浅析楼梯的规范性设计与实际使用的安全性之间矛盾

■ 陈 鹏 Chen Peng

0 引言

随着建筑工程多层化、综合化的不断发展，建筑的火灾危险性也在不断增大。建筑物发生火灾时，必须保证室内人员尽可能不受到大火产生的烟气和毒气的伤害，同时要保证生命通道的畅通，做到室内人员的尽快撤离，疏散通道必须在关键时刻发挥其应该具有的作用。《建筑设计防火规范》（GB50016—2006）制定了各类民用建筑安全疏散的的技术规定，明确了安全出口、安全疏散距离、疏散走道、疏散楼梯以及疏散门的总宽度要求。在实际设计过程中，设计人员大多能按照规范进行设计，在设计的经济性与设计所满足的规范性之间达到平衡。但笔者在调研中发现，很多民用建筑的疏散楼梯与规范规定的条文擦边，仅刚好满足规范的要求，但在实际的使用过程中，却出现楼梯疏散时过于拥挤，疏散速度过慢的现象。特别是教学楼等一些公共建筑，下课时，大量的学生在同一时刻通过楼梯，出现楼梯过度拥挤，行走异常缓慢的情况。试想，如果突发火灾，那么该建筑还能否进行正常的疏散，学生的生命安全能否得到保证？答案很显然是否定的，因为正常的使用都存在疏散速度慢的问题，那么火灾发生时，疏散人员在心情急迫的情况下，肯定难以顺畅地通过楼梯进行逃生。因此设计人员应该时刻提醒自己防范于未然，以避免重大事故的发生，同时勇于创新，突破延续已久的设计做法，进行创新设计。

1 楼梯设计与使用中存在的问题

教学楼的交通体系包括出入口、门厅、以及与之相联系的水平交通联系部分（走廊）、垂直交通联系部分（楼梯），这部分面积约为教学楼建筑面积的30%～35%。在设计中，如何既能满足交通、疏散要求，又能最大限度地节省交通面积，是一个重要问题。部分学校在教学楼设计过程中，为了最大程度地实现经济性，在设计疏散通道时仅能满足规范的最低要求，有的甚至还不能满足设计规范，因此在建成之后，往往会出现使用不方便或者存在潜在的危险[1]。

《建筑设计防火规范》（GB50016—2006）规定了学校等公共建筑每层的疏散走道、疏散楼梯宽度的百人指标（表1）。在楼层不同的情况下，百人指标所规定的疏散净宽度是不一样的，但我们在设计时却存在一个由来已久的现象：疏散楼梯的宽度并没有随着楼层的变化而变化。这样虽然按照百人指标满足了规范要求，但在实际的使用过程中却出现了诸多不便。比如在教学楼设计时，上下层楼梯宽度一致是最普遍的设计做法，但下课时，众多班级同时下课，同时使用楼梯到达地面。在这个使用过程中，有一个客观存在的现象。以一栋五层教学楼为例，下课时，五楼的学生走五楼楼梯往下，由于五楼楼梯就只有五楼学生使用，在上下楼层疏散楼梯宽度不变的情况下，这个楼梯使用起来就很舒适，疏散时也不显得拥挤，但楼层逐步往下，学生人数就越多，不同楼层的学生人流合并给下面楼层楼梯带来疏散压力，相比上层楼梯，人数会逐层递增，那么越往下，楼梯就越拥挤，疏散速度就会受到影响，在正常下课时，都难以达到迅速疏散的目的，在火灾发生时能不能迅速疏散就可想而知了。

