高层建筑玻璃幕墙防雷技术探讨

关键词： 现行 技术标准 玻璃幕墙 防雷

随着城市建设日新月异, 玻璃幕墙在中高档建筑装饰工程中得到了广泛应用。如何确保玻璃幕墙及建筑物不被雷击是我们应重视的问题。我国现行的防雷技术标准、规范对这方面内容还没有明确的规定, 设计部门对玻璃幕墙防雷技术做法往往没有专门的设计说明和图纸, 现结合我市某五星级酒店玻璃幕墙防雷接地的做法对这方面的内容作一些具体的阐述。

1雷击对玻璃幕墙高层建筑的危害

众所周知, 雷电是天空带电云层中一种自然的放电现象, 雷击是一种电流强度极大, 作用时间极短的瞬间放电过程。雷电的危害主要包括直接雷击的危害和雷电感应的危害。高层或超高层建筑玻璃幕墙使地表的电场分布发生了严重的畸变, 其电场强度比一般建筑物大得多, 容易构成雷电发展条件, 加上离放电云层近, 所以易遭受雷击。雷击对其的危害主要表现为直接雷击对其的危害, 其破坏作用如下。

(1) 雷电流热效应的破坏作用。强大的雷电流通过被雷击的物体时会发热。且雷电流作用的时间很短, 散热影响可以忽略, 由于雷电流幅值高达数十至数百千安, 其热效应可以在雷击点局部范围内产生高达6000℃~10000℃, 甚至更高的温度。如果被雷击金属体截面积不够大时, 可使其熔化。

(2) 雷电流冲击波的破坏作用。雷电通道的温度高达几千至几万, 空气受热急剧膨胀, 并以超声速度向四周扩散, 其外围附近的冷空气被强烈压缩, 形成“激波”, 这种“激波”在空气中传播, 会使其附近的建筑物、人、畜受到破坏和伤亡。

(3) 雷电流电动力效应的破坏作用。其危害主要是雷击时, 雷电流通过载流导体产生电动力的破坏作用。其次, 当空间有带电的雷云出现时, 高层建筑玻璃幕墙的金属材质由于静电感应的作用带上相反的感应电荷, 当雷云瞬间放电后, 云与大地的电场忽然消失, 这时幕墙的金属体感应电荷如果不能以相应的速度流散, 将会产生高达万伏以上的对地电位, 这就是静电感应电压, 对人和设备产生危害。

2本酒店玻璃幕墙防雷措施

高层建筑物的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置三部分。玻璃幕墙的顶部设置在女儿墙的盖板, 是自然设立的良好导体, 它沿建筑物女儿墙的顶部分布, 其电场强度很大。雷电先驱很自然地被吸引过来, 是雷击概率最大的部位。在防雷施工过程中, 将盖板就近与建筑物防雷装置作良好电气连接, 作为防雷系统的接闪器。其作用在于接受雷电流, 同时又安全地把雷电流通过建筑物防雷装置, 导通泄入大地达起到防雷作用。高层建筑物顶部的接闪器 (包括避雷针、避雷带及玻璃幕墙顶板等) 只能防止雷电流的直接雷击, 不能防止雷电流的侧面横向发展的绕击作用。所以在30m以上的高层建筑玻璃幕墙部位, 应采取防侧击雷措施。10层以上 (包括10层) 每隔一层设置一圈均压环, 并和建筑物防雷装置及玻璃幕墙自身金属构件作良好的电气连接, 形成一个防雷整体。该项目工程总建筑面积11.58万平方米, 首层面积为5337平方米, 地下三层;地上塔楼分别为酒店43层、办公楼27层。外墙全部使用玻璃幕墙。在本酒店防雷工程施工中的具体做法是。

(1) 用基础内钢筋网作接地体, 桩、承台 (全部底板筋及笼筋) 、地梁 (两根钢筋) 相互焊接连通。利用地梁焊接成闭合网格, 无地梁处用Φ16mm镀锌圆钢焊接连通。

