高層建筑玻璃幕墻防雷技術分析研究

呂昆坤　王道平　周延洲

摘要：隨著近幾年玻璃幕墻在我國高層建筑中應用越來越廣泛，其防雷技術也受到了人們的重視。本文根據《建筑物防雷設計規范》（GB500057—2010）標準要求，對當前玻璃幕墻防雷技術進行了深入探討，以便確保其能夠達到國家規定標準，從而有效的預防雷電給社會、人們所帶來的巨大危害。

關鍵詞：高層建筑 玻璃幕墻 防雷技術 措施

中圖分類號：TU208文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

隨著我國社會經濟的快速發展，建筑裝飾行業也得到了飛速發展，很多高層建筑物中都運用了玻璃幕墻。然而隨著玻璃幕墻在高層建筑物中的應用越來越廣泛，怎樣做好高層建筑玻璃幕墻雷電防護工作已經成為影響玻璃幕墻發展的一個重要因素。本文就結合當前我國高層建筑玻璃幕墻應用的基礎上，重點對其防雷技術進行詳細的探討，以便使其能夠達到國家防雷標準。

1 高層建筑玻璃幕墻設置防雷系統基本原理

雷電主要是通過直擊雷、側擊雷、雷擊電磁脈沖、雷電波入侵這四種形式來破壞建筑物，所以在高層建筑玻璃幕墻設置防雷系統主要是為了防止以下三種：直擊雷、側擊雷、雷擊電磁脈沖。

1.1.直擊雷的預防

當前我國建筑物主要由三部分來對直擊雷進行防治，即接閃器、引下線以及接地裝置。所以人們可以充分利用以上三部分來滿足高層建筑玻璃幕墻的防雷系統。經過研究發現，高層建筑玻璃幕墻在防直擊雷時的基本原理為：對玻璃幕墻最上部分女兒墻的立柱、蓋板充分利用起來，跟建筑物防雷系統可靠連接進而使其有效結合在一起，從而使建筑幕墻能夠承受非常大的雷電流，一旦有雷電流經過可以將這些電能量經過高層建筑物的防雷系統，快速的傳送到地下，這樣就可以使兩個獨立的防雷系統有效結合在一起，形成一個防雷整體，減少和避免雷電擊中建筑物或者玻璃幕墻所產生的熱效應和機械力對玻璃幕墻的破壞，進而在最大程度上提高高層建筑玻璃幕墻防直擊雷的效果。

1.2.側擊雷的預防

接閃器正常情況下是安裝在高層建筑幕玻璃墻的頂部，其弊端就是對電流的側面橫向發展沒有相應的預防作用。當前我國主要采用以下方法來對側擊雷進行相應的預防，即高層建筑玻璃幕墻在其三十米以上的部位，確保每三層就要有一圈均壓環設置，而且設置的均壓環還要跟玻璃幕墻自身金屬結構的和建筑物防雷系統有效結合在一起，在這里需要注意的是每幅幕墻都要與原有的建筑物防雷體系可靠連接，且連接點數量都要在兩個以上。

1.3.雷擊電磁脈沖的預防

雷擊電磁脈沖從本質上來說就是一種信號的干擾源，高層建筑玻璃幕墻在防雷擊電磁脈沖時的基本原理為：將玻璃幕墻的鋁合金立柱和橫梁這兩部分有效利用起來，使他們能夠成為建筑物的大空間屏蔽，另外還需要注意的是，在玻璃幕墻防雷網格范圍內，對于上下兩個具有防雷要求的立柱必須確保他們連接貫通，而且必須用鋁合金板在兩個立柱斷開處連接，除此之外，鋁合金角碼還要在立柱和橫梁之間進行跨接。

2 雷電對玻璃幕墻高層建筑的危害

相關的統計表明，我國每年有3500人左右會受到雷擊，給社會帶來的經濟損失高達一百億元以上。由此可以看出，雷電的頻繁發生，已經對我國人民財產、生命以及社會經濟健康發展帶來了巨大的危害，嚴重影響著我國社會的快速發展。因此，相關部門必須采取相應的措施，制定出方針政策，決不能心存僥幸心理，因為，一旦出現雷擊現象，將會給人們、社會帶來不可挽回的損失，這些損失不是能夠金錢來衡量的，所以在高層建筑玻璃幕墻設置防雷技術已經迫在眉睫。

