民用綠色建筑結構和電氣設計的協調處理研究

王飛

（山西省建筑設計研究院，山西太原 030001）

0 引言

建筑電氣設計在整個建筑設計中占據較大比例，并且在施工階段，建筑電氣也是較難處理的一部分。其中建筑電氣包括三部分，即供配電、照明和電力系統。而在建筑電氣設計之初，設計人員首先要對建筑電氣的施工和安裝有著較高的技術經驗，以免設計之后在安裝過程中遇到較多困難。并且在施工過程中要對建筑電氣設計施工圖進行仔細閱讀，深入了解施工圖紙中的內容，及早發現施工圖紙中的錯誤，以免在后期施工中影響施工進度，確保工程施工質量[1-3]。之后再進行電氣安裝進度計劃和施工方法的研究，根據相關建筑的圖紙進行仔細比對，深入了解其他類似項目的施工方法，為本工程提供技術經驗和施工經驗，避免出現施工錯誤，降低工程施工成本。在具體施工過程中，電氣安裝人員應和其他專業人員進行商討，了解整個施工過程中遇到的問題并進行分析，把電氣安裝過程中可能遇到的問題及時找出，并根據這些問題選擇最優施工方案。

在當前電氣設計和施工過程中，由于前期準備工作做得不到位，以至于在施工結束后電氣工程經常遇到質量問題，影響用戶的正常使用。因此電氣設計人員應和結構設計人員、施工人員在設計前期和設計中期進行探討，對建筑電氣的組成和使用功能等進行綜合處理，以免結構主體施工完畢后才發現電氣管線等布置不合理等現象。

1 綜合處理方案

1.1 防雷設計

1.1.1 防雷引線設計

混凝土結構是當前高層建筑設計的必選結構，其中混凝土結構又分為框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構等結構形式。混凝土結構由混凝土和鋼筋組合制作而成，混凝土結構中的鋼筋在防雷方面可作為避雷設施的導電設備，如框架柱、構造柱和剪力墻等構件中的鋼筋都可以作為防雷引線。而在構件中選取防雷引線的鋼筋也有較多要求，如鋼筋連接時需采用焊接、綁扎或機械連接的方式。但是為增強鋼筋的導電性能，一般采用搭接焊接的方式進行連接，并且一般選取圓鋼作為防雷引線，增強鋼筋的導電性能，大量理論和實踐證明采用圓鋼并且進行搭接焊接時導電性能最好，即避雷效果最佳。

1.1.2 接閃器的設計

由于社會的進步和發展，人們的審美觀也逐漸提高。因此在這個追求“美”的時代，人們追求建筑“美”的要求也與日俱增。為增強建筑的美觀性，如今許多建筑都采用薄殼或曲面屋面。盡管采用這種建筑形式帶來建筑美觀性，但是同時也增加建筑結構的復雜性，同時也增加此類建筑的防雷設計難度。由于防雷裝置都在建筑物的最高位置，比防雷裝置位置稍微低點的構件也具有較強的導電性，對于這些構件也應設置避雷設施。避雷設施都為金屬構件，并且直接和建筑構件中的鋼筋相連接，因此在避雷裝置和構件連接處需做好防水處理，確保建筑物混凝土和鋼筋的耐久性。也正因為此，目前絕大多數高層建筑物都采用混凝土屋面。因為混凝土屋面采用的是雙層雙向配筋，鋼筋綁扎點也較多，可以作為避雷引線的最佳介質。最終可知選用建筑物自身的鋼筋作為接閃器則必須將建筑物鋼筋精密焊接加工，并且混凝土不能有破損以免給用戶帶來觸電事故。但是純鋼結構或構筑物進行防雷處理時必須在結構外部制作一定的導電通路，如廣告牌和金屬架等鋼結構構筑物。

1.2 合理設計電氣系統

再進行電氣設計時，電氣設計人員應和結構設計人員進行綜合設計，根據結構設計圖紙判斷電氣設計圖紙的準確性和合理性，如對機電開關柜的基礎型鋼預埋和各種電氣管線的預埋、電氣設備的預留空洞等對結構的影響，在結構設計圖紙中找尋適當點進行預埋和穿管，將電氣設備等的預留孔、預埋和安裝對結構影響降為最低。電氣工程施工過程中，應綜合電氣設計人員、施工人員和結構設計人員、施工人員等對圖紙進行審核，及時發現問題并解決，以免造成電氣預留孔或管道等漏忘等情況。另外根據結構設計圖紙，深入了解結構各個構件的連接方式，并在電氣設計中合理利用這些連接方式，降低工程造價和施工難度，對結構各構件達到高效利用。因此在進行電氣設計時和結構設計進行綜合協調設計極為重要。對建筑圖紙進行準確精細設計是結構能夠順利、安全施工的基礎，在設計時做到協調處理，同時電氣設計人員也應具有一定的結構設計理念和極強的責任心，才能在不損害結構穩定性的前提下進行最優電氣設計。

