特色小鎮(zhèn)客廳的防雷保護設計探討

陳 飛

(中冶南方工程技術有限公司, 湖北 武漢 430223)

0 引 言

隨著國家經濟的快速發(fā)展,國內建筑行業(yè)有突飛猛進的變化,各種新技術、新材料得到積極推廣應用,尤其是在各種工業(yè)廠房、倉庫、火車站、體育場等建筑工程中,屋面廣泛采用重量輕、承載力大、布局靈活、施工方便、跨度大等特點的彩鋼夾芯板和金屬壓型板。這類金屬屋面建筑的防雷保護在接閃器設計等方面與常見的混凝土屋面建筑不同。

本文對小鎮(zhèn)客廳大跨度金屬屋面工程的防雷設計進行分析,以期對類似金屬屋面的防雷設計提供參考。

1 雷電機理

雷電是大氣中帶電云塊或帶電云層與地面之間發(fā)生的一種劇烈自然放電現(xiàn)象。雷電是雷云引起的,是帶電的云層;雷云能使地面物體感應出與之相仿的電荷,當累計的電壓達到一定數值時,地面上的物體尤其是高聳突出物會出現(xiàn)明顯的尖端放電,少數的帶電云離子向地面靠攏,使地面與云層間形成間隔階躍的電離導通,同時形成雷電荷的電離通道,該過程被稱為“先驅放電”;隨著雷云與大地間聚集電荷的增多,達到地面的距離為“擊距”時,開始進入“主放電”階段,期間發(fā)生猛烈的電荷中和與能量釋放,并會出現(xiàn)強烈的閃電和轟鳴,被雷擊中處也會產生峰值電壓非常高的大電流,其幅值可達幾十乃至數百千安培;隨后進入雷電流迅速下降的“余光階段”。

雷電對地面物體尤其是建筑物會造成較大的損害,因此防雷保護成為對各種建筑物保護的應有之策。

2 防雷保護系統(tǒng)

防雷保護系統(tǒng)通過采取相應的保護措施,使得可能危害建筑物的雷擊電流被先導接入,并通過可靠的引下和接地裝置迅速放散雷電流,從而使保護范圍內的建筑物免遭雷擊破壞。

通常建筑物的防雷保護裝置由接閃器、引下線、接地裝置3部分組成。當有雷電發(fā)生并有雷擊中建筑物防雷接閃器上時,接閃器先導接入雷電流,并通過引下線將其引入系統(tǒng)的接地裝置,然后流散到大地中。

3 金屬屋面的防雷設計

3.1 接閃器

現(xiàn)行標準GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》[1]第5.2.7條及JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》[2]第11.6.5條對采用金屬屋面作接閃器的情況提出要求(第一類防雷建筑除外):對于利用彩鋼板、銅板、鋁板等做屋面的建筑物,當符合下列要求時,宜利用其屋面作為接閃器。

(1) 金屬板之間具有持久的電氣貫通連接。

(2) 當金屬板下無易燃物品時,鉛板厚度不應小于2 mm,不銹鋼、熱鍍鋅鋼、鈦和銅板厚度不應小于0.5 mm,鋁板厚度不應小于0.65 mm,鋅板厚度不應小于0.7 mm。

(3) 當金屬板有易燃物品時,不銹鋼、熱鍍鋅鋼、鈦板厚度不應小于4 mm,銅板厚度不應小于5 mm,鋁板厚度不應小于7 mm。

(4) 金屬板應無絕緣被覆蓋。

在設置有金屬屋面的防雷設計中,經常利用建筑物的金屬屋面板作為接閃器的情況:

(1) 對于屋面下沒有易燃物的金屬屋面建筑物(如常見的丁戊類廠房倉庫),只要熱鍍鋅鋼板的厚度≥0.5 mm,就直接可以把金屬屋面作為接閃器,利用混凝土柱子主筋或鋼柱作為引下線就能滿足要求。

(2) 對于屋面下有可燃物的金屬屋面建筑物(如丙類廠房倉庫),按照規(guī)范GB 50057—2010(利用金屬屋面作為接閃器,鍍鋅鋼板的厚度不應小于4 mm),實際施工選材中土建專業(yè)經常采用0.5～0.6 mm 壓型鋼板作為金屬屋面,顯然不能滿足厚度不應小于4 mm的規(guī)定。根據GB 50057—2010,可以采用非易燃物保溫層的雙金屬板做成的復合屋面板,上層金屬板采用厚度0.5 mm的熱鍍鋅鋼板就能保證安全。

因雷擊只可能將上層金屬板熔化穿孔,不會擊到下層金屬板,且上層金屬板的熔化物受夾層和下層金屬板的阻擋,不會滴落到下層金屬板上,因此這種防雷做法安全、可行。在實際施工圖設計中,建筑電氣專業(yè)在防雷設計中還會碰到選擇夾層物質的問題[3-4]。金屬復合板采用的夾層物質特點如表1所示。

