探究金屬屋面建筑物的防雷

摘要：金屬屋面建筑物由于其本身的建筑特點(diǎn)，在雷電發(fā)生過(guò)程中遭受雷擊的概率比較大，雷擊不僅會(huì)破壞建筑外部的設(shè)施，而且對(duì)建筑內(nèi)部的各項(xiàng)電子設(shè)備也會(huì)造成影響。本文就金屬屋面建筑物的防雷設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的探討，從而有效防止雷擊的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：金屬屋面；防雷設(shè)計(jì)；接閃器；引下線(xiàn)

近年來(lái)隨著人們生活水平的提高和社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑領(lǐng)域中各種各樣的建筑形式也隨之產(chǎn)生，由于人們對(duì)建筑物設(shè)計(jì)要求的不同，建筑物的材料使用也千差萬(wàn)別，很多建筑物采用金屬屋面作為屋頂。雖然這種屋面有質(zhì)量輕和防水性好等優(yōu)點(diǎn)，但是在雷雨天氣過(guò)程中，這種屋面面臨的雷擊概率也是非常大的，雷擊不僅會(huì)破壞建筑外部的設(shè)施，而且對(duì)建筑內(nèi)部的各項(xiàng)電子設(shè)備也會(huì)造成影響。在這種情況下，對(duì)于金屬屋面建筑物的防雷設(shè)計(jì)要求也就越來(lái)越高。

一、確定建筑物的防雷級(jí)別

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中的第2.0.3條，第2.0.4條中各條款的規(guī)定，在建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于建筑物是否需要防雷和防雷的等級(jí)要有明確的識(shí)別。根據(jù)這個(gè)規(guī)定，可以清楚的知道建筑物的雷擊大小跟建筑物所在的地理位置、氣象因素以及建筑物的建筑結(jié)構(gòu)和外形等因素有很密切的關(guān)系。在進(jìn)行建筑物防雷設(shè)計(jì)過(guò)程中首先要確定防雷等級(jí)。建筑物的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算公式

其中N為建筑物年預(yù)計(jì)累計(jì)次數(shù)

k為校正系數(shù)，一般情況下，k的取值是1，但是要根據(jù)建筑物所處地的不同以及建筑物材質(zhì)的不同適當(dāng)調(diào)整k的取值，當(dāng)建筑物是在曠野中，k的取值就需要取2.，對(duì)于金屬屋面建筑物來(lái)說(shuō)k的取值是1.5，還有包括土山頂部、地下水露頭處以及山谷風(fēng)口等地方的建筑雷擊次數(shù)計(jì)算中k的取值都是1.5.

表示的是在建筑物的建設(shè)地點(diǎn)平均每年發(fā)生雷擊的密度

表示的是建筑物地等效面積，也就是建筑物實(shí)際平面面積向外擴(kuò)大后的總面積。

然后利用這個(gè)公式計(jì)算出建筑物的雷擊次數(shù)，確定相應(yīng)的防雷級(jí)別

二、建筑物防雷設(shè)計(jì)要素

建筑物的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中幾個(gè)主要的要素需要充分考慮，（1）接閃器的設(shè)置（2）引下線(xiàn)的分流（3）建筑物內(nèi)部的等電位連接（4）建筑物內(nèi)部的微電子涉筆屏蔽保護(hù)（5）接地效果（6）建筑物內(nèi)部各種線(xiàn)路的連接，對(duì)于金屬屋面的建筑物來(lái)說(shuō)，由于其本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，在設(shè)計(jì)防雷系統(tǒng)的過(guò)程中需要注意的地方還是很多的

