一种具有装饰外框的预应力紧固组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种紧固系统，特别设及一种用于对弹性材料预应力的动态产生过程 的激发和控制而形成的物体紧固系统及其应用。
【背景技术】
[0002] 目前全国乃至全世界的建筑工程包括室内装饰工程等领域，对于一类抗张强度和 抗折强度不高、脆性大的固体物件（如玻璃、石材、陶瓷等），其传统的、普遍的安装方式是 将物件置于U型槽内靠型材或构件紧固；或靠结构胶将物件直接与型材紧固；或在物件上 设置通孔或开槽，再用五金件直接刚性紧固，或通过五金件将物件与框架构件基层刚性紧 固等。现行的诸多相关国家规范及标准大多采用W上方式紧固此类物件，现就其中部分规 范举例说明：
[0003] 1、国家建设部批准发布的《国家建筑标准设计图集》97J103-1，其中的"侣合金隐 框、竖隐玻璃幕墙系列"和"侣合金隐框玻璃幕墙系列"部分，有关玻璃的固定及安装方式大 致简述如下：先用结构胶、双面胶将玻璃粘在侣合金型材附框上；然后将玻璃与附框的组 合体移动至幕墙框架竖向与横向构件附近，根据设计要求调节位置到位；再用自攻螺钉等 通过压板或其他联接构件将附框与幕墙框架连接。如压板需要同时压到上下或左右等其他 相邻玻璃时，须待周边玻璃吊装到位后再紧固压板；最后在玻璃留缝处填充防火、保溫及密 封材料等，至此完成隐框玻璃幕墙的固定与安装。
[0004] 我们知道，将两个物体实施紧固的方式之一是缩小彼此之间的距离，因此两者之 一或全部必然发生相互靠近的位移。在玻璃幕墙的安装过程中，显然幕墙框架竖向与横向 构件是固定的，所W发生位移的必然是玻璃及侣合金型材附框。而运两者之间，框架的竖 向与横向构件无疑是刚性的，由于玻璃与结构胶的材料特性决定了玻璃与附框的组合体相 对是柔性的。而且，在附框与竖向与横向构件的紧固过程中，凭借的仅仅是压板的若干个 单点的紧固，因为附框与横竖向构件之间只是采用了密封胶条等柔性材料的连接，而并不 是类似于法兰的、具备刚性的大面积连接。正是由于上述缺陷的存在，即使我们假设玻璃、 附框及幕墙框架的竖向与横向构件等都是绝对平整的，它们之间也是没有任何误差的。于 是整个玻璃幕墙的紧固安装过程，就是玻璃与附框的柔性组合体向刚性的幕墙框架移动的 过程，而在此过程中的若干紧固点又并非是同步的，或者说能形成刚性平面的，而是单点紧 固，因此玻璃是必然会发生扭曲的，玻璃内部也必然会产生应力不均衡而存在隐患。
[0005] 当然实际情况是，玻璃与附框之间会存在平整度误差；玻璃本身存在平整度误差； 幕墙的竖向与横向构件与附框之间存在平整度误差；加上幕墙的竖向与横向构件本身存在 的垂直、水平及角度误差；加上玻璃与附框粘合后存在相互的厚度误差；加上现场工人用 螺栓紧固压板的梓紧程度也会存在差异等等。另外安装幕墙时，玻璃与附框的组合体是先 搁置在托条（垫块）上，然后通过梓紧压板上的螺栓逐步推进直至最终与幕墙框架连接的， 此时因为玻璃的自重加上安装支点在下端，所W位于玻璃下部的螺栓梓紧时的阻力是远大 于玻璃上部的；同样，当压板同时紧固上下或左右两块玻璃的附框时，由于上述各种误差的 存在W及玻璃位置、尺寸和安装顺序的不同，必然产生的结果是：在压板上施加相同的压 力，但是压板两端附框的受力点所受的力是不等的，而且是不可控的、不确定的。
[0006] 上述种种因素最终都会导致玻璃附框对粘结玻璃的结构胶产生破坏性的单边撕 化力，W及此撕化力对玻璃造成的平面扭曲现象和同时产生的不均匀破坏性内应力，导致 完工后的玻璃幕墙存在日后使用过程中受到外力（如风力、保洁、维修等）而诱发的安全隐 患，W致发生玻璃脱胶、爆裂、坠落等安全性的危害，运也正是自玻璃幕墙应用于建筑外装 饰结构W来，时常发生的玻璃幕墙坠落事故产生的主要原因，W至于大家将玻璃幕墙比作 "城市空中的定时炸弹"。另外，如果幕墙中一块玻璃的稳定状态发生变化，会导致相邻的玻 璃或物件相应地出现不确定的内应力，甚至进一步加剧单边撕化力的产生及玻璃内部破坏 性内应力的产生，从而诱发新的安全隐患。