1.3 地線的接地形式和安全防護措施

在建筑電氣設計時地線的接地形式和防護措施與用戶的人身安全有著直接的關聯。地線作為建筑電氣中必不可少的關鍵環節，地線的連接好壞不僅影響用戶的人身安全，而且與電氣設備的運行也有著密切聯系。因此如何選取地線的接地方式與建筑內所用設備和室內外環境有關。對于目前綜合化的建筑物來講，基本所有的建筑電氣設備都有接地系統，因此在建筑電氣設計中對接地系統的優化設計極為重要。如目前廣泛使用的熒光燈，在使用時可產生三次諧波并且疊加到中性線中，無疑增大了中性線的電流。在安裝時若將中性線連接到設備外殼中則可引起電擊反應甚至引起火災等事故。而在TN-S系統中，若將中性線與保護線都連接到設備外殼中可能引起的危害性更大。因此可知在正常使用時中性線和保護線在一定情況下都有可能帶電，將上述兩種線路連接到設備外殼中則會將電擊事故的影響范圍擴大。若將中性線、保護線和直流地線都接到設備外殼中則有可能導致設備不能正常運行。因此在設計之初則應設置直流、交流接地線和安全保護線等，若建筑中存在計算機房或火災監控系統室等特殊用途房間時則整間房屋需設置防靜電系統，以免在正常使用時遇到電磁波干擾。這就要求電氣設計人員在設計之初根據建筑的使用用途和房間的實際使用情況設置防靜電接地系統和屏蔽接地系統。

在正常施工時將基礎內部主筋作為接地線，將結構基礎施工作為電氣設備安裝的起始點。基礎施工時土建工作人員應配合設備安裝工作人員對基礎主筋的接地電阻進行測試，確保工程后期安全使用。

2 電氣管線的預埋與結構布置

電氣管線預埋時，此項工作是安裝工程中的重中之重，由于電氣管線根數多，平面布置較為復雜，尤其是在墻體中豎向管線和樓板中的水平線管，此種情況導致墻體或樓板的截面受到一定削弱，影響結構的承載力。

2.1 豎向預埋管線

豎向預埋管線一般鋪設于混凝土柱或剪力墻中，在綁扎鋼筋時將線管固定與鋼筋網內側，并將兩者固定，避免在混凝土澆筑時線管移位。墻體中布置線管主要分為在混凝土墻體中的線管和在填充墻中的線管。

2.2 水平預埋管線

在樓板中預埋線管時，預埋的線管為水平方向的線管。在混凝土樓板中，主要包括裝配式樓蓋、無梁樓蓋、疊合板樓蓋和最為常見的混凝土現澆樓蓋。無梁樓蓋受其截面尺寸較大，在樓板中布置線管對其承載力基本無影響；疊合板是由預制樓板和現澆樓板組合而成，沿兩者間縫隙布置線管對承載力也基本無影響。因此僅對裝配式樓板和現澆樓板中的線管預制展開分析。

2.2.1 裝配式樓板

裝配式樓板根據制作工藝和受力特性的不同分為預應力混凝土空心樓板和預制裝配式樓板。預制裝配式樓板在工廠內直接生產，線管和線槽在工廠內已經提前預留，直接在預留的管線中鋪設線路即可。而傳統的預應力混凝土空心樓板受制作工藝的影響，樓板中并未進行線管的預埋，樓板安裝完成后線管沿預制板拼縫走向，在拼縫時預留20~30mm的縫寬。由于拼縫內線管的存在，導致后續灌縫時此處不易密實。未解決此問題，在實際施工時可將預制板拼縫設置為40~50mm，并在線管附近安裝一根直徑為12mm的鋼筋。

2.2.2 現澆樓板

在現澆樓板中，線管的預埋較為靈活，但布置線管時不能將線管交叉布置，線管的直徑不得超過樓板厚度的30%。而在實際施工中，施工單位為了節省成本和提供施工效率，往往將線管進行交叉布置，從而導致在后期使用過程中樓板大面積開裂，施工中的錯誤做法如圖1所示。現澆混凝土樓板中線管的直徑越大，對樓板截面的削弱越強。一般的混凝土樓板中出現的裂縫多數是沿預埋線管位置開裂，且線管往往位于跨中部位，此部位彎矩是整個樓板中最大的部位，因此在實際施工時應嚴格控制預埋線管的直徑，減少對混凝土樓板承載力的削弱。

圖1 施工中的錯誤做法

3 結論

隨著科技的發展和人民生活水平的日益提高，建筑設計和施工過程中對電氣設備工程的要求也越來越高，將電氣設備工程和結構設計與施工協調處理，將電氣設備工程安裝技術進一步提高，降低工程造價，提高工程質量，確保電氣設備能夠滿足后期安全使用和耐久性能。