鋼結(jié)構(gòu)廠房的防雷設(shè)計(jì)

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鋼結(jié)構(gòu)廠房防雷設(shè)計(jì)
 近幾年，由于輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物造型美觀大方、建設(shè)周期短、工程造價低等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用與各類工業(yè)廠房、倉庫、體育館等場所。而金屬板屋面容易遭受雷擊，與普通磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)建筑物的防雷設(shè)計(jì)有所不同。結(jié)合一鋼結(jié)構(gòu)車間的防雷設(shè)計(jì)，針對金屬屋面防雷設(shè)計(jì)的相關(guān)問題做出粗淺的探討，為以后有效地解決金屬屋面的防雷問題提供參考。
1 工程概況
 鋼結(jié)構(gòu)廠房位于鞏義市站街鎮(zhèn)，是一個以發(fā)電、電解鋁、碳素為一體的企業(yè)。而其中的熔鑄車間主要負(fù)責(zé)加工鋁線桿及鋁錠產(chǎn)品。整個建筑采用輕鋼結(jié)構(gòu)，該建筑實(shí)際尺寸為長方形，L=182m，W=93m，H=18.5m（地坪至屋頂通風(fēng)器底部）。因鞏義離鄭州地區(qū)比較近，故按鄭州雷暴日計(jì)算，查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》（第二版）表16-32為年平均雷暴日為22.0d/a，由于該車間位于廠區(qū)內(nèi)，周圍還有很多建筑群，并不為孤立建筑，故按一般建筑計(jì)算，校正系數(shù)取1。
2 建筑物防雷等級的確定
 據(jù)GB50057-94中附1.2，根據(jù)已知條件計(jì)算年雷擊大地的平均密度：
 Ng =0.024Td1.3
 =0.024×221.3
 =1.334次/（km2.a）
 據(jù)GB50057-94中附1.4式，得出與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積：
 Ae=［LW+2（L+W）·+πH（200-H）］·10-6
 =［182×93+2×（182+93）×
 +3.14×18.5（200-18.5）］×10-6
 =0.05934km2
 最后得建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)：
 N=KNgAe
  =1×1.334×0.05934
  =0.0791次/a
 式中：Td—年平均雷暴日（d/a）；
 Ng—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度（次/km2.a）；
   Ae—與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（m2）；
   L、W、H—分別為建筑物的長、寬、高（m）；
 據(jù)GB50057-94第2.0.4條第三條預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)0.3次/ a≥N≥0.06次/a，故按第三類防雷設(shè)。
3接閃器
 根據(jù)輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑物，采用避雷針顯的笨重，與整個建筑外觀不相協(xié)調(diào)，而采用金屬屋面做接閃器，需滿足《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-94,2000版）第4.1.4條給出的四個要求。
 針對規(guī)范要求“金屬板下面無易燃物品時，其厚度不應(yīng)小于0.5mm”。本車間主廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)（屋面）采用熱浸鍍鋁鋅鋼板，基板厚度為0.53mm（含鍍鋁鋅層），屋面板下加設(shè)玻璃棉墊75mm厚，用鋁箔包裹，用φ1.5不繡鋼絲網(wǎng)層托與檁條上緣部位。玻璃絲棉屬于A級建筑材料，導(dǎo)熱系數(shù)為小、阻燃、無毒、化學(xué)性能穩(wěn)定，完全滿足規(guī)范不易燃燒的要求。同時據(jù)土建專業(yè)介紹，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的圍護(hù)系統(tǒng)連接方式施工中采用咬合與搭接，塔接長度至少要達(dá)到一個波峰或波谷，超過100m是完全滿足規(guī)范要求的。
 另外，第4.1.4條提到的“金屬板無絕緣被覆層”，屋面采用的熱浸鍍鋁鋅鋼板為良好的導(dǎo)體，而表面涂的薄油漆保護(hù)層按規(guī)范注釋說明也不算是絕緣被覆層，所以滿足規(guī)范要求。
 綜上所述，在該工程中，屋頂輕鋼結(jié)構(gòu)的金屬面板可以做為接閃器，不僅美觀大方，工程造價有所降低，安裝起來方便，而且也不影響整個建筑物效果。
 做好金屬板屋面防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了要選擇好防雷形式，選用一個好的接閃器，還要做好引下線及接地工作。
4引下線
 對于輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物，彩色壓型板的種類很多，分為單板和復(fù)合型板，本車間采用復(fù)合板。施工中我們要求土建專業(yè)與電氣專業(yè)配合，保證屋頂金屬壓型板、屋架、檁條與鋼柱可靠連接，于是施工中均利用鋼柱做為引下線。這一點(diǎn)，《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-94,2000版）第4.2.3條也已經(jīng)做了規(guī)定，建筑物的消防梯、鋼柱等金屬構(gòu)建宜作為引下線。
5接地裝置
 目前設(shè)計(jì)中，我們往往利用基礎(chǔ)鋼筋作為自然接地體，用40X4的鍍鋅扁鋼將其聯(lián)通，并實(shí)施總的等電位聯(lián)結(jié)。在此次設(shè)計(jì)中，我們并沒有嚴(yán)格要求用40X4的鍍鋅扁鋼，而是利用鋼柱間條形基礎(chǔ)與鋼柱獨(dú)立基礎(chǔ)可靠焊接形成電氣通路。對于輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑物，鋼柱獨(dú)立基礎(chǔ)施工時要土建預(yù)埋地腳螺栓，這樣當(dāng)鋼柱就位時將地腳螺栓、螺母和鋼柱連接在一起。要求注意的是地腳螺栓和鋼柱基礎(chǔ)鋼筋在地下是不相連的！所以，電氣設(shè)計(jì)人員要要求土建專業(yè)在設(shè)計(jì)說明中注明施工中用不小于φ10鋼筋或圓鋼將基礎(chǔ)鋼筋和接地螺栓可靠焊接，并在焊接處做防腐處理，以便接地用。具體的做法可參見國家標(biāo)準(zhǔn)圖集《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》（03D501-3）的17頁。這樣從屋頂?shù)戒撝?、再到基礎(chǔ)形成可靠連接，保證雷電流具備完整的泄放通道。
 此外，不要忘了在室外適當(dāng)位置預(yù)留接地連接板，防止施工中當(dāng)接地電阻達(dá)不到要求時，方便施工單位連接人工接地裝置和測試接地電阻。
6結(jié)束語
 金屬屋面建筑物防雷是個較難處理的工程，但在此類建筑中，只要厚度達(dá)到0.5mm的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的屋面夾芯板（或壓型鋼板）可以作為接閃器，利用鋼柱做引下線，基礎(chǔ)鋼筋做自然接地體并通過鍍鋅扁鋼或地圈梁可靠聯(lián)結(jié)并做等電位連接。