(2) 利用结构柱主筋 (不少于对角二根) 通长焊接作引下线, 每层柱筋用箍筋焊接成短路环, 引下线下与基础接地体焊接连通, 上至天面与避雷带焊接连通。

(3) 将1、4、7、10层及10层起隔层设置均压环, 即在建筑物四周结构楼板表面敷设一根40×4镀锌扁钢, 并与建筑物四周防雷引下线的引出钢筋 (Φ12) 焊接, 焊接长度为圆钢直径的6倍, 双面施焊、焊接处刷红丹一道、银漆二道作防锈处理。 (以后焊接处均刷两道防锈漆) , 从而形成一道均压环。在玻璃幕墙的防雷施工过程中, 充分利用建筑物的这些装置, 将幕墙竖向龙骨、横向龙骨预埋件和建筑物防雷装置焊接连通, 用40×4镀锌扁钢一端与均压环焊接, 焊接长度应为其宽度的2倍, 并三面施焊, 另一端用两个M 8不锈钢对穿螺栓与竖向主龙骨进行压接, 为防止镀锌扁钢与铝合金的电化学腐蚀, 在其间加垫1mm厚不锈钢垫片, 并加不锈钢平垫和弹簧垫。所有竖向主龙骨的连接处采用40×4铝合金制成的可伸缩的“欧姆弯”进行压接, 连接处上下各用两个M8不锈钢对穿螺栓进行压接 (可动的一端避开插芯) , 并加不锈钢平垫和弹簧垫。设置均压环的楼层所有竖向主龙骨与横向龙骨的连接处, 通过40×4铝角码两端各用两个M6不锈钢对穿螺栓进行压接, 并加不锈钢平垫和弹簧垫;连成一个防雷整体, 把玻璃幕墙获得的巨大雷电能量, 通过建筑物的防雷接地系统, 迅速地输送到地下, 保护玻璃幕墙和建筑物免遭雷电破坏的作用。

(4) 天面封顶层外圈梁须作均压闭合焊接, 并与引下线焊接连通。建筑物的阳角位及尖顶处应设置避雷短针, 短针高度应不低于0.5m, 材料采用不小于φ12mm的镀锌圆钢。沿建筑物四周易受雷击部位设置避雷带, 避雷带采用φ12mm的镀锌圆钢 (金属栏杆直接利用作为接闪器, 与避雷带就近作良好电气连接) , 敷设于天面女儿墙顶距女儿墙外沿应不大于100mm处, 高度不低于150mm。在玻璃幕墙整个防雷工程施工过程中, 注意应满足以下几个要求:

(1) 引下线截面应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》 (GB500057-94) 要求。因利用玻璃幕墙顶部金属盖板作为接闪器, 玻璃幕墙竖向主龙骨应视为引下线, 竖向主龙骨的跨接用扁钢制品时截面必须达到100mm2, 厚度不应小于4mm。

(2) 满足机械强度的要求。因玻璃幕墙在接闪过程中, 雷电流在通过玻璃幕墙泄入大地时会产生电动力作用。所以玻璃幕金属构件的连接除去焊接方式以外, 采用压接方式其金属材料厚度应达到4 m m以上。

(3) 采用焊接方式连接时应满足施工规范的要求。采用圆钢搭接焊时, 单面焊接长度≥12D、双面焊接长度≥12D (D为圆钢直径) ;采用扁钢搭接时焊接长度为其宽度的2倍, 且三面施焊;所有焊接处均须采防腐蚀措施。

(4) 不同金属压接, 要做防电化腐蚀处理。

(5) 所有连接均应保证良好电气连接, 过渡电阻≤0.03Ω防雷接地电阻应达到设计和国家防雷规范要求。

综上所述, 通过采取以上述防雷安全措施, 使玻璃幕墙的防雷设施与大厦的防雷系统形成一个整体, 很好地完成了玻璃幕墙雷电防护工作, 对玻璃幕墙起到有效的雷电防护作用。

摘要：玻璃幕墙在城市中高档建筑装饰工程中被广泛的应用。从雷电防护的角度讲, 如何确保玻璃幕墙及建筑物不被雷击是我们应重视的问题。本文结合工程实例分析了高层建筑玻璃幕墙的防雷技术措施。

关键词：高层建筑,玻璃幕墙,防雷技术

参考文献

[1] 国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布.建筑物防雷设计规范GB50057-94[S].中国计划出版社, 2000.

[2] 肖稳安, 张小青.雷电与防护技术基础[M].气象出版社.

[3] 广东省防雷中心, 广州市防雷减灾办公室编译.国际防雷技术标准规范汇编.