишається так мало місця, що для того, щоб зробити сходи коротше, доводиться жертвувати шириною проступи. Так, наприклад, в сходах з висотою подступенка 200 мм ширина проступи дорівнює 250 мм. Доросла людина не може спертися на таку проступить повною ступнею і йому доводиться спускатися зі сходів боком або спиною вперед.
У таблиці 3 рисунка 4 наведені розміри висот подступенка для стандартних висот поверху. Розрахувати ширину проступи за формулами безпеки не складе особливих труднощів. Але є і ще один спосіб визначити розміри ступенів - графічний.
Цей ергономічний спосіб заснований на тому, що людина, вільно роблячи по горизонтальній площині крок в 620 мм, може з тією ж легкістю піднімати ногу на висоту, рівну лише половині цієї величини, тобто на 310 мм. Тому, якщо на горизонтальній осі графіка (рис. 4) відкласти відоме число частин, рівних кожна одному кроці (620 мм), а на вертикальній осі -равних висоті підйому ноги 310 мм, то така побудова дає можливість отримати розміри підйому і ширини ступенів для сходи з будь-яким нахилом.
Для цього потрібно нанести на графік лінію нахилу своєї сходи (її висота і довжина відомі) і в точках перетину з сіткою графіка провести перпендикуляри. Це і є оптимальна висота і ширина щаблі для даного ухилу сходового маршу. Більш того, ви можете скористатися цим методом і побудувати сходи конкретно «по себе». Наприклад, задавши крок рівним 600, а підйом відповідно 300 мм або задавши довжину кроку такою, якою ви вважаєте за потрібне.
Мал. 5. Графічний спосособ підбору оптимальних розмірів ступенів (розміри в мм)