Толщина металла для цельносварного каркаса

Опубликовано: 2026-10-06

Категория: Материалы и сечения

Время чтения: 14 минут

Толщина металла — один из параметров, определяющих прочность и жёсткость лестничного каркаса. Однако надёжность конструкции зависит не только от толщины стального листа, но и от высоты косоуров, формы сечения, расположения рёбер жёсткости, качества сварных соединений и способа крепления лестницы к зданию.

Для изготовления цельносварных металлических каркасов могут применяться стальные листы толщиной 4, 5, 6, 8 мм и более. Конкретная толщина определяется конструкцией лестницы и результатами инженерного расчёта.

Рассмотрим, какие нагрузки воспринимает лестничный каркас, как выполняется предварительный расчёт на изгиб и прогиб, чем листовая конструкция отличается от каркаса из профильной трубы и почему нельзя выбирать толщину металла только по длине марша.

Почему мы используем цельносварные каркасы из листового металла

Профильная труба — распространённый материал для изготовления металлических лестниц. Она обладает хорошей конструктивной жёсткостью, удобна в обработке и позволяет создавать прочные и относительно лёгкие каркасы.

Однако стандартный сортамент труб ограничивает выбор формы и размеров сечения. Для изготовления лестниц сложной геометрии нередко приходится использовать дополнительные детали, соединения и элементы усиления.

Цельносварной каркас из листовой стали представляет собой конструкцию, в которой косоуры, рёбра жёсткости, опорные площадки и соединительные элементы вырезаются из листового проката и свариваются в единую пространственную систему.

Такой подход имеет несколько преимуществ:

• Гибкость проектирования. Лазерная резка позволяет изготавливать косоуры сложной формы, включая ломаные, ступенчатые и криволинейные элементы.

• Выбор толщины металла. Для разных элементов каркаса можно использовать листы различной толщины с учётом воспринимаемых нагрузок.

• Локальное усиление конструкции. В необходимых местах устанавливаются рёбра жёсткости, опорные пластины и дополнительные соединительные элементы.

• Точность геометрии. Детали изготавливаются по цифровым чертежам с учётом размеров лестничного проёма.

• Заводская сборка. Значительная часть сварочных работ выполняется в производственных условиях, что упрощает контроль геометрии и качества соединений.

• Разнообразие конструкций. Из листовой стали можно создавать открытые и закрытые каркасы, лестницы на двух косоурах, монокосоуры и поворотные системы.

Важно: каркас из листового металла не всегда прочнее, легче или жёстче конструкции из профильной трубы. Эти характеристики определяются геометрией сечения, пространственной схемой и качеством проектирования.

Какие нагрузки несёт каркас лестницы

При расчёте металлической лестницы учитывают постоянные, временные и, при необходимости, другие нагрузки.

Основные требования к определению нагрузок содержатся в СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» с действующими изменениями.

Постоянные нагрузки

К постоянным нагрузкам относятся собственный вес металлического каркаса и закреплённых на нём конструктивных элементов.

Для определения массы стального листа можно использовать формулу:

m = ρ × t × A

Где:

• m — масса листа, кг;

• ρ — плотность стали, приблизительно 7850 кг/м³;

• t — толщина листа, м;

• A — площадь листа, м².

Например, масса одного квадратного метра стального листа толщиной 5 мм составляет:

m = 7850 × 0,005 × 1 = 39,25 кг.

Следовательно, 1 м² листовой стали толщиной 5 мм весит приблизительно 39,25 кг.

Но это не означает, что весь лестничный каркас весит 39,25 кг. Для определения его массы необходимо сложить массу всех металлических деталей с учётом их фактических размеров.

Временные нагрузки

Временные нагрузки возникают при эксплуатации лестницы: движении людей, переноске предметов и других воздействиях.

Согласно таблице 8.3 СП 20.13330.2016, для лестниц, относящихся к определённым категориям жилых и общественных помещений, нормативная равномерно распределённая нагрузка принимается не менее 3,0 кПа, что приблизительно соответствует 306 кгс/м².

