建筑幕墻防雷的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析及應(yīng)用

建筑幕墻防雷的結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析及應(yīng)用、/.—一、前言建筑幕墻的防雷問題在《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》 GB50057當中沒有很具體、很明確地提出對幕墻防雷的規(guī)定，社會上對防雷問題的說法也不一，又由于我國幕墻的發(fā)展時間短，速度快，未作系統(tǒng)的研究，只是結(jié)合參照了幕墻行業(yè)較發(fā)達的國家日本、德國幕墻防雷裝置的做法提出了三條要求：1、 在幕墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)自上而下地安裝防雷裝置，并應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)的防雷裝置可靠連接。2、 導(dǎo)線應(yīng)在材料表面的保護膜除掉部位進行連接。3、 幕墻的防雷裝置設(shè)計及安裝應(yīng)經(jīng)建筑設(shè)計單位認可。談到建筑幕墻防雷就不可能不涉及到建筑物的防雷，因為幕墻是獨立懸掛于建筑物之外的外圍護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，它的防雷裝置與建筑物的防雷設(shè)施有機地結(jié)合在一起，共同構(gòu)成一個防雷體系。因此，有必要首先了解一下建筑物的防雷設(shè)計。二、建筑物的防雷設(shè)計1、雷電的基本理論雷電的形成原理：雷電是天空云層中一種自然的放電現(xiàn)象，大氣的流動冷熱交換變化形成了雷云，在氣流的作用下，雷云下部的水滴帶負電荷，上部冰晶帶正電荷，這樣就形成一部分帶正電荷，一部分帶負電荷的雷云，由于異性電荷的不斷積累，不同極性的云塊之間電場強度不斷增大，當某處的電場強度超過空氣可能承受的擊穿強度時，于是空氣電離產(chǎn)生云間放電，為閃電落雷的發(fā)展創(chuàng)造了條件。電荷通過一定的通道相互中和，產(chǎn)生強烈的光和熱。放電通道所發(fā)出的這種強光，人們稱之為“閃”，而通道所發(fā)出的熱，使附近的空氣突然膨脹，發(fā)出霹靂的轟鳴，人們稱之為“雷”。這就是雷電的形成過程。2、雷電的危害1）、雷電對建筑物的危害地面上的建筑物千姿百態(tài)，對雷電的形成和發(fā)展也有著促進作用，特別高層或超高層建筑使地面的電場分布發(fā)生了嚴重的畸變，其電場強度比一般建筑物大得多，而建筑物本身的電場強度的分布也不是均勻的，往往在建筑物的尖頂及邊緣上的電場強度最大，而又由于建筑物本身構(gòu)造及其附屬構(gòu)件積蓄的電荷，雷電就自然被吸引向這些地方，這就是高聳突出的建筑物容易遭受雷擊的緣故。如金屬屋頂、金屬天溝、金屬水箱、金屬欄桿等，都是易遭受雷擊的部位。當雷電擊中建筑物時，通常會產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力，雷電流在瞬間釋放出的巨大能量，會把被擊中的金屬融化，使物體水份受熱膨脹，產(chǎn)生強大的機械力，或者分解成氫氣和氧氣，產(chǎn)生暴炸，對人和建筑物構(gòu)成了巨大的威脅。再有雷電的高溫會引起火災(zāi)和觸電事故的發(fā)生。因此，這就是建筑物需要設(shè)防雷裝置的主要原因。2）、雷電對人畜的危害跨步電壓和接觸電壓是容易造成人畜傷亡的兩種雷害。A、跨步電壓當雷電流經(jīng)地面雷擊點或接地體散入周圍土壤時，在它的周圍形成了電壓降落，這時，如果有人站在接地體附近，由于兩腳所處電位不同，跨接一定的電位差，因而有電流流過人體，造成人員傷亡?？绮诫妷簩τ诔嗄_的人特別危險，這是因為人的下肢與地面接觸良好，流過人體的電流也比較大。