2.1.雷電流危害的分類

當前國際公認的十大自然災害之一就有雷電災害，由此可以看出，雷電災害對人類的危害是非常大的。根據雷電的性質，可以將雷電危害主要分為以下三方面：一是直接雷擊危害。該危害主要是指在發生雷電時，直接擊中在大地、建筑物等物體上，從而能夠在第一時間產生電效應、機械力效應的一種危害，該雷電對人類造成的危害是巨大的；二是間接雷擊危害。該危害主要是指在發生雷電時，由于周圍的導體會產生相應的電磁感應和靜電感應，從而會致使金屬之間有電火花的產生的一種危害；三是雷電電磁波侵入的危害。當發生直擊雷或者是雷電感應現象時，會通過一些金屬將其引入高層建筑物內，進而會有閃擊現象發生的一種危害。

2.2.雷擊對玻璃幕墻高層建筑的危害

雷電就是其大自然中一種常見的放電現象，就雷電流本身來說它是一種強度非常大的電流，并且可以在極短的時間內造成很強的破壞的一種瞬間就會發生的過程。雷電流能夠在瞬間釋放出非常大的具有高電壓、強電流、瞬時性以及隨機選擇性的強大能量，正常情況下雷電電壓就能夠達到數百萬伏的電壓值，瞬間電流也能夠達到幾十萬安培，由此可以看出，無論是雷電電壓還是雷電瞬間電流值都是非常大的，所以說雷擊能夠在瞬間釋放出巨大的脈沖電流，而這些脈沖電流能夠在瞬間產生非常大的機械能和熱能，并且還能誘發脈沖過電壓、過電流，從而融化擊中的金屬物體，這樣就會使物體的水分由于受到巨大的熱膨化，而產生非常巨大的機械力，嚴重的就會在瞬間發生爆炸現象，對周圍的建筑物、設施、環境、人員等造成嚴重的危害，而且還會中斷通信設施，從而造成系統癱瘓，進而造成非常嚴重的后果，有時候雷電發生時，會使周圍的溫度劇烈升高，這樣就會使周圍的建筑物發生自燃，引起觸電、火災等危害的發生。

高層建筑玻璃幕墻對地表的電場分別也有著一定的影響，比如使其地表的電場出現畸變等現象，而且就裝有玻璃幕墻的建筑物來說電場強度比一般建筑物更加大，這就為雷電的快速發展創造了有利條件，而且高層建筑玻璃幕墻也會離放電云層相對來說較近一些，所以它比其他的建筑更容易造成到雷擊危害。

3 高層建筑玻璃幕墻設置防雷的措施

接閃器、引下線和接地裝置這三部分是構成我國高層建筑玻璃幕墻防雷裝置的主要結構。女兒墻的蓋板是玻璃幕墻最高部分的設置地點，這主要是由于該部位是自然設立良好導體的最佳要求，該部分的電場強度也是非常巨大的，這樣就會非常自然地吸引過來雷電先驅，從而致使該部位是出現雷擊概率最大的地方。所以在設置防雷裝置時，必須將女兒墻的蓋板跟高層建筑物防雷設施有效的連接起來，這就是我們所說的防雷系統的接閃器，這樣連接的主要作用是更加快速、有效的接受雷電流，并且還能夠幫助雷電流以最安全的方式通過高層建筑玻璃幕墻的防雷設施，進而傳輸到大地，從而在最大程度上起到防雷的作用。高層建筑玻璃幕墻接閃器的主要作用是預防雷電流的直接雷擊，而對于雷電流的側面橫向發展沒有預防作用。因此，在高層建筑及玻璃幕墻設置防雷時主要通過以下幾個方面：