Конкретное значение выбирается в зависимости от назначения здания и лестницы.

Для примера рассмотрим нагрузку:

qн = 3,0 кН/м².

При коэффициенте надёжности по нагрузке 1,2 расчётное значение составит:

qр = 3,0 × 1,2 = 3,6 кН/м².

Это значение относится к временной равномерно распределённой нагрузке. Постоянные нагрузки рассчитываются отдельно с соответствующими коэффициентами надёжности.

Важно: лестницу необходимо проверять не только на равномерно распределённую нагрузку, но и на сосредоточенное воздействие, которое может возникнуть при нагрузке отдельной ступени.

Как нагрузка передаётся на косоуры

Нагрузка от людей и собственного веса лестницы через ступени и поперечные элементы передаётся на косоуры, а затем — на опоры и несущие конструкции здания.

Для лестницы с двумя косоурами распределение нагрузки зависит от:

• ширины марша;

• расстояния между косоурами;

• жёсткости и конструкции ступеней;

• расположения поперечин;

• схемы опирания;

• положения приложенной нагрузки.

При симметричной конструкции и равномерном нагружении каждый косоур может воспринимать приблизительно половину общей нагрузки.

Однако при наступании человека на край ступени распределение усилий становится неравномерным. Поэтому при проектировании необходимо учитывать возможное кручение и местные нагрузки.

Для центрального монокосоура схема работы отличается: один несущий элемент воспринимает нагрузки от всей ширины лестницы, включая изгибающие и крутящие воздействия.

Поэтому нельзя просто удвоить нагрузку или увеличить толщину листа на один размер и считать монокосоур рассчитанным.

Как рассчитывается толщина листа для косоура

Толщина листа определяется по результатам проверки несущей способности, жёсткости, общей и местной устойчивости, сварных соединений и опорных узлов.

Ниже приведён упрощённый расчёт прямоугольного стального элемента на изгиб и прогиб. Он помогает понять влияние толщины металла на работу конструкции, но не является готовым проектом лестницы.

Исходные данные

Для примера примем условную балку из вертикального стального листа, свободно опёртую по концам.

Важно: погонная нагрузка 2,05 кН/м здесь принята условно для демонстрации вычислений. Она не является универсальной нагрузкой на косоур лестницы шириной 1000 мм.

В реальном проекте нагрузка определяется по фактической грузовой площади, геометрии марша, весу конструкции и схеме передачи усилий.

Шаг 1. Определяем момент сопротивления сечения

Для сплошного прямоугольного сечения из вертикального листа момент сопротивления относительно оси изгиба определяется формулой:

W = t × Hк² / 6

Где:

• W — момент сопротивления сечения, мм³;

• t — толщина листа, мм;

• Hк — высота сечения, мм.

Подставим значения:

W = 5 × 200² / 6

W = 5 × 40 000 / 6 = 33 333 мм³.

Переведём результат:

W ≈ 33,33 см³.

Это геометрическая характеристика сплошного прямоугольного сечения.

В реальном лестничном каркасе косоур может иметь вырезы, отверстия, ступенчатую форму, сварные соединения и дополнительные усиливающие элементы. Поэтому его фактические характеристики могут отличаться от приведённой модели.

Шаг 2. Рассчитываем максимальный изгибающий момент

Для свободно опёртой балки с равномерно распределённой нагрузкой по расчётному пролёту максимальный изгибающий момент определяется формулой:

Mmax = q × L² / 8

Где:

• Mmax — максимальный изгибающий момент;

• q — равномерно распределённая погонная нагрузка;

• L — расчётный пролёт.

Подставим условные значения:

Mmax = 2,05 × 3,0² / 8

Mmax = 2,05 × 9 / 8 = 2,306 кН·м.

Полученное значение характеризует изгибающий момент для принятой балочной модели.

Для реальной лестницы расчётная схема может быть иной: наклонный косоур, жёсткие опорные узлы, промежуточные опоры или пространственная рама.

