建筑防火設(shè)計(jì)中敞開(kāi)樓梯間的若干問(wèn)題分析

王偉

摘要：火災(zāi)作為一種嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全的災(zāi)害，一旦發(fā)生需要民眾快速撤出火場(chǎng)。在火災(zāi)發(fā)生的情況下，電力故障會(huì)導(dǎo)致電梯停運(yùn)，樓梯間成為民眾的快速撤離通道，也成為建筑防火設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)?；诖?，本論述結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)敞開(kāi)樓梯間的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行研究，以供相關(guān)工作人員參考。

關(guān)鍵詞：敞開(kāi)樓梯間;防火設(shè)計(jì);模擬分析

中圖分類號(hào)：TU 998.1??????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

樓梯間作為建筑疏散設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)科學(xué)性直接關(guān)系到民眾生命財(cái)產(chǎn)安全。國(guó)家相關(guān)規(guī)范對(duì)建筑樓梯間的設(shè)計(jì)提出較高的安全要求，建筑樓梯間應(yīng)具備防火、防煙功能，滿足樓梯間的安全疏散功能。隨著建筑形式的多樣化發(fā)展趨勢(shì)，此規(guī)定也呈現(xiàn)出較為顯著的地域局限性，比如南方地區(qū)外廊式建筑形式以及部分多層建筑等。因此，敞開(kāi)式樓梯間在一定條件下也可用于火災(zāi)疏散。針對(duì)敞開(kāi)樓梯間在建筑防火設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問(wèn)題成為相關(guān)部門的主要研究?jī)?nèi)容。

1 敞開(kāi)樓梯間在防火設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

從本質(zhì)層面分析，敞開(kāi)式樓梯間的結(jié)構(gòu)不具備密封性以及防煙條件，一旦建筑物發(fā)生火災(zāi)，極易導(dǎo)致火焰、煙氣沿樓道進(jìn)行蔓延，進(jìn)而導(dǎo)致阻礙疏散通道、降低可見(jiàn)度等情況發(fā)生，給建筑物內(nèi)的民眾帶來(lái)較大的生命威脅。敞開(kāi)樓梯間在方便人員疏散因素體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

（1 ）我國(guó)對(duì)設(shè)置敞開(kāi)樓梯間的建筑高度有嚴(yán)格要求，5層或5 層以下的建筑、不高于21 m 的民用建筑可設(shè)置敞開(kāi)式樓梯。建筑物內(nèi)的人員對(duì)路徑較為熟悉，緊急情況下可以用于疏散。

（2 ）敞開(kāi)式樓梯間在設(shè)計(jì)過(guò)程中通常不設(shè)置防火門，因此通道暢通性較高，緊急情況下對(duì)人員疏散的阻礙較低，疏散效率較高。

（3）敞開(kāi)式樓梯間目標(biāo)較大，便于尋找，在緊急情況下可以縮短尋找安全通道的時(shí)間，進(jìn)而提升疏散效率以及建筑安全性。

敞開(kāi)樓梯間的建筑內(nèi)防火墻分區(qū)面積計(jì)算方法，分為以下兩種。

（1 ）在規(guī)范允許的設(shè)置敞開(kāi)樓梯間的建筑中，對(duì)防火分區(qū)面積計(jì)算過(guò)程中，可將其視為建筑內(nèi)部上，下層相互聯(lián)通的開(kāi)口，具體計(jì)算中可對(duì)各層建筑面積不進(jìn)行疊加處理。比如某三層辦公樓，其單層面積約為1 500 m2，建筑總面積為4 500 m2，建筑內(nèi)部設(shè)置敞開(kāi)樓梯間，在實(shí)際進(jìn)行計(jì)算過(guò)程中，依照每層一個(gè)防火分區(qū)進(jìn)行計(jì)算。

（2 ）對(duì)于應(yīng)設(shè)置封閉樓梯間或防煙樓梯間的場(chǎng)所設(shè)置的敞開(kāi)樓梯間，在未采取防火分隔措施時(shí)，應(yīng)將敞開(kāi)樓梯間作為上、下層連通的開(kāi)口，敞開(kāi)樓梯間不應(yīng)作為疏散設(shè)施，防火分區(qū)建筑面積應(yīng)按上、下層相連通的建筑面積疊加計(jì)算。

2 案例概述

為詳細(xì)說(shuō)明敞開(kāi)樓梯間在建筑物防火設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可行性，本論述選取南方某地區(qū)敞開(kāi)外廊式建筑疏散樓梯間設(shè)計(jì)工程作為案例進(jìn)行闡述。案例工程為南方某地區(qū)新建建筑，為確保設(shè)計(jì)滿足我國(guó)頒布的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求，工程技術(shù)人員決定通過(guò)FDS火災(zāi)模擬法，建立建筑模型，分析該建筑設(shè)在火災(zāi)條件下，煙氣蔓延對(duì)樓梯間的影響，以驗(yàn)證工程設(shè)計(jì)的合規(guī)性。