B、接觸電壓當雷電流流經(jīng)引下線和接地裝置時，由于引下線本身和接地裝置都有電阻和電抗，因而會產(chǎn)生較高的電壓降，這種電壓降有時高達幾萬伏，甚至幾十萬伏。這時如果有人或牲畜接觸引下線，就會發(fā)生觸電事故。3、建筑物防雷的基本原則從雷電對建筑物造成的危害的角度來看，最好對所有的建筑物都進行防雷，但是，事實上沒有這種可能，也沒有這種必要。這是因為如果某一地區(qū)，它根本不會發(fā)生雷擊現(xiàn)象或極少發(fā)生雷擊現(xiàn)象，那就沒有必要考慮防雷問題。因此，建筑物是否應(yīng)裝設(shè)防雷裝置，還應(yīng)根據(jù)建筑物所在地點和建筑物本身的重要性，來綜合考慮是否安裝防雷裝置。4、建筑物防雷設(shè)計的等級根據(jù)建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性，將建筑物劃分為三類。遇到下列情況之一時，應(yīng)劃為一類防雷建筑物A、凡制造、使用或存炸藥、火藥、起爆藥、火攻品等大量炸藥物質(zhì)的建筑物。B、 具有0區(qū)或10區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物。C、 具有1區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物。一類防雷建筑物的網(wǎng)格大小，依規(guī)范要求其尺寸應(yīng)小于 5mx5n或4mx6m遇到下列情況之一時，應(yīng)劃為二類防雷建筑物A、 國家級的會堂、辦公樓建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、國賓館、國家級檔案館等。B、 國家級重點文物保護建筑物。C、 國家級計算中心國際通訊樞紐等。二類防雷建筑物的網(wǎng)格大小，依規(guī)范要求其尺寸應(yīng)小于10mx10n或8mx12m遇到下列情況之一時，應(yīng)劃為三類防雷建筑物A、 省級重點文物保護建筑物及省級檔案館。B、 省級辦公建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物。C、 高度在15m以上的煙筒、水塔等孤立的高聳建筑物等。三類防雷建筑物的網(wǎng)格大小，依規(guī)范要求其尺寸應(yīng)小于20mx20r或16mx24m5、建筑物防雷設(shè)計的主要措施建筑物的防雷裝置主要有三部分組成 接閃器、引下線和接地裝置a、接閃器接閃器按形狀分為避雷針、避雷網(wǎng)、避雷環(huán)三種形式。1）、避雷針我們知道，避雷針的防雷作用不在于避雷，而在于接受雷電流。避雷針是人為地設(shè)立的最突出的良導(dǎo)體，它的端部電場強度最大，雷電先驅(qū)自然地被吸引過來，這就是避雷針引雷效應(yīng)的基本理論。避雷針采用的材料：避雷針采用圓鋼或焊接鋼管制成，圓鋼截面不得小于100平方毫米,鋼管厚度不得小于3毫米。其直徑不應(yīng)小于下列數(shù)值：針長1米以下：圓鋼12毫米、鋼管20毫米。針長1-2米：圓鋼16毫米、鋼管25毫米。煙囪頂上的針：圓鋼20毫米、鋼管40毫米。2）、避雷網(wǎng)和避雷帶避雷網(wǎng)分為明裝避雷網(wǎng)和籠式避雷網(wǎng)兩大類。明裝避雷網(wǎng)是在屋頂上以較疏的明裝金屬網(wǎng)格作為接閃器，沿外墻做引下線，接到接地裝置上，將雷電流安全地引入地下?；\式避雷網(wǎng)是將避雷網(wǎng)、引下線和接地裝置三部分組成一個整體較密的鋼鐵大網(wǎng)籠，將建筑物罩在其中免遭雷擊的侵害。避雷網(wǎng)和避雷帶采用的材料：避雷網(wǎng)或避雷帶一般用圓鋼或焊接鋼管制成，其尺寸不應(yīng)小于下列數(shù)值：圓鋼直徑8毫米。扁鋼截面48平方毫米。扁鋼厚度4毫米。