论文部分内容阅读
【摘要】玻璃幕墙一般应用在人群密集的、大型的公共建筑和重要的高层、超高层建筑的外墙上，防雷设计是该项目的工作重点。本文对高层建筑玻璃幕墙防雷基本原理及施工技术进行分析,结合规范及经验介绍了高层建筑玻璃幕墙防雷设计的技术措施。
【关键词】高层建筑玻璃幕墙防雷设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A文章编号：
玻璃幕墙也成为现代建筑派的主要表现特征，在新世纪的现代化城市建筑中具有重要的地位，是现代高层建筑时代的显著特征。但玻璃幕墙也存在很多问题，比如保温、防火、光污染、防雷击等等，尤其防雷问题尤为突出。玻璃幕墙属于脆性材料，一般在建筑中大面积采用，有的甚至整个建筑物外墙均采用玻璃幕墙，如遭遇雷击，玻璃破裂形成碎片会造成严重的安全隐患。因而玻璃幕墙的防雷设计需引起我们的重视。
一、玻璃幕墙的雷电危害
(1)在雷雨天，天空的雷云与地面物体所带的电荷不同，当电荷积累到一定的程度，就会产生电场畸变而发生雷击。这时地面上某处没有足够强大的上行先导时，雷电是不会打到该处的。而高层建筑的基础电阻很小，又有几十米或上百米高的玻璃幕墙，易使地表的电场分布发生严重的畸变，其电场强度比一般建筑物大得多，如离放电云层近，其瞬间发生的上行先导极易与下行先导会合，容易遭受雷击。
(2)每一次雷电释放能量可高达数百兆焦耳(MJ)，强大的雷电流可使放电通道中瞬时温度升高到6000～10000℃，其产生的热效应、机械效应和电效应具有极大的破坏性。当雷电击中建筑物时，由于雷电是具有高电压、大电流，作用时间极短的瞬变过程，通常在瞬间释放出巨大的能量，把被击中金属熔化，使物体水份受热膨胀，产生强大的机械力，或分解成氢气和氧气，产生爆炸，使建筑物遭到破坏。雷击产生的高温引起建筑物燃烧构成火灾和产生高压引起触电。
(3)高层建筑安装玻璃幕墙后，玻璃幕墙对高层建筑防雷装置又形成屏蔽效应，不能直接起到接闪和防雷作用，从而容易产生雷电对玻璃幕墙的雷击。
(4)强大的闪电产生静电场、电磁场和电磁辐射，使高层建筑玻璃幕墙的金属材料产生静电感应作用，在幕墙的金属体聚积与雷云极性相反的大量感应电荷，当雷云瞬间放电后，云与大地的电场突然消失，由于幕墙的金属体感应电荷无法以相应速度消散，将产生数万伏对地的静电感应电压，对人和设备造成危害。
二、高层建筑玻璃幕墙设置防雷系统基本原理
一般来说雷电对建筑物的破坏形式有四类:直击雷、侧击雷、雷击电磁脉冲、雷电波侵入。高层建筑玻璃幕墙主要预防直击雷、侧击雷、雷击电磁脉冲三类。
1、防直击雷
通常建筑物的防直击雷装置有三部分:接闪器(如避雷针、避雷网及避雷带等)、引下线和接地装置。在高层建筑玻璃幕墙的防雷施工中，应充分利用建筑物的这些装置。根据国家有关规范规定，高层建筑玻璃幕墙防直击雷是利用玻璃幕墙顶部女儿墙的盖板、立柱、横梁与建筑物防雷系统构成可靠连接，把建筑幕墙获得的巨大电能量，通过建筑物的防雷系统，迅速地输送到地下，使其两部分成为一个防雷整体，共同起到保护高层建筑玻璃幕墙和建筑物免遭雷电破坏的作用。
2、防侧击雷
高层建筑幕玻璃墙顶部的接闪器，不能防止电流的侧面橫向发展绕击作用。目前防止侧击雷的常见做法是:在30m以上的高层建筑玻璃幕墙部位，每三层设置一圈均压环，并与建筑物的防雷系统及玻璃幕墙自身的防雷体系可靠连接。同时，每幅幕墙接通数量不得小于2个。防雷区域内均压环及每幅幕墙防侧击雷网格应符合表1规定，均压环除了有通过玻璃幕墙受侧击雷电流外，还有等电位及分流作用。