3 模型建立過(guò)程

為驗(yàn)證外廊式建筑疏散樓梯的設(shè)計(jì)合理性，利用專業(yè)軟件建立該建筑模型，模型參數(shù)寬度、高度分別設(shè)計(jì)為6 m、32 m，層高、頂高分別為3 m、5 m，建筑共設(shè)計(jì)10層。技術(shù)人員選取建筑中部第五層敞開(kāi)式外廊作為研究對(duì)象，其規(guī)格參數(shù)設(shè)計(jì)為，敞開(kāi)式樓梯間寬度為4 m，直接與外廊相連接，外廊凈寬度為2 m。

在網(wǎng)格選擇設(shè)計(jì)方面，考慮到本次模擬主要針對(duì)煙氣在水平方向蔓延給樓梯間帶來(lái)的影響，由此，設(shè)計(jì)水平X軸方向以及其他方向網(wǎng)格尺寸分別為0.1 m、1 m。

本次模擬試驗(yàn)中所用火源為恒定火，依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，將火源功率設(shè)定為6 MW，火災(zāi)區(qū)域以及樓梯間之間的距離劃分為4個(gè)距離，分別為5 m、8 m、10 m、14 m。當(dāng)?shù)叵募九_(tái)風(fēng)較多，平均風(fēng)速可以達(dá)到25 m/s，冬季風(fēng)速為3 m/s。在試驗(yàn)中火區(qū)域設(shè)定為向樓梯間方向風(fēng)險(xiǎn)，分別在樓梯間入口處、樓梯內(nèi)側(cè)設(shè)置兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)區(qū)域溫度變化以及能見(jiàn)度進(jìn)行測(cè)量。為確保研究的科學(xué)性以及有效性，技術(shù)人員分別設(shè)計(jì)無(wú)風(fēng)、夏季風(fēng)、冬季風(fēng)、延長(zhǎng)外廊長(zhǎng)度等多種情況進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。

4 模擬試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 5 m條件下不同風(fēng)速模擬

試驗(yàn)人員在樓梯間著火區(qū)域5 m條件下對(duì)不同風(fēng)速條件下的煙氣蔓延情況進(jìn)行測(cè)定，對(duì)不同風(fēng)速條件下樓梯區(qū)域穩(wěn)定以及能見(jiàn)度變化情況進(jìn)行測(cè)定，并形成如圖 1 所示結(jié)果。在此條件下，無(wú)風(fēng)狀態(tài)以及風(fēng)速 25 m/s條件下的可見(jiàn)度均為30 m，因此存在重合情況。

由模擬試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果可得出以下三個(gè)結(jié)論：

（1 ）煙氣在無(wú)風(fēng)條件下大多沿外廊向室外擴(kuò)散，僅有少量煙氣蔓延進(jìn)樓梯間口區(qū)域。受此情況影響，樓梯口區(qū)域溫度出現(xiàn)一定波動(dòng)，由于蔓延進(jìn)入的煙氣量較少，溫度波動(dòng)幅度相對(duì)較低，且未對(duì)樓梯區(qū)域能見(jiàn)度造成影響。

（2 ）在夏季風(fēng)條件下的模擬結(jié)果顯示結(jié)果與無(wú)風(fēng)條件下的模擬結(jié)果大致相同，僅有少量煙氣蔓延至樓梯間區(qū)域，二者之間的主要差異在于無(wú)風(fēng)條件下煙氣向上蔓延影響模擬層上部樓梯，而夏季風(fēng)條件下，受風(fēng)速較大影響，煙氣向下蔓延影響下部樓梯，但是煙氣量均較少，且氣流流動(dòng)帶走大量高溫?zé)煔?，樓梯區(qū)域溫度以及能見(jiàn)度變化相對(duì)較少。F247811B-E680-41F4-92E0-34DFD6626189

（3）在冬季風(fēng)條件下的模擬結(jié)果顯示，大量煙氣蔓延至樓梯區(qū)域，區(qū)域內(nèi)溫度波動(dòng)幅度較大，整體呈現(xiàn)出大幅增高的趨勢(shì)，且能見(jiàn)度在煙氣影響下大幅下降。

4.2 冬季風(fēng)條件下模擬

依據(jù)上述模擬試驗(yàn)結(jié)果，技術(shù)人員重點(diǎn)對(duì)冬季風(fēng)條件下的煙氣蔓延進(jìn)行試驗(yàn)研究。具體試驗(yàn)過(guò)程中首先對(duì)8 m、14 m、16 m 條件下的煙氣蔓延情況進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)不同距離條件下樓梯區(qū)域的可見(jiàn)度以及溫度變化情況進(jìn)行測(cè)定，隨后形成如圖2 所示結(jié)果。

