高層建筑玻璃幕墻防雷技術(shù)分析研究

呂昆坤　王道平　周延洲

摘要：隨著近幾年玻璃幕墻在我國高層建筑中應(yīng)用越來越廣泛，其防雷技術(shù)也受到了人們的重視。本文根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500057—2010）標(biāo)準(zhǔn)要求，對當(dāng)前玻璃幕墻防雷技術(shù)進(jìn)行了深入探討，以便確保其能夠達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，從而有效的預(yù)防雷電給社會(huì)、人們所帶來的巨大危害。

關(guān)鍵詞：高層建筑 玻璃幕墻 防雷技術(shù) 措施

中圖分類號：TU208文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑裝飾行業(yè)也得到了飛速發(fā)展，很多高層建筑物中都運(yùn)用了玻璃幕墻。然而隨著玻璃幕墻在高層建筑物中的應(yīng)用越來越廣泛，怎樣做好高層建筑玻璃幕墻雷電防護(hù)工作已經(jīng)成為影響玻璃幕墻發(fā)展的一個(gè)重要因素。本文就結(jié)合當(dāng)前我國高層建筑玻璃幕墻應(yīng)用的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對其防雷技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的探討，以便使其能夠達(dá)到國家防雷標(biāo)準(zhǔn)。

1 高層建筑玻璃幕墻設(shè)置防雷系統(tǒng)基本原理

雷電主要是通過直擊雷、側(cè)擊雷、雷擊電磁脈沖、雷電波入侵這四種形式來破壞建筑物，所以在高層建筑玻璃幕墻設(shè)置防雷系統(tǒng)主要是為了防止以下三種：直擊雷、側(cè)擊雷、雷擊電磁脈沖。

1.1.直擊雷的預(yù)防

當(dāng)前我國建筑物主要由三部分來對直擊雷進(jìn)行防治，即接閃器、引下線以及接地裝置。所以人們可以充分利用以上三部分來滿足高層建筑玻璃幕墻的防雷系統(tǒng)。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，高層建筑玻璃幕墻在防直擊雷時(shí)的基本原理為：對玻璃幕墻最上部分女兒墻的立柱、蓋板充分利用起來，跟建筑物防雷系統(tǒng)可靠連接進(jìn)而使其有效結(jié)合在一起，從而使建筑幕墻能夠承受非常大的雷電流，一旦有雷電流經(jīng)過可以將這些電能量經(jīng)過高層建筑物的防雷系統(tǒng)，快速的傳送到地下，這樣就可以使兩個(gè)獨(dú)立的防雷系統(tǒng)有效結(jié)合在一起，形成一個(gè)防雷整體，減少和避免雷電擊中建筑物或者玻璃幕墻所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和機(jī)械力對玻璃幕墻的破壞，進(jìn)而在最大程度上提高高層建筑玻璃幕墻防直擊雷的效果。

1.2.側(cè)擊雷的預(yù)防

接閃器正常情況下是安裝在高層建筑幕玻璃墻的頂部，其弊端就是對電流的側(cè)面橫向發(fā)展沒有相應(yīng)的預(yù)防作用。當(dāng)前我國主要采用以下方法來對側(cè)擊雷進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)防，即高層建筑玻璃幕墻在其三十米以上的部位，確保每三層就要有一圈均壓環(huán)設(shè)置，而且設(shè)置的均壓環(huán)還要跟玻璃幕墻自身金屬結(jié)構(gòu)的和建筑物防雷系統(tǒng)有效結(jié)合在一起，在這里需要注意的是每幅幕墻都要與原有的建筑物防雷體系可靠連接，且連接點(diǎn)數(shù)量都要在兩個(gè)以上。

1.3.雷擊電磁脈沖的預(yù)防

雷擊電磁脈沖從本質(zhì)上來說就是一種信號的干擾源，高層建筑玻璃幕墻在防雷擊電磁脈沖時(shí)的基本原理為：將玻璃幕墻的鋁合金立柱和橫梁這兩部分有效利用起來，使他們能夠成為建筑物的大空間屏蔽，另外還需要注意的是，在玻璃幕墻防雷網(wǎng)格范圍內(nèi)，對于上下兩個(gè)具有防雷要求的立柱必須確保他們連接貫通，而且必須用鋁合金板在兩個(gè)立柱斷開處連接，除此之外，鋁合金角碼還要在立柱和橫梁之間進(jìn)行跨接。

2 雷電對玻璃幕墻高層建筑的危害

相關(guān)的統(tǒng)計(jì)表明，我國每年有3500人左右會(huì)受到雷擊，給社會(huì)帶來的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)一百億元以上。由此可以看出，雷電的頻繁發(fā)生，已經(jīng)對我國人民財(cái)產(chǎn)、生命以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展帶來了巨大的危害，嚴(yán)重影響著我國社會(huì)的快速發(fā)展。因此，相關(guān)部門必須采取相應(yīng)的措施，制定出方針政策，決不能心存僥幸心理，因?yàn)?，一旦出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，將會(huì)給人們、社會(huì)帶來不可挽回的損失，這些損失不是能夠金錢來衡量的，所以在高層建筑玻璃幕墻設(shè)置防雷技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫。