1、接閃器

接閃器主要的作用是接受雷電流，防止直擊雷，它也是一種金屬導(dǎo)體，在日常的使用過(guò)程中主要的接閃器有以下幾種，避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷針。雖然避雷針可以有效的引強(qiáng)雷和弱雷，但是由于金屬屋面建筑中屋面的金屬板比較薄，不能安裝傳統(tǒng)的高大沉重的避雷針，所以在接閃器的選擇和安裝過(guò)程中需要特別注意。接閃器的選擇中可以直接利用金屬屋面作為接閃器，但是對(duì)金屬屋面的有一定的要求，金屬屋面中金屬板之間的搭接時(shí)搭接長(zhǎng)度大于100mm，金屬板下面沒(méi)有可燃物的時(shí)候，金屬板的厚度大于或者等于0.5mm，當(dāng)金屬屋面中金屬板下面有易燃物的時(shí)候最小厚度不應(yīng)該超過(guò)4mm，還要求金屬板沒(méi)有絕緣被覆層的存在。用金屬屋面作為接閃器不僅能可以免除建設(shè)避雷網(wǎng)的麻煩，節(jié)省成本，而且對(duì)于整個(gè)建筑來(lái)說(shuō)，不破壞其的美觀性。但是這種設(shè)計(jì)存在的一個(gè)問(wèn)題就是金屬屋面在遇到強(qiáng)雷的時(shí)候往往會(huì)有被雷擊穿的可能性。

但是在現(xiàn)階段很多金屬屋面的建筑物在設(shè)計(jì)屋面的過(guò)程中不能直接用金屬屋面作為接閃器，主要是因?yàn)榻饘傥菝娌痪邆渥鳛榻娱W器的條件。所以在接閃器選擇過(guò)程中要在金屬屋面上進(jìn)行避雷網(wǎng)的設(shè)計(jì)。在常規(guī)的混凝土屋面建筑中對(duì)于避雷網(wǎng)假設(shè)的高度要求是0.1m，但是由于金屬屋面建筑物的特殊性，按照這個(gè)要求架設(shè)在金屬屋面上的避雷網(wǎng)基本上沒(méi)有起到明顯的避雷效果，發(fā)生雷擊的時(shí)候避雷網(wǎng)也不能很好的對(duì)建筑物進(jìn)行保護(hù)，所以一般在金屬屋面的避雷接閃器的設(shè)計(jì)過(guò)程中是按照滾球法對(duì)避雷網(wǎng)的高度和網(wǎng)格的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。還有一種方法就是在金屬屋面上設(shè)置避雷針，但是金屬屋面中不允許進(jìn)行鉆孔和焊接，多以在架設(shè)避雷針的過(guò)程中要設(shè)置一塊不銹鋼鋼板當(dāng)避雷針的底座，并且將鋼板彎折之后與金屬屋面的角度相同。避雷針的長(zhǎng)短要采用.05m的，為了防止風(fēng)吹倒避雷針，在避雷針的根部的兩側(cè)與引線(xiàn)相連起到很好的避雷效果。

2、引下線(xiàn)

建筑物中引下線(xiàn)的作用主要是通過(guò)連接閃器與地下裝置將接閃器中截獲的雷電引入地下裝置中，金屬屋面建筑中，引下線(xiàn)在避雷網(wǎng)與接地裝置之間形成雷電流通的通路。對(duì)于高的金屬屋面建筑來(lái)說(shuō)，一般引下線(xiàn)的通常是用主體結(jié)構(gòu)中的主筋或者是剪力墻中的鋼筋作為暗裝引下線(xiàn)。要做到引下線(xiàn)合理利用就需要對(duì)引下線(xiàn)的布置特點(diǎn)和引下線(xiàn)的數(shù)量進(jìn)行科學(xué)的考慮。金屬屋面中截獲的電流強(qiáng)度一般是比較大的，所以要增加引下線(xiàn)的數(shù)量達(dá)到最好的分流效果。而且在引下線(xiàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程中為了更好的分雷電流就需要盡可能的縮小引下線(xiàn)的長(zhǎng)度。當(dāng)金屬屋面建筑物的引下線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)的時(shí)候，要適時(shí)的采用均壓環(huán)。均壓環(huán)的敷設(shè)主要針對(duì)高度超過(guò)滾球半徑的建筑物。在引下線(xiàn)的敷設(shè)過(guò)程中，均壓環(huán)在縮短引下線(xiàn)的時(shí)候要沿著外墻或者是圈梁鋼筋進(jìn)行。需要注意的是金屬屋面建筑的金屬構(gòu)件可以作為引下線(xiàn)，但是要將各金屬部件之間組成一個(gè)電器通路。

