建筑防火設(shè)計中敞開樓梯間的若干問題分析

王偉

摘要：火災作為一種嚴重威脅人民生命財產(chǎn)安全的災害，一旦發(fā)生需要民眾快速撤出火場。在火災發(fā)生的情況下，電力故障會導致電梯停運，樓梯間成為民眾的快速撤離通道，也成為建筑防火設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。基于此，本論述結(jié)合實際案例，對敞開樓梯間的設(shè)計問題進行研究，以供相關(guān)工作人員參考。

關(guān)鍵詞：敞開樓梯間;防火設(shè)計;模擬分析

中圖分類號：TU 998.1??????????????????????????????????????? 文獻標志碼：A

0 引言

樓梯間作為建筑疏散設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計科學性直接關(guān)系到民眾生命財產(chǎn)安全。國家相關(guān)規(guī)范對建筑樓梯間的設(shè)計提出較高的安全要求，建筑樓梯間應具備防火、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，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，敞開式樓梯間在一定條件下也可用于火災疏散。針對敞開樓梯間在建筑防火設(shè)計中的應用問題成為相關(guān)部門的主要研究內(nèi)容。

1 敞開樓梯間在防火設(shè)計中的應用價值

從本質(zhì)層面分析，敞開式樓梯間的結(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，極易導致火焰、煙氣沿樓道進行蔓延，進而導致阻礙疏散通道、降低可見度等情況發(fā)生，給建筑物內(nèi)的民眾帶來較大的生命威脅。敞開樓梯間在方便人員疏散因素體現(xiàn)在以下幾點。

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

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

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

敞開樓梯間的建筑內(nèi)防火墻分區(qū)面積計算方法，分為以下兩種。

（1 ）在規(guī)范允許的設(shè)置敞開樓梯間的建筑中，對防火分區(qū)面積計算過程中，可將其視為建筑內(nèi)部上，下層相互聯(lián)通的開口，具體計算中可對各層建筑面積不進行疊加處理。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)置敞開樓梯間，在實際進行計算過程中，依照每層一個防火分區(qū)進行計算。

（2 ）對于應設(shè)置封閉樓梯間或防煙樓梯間的場所設(shè)置的敞開樓梯間，在未采取防火分隔措施時，應將敞開樓梯間作為上、下層連通的開口，敞開樓梯間不應作為疏散設(shè)施，防火分區(qū)建筑面積應按上、下層相連通的建筑面積疊加計算。

2 案例概述

為詳細說明敞開樓梯間在建筑物防火設(shè)計中的應用可行性，本論述選取南方某地區(qū)敞開外廊式建筑疏散樓梯間設(shè)計工程作為案例進行闡述。案例工程為南方某地區(qū)新建建筑，為確保設(shè)計滿足我國頒布的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》要求，工程技術(shù)人員決定通過FDS火災模擬法，建立建筑模型，分析該建筑設(shè)在火災條件下，煙氣蔓延對樓梯間的影響，以驗證工程設(shè)計的合規(guī)性。

3 模型建立過程

為驗證外廊式建筑疏散樓梯的設(shè)計合理性，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)計為6 m、32 m，層高、頂高分別為3 m、5 m，建筑共設(shè)計10層。技術(shù)人員選取建筑中部第五層敞開式外廊作為研究對象，其規(guī)格參數(shù)設(shè)計為，敞開式樓梯間寬度為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)計方面，考慮到本次模擬主要針對煙氣在水平方向蔓延給樓梯間帶來的影響，由此，設(shè)計水平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，火災區(qū)域以及樓梯間之間的距離劃分為4個距離，分別為5 m、8 m、10 m、14 m。當?shù)叵募九_風較多，平均風速可以達到25 m/s，冬季風速為3 m/s。在試驗中火區(qū)域設(shè)定為向樓梯間方向風險，分別在樓梯間入口處、樓梯內(nèi)側(cè)設(shè)置兩個檢測點，分別對區(qū)域溫度變化以及能見度進行測量。為確保研究的科學性以及有效性，技術(shù)人員分別設(shè)計無風、夏季風、冬季風、延長外廊長度等多種情況進行模擬實驗。

4 模擬試驗結(jié)果分析

4.1 5 m條件下不同風速模擬

試驗人員在樓梯間著火區(qū)域5 m條件下對不同風速條件下的煙氣蔓延情況進行測定，對不同風速條件下樓梯區(qū)域穩(wěn)定以及能見度變化情況進行測定，并形成如圖 1 所示結(jié)果。在此條件下，無風狀態(tài)以及風速 25 m/s條件下的可見度均為30 m，因此存在重合情況。

