淺析樓梯的規范性設計與實際使用的安全性之間矛盾

■ 陳 鵬 Chen Peng

0 引言

隨著建筑工程多層化、綜合化的不斷發展，建筑的火災危險性也在不斷增大。建筑物發生火災時，必須保證室內人員盡可能不受到大火產生的煙氣和毒氣的傷害，同時要保證生命通道的暢通，做到室內人員的盡快撤離，疏散通道必須在關鍵時刻發揮其應該具有的作用。《建筑設計防火規范》（GB50016—2006）制定了各類民用建筑安全疏散的的技術規定，明確了安全出口、安全疏散距離、疏散走道、疏散樓梯以及疏散門的總寬度要求。在實際設計過程中，設計人員大多能按照規范進行設計，在設計的經濟性與設計所滿足的規范性之間達到平衡。但筆者在調研中發現，很多民用建筑的疏散樓梯與規范規定的條文擦邊，僅剛好滿足規范的要求，但在實際的使用過程中，卻出現樓梯疏散時過于擁擠，疏散速度過慢的現象。特別是教學樓等一些公共建筑，下課時，大量的學生在同一時刻通過樓梯，出現樓梯過度擁擠，行走異常緩慢的情況。試想，如果突發火災，那么該建筑還能否進行正常的疏散，學生的生命安全能否得到保證？答案很顯然是否定的，因為正常的使用都存在疏散速度慢的問題，那么火災發生時，疏散人員在心情急迫的情況下，肯定難以順暢地通過樓梯進行逃生。因此設計人員應該時刻提醒自己防范于未然，以避免重大事故的發生，同時勇于創新，突破延續已久的設計做法，進行創新設計。

1 樓梯設計與使用中存在的問題

教學樓的交通體系包括出入口、門廳、以及與之相聯系的水平交通聯系部分（走廊）、垂直交通聯系部分（樓梯），這部分面積約為教學樓建筑面積的30%～35%。在設計中，如何既能滿足交通、疏散要求，又能最大限度地節省交通面積，是一個重要問題。部分學校在教學樓設計過程中，為了最大程度地實現經濟性，在設計疏散通道時僅能滿足規范的最低要求，有的甚至還不能滿足設計規范，因此在建成之后，往往會出現使用不方便或者存在潛在的危險[1]。

《建筑設計防火規范》（GB50016—2006）規定了學校等公共建筑每層的疏散走道、疏散樓梯寬度的百人指標（表1）。在樓層不同的情況下，百人指標所規定的疏散凈寬度是不一樣的，但我們在設計時卻存在一個由來已久的現象：疏散樓梯的寬度并沒有隨著樓層的變化而變化。這樣雖然按照百人指標滿足了規范要求，但在實際的使用過程中卻出現了諸多不便。比如在教學樓設計時，上下層樓梯寬度一致是最普遍的設計做法，但下課時，眾多班級同時下課，同時使用樓梯到達地面。在這個使用過程中，有一個客觀存在的現象。以一棟五層教學樓為例，下課時，五樓的學生走五樓樓梯往下，由于五樓樓梯就只有五樓學生使用，在上下樓層疏散樓梯寬度不變的情況下，這個樓梯使用起來就很舒適，疏散時也不顯得擁擠，但樓層逐步往下，學生人數就越多，不同樓層的學生人流合并給下面樓層樓梯帶來疏散壓力，相比上層樓梯，人數會逐層遞增，那么越往下，樓梯就越擁擠，疏散速度就會受到影響，在正常下課時，都難以達到迅速疏散的目的，在火災發生時能不能迅速疏散就可想而知了。

