【摘 要】本文簡單介紹了高層建筑物玻璃幕墻的防雷措施，高層建筑物玻璃幕墻的防雷措施主要包括直擊雷、側(cè)擊雷、閃電感應(yīng)、等電位連接及接地措施。本文以東莞某大廈的玻璃幕墻防雷措施為實例進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】玻璃幕墻；直擊雷；閃電感應(yīng)；等電位連接；接地

引言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，大量現(xiàn)代建筑傳統(tǒng)的外墻已被新興的玻璃幕墻取而代之。東莞地處高雷區(qū)，年平均雷電日數(shù)為85.14天，從歷史上看，東莞出現(xiàn)雷電最頻繁的月份是6、7、8月，以8月為最高。東莞市雷電時間長，從每年的2月一直持續(xù)到10月。雷電擊中玻璃幕墻極可能造成玻璃破碎如圖1所示，從而引起人身安全隱患。因此玻璃幕墻防雷并不容忽視。

圖1 雷擊玻璃幕墻

1 東莞某大廈概況及其防雷類別的判定

1.1 東莞某大廈概況

東莞某大廈主體尺寸長130m，寬90m，高138m，共46層。

1.2 東莞某大廈防雷類別的判定

東莞某大廈屬于一般性民用建筑物，其防雷類別可以通過計算該建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)來確定。建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)按公式（1）計算：

N=k×Ng×Ae （1）

式中：N——建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)（次/a）;

k——校正系數(shù)，東莞某大廈的周圍環(huán)境屬一般情況取1；

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（km2）.

東莞某大廈所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度按公式（2）計算：

Ng=0.1×Td （2）

式中：Td——年平均雷暴日，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_、站資料確定（d/a）

根據(jù)東莞當(dāng)?shù)貧庀笈_資料確定年平均雷暴日Td=81.6d/a，可以得出Ng=8.16（次/km2/a）。與東莞某大廈截收相同雷擊次數(shù)的等效面積按公式（3）計算：

Ae=[LW+2H(L+W)+πH2]×10-6 （3）

式中：L、W、H——分別為建筑物的長、寬、高（m）。

東莞某大廈的L=130m，W=90m，H=138m，代入公式（3）得出與東莞某大廈截收相同雷擊次數(shù)的等效面積Ae=0.132（ km2）；將Ng=8.16（次/km2/a）、Ae=0.132（ km2）代入公式（1）得出東莞某大廈年預(yù)計雷擊次數(shù)N=1.079（次/a），根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第3.0.3款第10條的規(guī)定預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.25次/a的一般性民用建筑物應(yīng)劃為第二類防雷建筑物，因此東莞某大廈屬于第二類防雷建筑物。

高層建筑物玻璃幕墻的防雷措施主要包括：防直擊雷、側(cè)擊雷、閃電感應(yīng)、等電位連接及接地等。

2 防直擊雷措施

防直擊雷措施包括接閃器、引下線、接地裝置三部分組成。如圖1所示雷電直擊示意圖。

圖1 雷電直擊示意圖

2.1 接閃器及安裝情況

接閃器[3]是指直接截受雷擊的接閃桿、接閃帶（線）、避雷網(wǎng)，以及用作接閃的金屬屋面和金屬構(gòu)件等。玻璃幕墻蓋頂分兩種情況：一種為玻璃蓋頂，另一種為金屬蓋頂，玻璃蓋頂須敷設(shè)接閃器加以保護(hù)，金屬蓋頂當(dāng)其厚度達(dá)到接閃厚度時可不另敷設(shè)接閃器，直接采用金屬蓋頂接閃，但其安裝工藝必須符合《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求，當(dāng)其厚度未達(dá)到接閃厚度時，須另敷設(shè)接閃器加以保護(hù)。東莞某大廈玻璃幕墻蓋頂為玻璃蓋頂，須敷設(shè)接閃器加以保護(hù)。采用-40×4鍍鋅扁鋼沿著幕墻外邊緣敷設(shè)接閃帶，在天面敷設(shè)不大于10m×10m或12m×8m的接閃網(wǎng)，在陽角處加裝短接閃桿。

2.2 引下線

引下線[1]是指連接接閃器和接地線的總合。東莞某大廈采用建筑物立柱對角兩條主筋作為引下線，沿建筑物四周均勻布置，其間距沿周長計算不大于18m，幕墻豎向龍骨、橫向龍骨每隔兩層在每個引下線位置處與柱筋引下線焊接連通，組成一個防雷整體。

2.3 接地裝置

接地裝置是指接地體和接地線的總和。接地體[3]是埋入土壤中或混凝土基礎(chǔ)中作散流作用的導(dǎo)體，接地體包括人工接地體和自然接地體。接地線[1]是指從引下線斷接卡或換線處至接地體的連接導(dǎo)體；或從接地端子、等電位連接帶至接地裝置的連接導(dǎo)體。