我國的防雷規(guī)范沒有對金屬作接閃器（避雷針、避雷網(wǎng)、避雷環(huán)）的具體規(guī)定，但有一些實施經(jīng)驗數(shù)據(jù)可共參考，一類防雷建筑，接閃器的金屬板厚度小于2.5mm二類防雷建筑，接閃器的金屬板厚度小于 2mm三類防雷建筑，接閃器的金屬板厚度小于1.5mm對于雷電活動強烈的地區(qū)，接閃器的金屬板厚度可適當增厚。b、引下線設(shè)置防雷引下線的數(shù)量，是關(guān)系到建筑物是否產(chǎn)生擴大事故的重要因素。每根引下線所承受的雷電流愈小，則其反擊的機會和感應(yīng)范圍的影響就小，所以引下線的根數(shù)應(yīng)盡量多些為好。引下線采用的材料：引下線一般用圓鋼或扁鋼制成，其截面不應(yīng)小于48平方毫米，在易遭受腐蝕的部位，其截面應(yīng)適當加大。其尺寸不應(yīng)小于下列數(shù)值：圓鋼直徑8毫米。扁鋼截面48平方毫米。扁鋼厚度4毫米。C、屏蔽作用對內(nèi)部裝有通信系統(tǒng)和大量電子設(shè)備的建筑物，考慮屏蔽技術(shù)措施的應(yīng)用。d、均衡電位為保證建筑物內(nèi)部不發(fā)生反擊，不產(chǎn)生接觸電壓和跨步電壓，應(yīng)當使建筑物的地面、墻面和人能接觸到部位的金屬設(shè)備及管、線路等，能達到同同一個電位。這是保證人身安全和各種金屬設(shè)備不受損壞的重要條件之一。e接地裝置接地效果的好壞也是防雷安全的重要保證，目前的建筑物主要是利用其鋼筋混凝土基礎(chǔ)中的鋼筋作為接地裝置，這種方式可以大大降低接地電阻和均衡地面電位。接地裝置埋設(shè)的深度以在0.5-1米范圍為宜，最少不小于0.5米。接地裝置均使用鍍鋅鋼材，以使其延長使用年限，各焊接點必須刷瀝青油，加強防腐。接地裝置分為垂直埋設(shè)的接地體和水平接地體。接地裝置采用的材料：垂直接地體：圓鋼直徑19毫米；鋼管厚3.5毫米，直徑35毫米；角鋼厚度4毫米。寬40毫米。水平接地體：扁鋼厚度4毫米，截面100平方毫米；方鋼10x10平方毫米；圓鋼直徑12毫米。為了保證防雷裝置對人和牲畜的安全，應(yīng)將引下線和接地裝置盡可能安裝在人們不易接觸到的地方。接地裝置最好作成環(huán)形周圈式的或深埋在一米以下，以改善接地裝置附近地面的電位分布；以減少跨步電壓的危險。此外，為了防止接觸電壓危及人畜，在可能條件下將引下線纏上絕緣或隔離起來。三、建筑幕墻的防雷設(shè)計幕墻是獨立懸掛在建筑主體結(jié)構(gòu)之外的建筑外圍護系統(tǒng)，當建筑幕墻圍護建筑物后，建筑物原防雷裝置由于建筑幕墻的屏蔽效應(yīng)，不能直接起到防雷作用，閃電對建筑物的雷擊，往往變成了對建筑幕墻的直接雷擊，因此，建筑幕墻的防雷設(shè)施設(shè)計是非常重要的。1、幕墻防雷設(shè)計的準則建筑物的防雷裝置通常由三部分組成：接閃器（避雷針、避雷網(wǎng)、避雷環(huán)），引下線和接地裝置。在幕墻的防雷設(shè)計中，充分利用建筑物的這些裝置與幕墻的自身防雷體系（橫豎龍骨）連通，使其兩部分成為一個防雷整體，把幕墻獲得的巨大雷電能量，通過建筑物的接地系統(tǒng)，迅速地輸送到地下，共同起到保護幕墻和建筑物免遭雷電破壞的作用。2、幕墻的防雷設(shè)計依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-94的有關(guān)規(guī)定和建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性，將建筑幕墻也分為一類防雷幕墻、二類防雷幕墻、三類防雷幕墻。超咼層建筑幕墻大于等于150m咼歸為一類防雷幕墻依據(jù)規(guī)范要求一類防雷建筑物的網(wǎng)格大小，其尺寸應(yīng)小于 5mx5n或4mx6m咼層建筑幕墻大于等于100m咼歸為二類防雷幕墻二類防雷建筑物的網(wǎng)格大小，其尺寸應(yīng)小于 10mx10n或8mx16m普通幕墻大于等于30-50m高歸為三類防雷幕墻。