淺談高層建筑物玻璃幕墻防雷措施

【摘 要】本文簡單介紹了高層建筑物玻璃幕墻的防雷措施，高層建筑物玻璃幕墻的防雷措施主要包括直擊雷、側擊雷、閃電感應、等電位連接及接地措施。本文以東莞某大廈的玻璃幕墻防雷措施為實例進行分析。

【關鍵詞】玻璃幕墻；直擊雷；閃電感應；等電位連接；接地

引言

隨著經濟和社會的不斷發展，大量現代建筑傳統的外墻已被新興的玻璃幕墻取而代之。東莞地處高雷區，年平均雷電日數為85.14天，從歷史上看，東莞出現雷電最頻繁的月份是6、7、8月，以8月為最高。東莞市雷電時間長，從每年的2月一直持續到10月。雷電擊中玻璃幕墻極可能造成玻璃破碎如圖1所示，從而引起人身安全隱患。因此玻璃幕墻防雷并不容忽視。

圖1 雷擊玻璃幕墻

1 東莞某大廈概況及其防雷類別的判定

1.1 東莞某大廈概況

東莞某大廈主體尺寸長130m，寬90m，高138m，共46層。

1.2 東莞某大廈防雷類別的判定

東莞某大廈屬于一般性民用建筑物，其防雷類別可以通過計算該建筑物年預計雷擊次數來確定。建筑物年預計雷擊次數按公式（1）計算：

N=k×Ng×Ae （1）

式中：N——建筑物年預計雷擊次數（次/a）;

k——校正系數，東莞某大廈的周圍環境屬一般情況取1；

Ng——建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度（次/km2/a）；

Ae——與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積（km2）.

東莞某大廈所處地區雷擊大地的年平均密度按公式（2）計算：

Ng=0.1×Td （2）

式中：Td——年平均雷暴日，根據當地氣象臺、站資料確定（d/a）

根據東莞當地氣象臺資料確定年平均雷暴日Td=81.6d/a，可以得出Ng=8.16（次/km2/a）。與東莞某大廈截收相同雷擊次數的等效面積按公式（3）計算：

Ae=[LW+2H(L+W)+πH2]×10-6 （3）

式中：L、W、H——分別為建筑物的長、寬、高（m）。

東莞某大廈的L=130m，W=90m，H=138m，代入公式（3）得出與東莞某大廈截收相同雷擊次數的等效面積Ae=0.132（ km2）；將Ng=8.16（次/km2/a）、Ae=0.132（ km2）代入公式（1）得出東莞某大廈年預計雷擊次數N=1.079（次/a），根據《建筑物防雷設計規范》第3.0.3款第10條的規定預計雷擊次數大于0.25次/a的一般性民用建筑物應劃為第二類防雷建筑物，因此東莞某大廈屬于第二類防雷建筑物。

高層建筑物玻璃幕墻的防雷措施主要包括：防直擊雷、側擊雷、閃電感應、等電位連接及接地等。

2 防直擊雷措施

防直擊雷措施包括接閃器、引下線、接地裝置三部分組成。如圖1所示雷電直擊示意圖。

圖1 雷電直擊示意圖

2.1 接閃器及安裝情況

接閃器[3]是指直接截受雷擊的接閃桿、接閃帶（線）、避雷網，以及用作接閃的金屬屋面和金屬構件等。玻璃幕墻蓋頂分兩種情況：一種為玻璃蓋頂，另一種為金屬蓋頂，玻璃蓋頂須敷設接閃器加以保護，金屬蓋頂當其厚度達到接閃厚度時可不另敷設接閃器，直接采用金屬蓋頂接閃，但其安裝工藝必須符合《建筑物防雷設計規范》的要求，當其厚度未達到接閃厚度時，須另敷設接閃器加以保護。東莞某大廈玻璃幕墻蓋頂為玻璃蓋頂，須敷設接閃器加以保護。采用-40×4鍍鋅扁鋼沿著幕墻外邊緣敷設接閃帶，在天面敷設不大于10m×10m或12m×8m的接閃網，在陽角處加裝短接閃桿。

2.2 引下線

引下線[1]是指連接接閃器和接地線的總合。東莞某大廈采用建筑物立柱對角兩條主筋作為引下線，沿建筑物四周均勻布置，其間距沿周長計算不大于18m，幕墻豎向龍骨、橫向龍骨每隔兩層在每個引下線位置處與柱筋引下線焊接連通，組成一個防雷整體。

2.3 接地裝置

接地裝置是指接地體和接地線的總和。接地體[3]是埋入土壤中或混凝土基礎中作散流作用的導體，接地體包括人工接地體和自然接地體。接地線[1]是指從引下線斷接卡或換線處至接地體的連接導體；或從接地端子、等電位連接帶至接地裝置的連接導體。

