淺談建筑幕墻的防雷設(shè)計(jì)

謝沙沙

【摘 要】建筑幕墻是由金屬構(gòu)架與板材組成的，不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)荷載與作用的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。建筑幕墻是現(xiàn)代建筑派的主要表現(xiàn)特征，在新世紀(jì)的現(xiàn)代化城市建筑中具有不可替代的藝術(shù)地位。隨著建筑房地權(quán)業(yè)的迅猛發(fā)展，建筑幕墻也越來越多， 為防止或減少雷擊建筑幕墻所發(fā)生的損害，本文對建筑幕墻的防雷設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單介紹。

【關(guān)鍵詞】建筑幕墻；防雷設(shè)計(jì)

前言：

人類在不斷地前進(jìn)，社會在不斷地發(fā)展，建筑行業(yè)日新月異，建筑工程突飛猛進(jìn)。在國內(nèi)外，建筑幕墻越來越多，為防止或減少雷擊建筑幕墻所發(fā)生的人身傷害和文物、財(cái)產(chǎn)的損失，并做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，固此，做好建筑幕墻的防雷措施也越來越重要，建筑幕墻防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已是當(dāng)今一個(gè)重要問題。

一、雷電與建筑物的關(guān)系

我們知道，雷電是天空云層中一種自然的放電現(xiàn)象，雷電一般產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，因此常伴有強(qiáng)烈的陣風(fēng)和暴雨，有時(shí)還伴有冰雹和龍卷風(fēng)。積雨云頂部一般較高，可達(dá)20公里，云的上部常有冰晶，冰晶的凇附，水滴的破碎以及空氣對流等過程，使云中產(chǎn)生電荷，云中電荷的分布較復(fù)雜，但總體而言，云的上部以正電荷為主，下部以負(fù)電荷為主。因此，云的上、下部之間形成一個(gè)電位差。當(dāng)電位差達(dá)到一定程度后，就會產(chǎn)生放電，這就是我們常見的閃電現(xiàn)象，閃電的平均電流是3萬安培，最大電流可達(dá)30萬安培，帶有電荷的雷云與地面的突起物接近時(shí)，他們之間就會發(fā)生激烈的放電及發(fā)出火花，這就是閃電。閃電主要有云際閃電和云地閃電兩種，而云地閃電對人們關(guān)系較大。強(qiáng)大的電流把閃電通道內(nèi)的空氣加熱到一萬度以上，空氣聚然膨脹，發(fā)出巨大響聲，這就是雷。

凡是空氣中導(dǎo)電微粒較多的，地面有高聳物體，地面和地下的電阻率較小的地帶都易落雷，因?yàn)槔纂娏骺偸沁x取最易導(dǎo)電的途徑。地面上建筑物性質(zhì)對雷電的發(fā)展也有影響，由于建筑物改變了地面電場強(qiáng)度的分布，電場強(qiáng)度最大，附近氣體離子增多，最易擊穿導(dǎo)電，往往構(gòu)成了雷電發(fā)展的條件，雷電下行先導(dǎo)就自然被吸引向這些地方，屋頂就會由尖端放電，導(dǎo)致迎面先導(dǎo)，與云下的先導(dǎo)會合，形成主放電通導(dǎo)，強(qiáng)大的雷電流就會指向房屋。建筑物本身構(gòu)造及其附屬構(gòu)件能積極蓄電荷的多少，對雷擊影響很大，如金屬屋頂、金屬墻面、金屬天溝等具有良好的導(dǎo)電性能，都是易遭受雷擊的部位。

雷電擊中建筑物時(shí)，通常會產(chǎn)生電效應(yīng)，雷電流在瞬間釋放出的巨大能量，會把被擊中的建筑物遭到破壞。高層建筑幕墻的金屬材質(zhì)由于雷電的效應(yīng)，將會產(chǎn)生靜電感應(yīng)作用，當(dāng)天空雷云和大地形成電場時(shí)，幕墻的金屬體就會積聚與雷云極性相反的大量感應(yīng)電荷，當(dāng)雷云瞬間放電后，云與大地的電場忽然消失，將會產(chǎn)生高達(dá)萬伏以上的對地電位，這對人和設(shè)備將會產(chǎn)生危害。所以，建筑幕墻設(shè)計(jì)時(shí)必須做好防雷設(shè)計(jì)，以防范雷電對建筑幕墻的損害。

二、建筑幕墻的防雷分類

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010的規(guī)定，按建筑物的重要性，使用性質(zhì)、以生雷電的可能性進(jìn)行了建筑物的防雷共分三類，其中第一類主要是屬于具有爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物，如使用或貯存炸藥、火藥、起爆藥等爆炸物質(zhì)的建筑物等，而現(xiàn)階段我們常用的建筑幕墻的防雷分類主要是屬于第二類或第三類的。另結(jié)合我們當(dāng)前幕墻建筑的實(shí)際情況，我們不防將超高層建筑幕墻大于等于150m歸為一類防雷幕墻，將高層幕墻大于等于100m歸為第二類防雷幕墻，普通幕墻大于（30m-50m）歸為第三類防雷幕墻。對于歷史上雷害事故嚴(yán)重地區(qū)，位于土壤電阻率較小的地區(qū)的建筑物的幕墻，可以適當(dāng)提高其分類檔次。

