계단을 설계, 배치, 설치할 때는 안전하고 머리가 닿지 않으며 가구를 운반하는 통로가 되도록 한다. 주택에는 대개 두 종류의 계단을 사용한다. 마감한 두 공간 사이에 설치하는 주 계단과 창고나 세탁실 또는 지하실이나 다락에 설치하는 계단이다. 주 계단은 편안하고 오르내리기 쉽게 설계해야 한다. 경사 급한 지하실이나 다락의 계단은 보통 비싼 자재를 사용하지 않는다. 그러나 지하실이나 다락을 주거공간으로 사용하는 계단의 규격은 주 계단과 비슷해야 한다. 계단은 현장에서 제작하거나 공장 제품을 구입해 설치할 수 있다.
계단 설계 용어
다음은 계단 설계에 있어 사용하는 용어들이다.<그림1~4 참조>
난간동자(Baluster) : 계단 옆이 막히지 않은 디딤판(Tread), 계단참(Landing) 혹은 발코니와 난간대 사이에 붙이는 보호용 수직 부재. <그림1D> 유효 깊이(Effective Depth) : 디딤판과 챌판(Risers)을 붙일 부분을 절단하거나 파낸 후 계단옆판(Stringer)에 남는 부분.<그림2> 난간(Guard) : 계단, 계단참 혹은 발코니의 개방된 부분 가장자리를 따라서 설치하는 벽 혹은 구멍이 뚫린 보호용 울타리. 난간대(Handrail) : 계단과 평행하게 최소한 한쪽에 설치하고 오르내리면서 사용하는 긴 손잡이. 머리높이(Headroom) : 디딤판 코(Nosing)의 바깥 선에서 천장 바닥까지의 수직 높이.<그림2> 계단참(Landing) : 계단에 딸린 단(Platform)으로 길이와 폭이 계단 폭과 최소한 같아야 한다. 일반적으로 계단의 방향을 직각으로 바꿀 때 사용하며 나선단(Winders)을 사용하지 않아도 된다. 엄지기둥(Newel) : 난간이 시작되는 지점과 끝나는 지점에 세우는 주 기둥으로 계단의 방향을 바꾸는 지점이나 계단참에 설치해 난간을 보강하는 데에 사용한다. 디딤판 코 : 챌판 밖으로 돌출된 디딤판 부분.<그림2> 챌면 : 계단의 한단 높이.<그림2> 닫힌 챌판(Closed Riser) : 디딤판 밑에 붙이는 수직 판재. 열린 챌판(Open Riser) : 디딤판 밑에 수직 판재(챌판)를 붙이지 않고 디딤판은 계단옆판으로만 지지된다. 디딤면(Run) : 챌판에서 챌판까지 디딤판의 실제 깊이.<그림2> 계단옆판 : 디딤판과 챌판을 지지하는 부재. 따낸 계단옆판(Cut-out 혹은 Open Stringer) : 디딤판과 챌판을 부착할 곳을 따낸 계단옆판.<그림3B, C> 파낸 계단옆판(Ploughed 혹은 Housed Stringer) : 디딤판과 챌판을 파낸 홈에 끼우게 만든 계단옆판.<그림1C> 계단 높이(Total Rise) : 마감된 바닥에서 마감된 바닥 사이의 수직 높이. 계단 깊이(Total Run) : 높이가 다른 두 마감 바닥의 한쪽에서 반대쪽 바닥까지의 수평거리. 디딤판 : 발을 딛는 계단의 수평면. 나선단 : 30도 각도의 중심점을 향하도록 만든 방사형이나 쐐기형 디딤판.