表1 防雷区域均压环及每幅幕墙防侧击雷网格规定
3、防雷击电磁脉冲
雷击电磁脉冲是一种干扰源，高层建筑物防雷击电磁脉冲利用玻璃幕墙的铝合金立柱和横梁作为建筑物的大空间屏蔽，在玻璃幕墙防雷网格区域内，有防雷要求的上下立柱应连贯导通，在其断开处，用铝合金板进行跨接;横梁与立柱用铝合金角码进行跨接。
三、建筑物幕墙防雷技术
建筑物防雷装置通常有接闪器、引下线和接地装置，作用是接闪电流、导入大地，在玻璃幕墙的设计中充分利用建筑和这些装置，整个幕墙应形成贯通的电气通路，并且幕墙龙骨架应与建筑物防雷系统连通，把幕墙获得巨大能量通过建筑的防雷系统导入大地，使幕墙和建筑物主体形成一个防雷整体，共同起到保护幕墙和建筑主体免受雷电破坏。
1、接闪器
幕墙顶部的女儿墙盖板，是人为地设立的良好导体，沿建筑物女儿墙的顶部分布，其电场强度很大。雷电先驱很自然地被吸引过来，是雷击概率最大的部位，作为防止雷击的直击措施，可将盖板设计成直接接受雷击的装置，起到引雷作用的接闪器。用 ф12 镀锌圆钢沿女儿墙周围安装，并与主体结构防雷引下线焊接。在盖板内侧安装 40×40×4mm 镀锌角钢，每块铝板安装两段角钢（每段长 200～300mm），两段之间用 ф12 镀锌圆钢焊接连通，并用 ф12 镀锌圆钢一端与女儿墙顶 ф12 镀锌圆钢焊接，另一端与角钢焊接。
2、引下线
幕墙竖向主龙骨应视为引下线，竖向主龙骨跨接用扁钢制品时截面为 100mm2，所有竖向主龙骨的连接处采用 40×4mm 铝合金制成的可伸缩的“欧姆弯”进行压接，连接处上下各用两个M8 不锈钢对穿螺栓进行压接。
3、均压环
幕墙顶部的接闪器，不能防止电流的侧面横向发展绕击作用。一般在 30m 以上的第一类防雷建筑物幕墙部位，每三层设置一周均压环并和建筑防雷网及玻璃幕墙自身的防雷体系接通，该工程每层在建筑物四周结构楼板表面敷设一根40×4mm 镀锌扁钢，并与建筑物四周防雷引下线的引出钢筋（ф12）焊接，焊接长度为圆钢直径的6 倍，双面施焊，焊接处刷两道防锈漆，从而形成一道均压环。为使玻璃幕墙竖向铝合金主龙骨保持接地的贯通，用 40×4mm 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龙骨与横向龙骨的连接处，通过 40×4mm 铝角码两端各用两个 M6 不锈钢对穿螺栓进行压接。
4、接地装置
利用建筑物钢筋混凝土基础作防雷自然接地，并将室内防静电，安全保护等联合接地。
根据有关防雷接地的技术资料并结合以往竣工工程的经验，我们认为玻璃幕墙防雷必须在以下几个重要方面满足要求：
（1）玻璃幕墙的防雷设计应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB500057－94）的有关规定。
（2）引下线截面应符合要求玻璃幕墙竖向主龙骨应视为引下线，竖向主龙骨的跨接用扁钢制品时截面必须达到100mm2。
（3）满足机械强度的要求除焊接方式以外，采用压接方式其金属材料厚度应达到 4mm。
（4）采用焊接方式要满足施工规范的要求圆钢搭接长度为其直径的 6 倍，且双面施焊；扁钢搭接长度为其宽度的 2 倍，且三面施焊；焊接处做防腐处理。
（5）不同金属压接，要做防电化腐蚀处理。如：钢与铝连接时，钢要镀锡；或在钢、铝之间加不锈钢垫片。
（6）施工完成后，要有权威检测机构进行检测，必须达到设计和规范要求的接地电阻值。
结束语
综上所述，通过采取以上述防雷安全措施，使玻璃幕墙的防雷设施与大厦的防雷系统形成一个整体，很好地完成了玻璃幕墙雷电防护工作，对玻璃幕墙起到有效的雷电防护作用。
