浅谈建筑幕墙的防雷设计赵杰

浅谈建筑幕墙的防雷设计赵杰

赵杰

珠海市建筑设计院519000

摘要：建筑幕墙具有多种类型，其中金属结构的幕块在现代化建筑工程中比较常见，这种幕墙在施工的过程中，还需要做好防雷保护措施。本文对建筑物幕墙防雷施工技术进行了探讨，希望可以保证建筑物幕墙的防雷接地效果，从而保证业主用电的安全性。应用建筑物幕墙防雷技术，可以避免幕块受到雷电的攻击，也可以保证用户用电的稳定性。

关键词：建筑幕墙；防雷设计

前言：近几年，建筑幕墙作为建筑的外墙围护结构和建筑外立面的主要装饰手段，越来越多地应用于建筑物的外部装饰。幕墙在我国已使用和发展20多年，大量各式建筑幕墙的应用，以其独特的艺术魅力、夺目的装饰效应和丰富的使用功能装点着城市面貌，丰富着人民的物质和文化生活。但随之而来，如何保证建筑物幕墙防雷的安全性已是当今一个重要问题。我国现行的电气施工及验收规范、标准施工图集对这方面内容的阐述尚不明确，建筑幕墙设计单位对建筑幕墙防雷技术的做法也不具体，或对其做法的说明常见的是“符合设计规范要求”等字样，从而给从事具体施工的技术人员准确把握施工技术要求带来一定的难度。为防止或减少雷击建筑幕墙所发生的人身伤害和财产损失，并做到安全可靠、技术先进，做好建筑幕墙的防雷措施越来越重要。

1幕墙雷击危害分析

1.1雷电的特点

雷电是－种自然现象，其具有电压高、电流大、释放时间短的特点，雷电的破坏性极大。现代社会，由于髙层建筑比较多，所以施工单位一定要做好防雷防护措施，避免雷电对建筑物造成较大的破坏。雷电的电流幅值也比较大，而且具有较大的冲击性，其最大可以达到300kA。雷电的冲击电压比较髙，所以受到雷击攻击的物体会受到严重的损害，雷电放电的时间比较短，但是释放的能量却比较大，其产生的破坏性也极大。

1.2幕墙雷击的危害及建筑幕墙防雷的必要性

雷电击中建筑物时，通常会产生电效应、热效应和机械力。雷电流在瞬间释放出的巨大能量会把被击中的金属熔化，使物体水份受热膨胀，产生强大的机械力，或者分解成氢气和氧气，产生爆炸，使建筑物遭到破坏，甚至雷电的高温使建筑物发生燃烧，引起火灾和触电。

幕墙作为建筑物的装饰外衣，幕墙的金属龙骨架等金属材质由于雷电的效应将会产生静电感应作用。在天空雷云和大地形成电场时，幕墙的金属体就会积聚与雷云极性相反的大量感应电荷。在雷云瞬间放电后，若接地不良，幕墙的金属材质感应电荷不能相应地快速散流，将产生对地高电位，易造成室内电位差，带来极大危害。

幕墙中有大量金属物，导电性能极好，是易遭受雷击的部位。建筑物的最外层很容易遭受雷电的直击和侧击。工程本身防雷装置虽很完美，但进行幕墙围护建筑物后，建筑物自身的防雷装置由于幕墙的屏蔽效应，不能直接起到防雷作用，闪击往往变成对幕墙的侧击。

雷击放电方向的选择决定于大气中最大电场强度方向。由于建筑幕墙的构架由大量的金属材料组成，在大气雷电环境中受雷云电荷的静电感应，会产生和集聚大量的与雷云底层电荷极性相反的电荷，从而引起幕墙附近空间电场强度增大。当下行先导流注到达建筑物雷击距离时，放电通道是选择电场强度最大的地方，下行先导流注便会与幕墙产生的迎面先导流注汇合，幕墙就遭到了雷击。

幕墙处于接闪器的保护范围之内，当有小于滚球半径相对应的雷电流通过时，就有可能穿过接闪器的保护空间，击在幕墙上。若建筑物的幕墙未做好防雷设施而遭到雷击，就会出现上述情况。因此，建筑幕墙必须进行防雷。

2建筑幕墙的防雷设计

谈到建筑幕墙防雷就不可能不涉及到建筑物的防雷，因为幕墙是独立悬挂于建筑物之外的外围护结构系统，它的防雷装置与建筑物的防雷设施有机地结合在一起，共同构成一个防雷体系。

2.1建筑幕墙防雷的设计原理

由于雷电对建筑物幕墙的破坏形式大致上可以分为直击雷、侧击雷和雷击感应损害。所以其对应的防雷设计原理也就存在以下三种。

（1）防直击雷。对于直击雷的防护工程一般从外部构建：处于幕墙顶部吸引雷电的接闪器，布置在地底一定深度用于传导雷电电流的接地装置和位于高层建筑四周的连接两者的引下线，这样就是一个完整的防直击雷系统。

（2）防侧击雷。在高层建筑幕墙30M以上的位置，以每三层楼为一个单位，每个单位构建一圈均压环，并连接建筑物和幕墙的防雷系统。以此来形成一个等电位的连接，通过降低雷电电流带来的电位差，从而避免造成跨步电压来达到防侧击雷的作用。

（3）防雷击感应损害。雷击所带来的电磁感应作为一种干扰源来影响电子设备和网络系统的运行，为了防止这一损害就必须形成一个屏蔽效应，在幕墙之内构建一个防雷的金属六面体网笼状格局来进行屏蔽。然而，以地板、天花板和墙板三者以内的钢筋构建的系统，不但起到了屏蔽的良好效果，也是解决等电位和分流分体的重要措施。