[0007] 由于受到安装方式的局限，目前的玻璃幕墙通常只能在建筑内部或外部实施安装 或更换，而且更换玻璃时易对周边的其他玻璃产生影响或损坏，后期维护比较困难。
[0008] 2、《国家建筑标准设计图集》02J603-1，其中的"平开侣合金窗"、"推拉侣合金窗"、 "平开侣合金口 "和"推拉侣合金口 "部分，有关口窗扇玻璃的固定及安装方式大致简述如 下：先将型材根据尺寸（W下假设口窗扇为矩形）下料；然后用45度拼接或垂直拼接的方 式组角，在型材内插入角码等连接件，用自攻螺钉或挤压馴接结构固定而组合成口窗扇的 边框；再将玻璃置入型材边框的U型槽内，底端放置支承块，周边放置定位块、密封条（垫） 等，将口窗扇拼装完成；最后由现场工人将连接、锁固用功能性五金配件根据设计要求分别 安装于口窗扇边框的型材之上，至此完成侣合金口窗扇玻璃部分的固定与安装。
[0009] 用此方式紧固玻璃，首先口窗扇中的玻璃与侣合金型材边框并没有成为一体，而 仅仅是将玻璃搁置在侣合金型材的U型槽内，n窗扇边框承受玻璃的自重和抗风压等抵抗 外力荷载的性能取决于口窗扇边框主要受力杆件的抵抗矩，一般而言型材的截面积越大其 抵抗矩也要大些，因为口窗扇的主要受力杆件就是型材，而型材的受力是靠型材断面结构 的相互支撑和型材断面内角码等连接件的连接实现的。所W为了满足承受荷载的设计要 求，选用的型材截面积往往都比较大，与此同时对口窗扇的高宽尺寸也必须有严格的规定； 加之型材的尺寸、型号等设置无法做到完全细分，即型材的选择无法完全适用于相应的荷 载要求，而此时我们通常会选择偏大规格的型材W满足荷载的设计要求，再加上侣合金型 材几乎是无法重复使用的，因此目前运些传统的做法无疑都会导致整个产业浪费现象非常 严重，不利于我国发展资源节约型的国民经济体系，制约我国可持续发展的战略执行。
[0010] 另外，玻璃在支撑块上搁置将直接造成玻璃相对脆弱的断面受力，容易在玻璃内 部产生不均衡内应力，一旦受到外力激发极易出现裂纹乃至爆裂；型材的组角及拼装结构 均由工人手工完成，对螺钉等的紧固力度控制要求较高，受工人及现场条件的影响大，如果 操作不当也容易造成玻璃安装过程中的扭曲、受力不均等，给日后的使用带来安全隐患；密 封胶与密封条等设置在玻璃与型材之间的作用是固定、密封及缓冲，但随着时间推移都会 逐渐老化而减弱甚至丧失其应有的功能，从而导致玻璃松动产生新的安全隐患；受型材结 构的影响，合页、滑撑、拉手、n窗锁等五金件的安装，都是靠型材边框的壁厚咬合五金件的 螺丝螺纹完成紧固，可是显然型材边框的壁厚是无法满足五金紧固牢度运一设计要求的， 因而才会导致目前普遍存在的安装后侣合金口窗扇出现松动、关不严、漏水等现象，严重的 则会发生口窗扇掉落等安全事故。
[0011] 3、《国家建筑标准设计图集》J103-2~7 "吊挂玻璃幕墙"部分，其中有关玻璃的 固定及安装方式之一大致简述如下：先在玻璃边缘根据设计要求开设通孔，然后将玻璃吊 装到位，用夹具固定玻璃，周边辅W垫块或胶垫，再由工人对夹具实施螺栓紧固完成对玻璃 的安装。
[0012] 用此方式紧固玻璃：玻璃的吊挂点形成断面受力，势必为应力薄弱点，容易形成破 坏性断面内应力，导致玻璃出现裂缝甚至爆裂、坠落等安全隐患；安装时不完全具备=维调 节功能，当玻璃与构件等出现误差时易使玻璃产生扭曲，进而加剧玻璃吊挂点不均衡内应 力的扩散直至引发危险；另外对夹具实施紧固时，螺栓的紧固力度控制要求较高，受工人及 现场条件的影响大，若操作不当也容易造成玻璃的应力集中；垫块或胶垫老化导致玻璃松 动产生新的安全隐患等。
