Передвижение по лестницам и пандусам
Подъем по лестнице является довольно большой физической нагрузкой: при нормальной скорости передвижения энергозатраты могут достигать 63кДж/мин, что равно энергозатратам при ходьбе по ровной поверхности со скоростью 3 км/ч с заплечным грузом 1000 Н. Поэтому желательно, чтобы конструкции лестниц были близки к оптимальным.
Оптимальные размеры ступеней определяются на основе двух групп требований: во-первых, соответствия размеров ступеней размерам тела человека и кинематике и, во-вторых, минимального уровня энергозатрат при подъеме по лестнице. Лестницы, удовлетворяющие этим требованиям, являются в то же время наиболее безопасными.
К первой группе относятся три требования. Первое требование состоит в том, чтобы размеры ступеней соответствовали естественной длине шага. Средняя длина шага при так называемой бытовой ходьбе, т.е. при неторопливой ходьбе с естественной для данного человека скоростью, когда он не знает, что за ним наблюдают, равна примерно утроенной длине стопы или более точно у мужчин 74 мм, у женщин 634 мм.
Придерживаясь нижнего из указанных значений, выводим формулу, определяющую соотношение высоты и ширины ступеней (рис. 25):
2 a + b = 630 мм или с учетом 5-процентной ошибки
2 a + b = 600...660 мм.
Рис. 25. Схематичное представление соотношения между длиной стопы, шириной и высотой ступеней лестниц (а) и варианты неправильного выбора размера ступеней лестницы; слишком широкие ступени при малых высотах (б); слишком узкие ступени при больших высотах (в)
Лестницы, удовлетворяющие этому требованию, считаются правильно построенными (что отражено в руководствах по строительству и нормативных актах).
Второе требование заключается в том, чтобы ширина ступеней превышала длину стопы. При подъеме это не столь важно, но при спуске малые размеры ступеней заставляют разворачивать стопу и опускаться боком (это касается прежде всего высокорослых людей), что приводит к неестественной походке и увеличивает опасность падения. Отсюда следует, что ширина ступеней должна быть не менее 280 - 300 мм.
Третье требование заключается в том, что высота ступеней, очевидно, не должна превышать половины шага, то есть примерно 310 мм (в частности, при подъеме по вертикальной лестнице).
Оптимальные размеры ступеней соответствуют углу наклона лестничных сходов 300. Однако такие лестницы занимают большое пространство, и архитекторы часто вынуждены использовать более отвесные лестницы, менее благоприятные по сравнению с оптимальными, приноравливаясь к конкретным условиям. Например, при высоте межэтажных перекрытий, равной 2600 мм, приемлемой при подъеме с энергетической точки зрения, является лестница из 12 ступенек, каждая высотой 217 мм и шириной 241...245 мм, что соответствует углу наклона лестницы около 420. Спуск по такой лестнице будет, однако, доставлять неудобство людям со стопой больших размеров. Такие лестницы возможны, если ими пользуются лишь молодые и здоровые люди.
Помимо лестниц порой используют наклонные плоскости (пандусы). Подъем по лестнице, имеющей тот же угол, что и пандус, более экономичен. Поэтому, их рекомендуется использовать при уклонах не более 100– 120.
При передвижениях по пандусам минимум энергозатрат достигается при ходьбе с относительно небольшой длиной шагов (порядка 400 мм).
При недостатке места (чаще всего на транспорте) применяют крутые лестницы (трапы). Лестницы с крутизной свыше 790опасны для передвижения и считаются нежелательными. На очень крутых лестницах (в особенности на вертикальных) проекция центра масс человека не проходит через площадь опоры и удержаться в равновесии можно только за счет хвата руками за перила или лестницу.
При соображениях, как безопасности, так и энергетического оптимума рекомендуется использовать лестницы с высотой ступенек не более 240... 250 мм (при обусловленном выше пределе 310 мм). К сожалению, конструкторы (в частности, железнодорожных вагонов, трамваев, автобусов и троллейбусов) не всегда придерживаются этого правила: высота ступеней оказывается чрезмерной. На трапах должны быть обязательно перила. Расстояние до перил должно позволять держаться за них человеку невысокого роста, стоящему в любом месте трапа.
В производственной практике часто используют приставные лестницы. Неосторожная или неправильная работа на них может привести к падениям, тяжелым травмам. По статистике в 66 % случаев (из общего числа 248) причиной падения было скольжение лестницы. Остальные 34 % связаны с оступанием при подъеме по лестнице.
На выбор оптимального угла приставной лестницы влияют два обстоятельства: опасность соскальзывания лестницы и опасность оступания. Эти влияния разнонаправленны: чем круче угол наклона лестницы, тем меньше опасность, что она соскользнет, но тем выше опасность оступиться, и наоборот.
Вывод из этих биомеханических исследований таков: если коэффициент трения между ножками лестницы, опорой и стеной достаточно высок или лестница закреплена, следует рекомендовать ее устанавливать под углом 700, относя нижний конец от стены на расстояние, равное примерно одной трети лестницы.
Длину приставных лестниц выбирают с таким расчетом, чтобы при максимальном подъеме над стопами оставалось 900 - 1200 мм, которые необходимы для сохранения равновесия.