建筑防火设计中敞开楼梯间的若干问题分析

王伟

摘要：火灾作为一种严重威胁人民生命财产安全的灾害，一旦发生需要民众快速撤出火场。在火灾发生的情况下，电力故障会导致电梯停运，楼梯间成为民众的快速撤离通道，也成为建筑防火设计中的重要环节。基于此，本论述结合实际案例，对敞开楼梯间的设计问题进行研究，以供相关工作人员参考。

关键词：敞开楼梯间;防火设计;模拟分析

中图分类号：TU 998.1                                        文献标志码：A

0 引言

楼梯间作为建筑疏散设计中的重要环节，其设计科学性直接关系到民众生命财产安全。国家相关规范对建筑楼梯间的设计提出较高的安全要求，建筑楼梯间应具备防火、防烟功能，满足楼梯间的安全疏散功能。随着建筑形式的多样化发展趋势，此规定也呈现出较为显著的地域局限性，比如南方地区外廊式建筑形式以及部分多层建筑等。因此，敞开式楼梯间在一定条件下也可用于火灾疏散。针对敞开楼梯间在建筑防火设计中的应用问题成为相关部门的主要研究内容。

1 敞开楼梯间在防火设计中的应用价值

从本质层面分析，敞开式楼梯间的结构不具备密封性以及防烟条件，一旦建筑物发生火灾，极易导致火焰、烟气沿楼道进行蔓延，进而导致阻碍疏散通道、降低可见度等情况发生，给建筑物内的民众带来较大的生命威胁。敞开楼梯间在方便人员疏散因素体现在以下几点。

（1 ）我国对设置敞开楼梯间的建筑高度有严格要求，5层或5 层以下的建筑、不高于21 m 的民用建筑可设置敞开式楼梯。建筑物内的人员对路径较为熟悉，紧急情况下可以用于疏散。

（2 ）敞开式楼梯间在设计过程中通常不设置防火门，因此通道畅通性较高，紧急情况下对人员疏散的阻碍较低，疏散效率较高。

（3）敞开式楼梯间目标较大，便于寻找，在紧急情况下可以缩短寻找安全通道的时间，进而提升疏散效率以及建筑安全性。

敞开楼梯间的建筑内防火墙分区面积计算方法，分为以下两种。

（1 ）在规范允许的设置敞开楼梯间的建筑中，对防火分区面积计算过程中，可将其视为建筑内部上，下层相互联通的开口，具体计算中可对各层建筑面积不进行叠加处理。比如某三层办公楼，其单层面积约为1 500 m2，建筑总面积为4 500 m2，建筑内部设置敞开楼梯间，在实际进行计算过程中，依照每层一个防火分区进行计算。

（2 ）对于应设置封闭楼梯间或防烟楼梯间的场所设置的敞开楼梯间，在未采取防火分隔措施时，应将敞开楼梯间作为上、下层连通的开口，敞开楼梯间不应作为疏散设施，防火分区建筑面积应按上、下层相连通的建筑面积叠加计算。

2 案例概述

为详细说明敞开楼梯间在建筑物防火设计中的应用可行性，本论述选取南方某地区敞开外廊式建筑疏散楼梯间设计工程作为案例进行阐述。案例工程为南方某地区新建建筑，为确保设计满足我国颁布的《建筑设计防火规范》要求，工程技术人员决定通过FDS火灾模拟法，建立建筑模型，分析该建筑设在火灾条件下，烟气蔓延对楼梯间的影响，以验证工程设计的合规性。

3 模型建立过程

为验证外廊式建筑疏散楼梯的设计合理性，利用专业软件建立该建筑模型，模型参数宽度、高度分别设计为6 m、32 m，层高、顶高分别为3 m、5 m，建筑共设计10层。技术人员选取建筑中部第五层敞开式外廊作为研究对象，其规格参数设计为，敞开式楼梯间宽度为4 m，直接与外廊相连接，外廊净宽度为2 m。

在网格选择设计方面，考虑到本次模拟主要针对烟气在水平方向蔓延给楼梯间带来的影响，由此，设计水平X轴方向以及其他方向网格尺寸分别为0.1 m、1 m。

本次模拟试验中所用火源为恒定火，依据相关规范要求，将火源功率设定为6 MW，火灾区域以及楼梯间之间的距離划分为4个距离，分别为5 m、8 m、10 m、14 m。当地夏季台风较多，平均风速可以达到25 m/s，冬季风速为3 m/s。在试验中火区域设定为向楼梯间方向风险，分别在楼梯间入口处、楼梯内侧设置两个检测点，分别对区域温度变化以及能见度进行测量。为确保研究的科学性以及有效性，技术人员分别设计无风、夏季风、冬季风、延长外廊长度等多种情况进行模拟实验。

4 模拟试验结果分析

4.1 5 m条件下不同风速模拟

试验人员在楼梯间着火区域5 m条件下对不同风速条件下的烟气蔓延情况进行测定，对不同风速条件下楼梯区域稳定以及能见度变化情况进行测定，并形成如图 1 所示结果。在此条件下，无风状态以及风速 25 m/s条件下的可见度均为30 m，因此存在重合情况。