圖1所示為教學樓四層平面圖局部，共計8個教室，每個教室容納人數為60人，全部教室都上課的情況下，每班還有一名教師，那么該樓層的疏散人數為60×8+8=488人，平面設計有兩部樓梯，按人流平均分配計算，疏散時每部樓梯的負擔是244人，該平面設計樓梯的開間尺寸為3.3m，扣除0.24m的墻厚，剩下的樓梯凈寬為3.3-0.24=3.06m。用表1中的百人指標核算，所需要的疏散樓梯凈寬度應該為244/100×1.00=2.44m，再考慮中間梯井寬度，則該樓梯間的梯間凈寬度應該＞4.88m，而當前設計才3.06m，是嚴重不合乎規范的。考慮上下樓層人流合并的因素，越靠下的樓層，人流勢必就越大，樓梯的疏散壓力會更大，在目前設計的樓梯情況下，即便在日常教學過程中，都會出現疏散過分擁擠的局面，一旦遭遇火災，其疏散情況更是嚴峻，甚至會造成嚴重的后果。因此，對于目前大量項目的設計審批，都存在不合乎規范的現象，存在大量的安全隱患，作為設計建設方，應當充分認識到事情的嚴重性，至少應當做到合理規范設計。

2 考慮人流合并時的樓梯設計

圖1 某醫學院教學樓四層平面圖局部

目前，樓梯設計施工均按照現行規范進行，所以無論怎樣的建筑形式，其樓梯設計各層大小均相同，樓梯的寬度也是均一的，沒有考慮人流合并帶來的樓梯疏散寬度的變化。日本東京早稻田大學的研究人員對樓梯間內的人流合并特性進行了深入研究，且用模擬的方式進行了說明[2]。研究發現，當各層樓梯間人流密度較小時，不同樓層之間的人流合并比較容易，顯然，如果各層樓梯間的人流密度大，那么上下層之間的人流合并就變得困難，將直接影響樓梯間人流的疏散速度。同時模擬分析還發現，當樓梯間的門始終處于開啟狀態時，人流合并比較容易。因此，我們在進行樓梯的設計時，是否能打破傳統的設計規范，將樓梯的疏散效率提高，以更方便于日常的疏散流動和火災發生時的人流疏散。

2.1 樓梯間分層設計思路

參照表1中所規定的百人指標，按每個樓層所包含的房間數目估算每個樓層的使用人數，再考慮人流合并對樓梯疏散的影響，在滿足規范要求的基礎上，適當放寬尺寸，以提高樓梯間使用的舒適性，也就是說對不同樓層的樓梯間進行分層設計。如果我們還以圖1的醫學院教學樓平面作為討論對象，對其平面設計進行優化創新設計。從原設計中給定了該教學樓總共6層，每層均設計有8班60人教室，考慮教師在內，每層滿員上課，下課或者逃生疏散時人流平均分配，每層的兩部樓梯疏散人數為244人，考慮人流合并以及人流疏散速度，六層以下各層的疏散樓梯人數可能會大于244人。因此，我們在設計時可以將不同樓層的樓梯間進行分層考慮，在不同樓層的樓梯間尺寸上進行浮動擴大（圖2）[3]，將原有樓梯間的3.3m的凈開間放寬至5.4m，那么在疏散時考慮人流速度影響之外，還將有數量不小的人流從五、六層樓梯間下到四樓的樓梯間，與四層疏散人流合并，在擴大樓梯間的凈開間尺寸之后，人流疏散時就勢必在原有基礎上變得松散，減小了擁擠程度，從而有利于提高疏散速度。因此，在未達到地面時，越往下，樓梯間的尺寸就變得越大，人流疏散時就會顯得寬松舒適。

表1 疏散走道、安全出口、疏散樓梯和房間疏散門每100人的凈寬度/m

2.2 樓梯間分層設計后的影響因素分析

圖2 某醫學院教學樓擴大樓梯間后四層平面圖局部

上面內容提到了樓梯間的分層設計思路，可以在一定程度上提高人流集中時疏散的舒適度，但是在分層設計時尺度究竟應該放寬多少，也就是放寬的幅度應該為多大，分層設計之后所帶來的原有的結構設計及技術經濟指標的變化，以及樓梯間的防火防煙問題等等，甚至在結構上是否能夠順利實現樓梯間的分層不等尺寸設計，都是一系列要認真思考的問題。