東莞某大廈利用建筑物結構樁基礎和基礎底板內的主鋼筋等焊接組成接地裝置。每處引下線處利用每樁外圍結構主筋中至少2根主筋作為垂直接地體，承臺下層外側鋼筋焊接連通構成承臺環，承臺分別與作為垂直接地體的樁筋和作為引下線的柱內結構主筋焊接連通。同時將地梁內兩條結構主筋構成基礎接地結構網格，作為水平接地體，基礎接地網格與引下線之間可靠連接。

3 防側擊雷措施

根據《建筑物防雷設計規范》第4.3.9條規定，高于60m的建筑物，其上部占高度20%并超過60m的部位應防側擊。東某大廈的高為138m，該建筑物高110.4m及以上部位都要采取防側擊雷措施。

東莞某大廈在高110.4m及以上的所有金屬物件均與幕墻的龍骨支架作等電位連接，在各樓層之間所有豎向龍骨與橫向龍骨的連接處，采用40×4鋁角碼兩端各用兩個M6不銹鋼對穿螺栓進行壓接，并加不銹鋼平墊和彈簧墊如圖2所示。因設計采用的鋁板厚度為3mm，達到了接閃厚度，可以不另外敷設接閃器，直接采用幕墻的鋁板作為接閃器，其安裝工藝必須符合《建筑物防雷設計規范》的要求，從而達到防側擊雷的效果。

圖2 幕墻橫向龍骨與豎向龍骨連接圖

4 防閃電感應措施

閃電感應就是閃電放電時，在附近導體上產生的雷電靜電感應和雷電電磁感應，它可能使金屬部件之間產生火花放電。

高層建筑玻璃幕墻的金屬材質由于雷電的效應，將會產生靜電感應作用，當天空雷云和大地形成電場時，幕墻的金屬體就會積聚與雷云極性相反的大量感應電荷，當雷云瞬間放電后，云與大地的電場忽然消失，這時幕墻的金屬體感應電荷不能以相應的速度流散，將會產生高達萬伏以上的對地電位，這就是靜電感應電壓，對人和設備產生危害。因此高層高層建筑物玻璃幕墻防閃電感應措施不容忽視。

東莞某大廈玻璃幕墻各金屬構件與玻璃幕墻龍骨構架做好等電位連接，幕墻龍骨構架橫向沿著建筑物每隔18m與建筑物框架作一次等電位連接，確保幕墻各金屬構件之間的電氣連通，從而減少閃電感應帶來的危害。

5 等電位連接及接地

等電位連接[2]就是將分開的諸金屬物體直接用連接導體或經電涌保護器連接到防雷裝置上以減小雷電流引發的電位差。

東莞某大廈主體框架各主筋之間須構成電氣連接，主要是作為接地體的樁筋、梁筋與承臺的連接，選定作為引下線和均勻環屏蔽網的梁筋、柱筋、板筋各接口出采用焊接，采用圓鋼焊接，采用雙面焊時，焊接長度為圓鋼直徑的6倍；采用單面焊時，焊接長度為圓鋼直徑的12倍。使之成為可靠的電氣連通。

為了使玻璃幕墻豎向龍骨保持良好的接地導通，采用-40×4鍍鋅扁鋼一端與均壓環焊接，其焊接長度不應小于扁鋼寬度的2倍且采用三面焊，另一端用兩個M8不銹鋼對穿螺栓與豎向龍骨進行壓接，并加不銹鋼平墊和彈簧墊。所有豎向龍骨的駁接處采用歐姆彎壓接，歐姆彎采用40×4鋁合金制成，連接處上下各用兩個M8不銹鋼對穿螺栓進行壓接，并加不銹鋼平墊和彈簧墊，如圖3所示。

圖3 豎向龍骨間歐姆彎壓接

東莞某大廈玻璃幕墻的各金屬構件之間與其金屬龍骨作好等電位連接，再通過玻璃幕墻的金屬龍骨構架與建筑物框架焊接連通，并與建筑物基礎地網作焊接連通，其焊接工藝必須符合《建筑物防雷設計規范》的要求。玻璃幕墻各金屬構件保持電氣連通，形成一個整體。

6 結語

高層建筑物玻璃幕墻的防雷措施由防直擊雷、側擊雷、閃電感應、等電位連接及接地等組成。高層建筑物玻璃幕墻的防雷措施是一個整體，一環扣一環，缺一不可。玻璃幕墻蓋頂分兩種，一種是玻璃蓋頂，另一種是金屬蓋頂。前者須敷設接閃器加以保護；后者當金屬蓋頂厚度達到了接閃厚度時，可以不另設接閃器，直接采用金屬蓋頂接閃，反之則須另敷設接閃器加以保護。

參考文獻：

[1]蘇幫禮、崔秉球、吳望平、蘇宇燕《雷電與避雷工程》[M].

[2]GB50057-2010 建筑物防雷設計規范 [S].

[3]虞昊、臧庚媛、趙大銅《現代防雷技術基礎》[M].