3、接地裝置

接地裝置是與引下線(xiàn)相連，將引下線(xiàn)中引來(lái)的雷電流導(dǎo)入大地的部分，接地裝置一般是在地底下，根據(jù)建筑物的不同，接地裝置的設(shè)計(jì)也是不一樣的，接地體有兩種，一種是自然接地體，另一種是人工接地體，自然接地體是指建筑物的鋼結(jié)構(gòu)和埋在地底下的各種管道。建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中埋入地下的各種鋼類(lèi)管道。當(dāng)金屬屋面的建筑物中是以鋼筋混凝土作為地基時(shí)，需要利用基礎(chǔ)樁和水平圈梁作為垂直和水平的接地體。一般在接地體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，接地體形式是以網(wǎng)狀的形式出現(xiàn)的，這樣做有兩個(gè)好處，一個(gè)是網(wǎng)狀格的接地裝置可以有均壓的作用，有效減少了室內(nèi)的跨步電壓，另一個(gè)是在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中很容易找出接地端子，在防雷設(shè)備接地的過(guò)程中可以很方便。人工接地體的設(shè)計(jì)就是當(dāng)金屬屋面的建筑物中沒(méi)有可以用來(lái)做接地裝置的設(shè)施，就需要采用角鋼和扁鋼在建筑物四周進(jìn)行人工接地體的設(shè)計(jì)，要注意人工接地體的埋設(shè)深度要大于或者是等于0.8m。

4、等電位聯(lián)結(jié)

建筑物的等電位聯(lián)結(jié)就是將建筑物內(nèi)的防雷裝置、導(dǎo)體和防雷架構(gòu)用導(dǎo)線(xiàn)連接起來(lái)，從而使建筑物內(nèi)的各個(gè)金屬管、線(xiàn)路和電位連接板等處都處在同一電位。因?yàn)閷?duì)于金屬屋面的建筑物來(lái)說(shuō)，由于其本身獨(dú)特的特點(diǎn)，在發(fā)生雷電天氣的過(guò)程中很容易遭受到雷電直擊雷和感應(yīng)雷，往往會(huì)造成室內(nèi)各感應(yīng)點(diǎn)的電位也會(huì)出現(xiàn)很大的差距，造成建筑物內(nèi)人員和財(cái)產(chǎn)的損失。將電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)之間安裝浪涌保護(hù)器形成等電位聯(lián)結(jié)，建筑物內(nèi)部的均壓環(huán)和鋼筋網(wǎng)形成等電位聯(lián)結(jié)，這樣從整體上就形成了一個(gè)全方位的等電位聯(lián)結(jié)。

結(jié)論：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)各種建筑物的建設(shè)速度也相應(yīng)加快，在建筑物的使用過(guò)程中。雷擊造成建筑物內(nèi)外部人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失，人們對(duì)防雷的重視程度也在不斷提高。在現(xiàn)代社會(huì)中，建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于防雷的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，而對(duì)于金屬屋面的建筑物來(lái)說(shuō)，由于其本身的特點(diǎn)在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)的過(guò)程中要特別注意對(duì)于避雷網(wǎng)的設(shè)計(jì)，引下線(xiàn)的使用以及接地裝置的安裝，而在避雷網(wǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中采用滾球法可以有效的進(jìn)行避雷網(wǎng)的計(jì)算。要做好對(duì)整個(gè)避雷裝置的設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)避雷系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)密的實(shí)施，從而有效保護(hù)建筑物的安全，防止雷擊事故的發(fā)生。

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