图1所示为教学楼四层平面图局部，共计8个教室，每个教室容纳人数为60人，全部教室都上课的情况下，每班还有一名教师，那么该楼层的疏散人数为60×8+8=488人，平面设计有两部楼梯，按人流平均分配计算，疏散时每部楼梯的负担是244人，该平面设计楼梯的开间尺寸为3.3m，扣除0.24m的墙厚，剩下的楼梯净宽为3.3-0.24=3.06m。用表1中的百人指标核算，所需要的疏散楼梯净宽度应该为244/100×1.00=2.44m，再考虑中间梯井宽度，则该楼梯间的梯间净宽度应该＞4.88m，而当前设计才3.06m，是严重不合乎规范的。考虑上下楼层人流合并的因素，越靠下的楼层，人流势必就越大，楼梯的疏散压力会更大，在目前设计的楼梯情况下，即便在日常教学过程中，都会出现疏散过分拥挤的局面，一旦遭遇火灾，其疏散情况更是严峻，甚至会造成严重的后果。因此，对于目前大量项目的设计审批，都存在不合乎规范的现象，存在大量的安全隐患，作为设计建设方，应当充分认识到事情的严重性，至少应当做到合理规范设计。

2 考虑人流合并时的楼梯设计

图1 某医学院教学楼四层平面图局部

目前，楼梯设计施工均按照现行规范进行，所以无论怎样的建筑形式，其楼梯设计各层大小均相同，楼梯的宽度也是均一的，没有考虑人流合并带来的楼梯疏散宽度的变化。日本东京早稻田大学的研究人员对楼梯间内的人流合并特性进行了深入研究，且用模拟的方式进行了说明[2]。研究发现，当各层楼梯间人流密度较小时，不同楼层之间的人流合并比较容易，显然，如果各层楼梯间的人流密度大，那么上下层之间的人流合并就变得困难，将直接影响楼梯间人流的疏散速度。同时模拟分析还发现，当楼梯间的门始终处于开启状态时，人流合并比较容易。因此，我们在进行楼梯的设计时，是否能打破传统的设计规范，将楼梯的疏散效率提高，以更方便于日常的疏散流动和火灾发生时的人流疏散。

2.1 楼梯间分层设计思路

参照表1中所规定的百人指标，按每个楼层所包含的房间数目估算每个楼层的使用人数，再考虑人流合并对楼梯疏散的影响，在满足规范要求的基础上，适当放宽尺寸，以提高楼梯间使用的舒适性，也就是说对不同楼层的楼梯间进行分层设计。如果我们还以图1的医学院教学楼平面作为讨论对象，对其平面设计进行优化创新设计。从原设计中给定了该教学楼总共6层，每层均设计有8班60人教室，考虑教师在内，每层满员上课，下课或者逃生疏散时人流平均分配，每层的两部楼梯疏散人数为244人，考虑人流合并以及人流疏散速度，六层以下各层的疏散楼梯人数可能会大于244人。因此，我们在设计时可以将不同楼层的楼梯间进行分层考虑，在不同楼层的楼梯间尺寸上进行浮动扩大（图2）[3]，将原有楼梯间的3.3m的净开间放宽至5.4m，那么在疏散时考虑人流速度影响之外，还将有数量不小的人流从五、六层楼梯间下到四楼的楼梯间，与四层疏散人流合并，在扩大楼梯间的净开间尺寸之后，人流疏散时就势必在原有基础上变得松散，减小了拥挤程度，从而有利于提高疏散速度。因此，在未达到地面时，越往下，楼梯间的尺寸就变得越大，人流疏散时就会显得宽松舒适。

表1 疏散走道、安全出口、疏散楼梯和房间疏散门每100人的净宽度/m

2.2 楼梯间分层设计后的影响因素分析

图2 某医学院教学楼扩大楼梯间后四层平面图局部

上面内容提到了楼梯间的分层设计思路，可以在一定程度上提高人流集中时疏散的舒适度，但是在分层设计时尺度究竟应该放宽多少，也就是放宽的幅度应该为多大，分层设计之后所带来的原有的结构设计及技术经济指标的变化，以及楼梯间的防火防烟问题等等，甚至在结构上是否能够顺利实现楼梯间的分层不等尺寸设计，都是一系列要认真思考的问题。