東莞某大廈利用建筑物結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)和基礎(chǔ)底板內(nèi)的主鋼筋等焊接組成接地裝置。每處引下線處利用每樁外圍結(jié)構(gòu)主筋中至少2根主筋作為垂直接地體，承臺下層外側(cè)鋼筋焊接連通構(gòu)成承臺環(huán)，承臺分別與作為垂直接地體的樁筋和作為引下線的柱內(nèi)結(jié)構(gòu)主筋焊接連通。同時將地梁內(nèi)兩條結(jié)構(gòu)主筋構(gòu)成基礎(chǔ)接地結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，作為水平接地體，基礎(chǔ)接地網(wǎng)格與引下線之間可靠連接。

3 防側(cè)擊雷措施

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第4.3.9條規(guī)定，高于60m的建筑物，其上部占高度20%并超過60m的部位應(yīng)防側(cè)擊。東某大廈的高為138m，該建筑物高110.4m及以上部位都要采取防側(cè)擊雷措施。

東莞某大廈在高110.4m及以上的所有金屬物件均與幕墻的龍骨支架作等電位連接，在各樓層之間所有豎向龍骨與橫向龍骨的連接處，采用40×4鋁角碼兩端各用兩個M6不銹鋼對穿螺栓進(jìn)行壓接，并加不銹鋼平墊和彈簧墊如圖2所示。因設(shè)計采用的鋁板厚度為3mm，達(dá)到了接閃厚度，可以不另外敷設(shè)接閃器，直接采用幕墻的鋁板作為接閃器，其安裝工藝必須符合《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求，從而達(dá)到防側(cè)擊雷的效果。

圖2 幕墻橫向龍骨與豎向龍骨連接圖

4 防閃電感應(yīng)措施

閃電感應(yīng)就是閃電放電時，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的雷電靜電感應(yīng)和雷電電磁感應(yīng)，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花放電。

高層建筑玻璃幕墻的金屬材質(zhì)由于雷電的效應(yīng)，將會產(chǎn)生靜電感應(yīng)作用，當(dāng)天空雷云和大地形成電場時，幕墻的金屬體就會積聚與雷云極性相反的大量感應(yīng)電荷，當(dāng)雷云瞬間放電后，云與大地的電場忽然消失，這時幕墻的金屬體感應(yīng)電荷不能以相應(yīng)的速度流散，將會產(chǎn)生高達(dá)萬伏以上的對地電位，這就是靜電感應(yīng)電壓，對人和設(shè)備產(chǎn)生危害。因此高層高層建筑物玻璃幕墻防閃電感應(yīng)措施不容忽視。

東莞某大廈玻璃幕墻各金屬構(gòu)件與玻璃幕墻龍骨構(gòu)架做好等電位連接，幕墻龍骨構(gòu)架橫向沿著建筑物每隔18m與建筑物框架作一次等電位連接，確保幕墻各金屬構(gòu)件之間的電氣連通，從而減少閃電感應(yīng)帶來的危害。

5 等電位連接及接地

等電位連接[2]就是將分開的諸金屬物體直接用連接導(dǎo)體或經(jīng)電涌保護(hù)器連接到防雷裝置上以減小雷電流引發(fā)的電位差。

東莞某大廈主體框架各主筋之間須構(gòu)成電氣連接，主要是作為接地體的樁筋、梁筋與承臺的連接，選定作為引下線和均勻環(huán)屏蔽網(wǎng)的梁筋、柱筋、板筋各接口出采用焊接，采用圓鋼焊接，采用雙面焊時，焊接長度為圓鋼直徑的6倍；采用單面焊時，焊接長度為圓鋼直徑的12倍。使之成為可靠的電氣連通。

為了使玻璃幕墻豎向龍骨保持良好的接地導(dǎo)通，采用-40×4鍍鋅扁鋼一端與均壓環(huán)焊接，其焊接長度不應(yīng)小于扁鋼寬度的2倍且采用三面焊，另一端用兩個M8不銹鋼對穿螺栓與豎向龍骨進(jìn)行壓接，并加不銹鋼平墊和彈簧墊。所有豎向龍骨的駁接處采用歐姆彎壓接，歐姆彎采用40×4鋁合金制成，連接處上下各用兩個M8不銹鋼對穿螺栓進(jìn)行壓接，并加不銹鋼平墊和彈簧墊，如圖3所示。

圖3 豎向龍骨間歐姆彎壓接

東莞某大廈玻璃幕墻的各金屬構(gòu)件之間與其金屬龍骨作好等電位連接，再通過玻璃幕墻的金屬龍骨構(gòu)架與建筑物框架焊接連通，并與建筑物基礎(chǔ)地網(wǎng)作焊接連通，其焊接工藝必須符合《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求。玻璃幕墻各金屬構(gòu)件保持電氣連通，形成一個整體。

6 結(jié)語

高層建筑物玻璃幕墻的防雷措施由防直擊雷、側(cè)擊雷、閃電感應(yīng)、等電位連接及接地等組成。高層建筑物玻璃幕墻的防雷措施是一個整體，一環(huán)扣一環(huán)，缺一不可。玻璃幕墻蓋頂分兩種，一種是玻璃蓋頂，另一種是金屬蓋頂。前者須敷設(shè)接閃器加以保護(hù)；后者當(dāng)金屬蓋頂厚度達(dá)到了接閃厚度時，可以不另設(shè)接閃器，直接采用金屬蓋頂接閃，反之則須另敷設(shè)接閃器加以保護(hù)。

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