由模擬試驗測定結(jié)果可得出以下三個結(jié)論：

（1 ）煙氣在無風條件下大多沿外廊向室外擴散，僅有少量煙氣蔓延進樓梯間口區(qū)域。受此情況影響，樓梯口區(qū)域溫度出現(xiàn)一定波動，由于蔓延進入的煙氣量較少，溫度波動幅度相對較低，且未對樓梯區(qū)域能見度造成影響。

（2 ）在夏季風條件下的模擬結(jié)果顯示結(jié)果與無風條件下的模擬結(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風條件下煙氣向上蔓延影響模擬層上部樓梯，而夏季風條件下，受風速較大影響，煙氣向下蔓延影響下部樓梯，但是煙氣量均較少，且氣流流動帶走大量高溫煙氣，樓梯區(qū)域溫度以及能見度變化相對較少。F247811B-E680-41F4-92E0-34DFD6626189

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

4.2 冬季風條件下模擬

依據(jù)上述模擬試驗結(jié)果，技術(shù)人員重點對冬季風條件下的煙氣蔓延進行試驗研究。具體試驗過程中首先對8 m、14 m、16 m 條件下的煙氣蔓延情況進行測定，并對不同距離條件下樓梯區(qū)域的可見度以及溫度變化情況進行測定，隨后形成如圖2 所示結(jié)果。

由模擬試驗結(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)域的溫度以及能見度變化幅度不大，其中能見度僅在少量煙氣經(jīng)過測點區(qū)域時產(chǎn)生影響，短時間能見度急劇降低并快速恢復正常。

（2 ）在距離為10 m 條件下的模擬結(jié)果顯示，受長廊長度縮短影響，樓梯區(qū)域煙氣量存在一定程度的提升，樓梯口區(qū)域的溫度變化波動增大，樓梯區(qū)域能見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，由于火災發(fā)生區(qū)域與樓梯區(qū)域距離較近，大量煙氣聚集在長廊之中，難以及時排出，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)域溫度變化波動急劇增大，樓梯間內(nèi)能見度也隨之大幅下降。

4.3 模擬試驗結(jié)果對比

通過模擬試驗所得數(shù)據(jù)可知，在冬季條件下，受較低風速影響，建筑物內(nèi)一旦發(fā)生火災，煙氣蔓延速度較慢，極易在室內(nèi)聚集，進而導致煙氣蔓延至樓梯間范圍內(nèi)。通過對不同火災發(fā)生區(qū)域與樓梯區(qū)域距離條件進行模擬實驗可知，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)域煙氣量相對較少，溫度、能見度變化幅度較小。在距離為8 m 條件下，樓梯區(qū)域能見度變化較為頻繁，火災發(fā)生時煙氣會不斷進入樓梯區(qū)域之中。由此，可得出結(jié)論，8 m 為敞開式長廊建筑在風速3 m/s 條件下的危險臨界值。

5 敞開樓梯間防火設(shè)計建議

依據(jù)模擬實驗結(jié)果以及防火工程設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)，針對敞開樓梯間防火設(shè)計應注意遵循以下幾項建議。

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

（2 ）在對敞開樓梯間進行設(shè)計過程中，應在區(qū)域內(nèi)設(shè)置與樓梯入口通風對流的外窗，避免大量煙氣蔓延至樓梯間內(nèi)。

（3）設(shè)計人員在實際工作中應注意將與樓梯間相連接的外廊完全敞開，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面應注意不設(shè)置功能房間的門窗洞口。

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

6 結(jié)束語

樓梯間作為建筑防火設(shè)計的重要組成部分，強化樓梯間設(shè)計科學性，對提升建筑整體防火設(shè)計質(zhì)量具有重要影響。本論述利用 FDS 對火災情況進行模擬，并探究不同風速、起火區(qū)域及樓梯區(qū)域距離條件下，火焰以及煙氣帶來的影響。從試驗結(jié)果得出兩個結(jié)論：（ 1）在弱風條件下建筑物起火，煙氣會經(jīng)由外廊蔓延至相鄰樓梯間區(qū)域內(nèi)，造成較為嚴重的后果，在強風條件下，煙氣會快速蔓延至室外，對樓梯間區(qū)域的影響相對較小;（2）當起火區(qū)域與樓梯間之間距離在5 m 左右時，危險性最大，當距離達到8 m 時，危險性會大幅降低，可以基本保證安全疏散人群。將走廊長度設(shè)計為9 m 時，消防安全性大幅提升。

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