表1 金屬復合板采用的夾層物質特點

根據表1,建議土建專業(yè)采用防火巖棉和玻璃絲棉作為保溫層(保溫芯材所用粘膠劑也是阻燃型)。

3.2 引下線

建筑物金屬屋面接閃器感應大量電荷和電流,需要及時有效泄放,而引下線的作用就是將接閃器中截獲的雷電流引入接地裝置中進行泄放,要根據GB 50057—2010 第5.2.3～5.2.6條規(guī)定設置:通常利用建筑物鋼柱、鋼筋混凝土柱子或剪力墻拐角內2根φ16 mm以上主筋通長(綁扎、螺絲、對焊或搭焊)作為防雷引下線(外墻上作為引下線的鋼筋盡量靠外墻選取),引下線上端與接閃器焊接,下端與建筑物基礎底梁及基礎底板軸線上的上下兩層鋼筋內的2根主筋焊接。

3.3 接地裝置

用于承接引下線雷電流并將其泄放入大地的裝置(如接地線和接地體)稱為接地裝置。接地體分為自然接地體和人工接地體。自然接地體是指建筑物的鋼結構和基礎底梁鋼筋網,如建筑物基礎底梁及基礎底板軸線上的上下兩層鋼筋內的2根主筋通長(綁扎、焊接)形成的基礎接地網。

當金屬屋面建筑物中以鋼筋混凝土作為地基時,需要利用基礎樁和水平圈梁作為接地體;若是獨立樁基時,應采用40 mm×4 mm的鍍鋅扁鋼將樁基鋼筋連接在一起做周圈式接地帶,接地環(huán)周較大時還應加敷均壓接地網,網格尺寸不大于其相應設防等級的避雷網格尺寸,以減小接觸電壓和跨步電壓。

若建筑物沒有用來做接地裝置的設施時,應在建筑物四周設置人工接地裝置,通常人工接地極的間距為其長度的2倍,埋設深度≥0.8 m,這樣降阻效果好,并進行總等電位聯(lián)結,易達到需要的接地電阻值要求。在室外合適位置應預留接地連接板,當接地電阻值達不到要求時,可方便地連接人工接地體和測試接地電阻值。其做法可以參考國家標準圖集14D504《接地裝置安裝》。

4 實際設計案例分析

浙江省某特色小鎮(zhèn)中心位置為小鎮(zhèn)客廳,總建筑面積為16 122 m2,局部為地下1層,地上2層,建筑總高度為23.78 m。-1F為車庫及設備輔助用房;1F為接待中心、展廳、藝術品銷售、產品體驗中心、多功能廳等;2F為咖啡廳、水晶主題樂園、水晶工作坊等。該建筑屬于多層公共建筑。

根據當地雷暴日,計算該建筑物預計雷擊次數為0.11次/a。該項目屬于人員密集場所,根據規(guī)范定為第二類防雷建筑?？紤]晶體造型和幕墻裝修要求,土建所選的金屬屋面板材及供貨商提供的材料技術數據經專業(yè)間溝通確定,電氣防雷設計如下:

(1) 金屬屋瓦作接閃器。在結構檁條(檁距2 m)上鋪設φ1.5 mm不銹鋼絲網一層和150 mm厚(帶隔汽保溫層)玻璃棉保溫層;采用0.8 mm厚V125壓型鋼板(氟碳漆)和1.5 mm厚鍍鋅鋼板(與壓型板拉鉚釘連接)作底板;干鋪4 mm厚SBS改性瀝青防水卷材;外層鋪裝0.7 mm厚鎖扣式鱗片狀亞光鍍鋅金屬屋面板,形成電氣貫通。

(2) 引下線。利用建筑物的鋼柱及結構柱內對角主鋼筋(大于φ16 mm)作為防雷引下線,引下線間距≤18 m,上與金屬屋頂接閃網焊接,下與接地裝置連接,距室外地面上0.5m處設測試板。作為引下線的鋼柱子為避免可能引發(fā)的接觸電壓的危險,應在鋼柱上涂上絕緣防腐漆層或用裝飾板包起來。

(3) 接地裝置。利用建筑物基礎做接地裝置,將基礎底板上下兩層主筋沿建筑物外圈焊接成環(huán)形,并將主軸線上的基礎梁及結構底板上下兩層主筋相互焊接成網狀接地體,網格尺寸不大于設防等級的避雷網尺寸,并采取總等電位聯(lián)結。該項目建筑物基礎接地電阻已達到要求,故沒有增設人工接地體,可保證小鎮(zhèn)客廳的防雷安全。

設計效果圖如圖1所示。

圖1 設計效果圖

5 結 語

金屬板屋面作接閃器不同于常規(guī)建筑物的防雷設計,接閃器的正確恰當設置是確保建筑物防雷安全的重要環(huán)節(jié),因此應更加關注防雷安全的設計和應用。