一種應(yīng)用于林區(qū)居民建筑的防盜逃生兩用窗

藏加宇，辛 穎

(東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040)

林區(qū)是我國(guó)分布廣泛且有其特殊地域及人文環(huán)境的地區(qū)[1]。隨著木材加工業(yè)和多種經(jīng)營(yíng)產(chǎn)業(yè)興起及城鎮(zhèn)社會(huì)功能完善，農(nóng)村與林場(chǎng)人口向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，林區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程有所加快[2]。過(guò)去林區(qū)居民建筑結(jié)構(gòu)大多以磚瓦平房、磚木為主，隨著林區(qū)保障性安居工程和棚戶區(qū)改造的進(jìn)一步落實(shí)，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(shù)裝上了比較牢靠的“鳥(niǎo)籠式”固定防盜窗。設(shè)置普通防盜窗雖然可以解決防盜問(wèn)題，當(dāng)遇到火災(zāi)時(shí)，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(duì)員通過(guò)窗戶營(yíng)救逃生者[3-5]。針對(duì)當(dāng)前狀況，開(kāi)發(fā)防盜逃生兩用窗，可在意外災(zāi)害發(fā)生時(shí)增加林區(qū)居民逃生的成功性，滿足火災(zāi)等緊急情況發(fā)生時(shí)緊急疏散、快速逃生的最基本需求。因此，設(shè)計(jì)出一種簡(jiǎn)單實(shí)用的防盜逃生兩用窗具有重要意義。

目前，市場(chǎng)上大部分具有逃生功能的防盜窗為滑動(dòng)式，通過(guò)活動(dòng)窗柵的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)防盜窗到逃生梯的轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)作順序要求嚴(yán)格，價(jià)格較為昂貴。對(duì)于逃生繩索來(lái)說(shuō)，對(duì)要逃生居民的逃生技巧及力量要求較高。

基于以上現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種新型防盜逃生窗，在結(jié)構(gòu)上以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、操作方便為主要出發(fā)點(diǎn)，在火災(zāi)危險(xiǎn)出現(xiàn)時(shí)，防盜窗可以迅速轉(zhuǎn)換為逃生梯，方便居住者逃生和消防人員救援。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

防盜逃生窗的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，防盜逃生窗開(kāi)啟的狀態(tài)如圖2所示。防盜窗主要由以下部分組成：?jiǎn)?dòng)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(hù)板8、膨脹螺栓9、防墜器10、安全帶11組成。對(duì)于一個(gè)尺寸為2×2 m的窗戶，逃生最大高度可達(dá)20 m。

防盜逃生兩用窗工作過(guò)程如下：打開(kāi)啟動(dòng)裝置的防護(hù)盒 → 旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)桿并抽出 → 報(bào)警器發(fā)出警報(bào) → 軟梯滑道旋轉(zhuǎn)軟梯下落 →軟梯滑道與折疊梯組合→ 折疊梯旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)

圖2 防盜逃生窗組合過(guò)程

2 功能實(shí)現(xiàn)

2.1 啟動(dòng)裝置

啟動(dòng)裝置由啟動(dòng)桿、防護(hù)盒和外置火災(zāi)報(bào)警器組成。啟動(dòng)桿穿于墻體，桿末端帶有螺紋，桿體上帶有絕緣橡膠環(huán)，可與窗梁連接彎管旋合。啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)后抽出。防護(hù)盒置于室內(nèi)，可對(duì)啟動(dòng)桿的旋轉(zhuǎn)頭起保護(hù)作用，避免兒童在玩耍時(shí)開(kāi)啟啟動(dòng)裝置。啟動(dòng)裝置如圖3所示。外置報(bào)警器由警報(bào)發(fā)生裝置、導(dǎo)線、觸頭等組成。在未啟動(dòng)狀態(tài)，觸頭與啟動(dòng)桿的絕緣橡膠接觸。當(dāng)啟動(dòng)裝置拉伸啟動(dòng)桿時(shí)，觸頭與啟動(dòng)桿接觸，使報(bào)警器承閉合回路，達(dá)到報(bào)警目的。啟動(dòng)裝置如圖3所示。