由模拟试验测定结果可得出以下三个结论：

（1 ）烟气在无风条件下大多沿外廊向室外扩散，仅有少量烟气蔓延进楼梯间口区域。受此情况影响，楼梯口区域温度出现一定波动，由于蔓延进入的烟气量较少，温度波动幅度相对较低，且未对楼梯区域能见度造成影响。

（2 ）在夏季风条件下的模拟结果显示结果与无风条件下的模拟结果大致相同，仅有少量烟气蔓延至楼梯间区域，二者之间的主要差异在于无风条件下烟气向上蔓延影响模拟层上部楼梯，而夏季风条件下，受风速较大影响，烟气向下蔓延影响下部楼梯，但是烟气量均较少，且气流流动带走大量高温烟气，楼梯区域温度以及能见度变化相对较少。F247811B-E680-41F4-92E0-34DFD6626189

（3）在冬季风条件下的模拟结果显示，大量烟气蔓延至楼梯区域，区域内温度波动幅度较大，整体呈现出大幅增高的趋势，且能见度在烟气影响下大幅下降。

4.2 冬季风条件下模拟

依据上述模拟试验结果，技术人员重点对冬季风条件下的烟气蔓延进行试验研究。具体试验过程中首先对8 m、14 m、16 m 条件下的烟气蔓延情况进行测定，并对不同距离条件下楼梯区域的可见度以及温度变化情况进行测定，随后形成如图2 所示结果。

由模拟试验结果可得出以下结论：

（1 ）在距离为14 m 条件下的模拟结果显示，在长廊距离的影响下，大量烟气蔓延至室外区域，仅有少量烟气蔓延至楼梯区域。受此情况影响，楼梯区域的温度以及能见度变化幅度不大，其中能见度仅在少量烟气经过测点区域时产生影响，短时间能见度急剧降低并快速恢复正常。

（2 ）在距离为10 m 条件下的模拟结果显示，受长廊长度缩短影响，楼梯区域烟气量存在一定程度的提升，楼梯口区域的温度变化波动增大，楼梯区域能见度随烟气量增多出现一定幅度的下降。

（3）在距离为8 m 条件下的模拟结果显示，由于火灾发生区域与楼梯区域距离较近，大量烟气聚集在长廊之中，难以及时排出，楼梯口处聚集的烟气也大幅提升并逐渐蔓延至楼梯间内部，楼梯口区域温度变化波动急剧增大，楼梯间内能见度也随之大幅下降。

4.3 模拟试验结果对比

通过模拟试验所得数据可知，在冬季条件下，受较低风速影响，建筑物内一旦发生火灾，烟气蔓延速度较慢，极易在室内聚集，进而导致烟气蔓延至楼梯间范围内。通过对不同火灾发生区域与楼梯区域距离条件进行模拟实验可知，在距离为5 m 条件下，大量烟气蔓延至楼梯区域，区域内温度以及能见度变化幅度较大。在14 m 以及10 m 条件下，楼梯区域烟气量相对较少，温度、能见度变化幅度较小。在距离为8 m 条件下，楼梯区域能见度变化较为频繁，火灾发生时烟气会不断进入楼梯区域之中。由此，可得出结论，8 m 为敞开式长廊建筑在风速3 m/s 条件下的危险临界值。

5 敞开楼梯间防火设计建议

依据模拟实验结果以及防火工程设计经验总结，针对敞开楼梯间防火设计应注意遵循以下几项建议。

（1 ）设计人员在工作过程中应确保将起火房门与楼梯间之间的距离控制在8m 以上。

（2 ）在对敞开楼梯间进行设计过程中，应在区域内设置与楼梯入口通风对流的外窗，避免大量烟气蔓延至楼梯间内。

（3）设计人员在实际工作中应注意将与楼梯间相连接的外廊完全敞开，使其与室外空间区域直接连接。

（4 ）楼梯间内墙区域以及楼梯入口正对面应注意不设置功能房间的门窗洞口。

（5）外廊以及楼梯入口区域应设置 0.5 m 以上的突出顶棚梁，时期承担划分防烟区的功能。

6 结束语

楼梯间作为建筑防火设计的重要组成部分，强化楼梯间设计科学性，对提升建筑整体防火设计质量具有重要影响。本论述利用 FDS 对火灾情况进行模拟，并探究不同风速、起火区域及楼梯区域距离条件下，火焰以及烟气带来的影响。从试验结果得出两个结论：（ 1）在弱风条件下建筑物起火，烟气会经由外廊蔓延至相邻楼梯间区域内，造成较为严重的后果，在强风条件下，烟气会快速蔓延至室外，对楼梯间区域的影响相對较小;（2）当起火区域与楼梯间之间距离在5 m 左右时，危险性最大，当距离达到8 m 时，危险性会大幅降低，可以基本保证安全疏散人群。将走廊长度设计为9 m 时，消防安全性大幅提升。

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