玻璃幕墻防雷技術(shù)探討

    引言

    隨著中國經(jīng)濟(jì)的騰飛以及建筑裝飾工程的快速發(fā)展，玻璃幕墻在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但隨之而來的玻璃幕墻及建筑物的防雷安全如何保證已是當(dāng)今一個(gè)重要問題。現(xiàn)行的電氣施工及驗(yàn)收規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)施工圖集對這方面內(nèi)容的闡述尚未十分明確，設(shè)計(jì)單位對玻璃幕墻防雷技術(shù)作法說明也不十分具體，從而給從事具體施工和監(jiān)理及防雷驗(yàn)收技術(shù)人員在準(zhǔn)確把握防雷安全技術(shù)要求上帶來一定的難度。文章將結(jié)合國家規(guī)范的要求探討建筑物玻璃幕墻的防雷中易被忽略的一些問題。

    雷電是一種自然的放電現(xiàn)象，雷電流是一種強(qiáng)度極大，作用時(shí)間極短的瞬變過程。雷電災(zāi)害具有巨大的破壞性，雷電的放電電壓可達(dá)500kV以上，閃電峰值電流的幅度高達(dá)100～300kA，閃電電流變化快，放電時(shí)間短，一次放電時(shí)間約在40μs，雷電擊中建筑物時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力。玻璃幕墻作為建筑物的裝飾外衣安裝在建筑物的最外層，如果建筑物的玻璃幕墻沒作好防雷設(shè)施，極易遭受雷擊。高層建筑玻璃幕墻圍護(hù)高層建筑物后，建筑物防雷裝置由于玻璃幕墻的屏蔽效應(yīng)，不能直接起到接閃和防雷作用，閃電對建筑的雷擊往往變成閃電對玻璃幕墻的雷擊。同時(shí)高層建筑玻璃幕墻的金屬材質(zhì)由于雷電的效應(yīng)，將會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)作用，當(dāng)天空雷云和大地形成電場時(shí)，幕墻的金屬體就會(huì)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(shí)幕墻的金屬體感應(yīng)電荷不能以相應(yīng)的速度流散，將會(huì)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。

    高層建筑幕墻通常超過50m，超高層幕墻超過100m，如果強(qiáng)大的雷電流全程通過幕墻構(gòu)件時(shí)，由于持續(xù)時(shí)間極短，只有幾十微秒，則每米的電位差可達(dá)萬伏以上，高達(dá)100m的幕墻，在通過雷電流時(shí)可達(dá)百萬伏的電位差，將會(huì)和周圍的金屬體之間產(chǎn)生反擊放電和電磁感應(yīng)。

目    前玻璃幕墻大都在高層建筑物外裝中采用，在均壓環(huán)的設(shè)計(jì)方面存在的缺陷[1]，與現(xiàn)執(zhí)行的《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94（2000版）不統(tǒng)一。有的玻璃幕墻設(shè)置均壓環(huán)，有的不設(shè)置均壓環(huán)，而是利用建筑物的均壓環(huán)。但這兩種做法均出現(xiàn)了均壓環(huán)與玻璃幕墻龍骨或建筑物防雷設(shè)施沒有做連接的情況。

    玻璃幕墻防側(cè)擊雷的設(shè)計(jì)與《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94（2000版）的要求不一致。這主要體現(xiàn)在玻璃幕墻的縱向和橫向龍骨的連接處不能按照規(guī)范的要求進(jìn)行電氣連接，往往僅做卡套連接。

    玻璃幕墻女兒墻蓋頂?shù)姆览自O(shè)計(jì)與GB50057-94（2000版）的要求不符。高層建筑玻璃幕墻的頂部的女兒墻的蓋板，是人為設(shè)立的良好導(dǎo)體，它沿建筑物女兒墻的頂部分布，其電場強(qiáng)度很大。雷電先驅(qū)很自然地被吸引過來，是雷擊率最大的部位。在一部分高層建筑物玻璃幕墻的安裝中，女兒墻的蓋板沒有與玻璃幕墻縱向龍骨和屋面避雷帶引下線預(yù)留點(diǎn)相連接。