Шаг 3. Проверяем напряжение при изгибе

Для предварительной оценки нормального напряжения используется формула:

σ = Mmax / W

Переведём изгибающий момент в Н·мм:

Mmax = 2 306 000 Н·мм.

Момент сопротивления:

W = 33 333 мм³.

Тогда:

σ = 2 306 000 / 33 333 ≈ 69,2 МПа.

Для стали С245 расчётное сопротивление по пределу текучести в рассматриваемом диапазоне толщин может приниматься равным 240 МПа в соответствии с СП 16.13330.2017.

В принятой упрощённой модели:

69,2 МПа меньше 240 МПа.

Следовательно, по рассмотренной проверке нормального напряжения при изгибе сопротивления сечения достаточно.

Но это не означает, что лист толщиной 5 мм автоматически подходит для лестничного косоура.

Необходимо дополнительно проверить устойчивость элемента из плоскости, кручение, местную потерю устойчивости, срез, сварные соединения, опорные узлы и другие возможные предельные состояния.

Шаг 4. Проверяем прогиб косоура

Даже если элемент выдерживает расчётную нагрузку по прочности, он может оказаться недостаточно жёстким.

При ходьбе такая лестница будет заметно прогибаться или вибрировать.

Для свободно опёртой балки с равномерной нагрузкой максимальный прогиб определяется формулой:

f = 5 × q × L⁴ / (384 × E × I)

Где:

• f — максимальный прогиб, мм;

• q — погонная нагрузка, Н/мм;

• L — расчётный пролёт, мм;

• E — модуль упругости стали, Н/мм²;

• I — момент инерции сечения, мм⁴.

Для прямоугольного сечения момент инерции:

I = t × Hк³ / 12

Подставим значения:

I = 5 × 200³ / 12

I = 5 × 8 000 000 / 12 = 3 333 333 мм⁴.

Или:

I ≈ 333,33 см⁴.

Для расчёта прогиба используем:

• q = 2,05 Н/мм;

• L = 3000 мм;

• E = 210 000 Н/мм²;

• I = 3 333 333 мм⁴.

Получаем:

f = 5 × 2,05 × 3000⁴ / (384 × 210 000 × 3 333 333)

f ≈ 3,09 мм.

Таким образом, в принятой упрощённой модели расчётный прогиб составляет примерно 3,09 мм.

Для окончательной проверки необходимо определить применимый предельный прогиб по строительным нормам и условиям эксплуатации лестницы.

Кроме статического прогиба следует учитывать вибрации при ходьбе. Небольшой статический прогиб ещё не гарантирует отсутствие ощутимых колебаний.

Шаг 5. Проверяем устойчивость и пространственную жёсткость

Вертикальный стальной лист имеет существенно различающуюся жёсткость относительно двух направлений изгиба.

Он может хорошо сопротивляться изгибу в своей плоскости, но значительно хуже — изгибу и потере устойчивости из плоскости.

Для повышения пространственной жёсткости применяют:

• рёбра жёсткости;

• поперечные соединительные элементы;

• дополнительные полки и стенки;

• коробчатые и другие замкнутые сечения;

• пространственные рамы;

• усиленные опорные узлы.

Для монокосоуров особое значение имеет сопротивление кручению при несимметричной нагрузке.

Вывод: толщина листа — только один из параметров несущей конструкции. Увеличение толщины не всегда является самым эффективным способом повышения жёсткости. Иногда правильнее изменить высоту сечения, установить рёбра или использовать коробчатую конструкцию.

Как выбрать толщину листа под пролёт лестницы

Нельзя достоверно назначить минимальную толщину листа только по длине марша.

Например, два косоура толщиной 5 мм могут существенно отличаться по несущей способности, если один имеет высоту сечения 120 мм, а другой — 250 мм.

Кроме того, на результат влияют форма косоура, расположение опор, размеры площадок, конструкция ступеней и способ крепления каркаса к зданию.

