淺析樓梯的規(guī)范性設(shè)計(jì)與實(shí)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(fā)展，建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性也在不斷增大。建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，必須保證室內(nèi)人員盡可能不受到大火產(chǎn)生的煙氣和毒氣的傷害，同時(shí)要保證生命通道的暢通，做到室內(nèi)人員的盡快撤離，疏散通道必須在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮其應(yīng)該具有的作用?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016—2006）制定了各類民用建筑安全疏散的的技術(shù)規(guī)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(mén)的總寬度要求。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員大多能按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與設(shè)計(jì)所滿足的規(guī)范性之間達(dá)到平衡。但筆者在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，很多民用建筑的疏散樓梯與規(guī)范規(guī)定的條文擦邊，僅剛好滿足規(guī)范的要求，但在實(shí)際的使用過(guò)程中，卻出現(xiàn)樓梯疏散時(shí)過(guò)于擁擠，疏散速度過(guò)慢的現(xiàn)象。特別是教學(xué)樓等一些公共建筑，下課時(shí)，大量的學(xué)生在同一時(shí)刻通過(guò)樓梯，出現(xiàn)樓梯過(guò)度擁擠，行走異常緩慢的情況。試想，如果突發(fā)火災(zāi)，那么該建筑還能否進(jìn)行正常的疏散，學(xué)生的生命安全能否得到保證？答案很顯然是否定的，因?yàn)檎５氖褂枚即嬖谑枭⑺俣嚷膯?wèn)題，那么火災(zāi)發(fā)生時(shí)，疏散人員在心情急迫的情況下，肯定難以順暢地通過(guò)樓梯進(jìn)行逃生。因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該時(shí)刻提醒自己防范于未然，以避免重大事故的發(fā)生，同時(shí)勇于創(chuàng)新，突破延續(xù)已久的設(shè)計(jì)做法，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1 樓梯設(shè)計(jì)與使用中存在的問(wèn)題

教學(xué)樓的交通體系包括出入口、門(mén)廳、以及與之相聯(lián)系的水平交通聯(lián)系部分（走廊）、垂直交通聯(lián)系部分（樓梯），這部分面積約為教學(xué)樓建筑面積的30%～35%。在設(shè)計(jì)中，如何既能滿足交通、疏散要求，又能最大限度地節(jié)省交通面積，是一個(gè)重要問(wèn)題。部分學(xué)校在教學(xué)樓設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了最大程度地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，在設(shè)計(jì)疏散通道時(shí)僅能滿足規(guī)范的最低要求，有的甚至還不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，因此在建成之后，往往會(huì)出現(xiàn)使用不方便或者存在潛在的危險(xiǎn)[1]。

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016—2006）規(guī)定了學(xué)校等公共建筑每層的疏散走道、疏散樓梯寬度的百人指標(biāo)（表1）。在樓層不同的情況下，百人指標(biāo)所規(guī)定的疏散凈寬度是不一樣的，但我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)卻存在一個(gè)由來(lái)已久的現(xiàn)象：疏散樓梯的寬度并沒(méi)有隨著樓層的變化而變化。這樣雖然按照百人指標(biāo)滿足了規(guī)范要求，但在實(shí)際的使用過(guò)程中卻出現(xiàn)了諸多不便。比如在教學(xué)樓設(shè)計(jì)時(shí)，上下層樓梯寬度一致是最普遍的設(shè)計(jì)做法，但下課時(shí)，眾多班級(jí)同時(shí)下課，同時(shí)使用樓梯到達(dá)地面。在這個(gè)使用過(guò)程中，有一個(gè)客觀存在的現(xiàn)象。以一棟五層教學(xué)樓為例，下課時(shí)，五樓的學(xué)生走五樓樓梯往下，由于五樓樓梯就只有五樓學(xué)生使用，在上下樓層疏散樓梯寬度不變的情況下，這個(gè)樓梯使用起來(lái)就很舒適，疏散時(shí)也不顯得擁擠，但樓層逐步往下，學(xué)生人數(shù)就越多，不同樓層的學(xué)生人流合并給下面樓層樓梯帶來(lái)疏散壓力，相比上層樓梯，人數(shù)會(huì)逐層遞增，那么越往下，樓梯就越擁擠，疏散速度就會(huì)受到影響，在正常下課時(shí)，都難以達(dá)到迅速疏散的目的，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能不能迅速疏散就可想而知了。