2.2建筑物防雷设计的等级

《建筑物防雷设计规范》中，已在第二章明确规定，建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。

（1）遇到下列情况之一时，应划为一类防雷建筑物：

1.凡制造、使用、贮存炸药、起爆药、火药、火工品等大量炸药物质的建筑物；2.具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物3.具有1区爆炸危险环境的建筑物。

一类防雷建筑物的网格大小，依规范要求其尺寸应不大于5m×5m或4m×6m。

（2）遇到下列情况之一时，应划为二类防雷建筑物：

1.国家级重点文物保护建筑物；2.国家级的会堂，大型展览和博展建筑物、办公楼建筑物、国宾馆、大型火车站、国家级档案馆等；3.国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重大意义且装有大量电子设备的建筑物。

二类防雷建筑物的网格大小，依规范要求其尺寸应不大于10m×10m或8m×12m。

（3）遇到下列情况之一是，应划为三类防雷建筑物：

1.省级重点文物保护建筑物及省级档案馆；2.省级办公建筑物及其他重要或人员密集的公共建筑物；3.高度在15m以上的烟筒、水塔等孤立的高耸建筑物等。

三类防雷建筑物的网格大小，依规范要求其尺寸应不大于20m×20m或16m×24m。

2.3建筑物的防雷装置

建筑物中一般都安装有防雷装置’这种防雷装置包括接闪器、引下线、均压环、接地等防雷措施，可以减小雷电产生的能量，将电流导人大地中。由于幕墙具有屏蔽的效果，所以，施工单位需要采用其他措施保证＃墙结构的防雷作用。幕墙系统中需要有贯穿的电气通路，金属骨架窬要与防雷网连通，这样可以将雷电能量传输到地下，可以避免建筑物受到雷电的攻击。

2.3.1接闪器

（1）避雷针

建筑物顶部所设置的避雷针，其作用不在于避雷，而是在雷电袭击建筑物时，利用避雷针将雷电流吸引并导人建筑的避雷体系中。避雷针是人为设立的最突出的良导体，它的端部电场强度最大，雷电先驱自然地被吸引过来，这就是避雷针引雷效应的基本理论。

避雷针宜采用圆钢或焊接钢管制成，其直径不应小于下列数值：针长1m以下：圆钢12mm、铜管20mm；针长1m～2m：圆钢16mm、钢管25mm；烟囱顶上的针：圆钢20mm、钢管40mm。

（2）避雷网和避雷环

避雷网分为明装避雷网和笼式避雷网两大类。

明装避雷网是在屋顶上以较疏的明装金属网格作为接闪器，沿外墙做引下线，接到接地装置上，将雷电流安全地引人地下。

笼式避雷网是由避雷网、引下线和接地装置三部分组成一个整体较密的钢铁大网笼，将建筑物罩在其中免遭雷击的侵害。

避雷网或避雷环一般用圆钢或焊接钢管制成，其尺寸不应小于下列数值：圆钢直径8mm；扁钢截面48mm2；扁钢厚度4mm。

2.3.2引下线

引下线是指在接闪器与接地装置中连接一条金属导线，建筑幕墙的结构为金属龙骨架，以主龙骨作为引下线，在主龙骨连接的位置采用的引下线一般为Ω形卡，这种连接装置采用的是铝合金材质，有助于对其进行伸缩。在引下线的接触面还有一层镀锌层，这一位置还会涂抹导电膏，在连接时会采用不锈钢装置。

2.3.3均压环

建筑物不仅应防直击雷，还应防侧击雷，设置均压环。为使幕墙竖向铝合金主龙骨保持接地的贯通，用-40mm×4mm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M8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。

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40mm×4mm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，幕墙均压环施工中还应注意以下几个环节。

（1）为防止虚接，柱伸缩节口处在上下柱之间用Ω形卡连接。Ω形卡连接的要求同上述引下线相关的内容。

（2）立柱与预埋件处角码的连接方法是在需接地的立柱上，取消立柱与角码之间的垫片，并去除接触面的保护层，露出本体面再涂导电膏。

（3）后置预埋件应与避雷网作有效连接。

（4）均压环应与土建结构引下线和幕墙引下线相连接。

2.3.4接地装置

接地效果的好坏也是防雷安全的重要保证。接地装置分为垂直接地体和水平接地体。接地装置均使用镀锌钢材，以延长其使用年限，宜采用扁钢或圆钢，对焊接作业后的各焊接点必须做好防腐措施。

接地装置采用的材料应不小于下列参数使用圆钢时直径不小于10mm；使用扁钢时截面不小于100mm2，其厚度不小于4mm；使用角钢时厚度不应小于4mm；使用钢管时厚度不应小于3.5mm。

在易遭受腐蚀的部位，其截面应适当加大。

为了保证防雷装置对人和牲畜的安全，应将引下线和接地装置尽可能安装在人们不易接触到的地方。接地装置最好作成环形周圈式的或深埋在以下，以改善接地装置附近地面的电位分布，减少跨步电压的危险。此外，为了防止接触电压危及人畜，在可能条件下将引下线缠上绝缘或隔离起来

3结语

由于建筑幕墙的特殊性，所以对于建筑幕墙的防雷工程一般由专业的幕墙施工单位进行施工，希望施工单位在进行幕墙建筑时，不但要重视幕墙的结构性安全，更不可忽视幕墙的防雷系统的安装。在与建筑主体结构进行紧密契合的同时，应该做好自身防雷工程的完善，并做好地接电阻的检测工作，完善各项准备和控制的资料，充分保障高层建筑幕墙的防雷系统正常安装，从而保护人民的财产安全和人身安全，彻底消除雷电这一安全隐患。

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