一種應用于林區居民建筑的防盜逃生兩用窗

藏加宇，辛 穎

(東北林業大學 工程技術學院，哈爾濱 150040)

林區是我國分布廣泛且有其特殊地域及人文環境的地區[1]。隨著木材加工業和多種經營產業興起及城鎮社會功能完善，農村與林場人口向城鎮轉移，林區城鎮化進程有所加快[2]。過去林區居民建筑結構大多以磚瓦平房、磚木為主，隨著林區保障性安居工程和棚戶區改造的進一步落實，配套齊全、建筑面積較大的棚改安置“新城”拔地而起。居民建筑出于防盜考慮，大多數裝上了比較牢靠的“鳥籠式”固定防盜窗。設置普通防盜窗雖然可以解決防盜問題，當遇到火災時，一方面普通防盜窗成了逃生者逃生的一大障礙；另一方面，普通防盜窗也妨礙消防隊員通過窗戶營救逃生者[3-5]。針對當前狀況，開發防盜逃生兩用窗，可在意外災害發生時增加林區居民逃生的成功性，滿足火災等緊急情況發生時緊急疏散、快速逃生的最基本需求。因此，設計出一種簡單實用的防盜逃生兩用窗具有重要意義。

目前，市場上大部分具有逃生功能的防盜窗為滑動式，通過活動窗柵的滑動來實現防盜窗到逃生梯的轉換，結構復雜，動作順序要求嚴格，價格較為昂貴。對于逃生繩索來說，對要逃生居民的逃生技巧及力量要求較高。

基于以上現狀，本文設計了一種新型防盜逃生窗，在結構上以實現簡單、操作方便為主要出發點，在火災危險出現時，防盜窗可以迅速轉換為逃生梯，方便居住者逃生和消防人員救援。

1 總體結構設計

防盜逃生窗的主要結構如圖1所示，防盜逃生窗開啟的狀態如圖2所示。防盜窗主要由以下部分組成：啟動裝置1、軟梯滑道2、軟梯3、鋼絲繩4、鋼絲繩扣5、折疊梯6、懸臂桿7、C型護板8、膨脹螺栓9、防墜器10、安全帶11組成。對于一個尺寸為2×2 m的窗戶，逃生最大高度可達20 m。

防盜逃生兩用窗工作過程如下：打開啟動裝置的防護盒 → 旋轉啟動桿并抽出 → 報警器發出警報 → 軟梯滑道旋轉軟梯下落 →軟梯滑道與折疊梯組合→ 折疊梯旋轉組合→組合完成→充足的空間 → 居民逃生。

圖1 防盜逃生窗的主要結構

圖2 防盜逃生窗組合過程

2 功能實現

2.1 啟動裝置

啟動裝置由啟動桿、防護盒和外置火災報警器組成。啟動桿穿于墻體，桿末端帶有螺紋，桿體上帶有絕緣橡膠環，可與窗梁連接彎管旋合。啟動時，啟動桿旋轉后抽出。防護盒置于室內，可對啟動桿的旋轉頭起保護作用，避免兒童在玩耍時開啟啟動裝置。啟動裝置如圖3所示。外置報警器由警報發生裝置、導線、觸頭等組成。在未啟動狀態，觸頭與啟動桿的絕緣橡膠接觸。當啟動裝置拉伸啟動桿時，觸頭與啟動桿接觸，使報警器承閉合回路，達到報警目的。啟動裝置如圖3所示。

圖3 啟動裝置

2.2 軟梯滑道

兩個開槽的鋁合金管被薄板連接構成軟梯滑道。滑道一端有一個轉軸，可和折疊梯形成僅具有一個旋轉自由度的連接。另一軸在軟梯滑道旋轉運動后，可與折疊梯的吊鉤扣合，組合成逃生梯。軟梯滑道如圖4所示。

圖4 軟梯滑道

2.3 軟 梯

軟梯由鋁合金管、鋼絲繩、鋼絲繩扣組成。鋼絲繩扣在鋼絲繩上等距位置，將鋼絲繩壓緊卡死。防盜窗關閉狀態時，鋼絲繩塞入鋁合金管內，軟梯密排在軟梯滑道中，鋁合金管如圖5所示。軟梯一端與軟梯滑道固連。軟梯未伸長時的狀態如圖6所示。防盜窗開啟后，軟梯滑道在重力作用下產生轉矩而旋轉，軟梯降落，塞入鋁合金管內的鋼絲繩被拉直，鋁合金管下落一段高度后受到鋼絲繩扣阻礙而形成軟梯，如圖7所示。

