高層建筑金屬幕墻、鋁合金門窗的防雷措施

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當前，隨著防雷技術(shù)、法制建設(shè)、規(guī)范管理等方面的發(fā)展，因雷擊引起火災(zāi)、爆炸和人體傷亡的事故已逐漸減少，但有些地區(qū)受雷災(zāi)造成的損失仍然頻繁發(fā)生。

　　引起雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，既有主觀原因也有客觀原因。主觀原因是：高層建筑物的直擊雷防護措施不完善；大量通信、計算機系統(tǒng)等弱電設(shè)備和相當部分建筑物防雷設(shè)計不符合技術(shù)規(guī)范；人們防范雷電災(zāi)害發(fā)生的意識薄弱等?？陀^原因是：新建高層、超高層建筑物導(dǎo)致雷電活動的影響不斷加??；通信、計算機系統(tǒng)等抗干擾能力較弱的現(xiàn)代化設(shè)備越來越普及；易爆易燃場所迅速增長等。因此，雷電災(zāi)害必須引起我們高度的重視，加強對防雷設(shè)計進行研究、審核、檢測和驗收等一系列規(guī)范化管理。本文是筆者對高層建筑金屬幕墻、鋁合金門窗防雷措施的個人看法，供同行討論和參考。

　　一、防雷類別與不設(shè)防的判定

　　按強制性國家標準《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-94第2.0.3條和第2.0.4條，確定該高層建筑物是屬第二類防雷建筑物、第三類防雷建筑物或者不需考慮防雷。

　　1、國家級重點文物保護的建筑物、國家級的會堂、辦公建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、國賓館、國家級檔案館等特別重要的建筑物；國家級計算中心、國際通訊樞紐等對國民經(jīng)濟有重要意義且裝有大量電子設(shè)備的建筑物屬第二類防雷建筑物。

　　2、省級重點文物保護的建筑物及省級檔案館；預(yù)計雷擊次數(shù)大于或等于0.06次／a的一般性工業(yè)建筑物，屬于第三類防雷建筑物。

　　3、部、省級辦公建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物。當其預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.06次／a時屬于第二類防雷建筑物；當其預(yù)計雷擊次數(shù)等于或小于0.06次／a，且大于或等于0.012次／a時屬于第三類防雷建筑物。該類公共建筑物的預(yù)計雷擊次數(shù)小于0.012次／a時可不考慮防雷。

　　4、住宅、辦公樓等一般性民用建筑物，當其預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.3次／a時屬于第三類防雷建筑物；當其預(yù)計雷擊次數(shù)等于或小于0.3次／a，且大于或等于0.06次／a時屬于第三類防雷建筑物。該類民用建筑物的預(yù)計雷擊次數(shù)小于0.06次／a時可不考慮防雷。

　　預(yù)計雷擊次數(shù)應(yīng)按《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》附錄一計算。

　　二、高層建筑防雷設(shè)計原理

　　雷電是天空云層中一種自然的放電現(xiàn)象，大氣的流動冷熱變化形成了雷云，在氣流的作用下，雷云下部的水滴帶負電荷，而附近地面及建筑物積聚著正電荷。地面和雷云之間形成強大的電場。隨著對流的加強，雷云下部負電荷積累，電場強度增大到極限值，超過了空氣的擊穿強度，于是空氣電離產(chǎn)生云間放電。雷電流是一種強度極大，作用時間極短的瞬變過程，雷電流擊中建筑物時，通常會產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力，破壞建筑物和傷害人體。而高層或超高層建筑物使地表的電場分布發(fā)生嚴重的畸變，其電場強度比一般建筑物大得多，容易構(gòu)成雷電發(fā)展條件，且離放電云層近，更易受到雷擊。

　　防雷設(shè)計就是充分利用建筑物的防雷裝置：接閃器（避雷針、避雷網(wǎng)等）、引下線、接地裝置，把雷電流的巨大能量，通過建筑物的接地系統(tǒng)，迅速傳送到地下，從而防止建筑物受雷擊破壞。

　　三、防側(cè)擊和等電位連接

　　為減少在需要防雷的空間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、爆炸、生命危險，等電位是一個很重要的措施。等電位是用連接導(dǎo)線或過電壓保護器將處在需要防雷的空間內(nèi)的防雷裝置、建筑物的金屬構(gòu)架、金屬裝置、外來的導(dǎo)體物、電氣和電訊裝置等連接起來。

　　高層建筑物必然是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的建筑物，應(yīng)充分使用其金屬物做防雷裝置的一部分，將其金屬物盡可能連成整體。鋼筋混凝土構(gòu)件和鋼構(gòu)架中的鋼筋應(yīng)互相連接，構(gòu)件之間必須連結(jié)成電氣通路，使整個建筑物處于均壓中。

