摘要：在GB16899-2011中对自动扶梯或人行道桁架的强度计算载荷为5000N/m²，用此载荷设计的桁架是不能当做紧急疏散的通道用的。如果自动扶梯或自动人行道需要当做紧急疏散的通道时，考虑到人群在扶梯上奔跑的速度，其对扶梯肯定会产生一个相对较大的作用力，此作用力肯定比人静止站在扶梯上的作用力要大的多，所以当自动扶梯或人行道需要用作紧急疏散通道时，需要对桁架的强度额外进行强度计算。
关键字：自动扶梯；桁架强度；紧急疏散；扶梯疏散通道。
1 人均体重
根据《中国居民营养与慢性病状况报告（2015年）》的数据得出，居民膳食营养状况总体改善，2012年居民每人每天平均能量摄入量为2172千卡，蛋白质摄入量为65克，脂肪摄入量为80克，碳水化合物摄入量为301克，三大营养素供能充足，全国18岁及以上的成年男性和女性的平均身高分别为167.1cm和155.8cm，平均体重分别是66.2kg和57.3kg，与2002年相比，居民身高、体重均有所增长，尤其是6-17岁儿童青少年身高、体重增幅更为显著。
膳食结构的变化，使超重问题凸显。过去的10年间，我国城乡居民粮谷类食物摄入量保持稳定。总蛋白质摄入量基本持平，优质蛋白质摄入量有所增加，豆类和奶类消费量依然偏低。脂肪摄入量过多，平均膳食脂肪供能比超过30%。蔬菜、水果摄入量略有下降，钙、铁、维生素A、D等部分营养素缺乏依然存在。2012年居民平均每天烹调用盐10.5克，较2002年下降1.5克。全国18岁及以上成人超重率为30.1%，肥胖率为11.9%，比2002年上升了7.3和4.8个百分点，6-17岁儿童青少年超重率为9.6%，肥胖率为6.4%，比2002年上升了5.1和4.3个百分点。
从2002年到2012年这10年期间，全国18岁及以上成人超重率为30.1%，肥胖率为11.9%，比2002年上升了7.3和4.8个百分点。而今年是2018年，无论是膳食还是生活环境，相对于2012年来说都要改善很多很多，肥胖率和超重率自然也有所增加。
据国家统计局网站消息，2016年中国总人口为138271万人，其中男性70815万人，占比51.2%，女性67456万人，占比48.8%，如果平均体重按2012年的来计算，那么中国人口平均体重为：
66.2×51.2%+57.3×48.8%=62kg
2紧急疏散速度
根据GB50352-2005《民用建筑设计通则》第6.7.2条墙面至扶手中心线或扶手中心线之间的水平距离即楼梯段宽度除应符合防火规范的规定外，供日常交通用的楼梯的梯段宽度应根据建筑物使用特征，按每股人流为0.55+（0~0.15）m的人流股数确定，并不应少于两股人流。0~0.15m为人流在行进中人体的摆幅，公共建筑人流众多的场所应取上限值。
根据2008年12月《系统管理学报》第17卷第6期中的文章《人流紧急疏散模拟方法述评》中描述有三大类人流疏散模拟方法，分别是微观模型、宏观模型、基于生物实验视角。在此模拟基础上， 可以通过模拟仿真来计算紧急情况下的疏散速度。
安全疏散时间计算：
a.确定房间疏散总人数A
b.根据疏散门宽确定疏散人流分为几股B（单股人流宽度0.55米）
c.疏散速度C（平地43人/min，台阶37人/min）
d.疏散时间T=A/(B×C)
以此方法计算紧急情况下，疏散时人流在静止自动扶梯上移动速度。在紧急情况下单股人流（宽度0.55m）的疏散速度为：平地43人/min，台阶37人/min，当自动扶梯用做紧急疏散时，其属于台阶类型。即：紧急情况下，若梯级宽度为0.55m，则在静止的自动扶梯上疏散速率为37人/min，考虑自动扶梯的深度为0.4m(如图一所示)，且在宽度为0.55m的通道宽度下，每一排肯定只能站一个人，则可以估算乘客在扶梯上的移动速度约为：
37人/min×0.4m=0.25m/s
3扶梯参数
