基于建筑幕墻防雷設計措施分析

【摘要】建筑幕墻的金屬骨架是良導體，幕墻的防雷措施不當，可能會遭到雷電的側擊破壞，嚴重的可能招至火災，所以幕墻的防雷必須嚴格按照有關規范進行設計。

【關鍵詞】建筑幕墻；防雷設計；安全

1、建筑幕墻防雷的重要性

當雷電擊中建筑物的時候，往往會發生熱效應、電效應和機械力。金屬被擊中后會被雷電流在一瞬間所釋放出的巨大能量熔化，使物體的水分受熱發生膨脹，從而產生強大的機械力，或分解成氧氣和氫氣，導致爆炸，使建筑物受到損害，甚至雷電高溫可以使建筑物燃燒，引起一場火災。幕墻是建筑物的外衣，而幕墻的金屬龍骨架等金屬材質因為雷電效應會造成靜電感應作用。在天空雷云與大地形成電場的時候，幕墻金屬體會積聚和雷云極性相異的許多感應電荷。在雷云一瞬間放電之后，如果接地不良，并且幕墻金屬材質感應電荷也不能夠快速的散流，這將會導致對地高電位，容易造成室內的電位差，從而產生極大的損害。幕墻當中有著大量的金屬物，其導電性能良好，是容易遭到雷擊的位置。建筑物的最外圍很容易遭到雷電的側擊和直擊。工程本身的防雷裝置雖然很完善，但是加以幕墻圍護建筑物之后，建筑物的防雷裝置因為幕墻的屏蔽效應，從而不能夠直接起到防雷的作用，閃擊常常會變成對幕墻側擊。雷擊放電的方向受大氣當中最大的電場強度方向影響。因為建筑幕墻的構架是由眾多金屬材料組成的，在大氣雷電環境當中受到雷云電荷靜電感應，就會產生集聚大量和雷云底層電荷相反極性的電荷，進而導致幕墻周圍空間的電場強度變大。當此時下行先導流注到達建筑物的雷擊距離的時候，放電通道要選擇電場強度最大的位置，而下行先導流注就會匯合幕墻所產生的迎面先導流注，幕墻就會遭到雷擊。幕墻在接閃器的保護范圍當中，當有低于滾球半徑的雷電流通過的時候，就有可能會穿過接閃器保護空間，擊到幕墻上面。如果建筑物的幕墻沒有做好防雷的設施從而遭到雷擊，就會發生上述的情況。所以，建筑幕墻一定要進行防雷。

2、建筑幕墻防雷設計相關技術規范

依據《建筑物防雷設計規范》GB50057-94的有關規定和建筑物的重要性、使用性質、發生雷電事故的可能性，將建筑幕墻也分為一類防雷幕墻、二類防雷幕墻、三類防雷幕墻。超高層建筑幕墻大于等于150m高歸為一類防雷幕墻依據規范要求一類防雷建筑物的網格大小，其尺寸應小于5mx5m或4mx6m。高層建筑幕墻大于等于100m高歸為二類防雷幕墻。

二類防雷建筑物的網格大小，其尺寸應小于10mx10m或8mx16m。普通幕墻大于等于30-50m高歸為三類防雷幕墻。

三類防雷建筑物的網格大小，其尺寸應小于20mx20m或16mx24m。

《建筑物防雷設計規范》GB50057-94所提出的接閃器保護范圍是以滾球法為基礎的，所謂滾球法是以hr為半徑的一個球體沿需要防直接雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器或只接觸及接閃器和地面而不觸及需要保護的部位時，則該部分就得到接閃器的保護。幕墻的防雷裝置和建筑物防雷網的接通辦法一般有三種形式，一是在鋼筋混凝土墻上通過柱或墻內的主鋼筋設置預埋件連接板和引出連接板作為測試、連接之用。二是利用幕墻上的預埋件和建筑物防雷網接通作為連接通道。三是在立柱、梁墻澆注混凝土之前，焊好預留出來的接線，作為連通之用。

當建筑物過長，建筑物上出現伸縮縫和沉降縫時，兩部分應構成統一的防雷系統，在伸縮縫和沉降縫之間必須進行防雷系統的跨越處理。處理方法是用軟導管線連接斷開的防雷裝置，或用不少于4mm厚的鍍鋅扁鋼彎曲成U形狀后連接，以易于伸縮。U形的半徑應大于伸縮的兩倍至三倍。