三.建筑幕墻的防雷裝置

建筑幕墻的防雷裝置主要包括接閃器、引下線和接地裝置。在建筑幕墻的防雷設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分利用建筑物的這些裝置，將建筑幕墻豎向龍骨、橫向龍骨和建筑物防雷網(wǎng)接通，連成一個(gè)防雷整體，把建筑幕墻獲得的巨大雷電能量，通過建筑幕墻的防雷系統(tǒng)，迅速地輸送到地下，保護(hù)建筑幕墻免遭雷電破壞的作用。

1.接閃器：接閃器是直接接受雷擊的避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)，以及用作接閃的金屬屋面和金屬構(gòu)件等。

2.引下線：引下線是連接接閃器與接地裝置的金屬導(dǎo)體，建筑幕墻常用的防雷裝置的引下線是利用建筑幕墻豎向主龍骨作為引下線，豎向主龍骨在伸縮縫的連接處采用電導(dǎo)銅線制成的可伸縮的避雷連通導(dǎo)線并上下相連接，連接處上下各用M6不銹鋼螺栓進(jìn)行壓接，并加不銹鋼平墊和彈簧墊。

3.接地裝置：接地裝置是接地體和接地線的總合，建筑幕墻常用的防雷裝置的接地裝置埋于土壤中的人工垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或圓鋼，埋于土壤中的人工水平接地體宜采用扁鋼或圓鋼，圓鋼直徑不應(yīng)小于10mm，扁鋼截面不應(yīng)小于100mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm；角鋼厚度不應(yīng)小于4mm；鋼管壁厚不應(yīng)小于3.5mm。在腐蝕性較強(qiáng)的土壤中，應(yīng)采取熱鍍鋅等防腐措施或加大截面。

4.建筑幕墻所有龍骨安裝完畢后，必須用電阻表進(jìn)行檢測，檢測所有引下線接地電阻值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。通常情況下，對于第二類或第三類防雷的建筑物所有引下線接地電阻值≤10Ω；對于第一類防雷的建筑物所有引下線接地電阻值≤5Ω。

四、建筑幕墻的防雷設(shè)計(jì)措施

建筑幕墻防雷設(shè)計(jì)主要采取以下措施：

1、建筑幕墻頂部女兒墻設(shè)計(jì)有鋁合金防水蓋板的，可人為的設(shè)立的良好導(dǎo)體，它沿建筑物女兒墻的頂部分布，其電場強(qiáng)度很大。雷電先驅(qū)很自然地被吸引過來，是雷擊率最大的部位。作為防止雷擊電流的直擊措施，我們不妨將鋁合金蓋板設(shè)計(jì)成直接接受雷擊的裝置，起到引雷作用的接閃器，相當(dāng)于原來女兒墻上的避雷帶。其作用在于接受雷電流，同時(shí)又安全地把雷電流與建筑物防雷網(wǎng)接通，并導(dǎo)通入地達(dá)到避雷作用。

2、高層建筑幕墻頂部的接閃器，不能防止閃電電流的側(cè)面向發(fā)展繞擊作用。雖然小強(qiáng)度的閃電繞擊概率較少，但不能忽略。在30m以上的建筑幕墻部分，每隔三層高設(shè)置一圈焊接在上墻鋼件上的均壓環(huán)，均壓環(huán)每隔15m（一類），18m（二、三類）和建筑物防雷網(wǎng)接通。同時(shí)每幅幕墻接通數(shù)量不得小于2個(gè)。均壓環(huán)除了有通過建筑幕墻受側(cè)擊雷電流外，還有等電位的作用和分流作用。

3、30m以下的金屬幕墻部分，特別是獨(dú)立裙房幕墻部分，每隔18m與建筑物防雷系統(tǒng)的引下線接地，每幅幕墻接通數(shù)量不得少于2個(gè)，以防止靜電感應(yīng)電壓對人和設(shè)備造成的危害。

4、建筑樓房過長，建筑物上再現(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，處理方法最好用軟導(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。一般U形的半徑應(yīng)大于伸縮的兩倍至三倍。

5、建筑幕墻的均壓環(huán)及與建筑防雷網(wǎng)連接的引下線應(yīng)不低于規(guī)定。

6、建筑幕墻的防雷裝置和建筑物防雷網(wǎng)的接通辦法，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)埋連接板和引出作為供測試、連接之用；二是利用建筑幕墻上的墻預(yù)埋件和建筑物防雷網(wǎng)接通后作連接通道；三是在立柱、梁墻澆注混凝土之前，焊好預(yù)留出來的接線，以作為連接通道。

7、為確保接地效果，建筑幕墻的防雷裝置完成后，要測試其接地電阻，通常要求沖擊接地電阻Ri不大于5Ω（一、二類）、100Ω（三類）。

結(jié)語：

雷電是一種強(qiáng)度極大，作用時(shí)間極短的瞬變過程，閃電直擊中建筑物時(shí)，通常會產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力。雷電流的瞬時(shí)電流高達(dá)幾萬安培，在瞬間釋放出的巨大能量會把被擊中金屬熔化，使物件水分汽化，產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械力，產(chǎn)生爆炸，使建筑物遭至破壞等；再有雷電的高溫引起建筑物燃燒，構(gòu)成火災(zāi)和引起觸電等，可見雷電的危害是很大，所以做好建筑物幕墻的防雷措施是幕墻設(shè)計(jì)師緊要解決的問題，也希望本文提出的觀點(diǎn)能對幕墻設(shè)計(jì)師們起到一定的啟發(fā)作用。

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