北京是中国各大城市当中人口最密集的城市之一，其地铁站内的自动扶梯无疑是工作最繁重的，人口流量是最大的，以此举例对可用做紧急疏散通道的自动扶梯桁架强度所需要的载荷进行计算。
地铁使用的自动扶梯的参数如下：
倾斜角度不会超过30°，设其为30°，梯级深度为0.4m，宽度为1.0m，自动扶梯倾斜直线段相邻梯级的高度差为0.2m(图一)，提升高度对疏散速度影响不大，不做统计。
图一
紧急疏散时，人流的方向可能沿自动扶梯朝上也可能朝下。
我们把人体设定为刚性体，将其分成两部分A和B，其中A部分沿着扶梯倾斜方向移动，B部分在梯级上走动，为A部分的移动提供动力。设A和B的移动速度是恒定的，分别为VA和VB。则人体在垂直方向上的动量为为：
mA×VA×sin（30）+mB×VB
当人体向上运动时，VA×sin（30）和VB方向相反；
当人体向下运动时，VA×sin（30）和VB方向相同；
很明显，当人体向下运动时对自动扶梯的冲击力要大于人体向上运动时对自动扶梯产生的冲击力。所以我们以人体向下运动为例来计算紧急疏散时自动扶梯所受的载荷。
假设人流的疏散速度是恒定的，即：
V0=0.25m/s
其在竖直方向上的速度为：
V1=V0×sin30°=0.13m/s
方向向下(图二)
图二 方向沿自动扶梯向
当乘客从上一个梯级越向下一个梯级时，相当于一个抛物线运动，其在垂直方向上为自由落体运动，根据：
V0t+0.5gt²=h
其中：h=0.2m
可以得出：
t=0.19s
人落到下一个梯级的临界速度为：
V2=V1+gt=0.13+9.8×0.19=1.98m/s
根据动量定理：
Ft=m×V2-m×V1
得：
F=m×V2/t
设疏散的人群在自动扶梯中齐步跑动，则：
m=62×1.0/0.55=112.7kg
设乘客与自动扶梯的冲击时间：
t=0.05s
则：
F=m×V2/t
=112.7×1.98/0.05
=4464N
以上计算的为单个梯级上的乘客奔跑时对自动扶梯产生的冲力，单个梯级的水平投影面积为：
S=0.4×1.0=0.4㎡
所以单位面积上的载荷应该是：
F2=F/S
=4464/0.4
=11160N
GB16899-2011《自动扶梯与自动人行道的制造与安装安全规范》中第5.2.5条规定：自动扶梯或自动人行道支撑结构设计所依据的载荷是：自动扶梯或自动人行道的自重加上5000N/㎡的载荷。
由此可以看出人们在紧急疏散时对自动扶梯的冲击力是GB16899-2011上规定载荷（5000N/㎡）的2倍有余。
随着生活水平的提高，人们的发胖率越来越大，平均体重在不断上升；单个人对扶梯的冲击力也越来越大。而且乘客与自动扶梯的冲击时间与乘客鞋子的材质、乘客冲击时的临界速度有关，鞋子材质越硬、乘客奔跑速度越快，冲击时间越短，造成的冲击力就越大。
所以当自动扶梯需要用做紧急疏散通道时，需要对扶梯的支撑骨架（桁架）额外进行强度计算，其计算所用的载荷不能以国标GB16899-2011为准，而应该以实验数据为依据，尤其是用于地铁站、大型车站、机场、火车站等人口密集的公共区域场所。
参考文献
[1]《中国居民营养与慢性病状况报告（2015年）》[R].
[2]郑小平，钟庭宽，刘梦婷【《人流紧急疏散模拟方法述评》】《系统管理学报》第17卷第6期[D].
[3]阮为民.竺荣.魏山虎.张志雁GB16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造安装与安全规范》[S]中国标准出版社.
[4]GB 50352-2005《民用建筑设计通则》[S].
论文作者:李检
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：自动扶梯论文; 载荷论文; 人流论文; 梯级论文; 扶梯论文; 速度论文; 桁架论文; 《基层建设》2018年第28期论文;