3、幕墻防雷設計原則

幕墻的防雷設計原則是：首先把幕墻自身的橫、豎龍骨通過導體連接在一起，根據該建筑物的防雷等級要求的網格尺寸將幕墻自身制做成為一套防雷體系，再將幕墻與建筑自身的防雷裝置進行可靠連接，使其兩部分成為一個整體，形成一個完整的防雷系統，把雷電襲擊幕墻時的巨大電流，迅速地輸送到大地，共同起到保護幕墻和建筑物免遭雷電破壞的作用。

4、建筑幕墻防雷設計的方法

4.1構建防雷網

建筑物每隔三層要裝設均壓環，環間垂直距離不應大于12m，均壓環內的縱向鋼筋必須采用焊接連接并與接地裝置連通。所有引下線、建筑物的金屬結構和金屬設備均應連到環上。根據《建筑物防雷設計規范》，幕墻防側擊措施如下：一類防雷建筑物從30m起每隔不少于6m沿建筑物四周設水平避雷帶并與引下線相連30m以上幕墻的金屬物與防雷裝置連接。應將二類防雷建筑物45m以上，三類防雷建筑物60m以上幕墻的金屬物與防雷裝置連接。對設有許多較重要的敏感電子系統，如通信設備、電子計算機、電子控制系統等現代化設備的建筑物，為了增加屏蔽作用，可將防側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建筑幕墻、鋁和金門窗、金屬欄桿等較大金屬物與防雷裝置連接。

4.2防側雷的辦法

高層建筑幕墻頂部的防雷網，只能起到吸收頂部雷電的作用，不能防止電流的側面橫向發展繞擊作用，因此在建筑幕墻超過30m以上的部分，根據建筑的層間高度每隔2～3層宜用10mm圓鋼設置一圈避雷網，將其與建筑的均壓環或預留的避雷引出線進行可靠連接。避雷網的間距宜控制在10m左右。

防側雷的一般做法是：對一類防雷幕墻，每隔3m或4m以內的幕墻立柱與避雷網相連；對二類防雷幕墻，每隔10m或11m以內的幕墻立柱與均壓環相連。立柱與立柱間的連通材料建議采用銅制編織線，俗稱銅辮線。為增加連接鋼板的導電性，同時也為延長其抗腐蝕的能力，將與立柱（鋁合金）接觸部分的保護膜去掉，鋼板的接觸面浸上錫，目的是使其具有良好的導電性；引出的部分即與避雷網格連接的部分采用熱浸鍍鋅處理，提高防腐能力。再有，在連接鋼板與立柱的接觸處墊上與接觸面相同規格的3mm素鋁板，目的是如產生雙金屬腐蝕其首先腐蝕素鋁板，對立柱（鋁合金）起到一定的保護作用，并在周圈涂適量密封膠以提高耐久性。

4.3幕墻頂防雷

幕墻頂的防雷可用避雷帶或避雷針，由建筑物防雷系統統一考慮。建筑幕墻位于女兒墻外側時可沿屋頂周邊設避雷帶，其安裝位置略為突出女兒墻頂部外圍；也可用屋頂其他明設金屬物作為接閃器；也有直接利用建筑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，金屬板與女兒墻內的鋼筋連接成電器通路。在女兒墻部位幕墻構架與避雷帶裝置的連接節點應明露。幕墻避雷導線與鋁合金材料連接時應滿足等電位要求。當用銅質材料與鋁合金材料連接時，銅質材料外表面應經熱鍍鋅處理。導線連接接觸面應緊密可靠不松動。金屬和石材幕墻的還規定導線應在材料表面的保護膜除掉部位進行連接。

4.4幕墻防雷選材

鋁板幕墻在選材上注意宜選用單層鋁板而不要選用鋁塑復合板，因為復合板中間夾有的聚己烯塑料是不能導電而致使復合板幕墻無法接地，無法預防雷電對建筑物幕墻的危害，且用該料做成的幕墻不耐用。單層鋁板不僅幾十年不變形、壽命長，更重要的是其導電性能好，能夠與幕墻一起接地預防雷擊。

5、結語

高層建筑玻璃幕墻防雷是不容忽視的，應從設計、施工、檢驗各方面不斷規范：設計應在圖紙中更加明確各位置的防雷處理方法，施工應特別注意連接的要求，檢驗要確實到位，這樣的話高層建筑玻璃幕墻防雷才能真正的起到效果。

參考文獻：

[1]蔣志強.高層建筑防雷的質量問題及對策[J].建筑技術開發.2007（04）

[2]禹國英，董巖.淺談建筑幕墻的防雷體系[J].建筑技術開發.2009（10）