圖1所示為教學(xué)樓四層平面圖局部，共計(jì)8個(gè)教室，每個(gè)教室容納人數(shù)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(shù)為60×8+8=488人，平面設(shè)計(jì)有兩部樓梯，按人流平均分配計(jì)算，疏散時(shí)每部樓梯的負(fù)擔(dān)是244人，該平面設(shè)計(jì)樓梯的開(kāi)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(biāo)核算，所需要的疏散樓梯凈寬度應(yīng)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(yīng)該＞4.88m，而當(dāng)前設(shè)計(jì)才3.06m，是嚴(yán)重不合乎規(guī)范的。考慮上下樓層人流合并的因素，越靠下的樓層，人流勢(shì)必就越大，樓梯的疏散壓力會(huì)更大，在目前設(shè)計(jì)的樓梯情況下，即便在日常教學(xué)過(guò)程中，都會(huì)出現(xiàn)疏散過(guò)分擁擠的局面，一旦遭遇火災(zāi)，其疏散情況更是嚴(yán)峻，甚至?xí)斐蓢?yán)重的后果。因此，對(duì)于目前大量項(xiàng)目的設(shè)計(jì)審批，都存在不合乎規(guī)范的現(xiàn)象，存在大量的安全隱患，作為設(shè)計(jì)建設(shè)方，應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到事情的嚴(yán)重性，至少應(yīng)當(dāng)做到合理規(guī)范設(shè)計(jì)。

2 考慮人流合并時(shí)的樓梯設(shè)計(jì)

圖1 某醫(yī)學(xué)院教學(xué)樓四層平面圖局部

目前，樓梯設(shè)計(jì)施工均按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行，所以無(wú)論怎樣的建筑形式，其樓梯設(shè)計(jì)各層大小均相同，樓梯的寬度也是均一的，沒(méi)有考慮人流合并帶來(lái)的樓梯疏散寬度的變化。日本東京早稻田大學(xué)的研究人員對(duì)樓梯間內(nèi)的人流合并特性進(jìn)行了深入研究，且用模擬的方式進(jìn)行了說(shuō)明[2]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)各層樓梯間人流密度較小時(shí)，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(shí)模擬分析還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樓梯間的門(mén)始終處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，人流合并比較容易。因此，我們?cè)谶M(jìn)行樓梯的設(shè)計(jì)時(shí)，是否能打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，將樓梯的疏散效率提高，以更方便于日常的疏散流動(dòng)和火災(zāi)發(fā)生時(shí)的人流疏散。

2.1 樓梯間分層設(shè)計(jì)思路

參照表1中所規(guī)定的百人指標(biāo)，按每個(gè)樓層所包含的房間數(shù)目估算每個(gè)樓層的使用人數(shù)，再考慮人流合并對(duì)樓梯疏散的影響，在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)放寬尺寸，以提高樓梯間使用的舒適性，也就是說(shuō)對(duì)不同樓層的樓梯間進(jìn)行分層設(shè)計(jì)。如果我們還以圖1的醫(yī)學(xué)院教學(xué)樓平面作為討論對(duì)象，對(duì)其平面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。從原設(shè)計(jì)中給定了該教學(xué)樓總共6層，每層均設(shè)計(jì)有8班60人教室，考慮教師在內(nèi)，每層滿員上課，下課或者逃生疏散時(shí)人流平均分配，每層的兩部樓梯疏散人數(shù)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(shù)可能會(huì)大于244人。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)可以將不同樓層的樓梯間進(jìn)行分層考慮，在不同樓層的樓梯間尺寸上進(jìn)行浮動(dòng)擴(kuò)大（圖2）[3]，將原有樓梯間的3.3m的凈開(kāi)間放寬至5.4m，那么在疏散時(shí)考慮人流速度影響之外，還將有數(shù)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(kuò)大樓梯間的凈開(kāi)間尺寸之后，人流疏散時(shí)就勢(shì)必在原有基礎(chǔ)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(dá)到地面時(shí)，越往下，樓梯間的尺寸就變得越大，人流疏散時(shí)就會(huì)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(mén)每100人的凈寬度/m

2.2 樓梯間分層設(shè)計(jì)后的影響因素分析

圖2 某醫(yī)學(xué)院教學(xué)樓擴(kuò)大樓梯間后四層平面圖局部

上面內(nèi)容提到了樓梯間的分層設(shè)計(jì)思路，可以在一定程度上提高人流集中時(shí)疏散的舒適度，但是在分層設(shè)計(jì)時(shí)尺度究竟應(yīng)該放寬多少，也就是放寬的幅度應(yīng)該為多大，分層設(shè)計(jì)之后所帶來(lái)的原有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的變化，以及樓梯間的防火防煙問(wèn)題等等，甚至在結(jié)構(gòu)上是否能夠順利實(shí)現(xiàn)樓梯間的分層不等尺寸設(shè)計(jì)，都是一系列要認(rèn)真思考的問(wèn)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(fù)擔(dān)本層人流之外，還要負(fù)擔(dān)其上各層人流的疏散，因?yàn)槿肆鞯男凶咚俣扔绊?，在疏散時(shí)來(lái)自上層的人流不會(huì)全部與本層的人流同時(shí)疏散，也就是說(shuō)，當(dāng)上層人流到達(dá)本層時(shí)，本層已經(jīng)有部分人流疏散走了，而且樓層數(shù)相差越大，疏散走的人流就越多，從這個(gè)角度分析，越接近地面的樓梯間，其人流相對(duì)于上面的樓梯間而言，人流發(fā)生擁擠的可能性就越小。這樣看來(lái)，似乎越往下，樓梯間的尺寸可以適當(dāng)緊縮，這樣又與上面所分析的樓梯間分層擴(kuò)大設(shè)計(jì)相矛盾了。但在樓梯間實(shí)際使用的過(guò)程中，的確存在集中疏散時(shí)過(guò)分擁擠，疏散速度過(guò)慢的情況，怎樣才能既保證經(jīng)濟(jì)性，又達(dá)到人流較快速度的疏散，是目前要權(quán)衡的問(wèn)題，需要模擬分析來(lái)確定結(jié)論。