챌면과 디딤면의 비례
챌면과 디딤면은 규정에 따라 설치한다. 챌면은 7∼7-1/2인치(180∼190㎜), 디딤면은 9-3/4∼10-1/4인치(250∼265㎜)로 설치해야 안전성과 편리성을 모두 충족시키는 것으로 나타났다. 그렇다고 이 수치를 모든 공간에 적용할 수 있는 것은 아니다. 단독주택을 기준으로 하는 제한 규정은 아래와 같다. 최대 챌면은 7-7/8인치(200㎜), 최소 디딤면은 8-1/4인치(210㎜)다. 디딤판의 최소 폭은 9-1/4인치(235㎜). 또한 챌면의 최소 높이는 5인치(125㎜)고 디딤판 혹은 디딤면의 최대 깊이는 14인치(355㎜)다.
계단 설계
계단의 방향을 바꿀 때에는 중간에 계단참 대신 직선 혹은 두 개 이상의 디딤면을 사용하는 것이 가장 좋다. 안전한 방법은 계단의 방향을 바꿀 때마다 계단참을 두는 것이다. 나선단이라 불리는 방사형 디딤판으로 방향을 바꾸는 방법도 괜찮다. 모든 계단참의 길이와 폭은 계단 폭보다 작으면 안 되고 벽면과 벽만 사이를 측정한 폭이 34인치(860㎜) 이상이어야 한다.
<그림4>는 계단 설계의 다양한 유형을 보여준다. 만일 공간이 좁아서 나선단을 써야 하는 경우에는 단의 각도를 30도로 하는 것이 좋다. 계단의 위치, 폭 그리고 필요에 따라서 계단참이 정해지면 챌면과 디딤면을 결정한다. 챌면을 정하려면 높이가 다른 두 층의 마감된 바닥 사이의 높이를 정확하게 측정한 후, 그 높이를 챌면 높이인 7-1/4인치(184㎜)로 나눈다. 이렇게 하면 계단의 총 높이에 필요한 챌판의 수를 알 수 있다. 수치가 소수점으로 나오면 반올림한다. 더불어 계단의 깊이를 디딤판의 수로 나누면 디딤판의 폭을 얻을 수 있다. 예를 들어 계단 높이가 8피트 11인치(107in. 2718㎜)인데 챌면을 7-1/4인치(184㎜)로 정하면 14.8장의 챌판이 필요하게 된다.
계단옆판
디딤판과 챌판은 항상 계단옆판으로 튼튼하게 지지하고 올바른 위치에 부착해야 한다. 계단옆판은 디딤판과 챌판의 외곽선에 맞게 따내거나<그림1D 및 3B, C> 파낸다.<그림1C>
길이에 따라 계단옆판이 지지되는 경우는 그 두께를 1인치(25㎜) 미만으로 해서는 안 되며 계단옆판의 위 끝과 아래 끝만 지지되는 경우에는 두께를 1-1/2인치(38㎜) 미만으로 만들어서는 안 된다. 계단옆판의 전체 폭은 최소한 9-1/4인치(235㎜)로 하고 디딤판과 챌판을 붙이고 잘라낸 후 남는 폭은 3-1/2인치(90㎜) 이상이어야 한다. 계단 폭이 35인치(900㎜)를 초과하면 계단옆판을 하나 더 사용한다. 디딤판의 앞부분을 챌판이 지지하면 계단 폭을 29인치(750㎜) 이하이거나 막힌 챌판이 디딤판을 지지할 경우 디딤판의 최소 두께를 1인치(25㎜)까지 할 수 있다.
벽에 붙는 계단옆판 뒤에는 쐐기를 박게끔 충분한 틈을 두고 디딤판과 챌판의 횡단면에 정확히 맞게 파낸다.<그림1C> 챌판의 상단은 디딤판 바닥에 붙이고 직각 삼각형 나무토막을 양쪽 표면에 접착제를 발라 붙이며 연결 부분을 보강하기 위해서 나사못을 박는다. 챌판의 바닥은 디딤판 뒤에 나사못으로 붙인다.<그림1B> 또 다른 시공법으로는 챌판의 위쪽에 ‘凸’을 만들어 디딤판의 앞부분 밑에 끼우고, 디딤판 뒤에는 다음 챌판 바닥을 끼운다.<그림1A> 벽에 붙이는 계단옆판에는 디딤판과 챌판 뒤에 못을 박는다. 디딤판과 챌판은 서로 결합해서 벽에 붙는 계단옆판의 디딤판 코에 끼우고 접착제를 바른 쐐기를 뒤에 박아서 튼튼하게 만든다. 벽에 붙는 마감재로 계단옆판은 디딤판과 챌판 단면 위 부분만 노출돼 벽에 붙은 마감재로 보인다. 이를 위층과 아래층 걸레받이와 연결시키는 경우도 종종 있다.
