浅谈建筑幕墙的防雷设计

发表时间:2016/3/7   来源:《工程建设标准化》2015年10月供稿   作者:潘峰
[导读] 沈阳远大铝业工程有限公司 防雷接地是建筑工程安全方面必须考虑的一个重要因素,作为建筑工程的有机组成,幕墙防雷也是需要关注的重点。

(沈阳远大铝业工程有限公司,辽宁,沈阳,110027)

【摘  要】改革开放后,在经济快速发展的推动下,建筑工程数量急速增加,各类建筑物拔地而起,建筑幕墙在高层建筑当中有着广泛的应用,而防雷接地是建筑工程安全方面必须考虑的一个重要因素,作为建筑工程的有机组成,幕墙防雷也是需要关注的重点。
【关键词】建筑幕墙;雷电危害;防雷设计

        幕墙是建筑工程中非常重要的施工项目,建筑幕墙对于建筑物有着装饰作用,大大提高了建筑的视觉效果,提升了建筑物的外形美感。而建筑幕墙施工当中,金属结构是必不可少的,这就使幕墙在安全性方面受到一定的影响,在遭遇雷电时,幕墙很容易遭受雷击,给建筑安全以及人身安全构成威胁,因此,对于幕墙进行防雷设计是十分必要的。
一、建筑幕墙防雷的重要意义
(一)雷电的特点
        雷电是一种自然现象,其具有电压高、电流大、释放时间短的特点,雷电的破坏性极大。现代社会,由于高层建筑比较多,所以施工单位一定要做好防雷防护措施,避免雷电对建筑物造成较大的破坏。雷电的电流幅值也比较大,而且具有较大的冲击性,其最大可以达到300kA。雷电的冲击电压比较高,所以受到雷击攻击的物体会受到严重的损害,雷电放电的时间比较短,但是释放的能量却比较大,其电压最高可以达到几百万伏特,瞬间电流更是远超十万安培,其产生的破坏性也极大。
(二)建筑幕墙防雷措施的必要性
        建筑物如果受到雷电的袭击,会产生电效应,还会释放出较大的能量,会将金属熔化,还会使物体的温度升高,物体会受热膨胀,还可产生机械力量,严重时还能引起爆炸,对建筑产生较大的破坏力。雷电会释放较大的热量,建筑内有较多的电线,这会引起火灾或者触电现象,所以,施工单位必须做好防雷防护措施,这样才不会引发安全事故。幕墙作为建筑物的外围护结构,其结构一般为金属龙骨类型,这种材质很容易受到雷电的影响,产生静电感应,还会在金属体中聚集大量的电荷,如果出现接地不良等问题,则会使建筑室内出现电位差,很容易引起触电事故。幕墙结构中有大量的金属物,这些材料的导电性能比较强,也容易受到雷电的袭击,所以,建筑单位除了需要安装防雷装置,还需要做好建筑幕墙的防雷工作,要避免幕墙受到雷电的攻击。
二、相关规范对建筑防雷的具体要求
        JGJ102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》第4.4.13 条规定:“玻璃幕墙的防雷设计应符合国家现行标准GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》和JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》的有关规定”。JGJ133—2001《金属与石材幕墙工程技术规范》第4.4.2条也有相关规定,这里就不做详细的阐述。JGJ102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》还规定:“幕墙的金属框架应与主体结构的防雷体系可靠连接,连接部位应清除非导电保护层”。玻璃幕墙是附属于主体建筑的围护结构,幕墙的金属框架一般不单独作防雷接地,而是利用主体结构的防雷体系,与建筑本身的防雷设计相结合,因此要求应与主体结构的防雷体系可靠连接,并保持导电通畅。
三、建筑幕墙防雷的设计原理
        由于雷电对建筑幕墙的破坏形式大致上可以分为直击雷、侧击雷和雷击感应损害。所以其对应的防雷设计原理也就存在以下三种。
(一)防直击雷
        对于直击雷的防护工程一般从外部构建:处于幕墙顶部吸引雷电的接闪器,布置在地底一定深度用于传导雷电电流的接地装置和位于高层建筑四周的连接两者的引下线,这样就是一个完整的防直击雷系统。