2.3 樓梯間分層設(shè)計(jì)前的模擬疏散探討

要確定樓梯間按樓層擴(kuò)大設(shè)計(jì)的幅度以及是否需要在某些層擴(kuò)大，單靠理論來(lái)分析似乎略顯單薄。因此設(shè)計(jì)前，我們可以在某棟建筑的樓梯間內(nèi)進(jìn)行模擬疏散。準(zhǔn)備條件可以參照以下步驟進(jìn)行：首先按照現(xiàn)有的樓梯凈寬按照百人指標(biāo)選取滿額人流站在各層樓梯間之外的遠(yuǎn)近不同位置，在保證各層樓梯照明正常，樓梯疏散門(mén)正常，以及梯間內(nèi)無(wú)任何障礙的情況下，各層人流同時(shí)以正常的速度行走至樓梯間，這樣，樓梯間的內(nèi)外均有大量的人流，對(duì)于同一樓層的樓梯間而言，距離樓梯間近的人流先到達(dá)樓梯間，可能當(dāng)這部分人流已經(jīng)疏散走了之后，上層的距離樓梯間遠(yuǎn)的那部分人流才達(dá)到樓梯間，與下層的部分人流合并通過(guò)下層樓梯間疏散，這樣一來(lái)人流合并之后的人數(shù)是不是大于合并前的數(shù)量就要由模擬疏散得出。如果模擬實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是合并后人流小于等于合并前的人流數(shù)，則可不進(jìn)行分層擴(kuò)大設(shè)計(jì)，如果模擬實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是合并后的人流遠(yuǎn)大于合并前該樓層的人流數(shù)，那么就可以考慮采用樓梯間分層設(shè)計(jì)思路，提高樓梯的疏散能力，以及使用時(shí)的舒適性。

3 樓梯設(shè)計(jì)創(chuàng)新的展望

樓梯是建筑使用時(shí)的垂直交通設(shè)施，它的尺寸設(shè)計(jì)是否合理直接影響到建筑的功能、經(jīng)濟(jì)、疏散安全等一系列重大問(wèn)題。過(guò)去一直由建筑師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定樓梯間以及相關(guān)部位尺寸的方法有很大的局限性，影響著樓梯在使用過(guò)程中的舒適性，因此，發(fā)現(xiàn)使用中的問(wèn)題，提出創(chuàng)新的思路，打破當(dāng)前樓梯設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)做法是相關(guān)設(shè)計(jì)人員要進(jìn)行的工作。

除了樓梯間的分層設(shè)計(jì)之外，我們還可以對(duì)樓梯的豎向布置等方面進(jìn)行創(chuàng)新，傳統(tǒng)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(qiáng)了建筑內(nèi)部的秩序性，使人們很容易識(shí)別，人流疏散時(shí)間較短、效率較高，同時(shí)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(shí)人們走的是S形路線，經(jīng)常需要轉(zhuǎn)向。因此，人們行走時(shí)會(huì)感覺(jué)枯燥乏味。鑒于諸多長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，我們可以在傳統(tǒng)雙跑樓梯的基礎(chǔ)上，結(jié)合樓梯分層設(shè)計(jì)，在原有樓梯間的基礎(chǔ)上在不同樓層按需要擴(kuò)大樓梯間，甚至在不同樓梯間針對(duì)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(nèi)，以滿足使用的要求，提高使用時(shí)的舒適性。這種方案相對(duì)于原有的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)在經(jīng)濟(jì)方面的投入是否能夠滿足要求，在人們固有的使用習(xí)慣上是否適應(yīng)，這都要仔細(xì)推敲。新的設(shè)計(jì)思路在實(shí)施的過(guò)程需要不停地探索，評(píng)估新思路的最好方法莫過(guò)于通過(guò)使用來(lái)反映存在的問(wèn)題，反復(fù)推敲，不斷提高，才能得到真正的新思路。

[1].萬(wàn)恒.建筑設(shè)計(jì)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(nèi)人流合并特性研究[J]. 消防科學(xué)與技術(shù)，2007，26（4）：363-366.

[3].王峰.淺談中小學(xué)教學(xué)樓的交通設(shè)計(jì)[J]，石河子科技2010.1：60-61.