Поэтому вместо универсальной таблицы допустимых пролётов рассмотрим, для чего могут использоваться разные толщины листового металла.

Важно: таблица показывает возможные области применения, а не нормативно допустимые пролёты. Толщина 4 мм не является универсальным обязательным минимумом, а 8 мм не гарантируют достаточную прочность при любом пролёте.

Окончательный выбор выполняется по результатам инженерного расчёта.

Почему увеличение толщины не всегда решает проблему

Для прямоугольного листового сечения момент инерции при изгибе в плоскости листа определяется выражением:

I = t × Hк³ / 12

Из этой формулы следует:

• момент инерции увеличивается пропорционально толщине листа;

• момент инерции увеличивается пропорционально кубу высоты сечения.

Например, увеличение толщины с 5 до 6 мм при неизменной высоте увеличивает момент инерции на 20%.

А увеличение высоты сечения с 200 до 240 мм при той же толщине повышает его приблизительно на 73%.

Это показывает, почему геометрия косоура может влиять на жёсткость сильнее, чем небольшое увеличение толщины стали.

Однако увеличивать высоту сечения без проверки устойчивости и конструкции соединений также нельзя.

Зачем нужны рёбра жёсткости

Рёбра жёсткости — важная часть многих цельносварных лестничных каркасов.

Они помогают воспринимать местные нагрузки, повышают устойчивость отдельных элементов и обеспечивают совместную работу деталей конструкции.

Основные функции рёбер жёсткости:

1. Повышение местной устойчивости. Рёбра препятствуют деформациям тонких стенок и отдельных пластин под нагрузкой.

2. Усиление опорных узлов. Дополнительные элементы применяют в местах передачи значительных усилий от ступеней, площадок и креплений.

3. Повышение пространственной жёсткости. Поперечные соединения обеспечивают совместную работу косоуров и других несущих элементов.

4. Усиление консольных элементов. Для ступеней, выступающих за пределы опор, предусматривают специальные кронштейны и усиленные соединения.

5. Передача нагрузок от ограждений. В местах крепления стоек могут потребоваться дополнительные опорные пластины и рёбра.

Где применяются рёбра жёсткости

Размеры рёбер, их толщина, расположение и сварные соединения определяются расчётом.

Чрезмерное количество рёбер не всегда улучшает конструкцию: оно увеличивает массу и трудоёмкость, а также может усложнять сварку и создавать дополнительные остаточные напряжения.

Сравнение цельносварного каркаса из листа и профильной трубы

И листовая сталь, и профильная труба могут использоваться для изготовления надёжных лестничных каркасов.

Главное отличие заключается не в том, что один материал обязательно прочнее другого, а в возможностях формирования несущего сечения и пространственной конструкции.

Для примера сравним два стальных элемента:

• вертикальный лист высотой 200 мм и толщиной 5 мм;

• прямоугольную профильную трубу с наружными размерами 100×50 мм и номинальной толщиной стенки 4 мм.

Для упрощённого сравнения используем геометрические характеристики идеализированных сечений без учёта радиусов углов трубы.

Что показывает сравнение:

Вертикальный лист высотой 200 мм имеет больший момент инерции относительно рассмотренной оси изгиба.

Однако профильная труба обладает замкнутым сечением, которое обычно эффективнее работает при кручении и изгибе в разных направлениях.

Поэтому нельзя сделать вывод, что листовой косоур всегда жёстче профильной трубы.

Какой каркас лучше для лестницы

Для простой лестницы с прямыми маршами профильная труба может быть рациональным решением по массе, стоимости и удобству изготовления.

Для каркасов сложной формы листовая сталь обеспечивает большую гибкость при проектировании косоуров, поворотных участков и опорных элементов.

В ряде случаев эффективна комбинированная конструкция, в которой используются листовые детали, профильные трубы и дополнительные рёбра жёсткости.

Выбор должен определяться не только типом проката, но и расчётом всей несущей системы.

Выбор марки стали для лестничного каркаса

Для изготовления металлических лестниц могут использоваться конструкционные стали разных классов прочности.