（1）接地體用基礎內的鋼筋網來完成，并且還要確保焊接連通樁、承臺和地粱這三部分之間的連接，然后再通過地梁焊接形成最終的閉合網格，最后再使用φ16mm的鍍鋅圓鋼把無地梁處焊接連通；

（2）要充分利用好結構柱主筋，使其經過相應的焊接連接后作為引下線，并且還要用箍筋焊接每一層的柱筋，使其最終成為短路環，然后再將基礎接地體跟引下線這兩者焊接連通起來，最終跟接閃帶之間焊接連通起到良好的防雷效果。

（3）高層建筑玻璃幕墻通過引下線豎向主龍骨，用銅或熱鍍鋅鋼作為豎向主龍骨的跨接，這里需要注意的是銅和鋼制品的橫截面一定要確保在50mm2以上，另外，還可以使用40mm x4mm的鋁合金制作的具有伸縮功能的“歐姆彎”來作為豎向主龍骨的跨接，然后使用兩個M8的不銹鋼在連接處的上下壓接對穿螺栓，壓接時一定要確保使用不銹鋼平墊和彈簧墊。另外還要在引下線豎向主龍骨的最上部分和最下部分以及均壓環部分，都必須將豎向立柱和均壓環之間有效連接在一起，從而起到很好的防雷效果。

（4）用均壓閉合來焊接天面封頂層的外圈梁，然后再將其跟引下線進行焊接連通。高層建筑玻璃幕墻也可采用接閃桿對其進行保護，接閃桿的高度必須確保是在50cm以上，使用截面不小于176mm2以上的熱侵鍍鋅圓鋼作為材料。接閃桿要設置在高層建筑玻璃幕墻周圍最容易受到雷擊的部位，可以安裝在建筑物的陽角位及尖頂的部位，并與建筑物本身的接閃帶就近作好的電氣連接。

4 高層建筑玻璃幕墻的防雷工程施工過程中的要求

根據近幾年高層建筑玻璃幕墻的防雷工程資料和竣工經驗，高層建筑玻璃幕墻防雷技術在設置過程中需要注意以下幾個方面：

（1）高層建筑玻璃幕墻防雷技術必須嚴格按照我國《建筑物防雷設計規范》（GB500057—2010）的要求來進行設計。

（2）根據《建筑物防雷設計規范》（GB500057—2010）標準要求，引下線截面必須符合以下要求：玻璃幕墻豎向主龍骨可以作為引下線使用，在使用扁鋼制品作為豎向主龍骨跨接焊接時，其截面必須在50mm2以上且厚度不小于2mm。

（3）根據《建筑物防雷設計規范》（GB500057—2010）標準要求，機械強度必須符合以下要求：高層建筑玻璃幕墻在進行接閃時，雷電流會通過玻璃幕墻將電流傳輸到大地，在這個傳輸過程中會有電動力作用的產生，因此，針對高層建筑玻璃幕墻金屬部件之間一方面要采用焊接方式進行連接，另一方面還可以使用壓接方式把金屬的厚度壓縮到≥4mm。

（4）確保高層建筑玻璃幕墻全部的連接處都是良好的電氣連接，其中過渡電阻在0.03Ω以下，而防雷接地的電阻，必須嚴格按照《建筑物防雷設計規范》（GB500057—2010）標準要求進行設置，達到國家規定的相應標準。

（5）在高層建筑玻璃幕墻防雷工程竣工后，必須經過國家相關部門的檢測，確保該防雷技術達到了國家相關規定標準后，才能真正實現竣工。

5 結論

綜上所述，隨著我國建筑行業的快速發展，樓層建筑變得越來越高，而高層建筑玻璃幕墻防雷技術跟高層防雷設施形成了防雷整體系統，對預防雷擊起著非常重要的作用，而且能夠在最大程度上降低雷電給人們帶來的巨大危害。

參考文獻

【1】陳軍第 高層建筑玻璃幕墻防雷施工與應用分析[期刊論文]-建材與裝飾2013（10）

【2】陳曉東 現代摩天大樓防雷技術的實例分析[期刊論文]-《建材世界》-2014（z2）

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