圖5 鋁合金管

圖6 軟梯未伸長時狀態

圖7 軟梯伸長時狀態

2.4 折疊梯

折疊梯在焊接的梯子基礎上加裝轉軸、鉤。未啟動時，折疊梯并排在一起，啟動后梯子通過機械運動連接在一起，形成數米的逃生梯，如圖8所示。

圖8 折疊梯

2.5 懸臂桿

本設計所需懸臂桿共兩個，如圖9所示，都通過膨脹螺栓固定于墻體。其中一個承載防盜逃生窗的重量，另一個在形成逃生梯后固定逃生梯，并分擔居民和逃生梯的重量。

在未分組的情況下對所有研究對象作積分評估，發現Selvester QRS積分在術后1周、1個月、 3個月呈逐步下降趨勢，但術后3個月和6個月的積分比較，差異無統計學意義。分組評估后進一步發現，前壁心梗組的積分評估隨訪結果與總研究組結果相似，而下壁心梗組在各個隨訪時間節點的積分比較，差異均無統計學意義。見表2。

圖9 懸臂桿

2.6 C型護板

C型護板如圖10所示。通過膨脹螺栓固定于墻體。軟梯滑道和折疊梯的上端都在C型護板的槽中，從而限制了防盜逃生窗相對于墻體的外傾運動。

圖10 C型護板

2.7 其他附件

配套防墜裝置包括防墜器和安全帶。居民正常使用軟梯下降時，防墜器提供一定的回緊力。在居民意外墜落時，防墜器抱死，防止人繼續墜落[9]。

3 受力分析

3.1 軟梯鋼絲繩受力分析

設選用鋼絲繩直徑d為5 mm，逃生窗可同時為2 個人逃生(取2人總重量為2 000 N)

式中：σ為鋼絲繩正應力，N；FN為軸力，N；A為鋼絲繩橫截面積，mm。

3.2 軟梯桿受力分析

圖11 軟梯桿受力分析圖

設桿長l為30 cm，人體重G為1 000 N，軟梯受力分析如圖11所示。

(1)計算支座反力。

由桿的平衡方程：

∑MB=0，Fb-FAyl=0，

∑Fy=0，FAy+FBy-F=0。

求得：

(2)畫剪力圖與彎矩圖。

(3)分析。

4 結 論

(1)防盜逃生窗利用機械原理設計制作，采用單層平面設計，不需要單獨附加動力裝置，通過軟梯自重實現垂降運動，采用軟梯作為逃生裝置增加了逃生高度。

(2)具有報警裝置，在逃生自救的同時可讓室內、室外的居民和消防部門及時發現災情。

(3)防盜逃生兩用窗結構簡單、制作方便，具有機械自動運作、逃生高度大、可報警等特點，具有一定的現實推廣價值。

【參 考 文 獻】

[1]鄭瑋鋒.新世紀與林區人居環境[J].林業建設，1997(3)：28-31.

[2]梁 斌，韓繼榮，王占利.大興安嶺林區城鎮化發展戰略研究[J].林業經濟，2002(11)：39-41

[3]孟 瑞，馮 希，李小鵬.新型防盜逃生窗設計[J].蘭州工業高等專科學校學報，2011，18(4)：58-61.

[4]袁 健.輕巧式逃生梯的設計[J].機械制造與自動化，2011，40(5)：29-30，55.

[5]高 峰，蔡樂才，姚彩虹.基于S3C2440的自動智能防盜窗系統設計[J].成都大學學報(自然科學版)，2012，31(3)：258-260.

[6]陳元玉.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0[M].北京：電子工業出版社，2009.

[7]呂 宏，王 慧.機械設計[M]北京：北京大學出版社，2009.

[8]王先逵，劉鎮昌，黃健求.機械制造技術基礎(2版)[M].北京：機械工業出版社，2011.

[9]孫靖民，梁迎春.機械優化設計(4版)[M].北京：機械工業出版社，2004.

[10]李靜輝.工程力學[M].北京：科學出版社，2009.

[11]侯兆新.高強度螺栓連接設計與施工[M].北京：中國建筑工業出版社.2012.

[12]王知行，鄧宗全.機械原理(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2006.