2.1.雷電流危害的分類

當(dāng)前國際公認(rèn)的十大自然災(zāi)害之一就有雷電災(zāi)害，由此可以看出，雷電災(zāi)害對人類的危害是非常大的。根據(jù)雷電的性質(zhì)，可以將雷電危害主要分為以下三方面：一是直接雷擊危害。該危害主要是指在發(fā)生雷電時(shí)，直接擊中在大地、建筑物等物體上，從而能夠在第一時(shí)間產(chǎn)生電效應(yīng)、機(jī)械力效應(yīng)的一種危害，該雷電對人類造成的危害是巨大的；二是間接雷擊危害。該危害主要是指在發(fā)生雷電時(shí)，由于周圍的導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)，從而會(huì)致使金屬之間有電火花的產(chǎn)生的一種危害；三是雷電電磁波侵入的危害。當(dāng)發(fā)生直擊雷或者是雷電感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，會(huì)通過一些金屬將其引入高層建筑物內(nèi)，進(jìn)而會(huì)有閃擊現(xiàn)象發(fā)生的一種危害。

2.2.雷擊對玻璃幕墻高層建筑的危害

雷電就是其大自然中一種常見的放電現(xiàn)象，就雷電流本身來說它是一種強(qiáng)度非常大的電流，并且可以在極短的時(shí)間內(nèi)造成很強(qiáng)的破壞的一種瞬間就會(huì)發(fā)生的過程。雷電流能夠在瞬間釋放出非常大的具有高電壓、強(qiáng)電流、瞬時(shí)性以及隨機(jī)選擇性的強(qiáng)大能量，正常情況下雷電電壓就能夠達(dá)到數(shù)百萬伏的電壓值，瞬間電流也能夠達(dá)到幾十萬安培，由此可以看出，無論是雷電電壓還是雷電瞬間電流值都是非常大的，所以說雷擊能夠在瞬間釋放出巨大的脈沖電流，而這些脈沖電流能夠在瞬間產(chǎn)生非常大的機(jī)械能和熱能，并且還能誘發(fā)脈沖過電壓、過電流，從而融化擊中的金屬物體，這樣就會(huì)使物體的水分由于受到巨大的熱膨化，而產(chǎn)生非常巨大的機(jī)械力，嚴(yán)重的就會(huì)在瞬間發(fā)生爆炸現(xiàn)象，對周圍的建筑物、設(shè)施、環(huán)境、人員等造成嚴(yán)重的危害，而且還會(huì)中斷通信設(shè)施，從而造成系統(tǒng)癱瘓，進(jìn)而造成非常嚴(yán)重的后果，有時(shí)候雷電發(fā)生時(shí)，會(huì)使周圍的溫度劇烈升高，這樣就會(huì)使周圍的建筑物發(fā)生自燃，引起觸電、火災(zāi)等危害的發(fā)生。

高層建筑玻璃幕墻對地表的電場分別也有著一定的影響，比如使其地表的電場出現(xiàn)畸變等現(xiàn)象，而且就裝有玻璃幕墻的建筑物來說電場強(qiáng)度比一般建筑物更加大，這就為雷電的快速發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，而且高層建筑玻璃幕墻也會(huì)離放電云層相對來說較近一些，所以它比其他的建筑更容易造成到雷擊危害。

3 高層建筑玻璃幕墻設(shè)置防雷的措施

接閃器、引下線和接地裝置這三部分是構(gòu)成我國高層建筑玻璃幕墻防雷裝置的主要結(jié)構(gòu)。女兒墻的蓋板是玻璃幕墻最高部分的設(shè)置地點(diǎn)，這主要是由于該部位是自然設(shè)立良好導(dǎo)體的最佳要求，該部分的電場強(qiáng)度也是非常巨大的，這樣就會(huì)非常自然地吸引過來雷電先驅(qū)，從而致使該部位是出現(xiàn)雷擊概率最大的地方。所以在設(shè)置防雷裝置時(shí)，必須將女兒墻的蓋板跟高層建筑物防雷設(shè)施有效的連接起來，這就是我們所說的防雷系統(tǒng)的接閃器，這樣連接的主要作用是更加快速、有效的接受雷電流，并且還能夠幫助雷電流以最安全的方式通過高層建筑玻璃幕墻的防雷設(shè)施，進(jìn)而傳輸?shù)酱蟮?，從而在最大程度上起到防雷的作用。高層建筑玻璃幕墻接閃器的主要作用是預(yù)防雷電流的直接雷擊，而對于雷電流的側(cè)面橫向發(fā)展沒有預(yù)防作用。因此，在高層建筑及玻璃幕墻設(shè)置防雷時(shí)主要通過以下幾個(gè)方面：

