一种应用于林区居民建筑的防盗逃生两用窗

藏加宇，辛 颖

(东北林业大学 工程技术学院，哈尔滨 150040)

林区是我国分布广泛且有其特殊地域及人文环境的地区[1]。随着木材加工业和多种经营产业兴起及城镇社会功能完善，农村与林场人口向城镇转移，林区城镇化进程有所加快[2]。过去林区居民建筑结构大多以砖瓦平房、砖木为主，随着林区保障性安居工程和棚户区改造的进一步落实，配套齐全、建筑面积较大的棚改安置“新城”拔地而起。居民建筑出于防盗考虑，大多数装上了比较牢靠的“鸟笼式”固定防盗窗。设置普通防盗窗虽然可以解决防盗问题，当遇到火灾时，一方面普通防盗窗成了逃生者逃生的一大障碍；另一方面，普通防盗窗也妨碍消防队员通过窗户营救逃生者[3-5]。针对当前状况，开发防盗逃生两用窗，可在意外灾害发生时增加林区居民逃生的成功性，满足火灾等紧急情况发生时紧急疏散、快速逃生的最基本需求。因此，设计出一种简单实用的防盗逃生两用窗具有重要意义。

目前，市场上大部分具有逃生功能的防盗窗为滑动式，通过活动窗栅的滑动来实现防盗窗到逃生梯的转换，结构复杂，动作顺序要求严格，价格较为昂贵。对于逃生绳索来说，对要逃生居民的逃生技巧及力量要求较高。

基于以上现状，本文设计了一种新型防盗逃生窗，在结构上以实现简单、操作方便为主要出发点，在火灾危险出现时，防盗窗可以迅速转换为逃生梯，方便居住者逃生和消防人员救援。

1 总体结构设计

防盗逃生窗的主要结构如图1所示，防盗逃生窗开启的状态如图2所示。防盗窗主要由以下部分组成：启动装置1、软梯滑道2、软梯3、钢丝绳4、钢丝绳扣5、折叠梯6、悬臂杆7、C型护板8、膨胀螺栓9、防坠器10、安全带11组成。对于一个尺寸为2×2 m的窗户，逃生最大高度可达20 m。

防盗逃生两用窗工作过程如下：打开启动装置的防护盒 → 旋转启动杆并抽出 → 报警器发出警报 → 软梯滑道旋转软梯下落 →软梯滑道与折叠梯组合→ 折叠梯旋转组合→组合完成→充足的空间 → 居民逃生。

图1 防盗逃生窗的主要结构

图2 防盗逃生窗组合过程

2 功能实现

2.1 启动装置

启动装置由启动杆、防护盒和外置火灾报警器组成。启动杆穿于墙体，杆末端带有螺纹，杆体上带有绝缘橡胶环，可与窗梁连接弯管旋合。启动时，启动杆旋转后抽出。防护盒置于室内，可对启动杆的旋转头起保护作用，避免儿童在玩耍时开启启动装置。启动装置如图3所示。外置报警器由警报发生装置、导线、触头等组成。在未启动状态，触头与启动杆的绝缘橡胶接触。当启动装置拉伸启动杆时，触头与启动杆接触，使报警器承闭合回路，达到报警目的。启动装置如图3所示。

图3 启动装置

2.2 软梯滑道

两个开槽的铝合金管被薄板连接构成软梯滑道。滑道一端有一个转轴，可和折叠梯形成仅具有一个旋转自由度的连接。另一轴在软梯滑道旋转运动后，可与折叠梯的吊钩扣合，组合成逃生梯。软梯滑道如图4所示。

图4 软梯滑道

2.3 软 梯

软梯由铝合金管、钢丝绳、钢丝绳扣组成。钢丝绳扣在钢丝绳上等距位置，将钢丝绳压紧卡死。防盗窗关闭状态时，钢丝绳塞入铝合金管内，软梯密排在软梯滑道中，铝合金管如图5所示。软梯一端与软梯滑道固连。软梯未伸长时的状态如图6所示。防盗窗开启后，软梯滑道在重力作用下产生转矩而旋转，软梯降落，塞入铝合金管内的钢丝绳被拉直，铝合金管下落一段高度后受到钢丝绳扣阻碍而形成软梯，如图7所示。