在考慮人流合并的影響之后，樓梯間在疏散本層樓梯除了負擔本層人流之外，還要負擔其上各層人流的疏散，因為人流的行走速度影響，在疏散時來自上層的人流不會全部與本層的人流同時疏散，也就是說，當上層人流到達本層時，本層已經有部分人流疏散走了，而且樓層數相差越大，疏散走的人流就越多，從這個角度分析，越接近地面的樓梯間，其人流相對于上面的樓梯間而言，人流發生擁擠的可能性就越小。這樣看來，似乎越往下，樓梯間的尺寸可以適當緊縮，這樣又與上面所分析的樓梯間分層擴大設計相矛盾了。但在樓梯間實際使用的過程中，的確存在集中疏散時過分擁擠，疏散速度過慢的情況，怎樣才能既保證經濟性，又達到人流較快速度的疏散，是目前要權衡的問題，需要模擬分析來確定結論。

2.3 樓梯間分層設計前的模擬疏散探討

要確定樓梯間按樓層擴大設計的幅度以及是否需要在某些層擴大，單靠理論來分析似乎略顯單薄。因此設計前，我們可以在某棟建筑的樓梯間內進行模擬疏散。準備條件可以參照以下步驟進行：首先按照現有的樓梯凈寬按照百人指標選取滿額人流站在各層樓梯間之外的遠近不同位置，在保證各層樓梯照明正常，樓梯疏散門正常，以及梯間內無任何障礙的情況下，各層人流同時以正常的速度行走至樓梯間，這樣，樓梯間的內外均有大量的人流，對于同一樓層的樓梯間而言，距離樓梯間近的人流先到達樓梯間，可能當這部分人流已經疏散走了之后，上層的距離樓梯間遠的那部分人流才達到樓梯間，與下層的部分人流合并通過下層樓梯間疏散，這樣一來人流合并之后的人數是不是大于合并前的數量就要由模擬疏散得出。如果模擬實驗得出的結論是合并后人流小于等于合并前的人流數，則可不進行分層擴大設計，如果模擬實驗得出的結論是合并后的人流遠大于合并前該樓層的人流數，那么就可以考慮采用樓梯間分層設計思路，提高樓梯的疏散能力，以及使用時的舒適性。

3 樓梯設計創新的展望

樓梯是建筑使用時的垂直交通設施，它的尺寸設計是否合理直接影響到建筑的功能、經濟、疏散安全等一系列重大問題。過去一直由建筑師根據經驗確定樓梯間以及相關部位尺寸的方法有很大的局限性，影響著樓梯在使用過程中的舒適性，因此，發現使用中的問題，提出創新的思路，打破當前樓梯設計的傳統做法是相關設計人員要進行的工作。

除了樓梯間的分層設計之外，我們還可以對樓梯的豎向布置等方面進行創新，傳統樓梯梯段的水平投影處于同一位置，樓梯豎向的重疊，使空間緊湊，也加強了建筑內部的秩序性，使人們很容易識別，人流疏散時間較短、效率較高，同時樓梯空間也容易封閉，容易滿足防火防煙的要求。但采用這種布置方式時人們走的是S形路線，經常需要轉向。因此，人們行走時會感覺枯燥乏味。鑒于諸多長期存在的問題，我們可以在傳統雙跑樓梯的基礎上，結合樓梯分層設計，在原有樓梯間的基礎上在不同樓層按需要擴大樓梯間，甚至在不同樓梯間針對不同情況采用不同的樓梯形式，將多種樓梯形式整合在一棟建筑之內，以滿足使用的要求，提高使用時的舒適性。這種方案相對于原有的設計來說在經濟方面的投入是否能夠滿足要求，在人們固有的使用習慣上是否適應，這都要仔細推敲。新的設計思路在實施的過程需要不停地探索，評估新思路的最好方法莫過于通過使用來反映存在的問題，反復推敲，不斷提高，才能得到真正的新思路。

[1].萬恒.建筑設計中樓梯的布置方式[J].建筑建材裝飾，2009，10（8）：66-67.

[2].直廣竹一. 樓梯間內人流合并特性研究[J]. 消防科學與技術，2007，26（4）：363-366.

[3].王峰.淺談中小學教學樓的交通設計[J]，石河子科技2010.1：60-61.