基于建筑幕墻防雷設(shè)計(jì)措施分析

【摘要】建筑幕墻的金屬骨架是良導(dǎo)體，幕墻的防雷措施不當(dāng)，可能會(huì)遭到雷電的側(cè)擊破壞，嚴(yán)重的可能招至火災(zāi)，所以幕墻的防雷必須嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】建筑幕墻；防雷設(shè)計(jì)；安全

1、建筑幕墻防雷的重要性

當(dāng)雷電擊中建筑物的時(shí)候，往往會(huì)發(fā)生熱效應(yīng)、電效應(yīng)和機(jī)械力。金屬被擊中后會(huì)被雷電流在一瞬間所釋放出的巨大能量熔化，使物體的水分受熱發(fā)生膨脹，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械力，或分解成氧氣和氫氣，導(dǎo)致爆炸，使建筑物受到損害，甚至雷電高溫可以使建筑物燃燒，引起一場火災(zāi)。幕墻是建筑物的外衣，而幕墻的金屬龍骨架等金屬材質(zhì)因?yàn)槔纂娦?yīng)會(huì)造成靜電感應(yīng)作用。在天空雷云與大地形成電場的時(shí)候，幕墻金屬體會(huì)積聚和雷云極性相異的許多感應(yīng)電荷。在雷云一瞬間放電之后，如果接地不良，并且幕墻金屬材質(zhì)感應(yīng)電荷也不能夠快速的散流，這將會(huì)導(dǎo)致對(duì)地高電位，容易造成室內(nèi)的電位差，從而產(chǎn)生極大的損害。幕墻當(dāng)中有著大量的金屬物，其導(dǎo)電性能良好，是容易遭到雷擊的位置。建筑物的最外圍很容易遭到雷電的側(cè)擊和直擊。工程本身的防雷裝置雖然很完善，但是加以幕墻圍護(hù)建筑物之后，建筑物的防雷裝置因?yàn)槟粔Φ钠帘涡?yīng)，從而不能夠直接起到防雷的作用，閃擊常常會(huì)變成對(duì)幕墻側(cè)擊。雷擊放電的方向受大氣當(dāng)中最大的電場強(qiáng)度方向影響。因?yàn)榻ㄖ粔Φ臉?gòu)架是由眾多金屬材料組成的，在大氣雷電環(huán)境當(dāng)中受到雷云電荷靜電感應(yīng)，就會(huì)產(chǎn)生集聚大量和雷云底層電荷相反極性的電荷，進(jìn)而導(dǎo)致幕墻周圍空間的電場強(qiáng)度變大。當(dāng)此時(shí)下行先導(dǎo)流注到達(dá)建筑物的雷擊距離的時(shí)候，放電通道要選擇電場強(qiáng)度最大的位置，而下行先導(dǎo)流注就會(huì)匯合幕墻所產(chǎn)生的迎面先導(dǎo)流注，幕墻就會(huì)遭到雷擊。幕墻在接閃器的保護(hù)范圍當(dāng)中，當(dāng)有低于滾球半徑的雷電流通過的時(shí)候，就有可能會(huì)穿過接閃器保護(hù)空間，擊到幕墻上面。如果建筑物的幕墻沒有做好防雷的設(shè)施從而遭到雷擊，就會(huì)發(fā)生上述的情況。所以，建筑幕墻一定要進(jìn)行防雷。

2、建筑幕墻防雷設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)規(guī)范

依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)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。超高層建筑幕墻大于等于150m高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5mx5m或4mx6m。高層建筑幕墻大于等于100m高歸為二類防雷幕墻。

二類防雷建筑物的網(wǎng)格大小，其尺寸應(yīng)小于10mx10m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20mx20m或16mx24m。

《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94所提出的接閃器保護(hù)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(gè)球體沿需要防直接雷的部位滾動(dòng)，當(dāng)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(hù)的部位時(shí)，則該部分就得到接閃器的保護(hù)。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(dāng)建筑物過長，建筑物上出現(xiàn)伸縮縫和沉降縫時(shí)，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(jìn)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4mm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、幕墻防雷設(shè)計(jì)原則

幕墻的防雷設(shè)計(jì)原則是：首先把幕墻自身的橫、豎龍骨通過導(dǎo)體連接在一起，根據(jù)該建筑物的防雷等級(jí)要求的網(wǎng)格尺寸將幕墻自身制做成為一套防雷體系，再將幕墻與建筑自身的防雷裝置進(jìn)行可靠連接，使其兩部分成為一個(gè)整體，形成一個(gè)完整的防雷系統(tǒng)，把雷電襲擊幕墻時(shí)的巨大電流，迅速地輸送到大地，共同起到保護(hù)幕墻和建筑物免遭雷電破壞的作用。

4、建筑幕墻防雷設(shè)計(jì)的方法

4.1構(gòu)建防雷網(wǎng)