Выбор зависит от расчётных усилий, условий эксплуатации, свариваемости, требований к ударной вязкости и наличия материала.

Для листовой стали С245 в рассматриваемом диапазоне толщин расчётное сопротивление по пределу текучести может составлять 240 МПа согласно СП 16.13330.2017.

Для сталей более высоких классов значения расчётного сопротивления зависят от толщины проката, категории поставки и требований нормативных документов.

Нужно ли использовать более прочную сталь

Повышение класса прочности стали позволяет увеличить несущую способность элемента по некоторым предельным состояниям.

Однако модуль упругости распространённых конструкционных сталей практически одинаков.

Поэтому замена С245 на более прочную сталь без изменения геометрии сечения сама по себе не устранит чрезмерный прогиб или недостаточную пространственную жёсткость.

Для большинства обычных внутренних лестниц частных домов сталь С245 может быть рациональным выбором, если она обеспечивает необходимые характеристики по результатам расчёта.

Какая сталь подходит для наружных лестниц

Для уличных конструкций необходимо учитывать:

• расчётную температуру эксплуатации;

• требования к ударной вязкости;

• условия сварки;

• воздействие влаги и агрессивной среды;

• систему антикоррозийной защиты.

Важно понимать, что сталь С345 не становится автоматически более коррозионностойкой только благодаря повышенному классу прочности.

Стойкость наружной лестницы к коррозии определяется свойствами материала, качеством защитного покрытия, конструкцией узлов и условиями эксплуатации.

Как мы изготавливаем цельносварные каркасы лестниц

Изготовление цельносварного металлического каркаса включает несколько последовательных этапов.

1. Проектирование конструкции

На основании замеров помещения определяются:

• высота между чистовыми полами этажей;

• размеры лестничного проёма;

• конфигурация маршей и площадок;

• количество подъёмов и размеры ступеней;

• расположение опор;

• тип каркаса;

• толщина и сечения несущих элементов.

Разрабатываются рабочие чертежи и необходимые конструктивные решения.

2. Лазерная резка листового металла

Косоуры, опорные пластины, рёбра жёсткости и другие детали изготавливаются из листовой стали по цифровым чертежам.

Лазерная резка позволяет получать детали сложной формы с высокой повторяемостью геометрии.

При подготовке деталей учитываются требования к последующей сборке и сварке.

3. Сборка металлического каркаса

Подготовленные детали устанавливаются в проектное положение.

Проверяются размеры, углы, взаимное расположение косоуров, площадок и опорных элементов.

Для фиксации могут использоваться сборочные приспособления и кондукторы.

4. Сварка элементов

Соединение деталей выполняется сваркой, в том числе полуавтоматической в защитном газе (MIG/MAG).

Типы, размеры и протяжённость сварных швов определяются конструкцией узлов и рабочей документацией.

Важно: сплошной шов по всему контуру не является обязательным для каждого соединения. Правильно рассчитанный прерывистый шов также может быть допустимым, если он соответствует требованиям к конкретному узлу.

5. Контроль геометрии и качества соединений

После сварки проверяются основные размеры конструкции, положение опорных элементов и геометрия маршей.

Выполняется контроль сварных соединений в объёме, установленном проектной и производственной документацией.

При необходимости производится зачистка отдельных участков сварных швов без недопустимого уменьшения их расчётного сечения.

6. Антикоррозийная защита

После подготовки поверхности на каркас наносится защитное покрытие.

Для внутренних лестниц могут применяться грунтовочные, лакокрасочные и порошковые покрытия.

Для наружных конструкций система защиты подбирается с учётом влажности, температурных условий и ожидаемой коррозионной нагрузки.

Порошковая окраска обеспечивает декоративный внешний вид и защиту металла при соблюдении технологии подготовки поверхности и нанесения покрытия.

7. Доставка и монтаж

Готовый каркас доставляется на объект и устанавливается в проектное положение.