（1）接地體用基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋網(wǎng)來完成，并且還要確保焊接連通樁、承臺和地粱這三部分之間的連接，然后再通過地梁焊接形成最終的閉合網(wǎng)格，最后再使用φ16mm的鍍鋅圓鋼把無地梁處焊接連通；

（2）要充分利用好結(jié)構(gòu)柱主筋，使其經(jīng)過相應(yīng)的焊接連接后作為引下線，并且還要用箍筋焊接每一層的柱筋，使其最終成為短路環(huán)，然后再將基礎(chǔ)接地體跟引下線這兩者焊接連通起來，最終跟接閃帶之間焊接連通起到良好的防雷效果。

（3）高層建筑玻璃幕墻通過引下線豎向主龍骨，用銅或熱鍍鋅鋼作為豎向主龍骨的跨接，這里需要注意的是銅和鋼制品的橫截面一定要確保在50mm2以上，另外，還可以使用40mm x4mm的鋁合金制作的具有伸縮功能的“歐姆彎”來作為豎向主龍骨的跨接，然后使用兩個(gè)M8的不銹鋼在連接處的上下壓接對穿螺栓，壓接時(shí)一定要確保使用不銹鋼平墊和彈簧墊。另外還要在引下線豎向主龍骨的最上部分和最下部分以及均壓環(huán)部分，都必須將豎向立柱和均壓環(huán)之間有效連接在一起，從而起到很好的防雷效果。

（4）用均壓閉合來焊接天面封頂層的外圈梁，然后再將其跟引下線進(jìn)行焊接連通。高層建筑玻璃幕墻也可采用接閃桿對其進(jìn)行保護(hù)，接閃桿的高度必須確保是在50cm以上，使用截面不小于176mm2以上的熱侵鍍鋅圓鋼作為材料。接閃桿要設(shè)置在高層建筑玻璃幕墻周圍最容易受到雷擊的部位，可以安裝在建筑物的陽角位及尖頂?shù)牟课?，并與建筑物本身的接閃帶就近作好的電氣連接。

4 高層建筑玻璃幕墻的防雷工程施工過程中的要求

根據(jù)近幾年高層建筑玻璃幕墻的防雷工程資料和竣工經(jīng)驗(yàn)，高層建筑玻璃幕墻防雷技術(shù)在設(shè)置過程中需要注意以下幾個(gè)方面：

（1）高層建筑玻璃幕墻防雷技術(shù)必須嚴(yán)格按照我國《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500057—2010）的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500057—2010）標(biāo)準(zhǔn)要求，引下線截面必須符合以下要求：玻璃幕墻豎向主龍骨可以作為引下線使用，在使用扁鋼制品作為豎向主龍骨跨接焊接時(shí)，其截面必須在50mm2以上且厚度不小于2mm。

（3）根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500057—2010）標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)械強(qiáng)度必須符合以下要求：高層建筑玻璃幕墻在進(jìn)行接閃時(shí)，雷電流會(huì)通過玻璃幕墻將電流傳輸?shù)酱蟮?，在這個(gè)傳輸過程中會(huì)有電動(dòng)力作用的產(chǎn)生，因此，針對高層建筑玻璃幕墻金屬部件之間一方面要采用焊接方式進(jìn)行連接，另一方面還可以使用壓接方式把金屬的厚度壓縮到≥4mm。

（4）確保高層建筑玻璃幕墻全部的連接處都是良好的電氣連接，其中過渡電阻在0.03Ω以下，而防雷接地的電阻，必須嚴(yán)格按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500057—2010）標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)置，達(dá)到國家規(guī)定的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

（5）在高層建筑玻璃幕墻防雷工程竣工后，必須經(jīng)過國家相關(guān)部門的檢測，確保該防雷技術(shù)達(dá)到了國家相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，才能真正實(shí)現(xiàn)竣工。

5 結(jié)論

綜上所述，隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，樓層建筑變得越來越高，而高層建筑玻璃幕墻防雷技術(shù)跟高層防雷設(shè)施形成了防雷整體系統(tǒng)，對預(yù)防雷擊起著非常重要的作用，而且能夠在最大程度上降低雷電給人們帶來的巨大危害。

參考文獻(xiàn)

【1】陳軍第 高層建筑玻璃幕墻防雷施工與應(yīng)用分析[期刊論文]-建材與裝飾2013（10）

【2】陳曉東 現(xiàn)代摩天大樓防雷技術(shù)的實(shí)例分析[期刊論文]-《建材世界》-2014（z2）

【3】張文 玻璃幕墻防雷技術(shù)探討[期刊論文]-《山東氣象》-2011（3）