圖3 啟動(dòng)裝置

2.2 軟梯滑道

兩個(gè)開(kāi)槽的鋁合金管被薄板連接構(gòu)成軟梯滑道?；酪欢擞幸粋€(gè)轉(zhuǎn)軸，可和折疊梯形成僅具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的連接。另一軸在軟梯滑道旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(guān)閉狀態(tài)時(shí)，鋼絲繩塞入鋁合金管內(nèi)，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(zhǎng)時(shí)的狀態(tài)如圖6所示。防盜窗開(kāi)啟后，軟梯滑道在重力作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)，軟梯降落，塞入鋁合金管內(nèi)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(zhǎng)時(shí)狀態(tài)

圖7 軟梯伸長(zhǎng)時(shí)狀態(tài)

2.4 折疊梯

折疊梯在焊接的梯子基礎(chǔ)上加裝轉(zhuǎn)軸、鉤。未啟動(dòng)時(shí)，折疊梯并排在一起，啟動(dòng)后梯子通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)連接在一起，形成數(shù)米的逃生梯，如圖8所示。

圖8 折疊梯

2.5 懸臂桿

本設(shè)計(jì)所需懸臂桿共兩個(gè)，如圖9所示，都通過(guò)膨脹螺栓固定于墻體。其中一個(gè)承載防盜逃生窗的重量，另一個(gè)在形成逃生梯后固定逃生梯，并分擔(dān)居民和逃生梯的重量。

在未分組的情況下對(duì)所有研究對(duì)象作積分評(píng)估，發(fā)現(xiàn)Selvester QRS積分在術(shù)后1周、1個(gè)月、 3個(gè)月呈逐步下降趨勢(shì)，但術(shù)后3個(gè)月和6個(gè)月的積分比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。分組評(píng)估后進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，前壁心梗組的積分評(píng)估隨訪結(jié)果與總研究組結(jié)果相似，而下壁心梗組在各個(gè)隨訪時(shí)間節(jié)點(diǎn)的積分比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見(jiàn)表2。

圖9 懸臂桿

2.6 C型護(hù)板

C型護(hù)板如圖10所示。通過(guò)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(hù)板的槽中，從而限制了防盜逃生窗相對(duì)于墻體的外傾運(yùn)動(dòng)。

圖10 C型護(hù)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(shí)，防墜器提供一定的回緊力。在居民意外墜落時(shí)，防墜器抱死，防止人繼續(xù)墜落[9]。

3 受力分析

3.1 軟梯鋼絲繩受力分析

設(shè)選用鋼絲繩直徑d為5 mm，逃生窗可同時(shí)為2 個(gè)人逃生(取2人總重量為2 000 N)

式中：σ為鋼絲繩正應(yīng)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(shè)桿長(zhǎng)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(jì)算支座反力。

由桿的平衡方程：

∑MB=0，F(xiàn)b-FAyl=0，

∑Fy=0，F(xiàn)Ay+FBy-F=0。

求得：

(2)畫(huà)剪力圖與彎矩圖。

(3)分析。

4 結(jié) 論

(1)防盜逃生窗利用機(jī)械原理設(shè)計(jì)制作，采用單層平面設(shè)計(jì)，不需要單獨(dú)附加動(dòng)力裝置，通過(guò)軟梯自重實(shí)現(xiàn)垂降運(yùn)動(dòng)，采用軟梯作為逃生裝置增加了逃生高度。

(2)具有報(bào)警裝置，在逃生自救的同時(shí)可讓室內(nèi)、室外的居民和消防部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)災(zāi)情。

(3)防盜逃生兩用窗結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便，具有機(jī)械自動(dòng)運(yùn)作、逃生高度大、可報(bào)警等特點(diǎn)，具有一定的現(xiàn)實(shí)推廣價(jià)值。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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[3]孟 瑞，馮 希，李小鵬.新型防盜逃生窗設(shè)計(jì)[J].蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011，18(4)：58-61.

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