建筑物每隔三層要裝設(shè)均壓環(huán)，環(huán)間垂直距離不應(yīng)大于12m，均壓環(huán)內(nèi)的縱向鋼筋必須采用焊接連接并與接地裝置連通。所有引下線、建筑物的金屬結(jié)構(gòu)和金屬設(shè)備均應(yīng)連到環(huán)上。根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，幕墻防側(cè)擊措施如下：一類防雷建筑物從30m起每隔不少于6m沿建筑物四周設(shè)水平避雷帶并與引下線相連30m以上幕墻的金屬物與防雷裝置連接。應(yīng)將二類防雷建筑物45m以上，三類防雷建筑物60m以上幕墻的金屬物與防雷裝置連接。對(duì)設(shè)有許多較重要的敏感電子系統(tǒng)，如通信設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)、電子控制系統(tǒng)等現(xiàn)代化設(shè)備的建筑物，為了增加屏蔽作用，可將防側(cè)擊雷和等電位措施從地面首層做起，即將首層以上的外墻上的建筑幕墻、鋁和金門窗、金屬欄桿等較大金屬物與防雷裝置連接。

4.2防側(cè)雷的辦法

高層建筑幕墻頂部的防雷網(wǎng)，只能起到吸收頂部雷電的作用，不能防止電流的側(cè)面橫向發(fā)展繞擊作用，因此在建筑幕墻超過30m以上的部分，根據(jù)建筑的層間高度每隔2～3層宜用10mm圓鋼設(shè)置一圈避雷網(wǎng)，將其與建筑的均壓環(huán)或預(yù)留的避雷引出線進(jìn)行可靠連接。避雷網(wǎng)的間距宜控制在10m左右。

防側(cè)雷的一般做法是：對(duì)一類防雷幕墻，每隔3m或4m以內(nèi)的幕墻立柱與避雷網(wǎng)相連；對(duì)二類防雷幕墻，每隔10m或11m以內(nèi)的幕墻立柱與均壓環(huán)相連。立柱與立柱間的連通材料建議采用銅制編織線，俗稱銅辮線。為增加連接鋼板的導(dǎo)電性，同時(shí)也為延長其抗腐蝕的能力，將與立柱（鋁合金）接觸部分的保護(hù)膜去掉，鋼板的接觸面浸上錫，目的是使其具有良好的導(dǎo)電性；引出的部分即與避雷網(wǎng)格連接的部分采用熱浸鍍鋅處理，提高防腐能力。再有，在連接鋼板與立柱的接觸處墊上與接觸面相同規(guī)格的3mm素鋁板，目的是如產(chǎn)生雙金屬腐蝕其首先腐蝕素鋁板，對(duì)立柱（鋁合金）起到一定的保護(hù)作用，并在周圈涂適量密封膠以提高耐久性。

4.3幕墻頂防雷

幕墻頂?shù)姆览卓捎帽芾讕Щ虮芾揍?，由建筑物防雷系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。建筑幕墻位于女兒墻外側(cè)時(shí)可沿屋頂周邊設(shè)避雷帶，其安裝位置略為突出女兒墻頂部外圍；也可用屋頂其他明設(shè)金屬物作為接閃器；也有直接利用建筑幕墻與女兒墻之間的封頂金屬板作接閃器，這時(shí)要求金屬板厚度大于0.5mm，板與板之間的搭接長度大于100mm，金屬板無絕緣覆蓋層，金屬板與女兒墻內(nèi)的鋼筋連接成電器通路。在女兒墻部位幕墻構(gòu)架與避雷帶裝置的連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)明露。幕墻避雷導(dǎo)線與鋁合金材料連接時(shí)應(yīng)滿足等電位要求。當(dāng)用銅質(zhì)材料與鋁合金材料連接時(shí)，銅質(zhì)材料外表面應(yīng)經(jīng)熱鍍鋅處理。導(dǎo)線連接接觸面應(yīng)緊密可靠不松動(dòng)。金屬和石材幕墻的還規(guī)定導(dǎo)線應(yīng)在材料表面的保護(hù)膜除掉部位進(jìn)行連接。

4.4幕墻防雷選材

鋁板幕墻在選材上注意宜選用單層鋁板而不要選用鋁塑復(fù)合板，因?yàn)閺?fù)合板中間夾有的聚己烯塑料是不能導(dǎo)電而致使復(fù)合板幕墻無法接地，無法預(yù)防雷電對(duì)建筑物幕墻的危害，且用該料做成的幕墻不耐用。單層鋁板不僅幾十年不變形、壽命長，更重要的是其導(dǎo)電性能好，能夠與幕墻一起接地預(yù)防雷擊。

5、結(jié)語

高層建筑玻璃幕墻防雷是不容忽視的，應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工、檢驗(yàn)各方面不斷規(guī)范：設(shè)計(jì)應(yīng)在圖紙中更加明確各位置的防雷處理方法，施工應(yīng)特別注意連接的要求，檢驗(yàn)要確實(shí)到位，這樣的話高層建筑玻璃幕墻防雷才能真正的起到效果。

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