В зависимости от размеров и конструкции он может изготавливаться целиком или отдельными монтажными секциями.

Особое внимание уделяется креплению к перекрытиям, стенам и другим несущим конструкциям здания.

Надёжность лестницы зависит не только от прочности каркаса, но и от правильной передачи нагрузок на его опоры.

Частые ошибки при выборе толщины металла

1. Выбирать толщину только по длине марша.

Одинаковый пролёт не означает одинаковую нагрузку и жёсткость. Необходимо учитывать высоту и форму косоура, количество опор и пространственную схему.

2. Считать, что более толстый металл всегда лучше.

Увеличение толщины повышает массу конструкции и стоимость изготовления. Иногда эффективнее изменить сечение или добавить рассчитанные усиливающие элементы.

3. Не учитывать кручение косоура.

Особенно опасна такая ошибка при проектировании монокосоуров и лестниц с широкими ступенями.

4. Не проверять прогиб и вибрации.

Элемент может иметь достаточную прочность, но оставаться слишком гибким при ходьбе.

5. Не рассчитывать узлы крепления.

Даже прочный металлический каркас не будет безопасным при недостаточной несущей способности анкеров, закладных деталей или основания.

6. Использовать приблизительные расчёты как готовый проект.

Формулы для простой балки подходят для предварительных оценок, но не заменяют расчёт реальной лестничной конструкции с учётом её пространственной работы.

Частые вопросы (FAQ)

Почему нельзя использовать лист толщиной 3 мм, если упрощённый расчёт показывает достаточную прочность?

Проверка на изгиб не учитывает все возможные предельные состояния. Тонкий лист может иметь недостаточную местную или общую устойчивость, деформироваться при сварке и оказаться недостаточно жёстким при несимметричных нагрузках. Использование листа толщиной 3 мм возможно только для тех элементов, где его применение подтверждено проектным решением и расчётом.

Можно ли сделать лестничный каркас из листа толщиной 8 мм?

Да. Однако целесообразность такой толщины зависит от конструкции. Для одних лестниц лист 8 мм может быть избыточным, а для других даже этой толщины будет недостаточно без дополнительных рёбер или изменения формы сечения. Решение принимается по результатам расчёта прочности, устойчивости и жёсткости.

Чем отличается цельносварной каркас от каркаса из профильной трубы?

Цельносварной каркас характеризуется способом соединения несущих элементов в единую конструкцию. При этом он может изготавливаться как из листовой стали, так и из профильной трубы. Основные отличия листовых каркасов заключаются в возможности изготовления косоуров сложной формы и свободного выбора геометрии отдельных деталей. Оба варианта могут быть надёжными при правильном проектировании.

Нужна ли антикоррозийная обработка для внутренней лестницы?

Да, для обычных стальных лестничных каркасов рекомендуется защитное покрытие, которое препятствует коррозии и улучшает внешний вид конструкции. Для внутренних помещений могут применяться грунт-эмали и порошковая окраска. Конкретная система защиты выбирается с учётом условий эксплуатации и требований к поверхности.

Вывод: какую толщину металла выбрать для лестницы

Для изготовления цельносварных лестничных каркасов могут применяться листы толщиной 4, 5, 6, 8 мм и более.

Однако надёжность лестницы нельзя определить только по толщине металла.

Необходимо учитывать:

• длину и конфигурацию лестничных маршей;

• высоту и форму косоуров;

• расположение рёбер жёсткости;

• конструкцию ступеней и площадок;

• постоянные и временные нагрузки;

• пространственную жёсткость каркаса;

• сварные соединения;

• крепление лестницы к зданию.

Инженерный расчёт выполняется с учётом применимых требований СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» и СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» с действующими изменениями.

Компания «Империя Лестниц» изготавливает металлические каркасы лестниц по индивидуальным размерам. Конструкция, толщина металла и расположение усиливающих элементов подбираются с учётом особенностей объекта.

Оставьте заявку — рассчитаем конструкцию металлического каркаса и стоимость изготовления лестницы для вашего дома.