图5 铝合金管

图6 软梯未伸长时状态

图7 软梯伸长时状态

2.4 折叠梯

折叠梯在焊接的梯子基础上加装转轴、钩。未启动时，折叠梯并排在一起，启动后梯子通过机械运动连接在一起，形成数米的逃生梯，如图8所示。

图8 折叠梯

2.5 悬臂杆

本设计所需悬臂杆共两个，如图9所示，都通过膨胀螺栓固定于墙体。其中一个承载防盗逃生窗的重量，另一个在形成逃生梯后固定逃生梯，并分担居民和逃生梯的重量。

在未分组的情况下对所有研究对象作积分评估，发现Selvester QRS积分在术后1周、1个月、 3个月呈逐步下降趋势，但术后3个月和6个月的积分比较，差异无统计学意义。分组评估后进一步发现，前壁心梗组的积分评估随访结果与总研究组结果相似，而下壁心梗组在各个随访时间节点的积分比较，差异均无统计学意义。见表2。

图9 悬臂杆

2.6 C型护板

C型护板如图10所示。通过膨胀螺栓固定于墙体。软梯滑道和折叠梯的上端都在C型护板的槽中，从而限制了防盗逃生窗相对于墙体的外倾运动。

图10 C型护板

2.7 其他附件

配套防坠装置包括防坠器和安全带。居民正常使用软梯下降时，防坠器提供一定的回紧力。在居民意外坠落时，防坠器抱死，防止人继续坠落[9]。

3 受力分析

3.1 软梯钢丝绳受力分析

设选用钢丝绳直径d为5 mm，逃生窗可同时为2 个人逃生(取2人总重量为2 000 N)

式中：σ为钢丝绳正应力，N；FN为轴力，N；A为钢丝绳横截面积，mm。

3.2 软梯杆受力分析

图11 软梯杆受力分析图

设杆长l为30 cm，人体重G为1 000 N，软梯受力分析如图11所示。

(1)计算支座反力。

由杆的平衡方程：

∑MB=0，Fb-FAyl=0，

∑Fy=0，FAy+FBy-F=0。

求得：

(2)画剪力图与弯矩图。

(3)分析。

4 结 论

(1)防盗逃生窗利用机械原理设计制作，采用单层平面设计，不需要单独附加动力装置，通过软梯自重实现垂降运动，采用软梯作为逃生装置增加了逃生高度。

(2)具有报警装置，在逃生自救的同时可让室内、室外的居民和消防部门及时发现灾情。

(3)防盗逃生两用窗结构简单、制作方便，具有机械自动运作、逃生高度大、可报警等特点，具有一定的现实推广价值。

【参 考 文 献】

[1]郑玮锋.新世纪与林区人居环境[J].林业建设，1997(3)：28-31.

[2]梁 斌，韩继荣，王占利.大兴安岭林区城镇化发展战略研究[J].林业经济，2002(11)：39-41

[3]孟 瑞，冯 希，李小鹏.新型防盗逃生窗设计[J].兰州工业高等专科学校学报，2011，18(4)：58-61.

[4]袁 健.轻巧式逃生梯的设计[J].机械制造与自动化，2011，40(5)：29-30，55.

[5]高 峰，蔡乐才，姚彩虹.基于S3C2440的自动智能防盗窗系统设计[J].成都大学学报(自然科学版)，2012，31(3)：258-260.

[6]陈元玉.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0[M].北京：电子工业出版社，2009.

[7]吕 宏，王 慧.机械设计[M]北京：北京大学出版社，2009.

[8]王先逵，刘镇昌，黄健求.机械制造技术基础(2版)[M].北京：机械工业出版社，2011.

[9]孙靖民，梁迎春.机械优化设计(4版)[M].北京：机械工业出版社，2004.

[10]李静辉.工程力学[M].北京：科学出版社，2009.

[11]侯兆新.高强度螺栓连接设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社.2012.

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