三類防雷建筑物的網(wǎng)格大小，其尺寸應(yīng)小于 20mx20n或16mx24m《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-94所提出的接閃器保護范圍是以滾球法為基礎(chǔ)的，所謂滾球法是以hr為半徑的一個球體沿需要防直接雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器或只接觸及接閃器和地面而不觸及需要保護的部位時，則該部分就得到接閃器的保護。幕墻的防雷裝置和建筑物防雷網(wǎng)的接通辦法一般有三種形式，一是在鋼筋混凝土墻上通過柱或墻內(nèi)的主鋼筋設(shè)置預(yù)埋件連接板和引出連接板作為測試、連接之用。二是利用幕墻上的預(yù)埋件和建筑物防雷網(wǎng)接通作為連接通道。三是在立柱、梁墻澆注混凝土之前，焊好預(yù)留出來的接線，作為連通之用。當建筑物過長，建筑物上出現(xiàn)伸縮縫和沉降縫時，兩部分應(yīng)構(gòu)成統(tǒng)一的防雷系統(tǒng)，在伸縮縫和沉降縫之間必須進行防雷系統(tǒng)的跨越處理。處理方法

是用軟導(dǎo)管線連接斷開的防雷裝置，或用不少于4mn厚的鍍鋅扁鋼彎曲成U形狀后連接，以易于伸縮。U形的半徑應(yīng)大于伸縮的兩倍至三倍。3、建筑幕墻的防雷措施幕墻除本身應(yīng)形成自身的防雷體系外，還應(yīng)該和建筑主體的防雷體系相連接，共同形成一防雷體系。幕墻本身的防雷體系一般是由 10x10或8x12的網(wǎng)狀系統(tǒng)形成的。建筑幕墻的防雷措施主要有兩種，一種是防頂雷，另一種是防側(cè)雷。防頂雷的辦法：由于高層建筑物高，雷閃擊中建筑物頂層周邊的雷電流可能會很大，金屬幕墻如果位于女兒墻外側(cè)時就屬于屋面周邊，屬于易受雷擊部位，尤其是轉(zhuǎn)角處為雷擊率最高部位，因此，此處的防雷是很重要的。我司在女兒墻外側(cè)裝修的具體做法是：在女兒墻上設(shè)置防雷網(wǎng)，防雷網(wǎng)用 8mm的圓鋼或170?<!2mHLVi+JEI負色舊龍皿小i貳二二二二170?<!2mHLVi+JEI負色舊龍皿小i貳二二二二「尸廠―n-tp- —―—JII

—兩層與立梃連通I!111~~1J—i_L<10m橫梁與立梃連通—兩層與立梃連通I!111~~1J—i_L<10m橫梁與立梃連通被雷擊穿。為保證幕墻免遭雷擊，使幕墻頂封板處于安全范圍之內(nèi)，可相應(yīng)調(diào)整頂封板的寬度和不銹鋼扶手的高度，使保護角a、B均小于 600。起到防頂雷擊的目的＜防側(cè)雷的辦法：高層建筑幕墻頂部的接閃器，不能防止電流的側(cè)面橫向發(fā)展繞擊作用。因此在30米以上的建筑幕墻部分，每隔三層設(shè)置一圈焊接在上墻鋼件的均壓環(huán)上，均壓環(huán)每隔15米（一類防雷），18米（二、三類防雷）和建筑物防雷網(wǎng)接通，固定在設(shè)均壓環(huán)樓層上的立梃必須與均壓環(huán)連通，位于均壓環(huán)處與梁縱向筋連通的立梃上的橫梁，必須與立梃連通，在幕墻立面上，每 10米或8米以內(nèi)位于未設(shè)均壓環(huán)樓層的立梃，必須與固定在設(shè)均壓環(huán)樓層的立梃連通，接地電阻均應(yīng)小于4。我公司防側(cè)雷的具體作法是：對一類防雷幕墻，每隔 5米或4米以內(nèi)的立梃與均壓環(huán)相連，對二類防雷幕墻，每隔10米或8米以內(nèi)的立梃與均壓環(huán)相連，為增加連接鋼板的導(dǎo)電性，同時也為延長其抗腐蝕的能力，將與立40讓"’"用雷遂接岳鷲氫2）望框拾芯褸版/I 輔40讓"’"用雷遂接岳鷲氫2）望框拾芯褸版/I 輔6袋腳板工史叫.和丄注出叮肌訓就大于綽國板朋港.1①*」1飛按屈一:復(fù)腹丄虐門；三：遞閒密臺堵及安裝