    建筑物玻璃幕墻的防雷措施應(yīng)按照《建筑物防雷裝置施工與驗(yàn)收規(guī)范》[2]和《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》[3]的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。玻璃幕墻對均壓環(huán)的設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)規(guī)范對建筑物防雷類別的界定，在不同高度設(shè)計(jì)均勻環(huán)。應(yīng)在幕墻頂部、底部以及每三層在建筑物四周結(jié)構(gòu)樓板表面敷設(shè)一根40mm×4mm鍍鋅扁鋼，并與建筑物四周防雷引下線的引出鋼筋（Φ12）焊接，焊接長度為圓鋼直徑的6倍，雙面施焊、焊接處刷兩道防銹漆（以后焊接處均刷兩道防銹漆），從而形成一道均壓環(huán)。為使玻璃幕墻豎向鋁合金主龍骨保持接地的貫通，用40mm×4mm鍍鋅扁鋼一端與均壓環(huán)焊接，焊接長度應(yīng)為其寬度的2倍，并三面施焊，另一端用兩個(gè)M8不銹鋼對穿螺栓與豎向主龍骨進(jìn)行壓接，為防止鍍鋅扁鋼與鋁合金的電化學(xué)腐蝕，在其間加墊1mm厚不銹鋼墊片，并加不銹鋼平墊和彈簧墊。均壓環(huán)的樓層所有豎向主龍骨與橫向龍骨的連接處，通過40mm×4mm鋁角碼兩端各用兩個(gè)M6不銹鋼對穿螺栓進(jìn)行壓接，并加不銹鋼平墊和彈簧墊（圖1）。

    當(dāng)?shù)谝活�、第二類、第三類防雷建筑物分別在30m，45m，60m時(shí)，玻璃幕墻上的較大金屬物均應(yīng)就近與玻璃幕墻的均壓環(huán)或防雷裝置連接（圖2）。

    玻璃幕墻用做引下線豎向主龍骨，豎向主龍骨的跨接用扁鋼制品時(shí)截面必須達(dá)到100mm2�；蜇Q向主龍骨的連接處采用40mm×4mm鋁合金制成的可伸縮的“歐姆彎”進(jìn)行壓接，連接處上下各用兩個(gè)M8不銹鋼對穿螺栓進(jìn)行壓接，并加不銹鋼平墊和彈簧墊。用做引下線豎向主龍骨最上端、最下端以及均壓環(huán)所在樓層處，應(yīng)將豎向立柱與構(gòu)造柱內(nèi)主筋和均壓環(huán)連接，或者與構(gòu)造柱內(nèi)主筋和均壓環(huán)相焊接的預(yù)埋件連接（圖3）。

    幕墻頂部女兒墻的蓋板是起到引雷作用的接閃器。用φ12鍍鋅圓鋼沿女兒墻周圈安裝，并與主體結(jié)構(gòu)防雷引下線焊接。在蓋板內(nèi)側(cè)安裝40mm×4mm×4mm鍍鋅角鋼，每塊鋁板安裝兩段角鋼（每段長300mm），兩段之間用φ12鍍鋅圓鋼焊接連通。并用φ12鍍鋅圓鋼一端與女兒墻頂φ12鍍鋅圓鋼焊接，另一端與角鋼焊接。每段角鋼與鋁板之間用四個(gè)M6×20不銹鋼自攻螺絲壓接（角鋼與鋁板之間加墊1mm厚不銹鋼墊片），并加不銹鋼平墊和彈簧墊（圖4）。

    隨著建筑物玻璃幕墻的發(fā)展，人們對其要求也越來越高，特別是在美觀效果方面人們也提出了更多的要求，目前在玻璃幕墻外側(cè)均不同程度設(shè)計(jì)各種裝飾壓條，一般均為鋁合金材質(zhì)且厚度一般為1mm以下。在綜合考慮到對玻璃幕隔熱、防水等因素要求，同時(shí)在玻璃幕墻龍骨接地符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94（2000版）等相關(guān)規(guī)范的條件下，可不考慮裝飾鋁合金壓條與防雷裝置的連接。