[0013] 4、《国家建筑标准设计图集》1U508 "平开玻璃隔断口"部分，其中有关玻璃的固 定及安装方式大致简述如下：先在玻璃边缘根据设计要求切角或设置通孔，然后将玻璃移 动到位，用夹具固定玻璃，周边辅W塑料垫片，再由工人对夹具实施螺栓紧固完成对玻璃的 安装。
[0014]用此方式紧固玻璃：玻璃的支承点位于夹具的螺栓之上，玻璃断面与夹具为刚性 接触，玻璃的受力断面势必为应力薄弱点，容易形成破坏性内应力，导致玻璃出现裂缝等安 全隐患；使用过程中玻璃口频繁地开启，玻璃的自重及其他的外力都会导致玻璃与夹具的 紧固点直接产生额外的、不确定的断面内应力，从而打破玻璃整体内应力的平衡，产生安全 隐患；另外螺栓的紧固力度控制要求较高，受工人及现场条件的影响大；塑料垫片老化导 致紧固点松动产生玻璃滑动、掉落等新的安全隐患。
[0015] 5、《国家建筑标准设计图集》J103-2~7 "石材（框架）幕墙"中，有关石材的背 栓式固定及安装方式大致简述如下：先根据设计要求在石材相应部位设置背栓及连接件， 通过连接件将石材搁置在建筑物的立柱与横梁上，最后调节连接件上部的调整螺钉W适当 修正石材的位置，至此完成石材幕墙的安装。
[0016] 用此方式安装石材幕墙，最大的问题是石材与立柱和横梁之间根本就没有实施紧 固，而仅仅是靠连接件将石材搁置在立柱与横梁上实现安装，调整螺钉也仅靠其端点与连 接件的平面接触、无法实现紧固，运样只要稍有外力就会使石材出现松动甚至滑落。另外， 石材与立柱和横梁之间是刚性接触，而石材本身存在平整度误差，立柱和横梁平面存在垂 直、水平及角度误差，加上石材上连接件的位置误差，安装时不完全具备=维调节功能等 等，上述误差都会导致安装后石材上若干个错固点中真正受力的可能只有两个，而运两个 错固点是不足W承受石材的重量的。同时石材内部还会产生不均匀、不稳定的内应力，一旦 受到震动、碰撞等外力影响，即会加剧不均衡内应力对石材的破坏，最终引起石材松动乃至 坠落，对日后的使用及维护带来较大的安全隐患。
[0017] 其他如《国家建筑标准设计图集》06J403-1中"玻璃栏板"与"玻璃平台栏板"部分， W及国家标准《建筑幕墙》GB/T21086-2007,国家行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003,《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001等等，在上述国家规范文件有关 玻璃或石材的紧固方式相关章节中都有上述类似的表述，在此无法一一列举。总而言之，上 述紧固方式都会对被紧固物件产生不稳定的破坏性内应力，而由此导致的问题是：紧固安 装后的物件抗外力强度结构降低；五金固定及安装点极易形成应力集中；物件的紧固、受 力、抗扭等功用严重受制于物件W及断面几何形状；安装尺寸偏差与角度控制的要求较高，W及边框料与物件精度控制的要求偏高；物件安装条件的适应性弱；物件破损掉落后可能 造成的安全意外性高；物件紧固安装中所使用的各种主要材料耗费大；物件紧固安装后可 逆型的回收利用难度大等等。
[0018] 针对此类严重影响产业升级，制约节能环保高效的现代化发展的问题，目前尚无 比较合理的解决方式，本发明填补了此领域的空白。
【发明内容】
[0019] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种具有稳定预应力结构的紧固 系统。
[0020] 预应力[prestressing化rce]