在考虑人流合并的影响之后，楼梯间在疏散本层楼梯除了负担本层人流之外，还要负担其上各层人流的疏散，因为人流的行走速度影响，在疏散时来自上层的人流不会全部与本层的人流同时疏散，也就是说，当上层人流到达本层时，本层已经有部分人流疏散走了，而且楼层数相差越大，疏散走的人流就越多，从这个角度分析，越接近地面的楼梯间，其人流相对于上面的楼梯间而言，人流发生拥挤的可能性就越小。这样看来，似乎越往下，楼梯间的尺寸可以适当紧缩，这样又与上面所分析的楼梯间分层扩大设计相矛盾了。但在楼梯间实际使用的过程中，的确存在集中疏散时过分拥挤，疏散速度过慢的情况，怎样才能既保证经济性，又达到人流较快速度的疏散，是目前要权衡的问题，需要模拟分析来确定结论。

2.3 楼梯间分层设计前的模拟疏散探讨

要确定楼梯间按楼层扩大设计的幅度以及是否需要在某些层扩大，单靠理论来分析似乎略显单薄。因此设计前，我们可以在某栋建筑的楼梯间内进行模拟疏散。准备条件可以参照以下步骤进行：首先按照现有的楼梯净宽按照百人指标选取满额人流站在各层楼梯间之外的远近不同位置，在保证各层楼梯照明正常，楼梯疏散门正常，以及梯间内无任何障碍的情况下，各层人流同时以正常的速度行走至楼梯间，这样，楼梯间的内外均有大量的人流，对于同一楼层的楼梯间而言，距离楼梯间近的人流先到达楼梯间，可能当这部分人流已经疏散走了之后，上层的距离楼梯间远的那部分人流才达到楼梯间，与下层的部分人流合并通过下层楼梯间疏散，这样一来人流合并之后的人数是不是大于合并前的数量就要由模拟疏散得出。如果模拟实验得出的结论是合并后人流小于等于合并前的人流数，则可不进行分层扩大设计，如果模拟实验得出的结论是合并后的人流远大于合并前该楼层的人流数，那么就可以考虑采用楼梯间分层设计思路，提高楼梯的疏散能力，以及使用时的舒适性。

3 楼梯设计创新的展望

楼梯是建筑使用时的垂直交通设施，它的尺寸设计是否合理直接影响到建筑的功能、经济、疏散安全等一系列重大问题。过去一直由建筑师根据经验确定楼梯间以及相关部位尺寸的方法有很大的局限性，影响着楼梯在使用过程中的舒适性，因此，发现使用中的问题，提出创新的思路，打破当前楼梯设计的传统做法是相关设计人员要进行的工作。

除了楼梯间的分层设计之外，我们还可以对楼梯的竖向布置等方面进行创新，传统楼梯梯段的水平投影处于同一位置，楼梯竖向的重叠，使空间紧凑，也加强了建筑内部的秩序性，使人们很容易识别，人流疏散时间较短、效率较高，同时楼梯空间也容易封闭，容易满足防火防烟的要求。但采用这种布置方式时人们走的是S形路线，经常需要转向。因此，人们行走时会感觉枯燥乏味。鉴于诸多长期存在的问题，我们可以在传统双跑楼梯的基础上，结合楼梯分层设计，在原有楼梯间的基础上在不同楼层按需要扩大楼梯间，甚至在不同楼梯间针对不同情况采用不同的楼梯形式，将多种楼梯形式整合在一栋建筑之内，以满足使用的要求，提高使用时的舒适性。这种方案相对于原有的设计来说在经济方面的投入是否能够满足要求，在人们固有的使用习惯上是否适应，这都要仔细推敲。新的设计思路在实施的过程需要不停地探索，评估新思路的最好方法莫过于通过使用来反映存在的问题，反复推敲，不断提高，才能得到真正的新思路。

[1].万恒.建筑设计中楼梯的布置方式[J].建筑建材装饰，2009，10（8）：66-67.

[2].直广竹一. 楼梯间内人流合并特性研究[J]. 消防科学与技术，2007，26（4）：363-366.

[3].王峰.浅谈中小学教学楼的交通设计[J]，石河子科技2010.1：60-61.