(二)防侧击雷
        GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》第4.3.9和第4.4.8规定:对于第二、三类防雷建筑,建筑物高度超过60m的,在建筑物上部占高度20%并超过60m的部位应防侧击,在此位置布置接闪器应符合对本类防雷建筑物的要求,接闪器应重点布置在墙角、边缘和显著突出的物体上。
(三)防雷击感应损害
        雷击所带来的电磁感应作为一种干扰源来影响电子设备和网络系统的运行,为了防止这一损害就必须形成一个屏蔽效应,在幕墙之内构建一个防雷的金属六面体网笼状格局来进行屏蔽。然而,以地板、天花板和墙板三者以内的钢筋构建的系统,不但起到了屏蔽的良好效果,也是解决等电位和分流分体的重要措施。
四、幕墙防雷设计措施
(一)防顶雷措施
        由于高层建筑物高,雷电击中建筑物屋顶周边时的电流可能会很大,金属幕墙如果位于女儿墙外侧就属于屋面周边,属于易受雷击部位,尤其是转角处为雷击率最高部位。GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》第5.2.7 条规定,当女儿墙与金属幕墙间的封修采用的是金属板,可利用其做接闪器,但要求其厚度T≥0.5mm,金属板之间采用搭接时,其搭接长度不应小于100mm,金属板应无绝缘被覆层, 用做接闪器的金属封修板均应与女儿墙内钢筋连接成电气通路。 JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》规定:“兼有防雷功能的幕墙压顶板宜采用厚度不小于3mm的铝合金板制造,压顶板截面不宜小于70mm2(幕墙高度不小于150m时)或50mm2(幕墙高度小于150m时)。幕墙压顶板体系与主体结构屋顶的防雷系统应有效的连通。”
(二)防侧击和等电位连接
        高层建筑物必然是钢筋混凝土结构(或钢结构)的建筑物,应充分利用其金属物做防雷装置的一部分,将其金属物尽可能连成一整体。GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》对第二、三类防雷建筑物没有要求专设均压环,因为高层建筑物均为钢筋混凝土或钢构架建筑物,而且钢筋混凝土为现浇,钢筋已通过绑扎连通,整幢建筑物已处于均压中。金属幕墙的防侧击雷是通过将金属幕墙的立柱与每层圈梁或柱子的钢筋连接的预埋件连通即可。这就要求在主体结构施工时,埋入的每个预埋件的直锚筋应和圈梁(或楼板)中的钢筋用绑扎法连接或焊接。如果采用后设锚板(例如用化学螺栓固定锚板),应将每块锚板与主体结构的钢筋连接,总之预埋件与主体结构之间必须连接成电气通路。通常,玻璃幕墙的铝合金立柱,在不大于10m范围内宜有一列立柱采用柔性导线上、下连通,铜质导线截面积不宜小于25mm2,铝质导线截面积不宜小于30mm2,在主体建筑有水平均压环的楼层,对应导电通路立柱的预埋件或固定件应采用圆钢或扁钢与水平均压环焊接连通,形成防雷通路,焊缝和连线应涂防锈漆。扁钢截面不宜小于 5mm×40mm,圆钢直径不宜小12mm。
(三)防雷电(静电)感应
        金属幕墙除了注意防直击雷和侧击雷外,还应注意雷电感应。闪电放电时,在附近导体上产生静电感应和电磁感应,它可能使金属部件之间产生火花。静电感应是由于雷云的作用,使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷,雷云放电时,先与通道中的电荷迅速中和,在导体上的感应电荷得到释放,如不就近泄入地下就会产生很高的电位。电磁感应是由于雷电流迅速变化,在其周围空间产生瞬变的强电磁场,使附近导体上感应出很高的电动势,GB 50057—2010 规定第一类和部分第二类建筑物应采取防雷电感应的措施,即幕墙金属杆件要与防雷电感应的接地装置接通。
        总之,由于建筑幕墙的特殊性,加强对其防雷设计已经成为了幕墙设计中的重要工作内容之一。因此相关工作人员,应严格依据现行的建筑物防雷设计规范的要求,做好建筑幕墙的防雷设计工作,确保建筑幕墙的安全性,尽量减小雷电的安全隐患,进而有效保障人民的生命财产安全。
参考文献:
[1]张立春,徐磊,赵文,李亚芬.建筑物防雷装置设计技术评价[J].内蒙古气象,2014,01
[2] GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》
[3] JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》
[4] JGJ 133—2001《金属与石材幕墙工程技术规范》

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