　　因此金屬幕墻、鋁合金門窗設(shè)計人應(yīng)充分了解建筑物的防雷裝置和幕墻、門窗洞口的防雷裝置引出線，然后確定一個合理、經(jīng)濟、安全的幕墻、門窗防雷設(shè)計方案。

　　金屬幕墻、鋁合金門窗框架等較大的金屬物，如果距離地面等于滾球半徑及以上時，應(yīng)將其與防雷裝置連接，這是首先應(yīng)采取的防側(cè)擊的預(yù)防性措施。（所謂滾球半徑是以Hr為半徑的一個球體沿需要防直擊雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器，或只觸及接閃器和地面而不觸及需要保護的部位時，則該部位就得到接閃器的保護）。

　　金屬幕墻的連接導(dǎo)體必須敷設(shè)在金屬幕墻的金屬立柱與連接著圈梁或柱子鋼筋的預(yù)埋件之間，使金屬幕墻與整個建筑物的防雷裝置連接成電氣通路。如果施工時沒有埋沒預(yù)埋件，而用膨脹螺栓固定金屬幕墻的安裝錨板，則必須先采用不小于8mm直徑的圓鋼或4×12扁鋼，將每層每塊錨板串連起來，形成自身的防雷體系，最后與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠連接，連接間距參照避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸：第二類防雷建筑物必須≤10X10或12X8（米），第三類防雷建筑物必須≤20X20或24X16（米）。

　　鋁合金門窗的連接導(dǎo)體的敷設(shè)必須在鋁合金門窗框定位后，墻面裝飾層或抹灰層施工前進行，連接導(dǎo)體應(yīng)采用截面不少于100平方毫米的鋼材，用鉚釘或螺釘緊固于窗框上。連接導(dǎo)體引出端應(yīng)采用不小于8mm直徑的圓鋼或4×12扁鋼，連接導(dǎo)體引出端與防雷裝置引出線進行搭接焊接時，搭接長度必須≥50mm，滿焊縫。

　　四、防直擊雷措施

　　高層建筑物的防直擊雷，可分為三部分，建筑物地面以上等于滾球半徑的部位，可不采取防側(cè)擊的措施；建筑物屋頂應(yīng)防直擊雷；第三部分是第一、第二部分之間，應(yīng)采取防側(cè)擊雷措施。

　　屋頂部分的防直擊雷措施。根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第5.2.1條布置接閃器時，可單獨或組合采用滾球法、避雷網(wǎng)。由于建筑物高，雷閃擊中建筑物屋頂周邊的雷電流可能會很大。而大雷電流對應(yīng)大的滾球半徑，雷電流通常從上空接近于垂直向下進行。如180米高的建筑物，取其高度為滾球半徑，其相對應(yīng)的雷電流約為（180/9.4）1.5=83.79 KA.也就是說在距建筑物屋頂周邊180m范圍內(nèi)大于83.79 KA雷電流的雷擊，極大可能將擊到建筑物屋頂周邊上。

　　金屬幕墻如果位于女兒墻外側(cè)時就屬于屋頂周邊，容易受到雷擊。因此，高層建筑物的屋頂防直擊雷，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沿；也可用屋頂其他明設(shè)金屬物作為接閃器；也有直接利用金屬幕墻與女兒墻之間的封頂金屬板作接閃器，這時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（氧化保護膜與保護油漆不屬于覆蓋層），金屬板與女兒墻內(nèi)的鋼筋連接成電氣通路。

　　天面上設(shè)有小屋時，所安裝的鋁合金門窗是容易受到雷擊的部位，門窗框必須與主體結(jié)構(gòu)防雷體系連接成電氣通路。

　　五、其他建議與考慮

　　對設(shè)有許多較重要的敏感電子系統(tǒng)，如通信設(shè)備、電子計算機、電子控制系統(tǒng)等現(xiàn)代化設(shè)備建筑物，為了增加屏蔽作用，建議將防側(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金屬幕墻、鋁合金門窗、金屬欄桿等較大金屬物與防雷裝置連接。

　　有的建筑物雖然被判定為不需考慮防雷，但其基礎(chǔ)、柱、墻、屋面內(nèi)的鋼筋已連成整體，可以直接利用作為主體結(jié)構(gòu)防雷裝置，如果與建筑師及業(yè)主協(xié)商、討論，只需要使用很少的費用及施工工作就可以滿足防雷要求，建議這些建筑物按第三類需要防雷的建筑物做防雷設(shè)計。