만일 바깥쪽 계단옆판이 개방되는 설계라면 디딤판과 챌판을 붙이기 위해 계단옆판을 잘라낼 수도 있다. 챌판 모서리는 계단옆판 모서리와 연귀맞춤을 하고 디딤판 코는 계단옆판 면을 따라서 바깥 끝을 둥글게 한다.<그림1D>
엄지기둥, 난간대 및 난간
난간은 열린 공간의 가장자리에 설치돼 추락을 방지하며 계단과 평행인 난간대는 오르내릴 때 손으로 잡는 용도로 활용된다. 3단 이상의 디딤판으로 이루어진 계단은 한 층에서 다른 층까지 연결되는 난간을 설치해야 하며 계단 폭이 43인치(1100㎜) 이상이면 양쪽에 난간대를 설치한다. 양쪽 벽 사이에 놓인 계단에는 브래킷(Brackets)을 벽의 단단한 골조에 붙여서 난간대를 설치한다. 한쪽 혹은 양쪽이 모두 트인 계단의 난간대는 일반적으로 난간동자에 의해서 그리고 끝은 엄지기둥에 의해서 지지된다. 난간 높이는 디딤판 코의 선(Nosing Line)으로부터 32∼38인치(800∼965㎜) 위에, 벽면에서 최소한 1-5/8인치(40㎜)를 떼어서 설치하고 손이 스칠 때 연결을 끊는 장애물이 있어서는 안 된다.
인근 바닥보다 24인치(600㎜) 이상 높은 계단참과 발코니의 열린 공간 가장자리와 열린 부분에는 난간을 둬야 한다. 난간은 열린 공간 가장자리와 열린 계단의 디딤판 코에서 반드시 35인치(900㎜) 이상 높이에 설치해야 한다. 한쪽 혹은 양쪽 모두가 열린 계단에는 난간대를 설치한다. 외부 발코니, 계단참, 포치(Porches) 혹은 덱(Decks)의 높이가 지면에서 5피트 11인치(1800㎜) 이상이면, 난간의 높이는 42인치(1070㎜) 이상이어야 한다. 난간동자의 간격 사이로 직경이 4인치(100㎜)인 구형 물체가 빠져나가서는 안 된다.
지하실 계단
지하실 계단의 디딤판과 챌판은 일반적으로 파낸 계단옆판으로 지지한다.<그림3A> 그러나 따낸 계단옆판에 디딤판을 붙일 수도 있다. 이 외에 가끔 사용하는 또 다른 시공법으로는 따낸 계단옆판을 마감 부재에 못으로 부착하기도 한다.<그림3C>
외부 계단과 단(stoops)
주택 내부의 계단설계와 같이 포치의 계단 혹은 테라스 진입용 계단 디딤판의 챌판 비례도 신중하게 검토해야 한다. 디딤판과 챌판의 비례는 앞에서 설명한 주 계단의 비례를 초과해서는 안 된다.
외부 계단과 단은 지지기반이 좋아야 한다. 만일 기초를 별도로 설치하는 경우 동결선 아래 지반 위에 기초를 세워야 한다. 현관으로 들어가는 외부 계단 혹은 단은 흔히 조립식 제품을 사용하는데, 이 제품은 습기에 강하고 잘 얼지 않으며 충격에도 강하다. 계단과 단을 현장에서 시공한다면 기포가 5∼8퍼센트 포함되고 압축강도가 3600psi(25Mpa)이상인 콘크리트를 사용한다.田
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