由模擬試驗(yàn)結(jié)果可得出以下結(jié)論：

（1 ）在距離為14 m 條件下的模擬結(jié)果顯示，在長(zhǎng)廊距離的影響下，大量煙氣蔓延至室外區(qū)域，僅有少量煙氣蔓延至樓梯區(qū)域。受此情況影響，樓梯區(qū)域的溫度以及能見(jiàn)度變化幅度不大，其中能見(jiàn)度僅在少量煙氣經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)區(qū)域時(shí)產(chǎn)生影響，短時(shí)間能見(jiàn)度急劇降低并快速恢復(fù)正常。

（2 ）在距離為10 m 條件下的模擬結(jié)果顯示，受長(zhǎng)廊長(zhǎng)度縮短影響，樓梯區(qū)域煙氣量存在一定程度的提升，樓梯口區(qū)域的溫度變化波動(dòng)增大，樓梯區(qū)域能見(jiàn)度隨煙氣量增多出現(xiàn)一定幅度的下降。

（3）在距離為8 m 條件下的模擬結(jié)果顯示，由于火災(zāi)發(fā)生區(qū)域與樓梯區(qū)域距離較近，大量煙氣聚集在長(zhǎng)廊之中，難以及時(shí)排出，樓梯口處聚集的煙氣也大幅提升并逐漸蔓延至樓梯間內(nèi)部，樓梯口區(qū)域溫度變化波動(dòng)急劇增大，樓梯間內(nèi)能見(jiàn)度也隨之大幅下降。

4.3 模擬試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

通過(guò)模擬試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可知，在冬季條件下，受較低風(fēng)速影響，建筑物內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，煙氣蔓延速度較慢，極易在室內(nèi)聚集，進(jìn)而導(dǎo)致煙氣蔓延至樓梯間范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)不同火災(zāi)發(fā)生區(qū)域與樓梯區(qū)域距離條件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)可知，在距離為5 m 條件下，大量煙氣蔓延至樓梯區(qū)域，區(qū)域內(nèi)溫度以及能見(jiàn)度變化幅度較大。在14 m 以及10 m 條件下，樓梯區(qū)域煙氣量相對(duì)較少，溫度、能見(jiàn)度變化幅度較小。在距離為8 m 條件下，樓梯區(qū)域能見(jiàn)度變化較為頻繁，火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙氣會(huì)不斷進(jìn)入樓梯區(qū)域之中。由此，可得出結(jié)論，8 m 為敞開(kāi)式長(zhǎng)廊建筑在風(fēng)速3 m/s 條件下的危險(xiǎn)臨界值。

5 敞開(kāi)樓梯間防火設(shè)計(jì)建議

依據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及防火工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，針對(duì)敞開(kāi)樓梯間防火設(shè)計(jì)應(yīng)注意遵循以下幾項(xiàng)建議。

（1 ）設(shè)計(jì)人員在工作過(guò)程中應(yīng)確保將起火房門與樓梯間之間的距離控制在8m 以上。

（2 ）在對(duì)敞開(kāi)樓梯間進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)在區(qū)域內(nèi)設(shè)置與樓梯入口通風(fēng)對(duì)流的外窗，避免大量煙氣蔓延至樓梯間內(nèi)。

（3）設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中應(yīng)注意將與樓梯間相連接的外廊完全敞開(kāi)，使其與室外空間區(qū)域直接連接。

（4 ）樓梯間內(nèi)墻區(qū)域以及樓梯入口正對(duì)面應(yīng)注意不設(shè)置功能房間的門窗洞口。

（5）外廊以及樓梯入口區(qū)域應(yīng)設(shè)置 0.5 m 以上的突出頂棚梁，時(shí)期承擔(dān)劃分防煙區(qū)的功能。

6 結(jié)束語(yǔ)

樓梯間作為建筑防火設(shè)計(jì)的重要組成部分，強(qiáng)化樓梯間設(shè)計(jì)科學(xué)性，對(duì)提升建筑整體防火設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要影響。本論述利用 FDS 對(duì)火災(zāi)情況進(jìn)行模擬，并探究不同風(fēng)速、起火區(qū)域及樓梯區(qū)域距離條件下，火焰以及煙氣帶來(lái)的影響。從試驗(yàn)結(jié)果得出兩個(gè)結(jié)論：（ 1）在弱風(fēng)條件下建筑物起火，煙氣會(huì)經(jīng)由外廊蔓延至相鄰樓梯間區(qū)域內(nèi)，造成較為嚴(yán)重的后果，在強(qiáng)風(fēng)條件下，煙氣會(huì)快速蔓延至室外，對(duì)樓梯間區(qū)域的影響相對(duì)較小;（2）當(dāng)起火區(qū)域與樓梯間之間距離在5 m 左右時(shí)，危險(xiǎn)性最大，當(dāng)距離達(dá)到8 m 時(shí)，危險(xiǎn)性會(huì)大幅降低，可以基本保證安全疏散人群。將走廊長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為9 m 時(shí)，消防安全性大幅提升。

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