参考文献
[1] 张欣. 建筑物玻璃幕墙防雷技术初探[J]. 山东气象. 2009(S1)
[2] 刘昌，杜明峰，陈雷文. 高层建筑玻璃幕墙防雷技术探讨[J]. 科技资讯. 2009(27)
[3] 邵志明. 玻璃幕墙防护侧击雷的施工方法[J]. 内蒙古气象. 2009(02)
【关键词】高层建筑玻璃幕墙防雷设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A文章编号：
玻璃幕墙也成为现代建筑派的主要表现特征，在新世纪的现代化城市建筑中具有重要的地位，是现代高层建筑时代的显著特征。但玻璃幕墙也存在很多问题，比如保温、防火、光污染、防雷击等等，尤其防雷问题尤为突出。玻璃幕墙属于脆性材料，一般在建筑中大面积采用，有的甚至整个建筑物外墙均采用玻璃幕墙，如遭遇雷击，玻璃破裂形成碎片会造成严重的安全隐患。因而玻璃幕墙的防雷设计需引起我们的重视。
一、玻璃幕墙的雷电危害
(1)在雷雨天，天空的雷云与地面物体所带的电荷不同，当电荷积累到一定的程度，就会产生电场畸变而发生雷击。这时地面上某处没有足够强大的上行先导时，雷电是不会打到该处的。而高层建筑的基础电阻很小，又有几十米或上百米高的玻璃幕墙，易使地表的电场分布发生严重的畸变，其电场强度比一般建筑物大得多，如离放电云层近，其瞬间发生的上行先导极易与下行先导会合，容易遭受雷击。
(2)每一次雷电释放能量可高达数百兆焦耳(MJ)，强大的雷电流可使放电通道中瞬时温度升高到6000～10000℃，其产生的热效应、机械效应和电效应具有极大的破坏性。当雷电击中建筑物时，由于雷电是具有高电压、大电流，作用时间极短的瞬变过程，通常在瞬间释放出巨大的能量，把被击中金属熔化，使物体水份受热膨胀，产生强大的机械力，或分解成氢气和氧气，产生爆炸，使建筑物遭到破坏。雷击产生的高温引起建筑物燃烧构成火灾和产生高压引起触电。
(3)高层建筑安装玻璃幕墙后，玻璃幕墙对高层建筑防雷装置又形成屏蔽效应，不能直接起到接闪和防雷作用，从而容易产生雷电对玻璃幕墙的雷击。
(4)强大的闪电产生静电场、电磁场和电磁辐射，使高层建筑玻璃幕墙的金属材料产生静电感应作用，在幕墙的金属体聚积与雷云极性相反的大量感应电荷，当雷云瞬间放电后，云与大地的电场突然消失，由于幕墙的金属体感应电荷无法以相应速度消散，将产生数万伏对地的静电感应电压，对人和设备造成危害。
二、高层建筑玻璃幕墙设置防雷系统基本原理
一般来说雷电对建筑物的破坏形式有四类:直击雷、侧击雷、雷击电磁脉冲、雷电波侵入。高层建筑玻璃幕墙主要预防直击雷、侧击雷、雷击电磁脉冲三类。
1、防直击雷
通常建筑物的防直击雷装置有三部分:接闪器(如避雷针、避雷网及避雷带等)、引下线和接地装置。在高层建筑玻璃幕墙的防雷施工中，应充分利用建筑物的这些装置。根据国家有关规范规定，高层建筑玻璃幕墙防直击雷是利用玻璃幕墙顶部女儿墙的盖板、立柱、横梁与建筑物防雷系统构成可靠连接，把建筑幕墙获得的巨大电能量，通过建筑物的防雷系统，迅速地输送到地下，使其两部分成为一个防雷整体，共同起到保护高层建筑玻璃幕墙和建筑物免遭雷电破坏的作用。
2、防侧击雷
高层建筑幕玻璃墙顶部的接闪器，不能防止电流的侧面橫向发展绕击作用。目前防止侧击雷的常见做法是:在30m以上的高层建筑玻璃幕墙部位，每三层设置一圈均压环，并与建筑物的防雷系统及玻璃幕墙自身的防雷体系可靠连接。同时，每幅幕墙接通数量不得小于2个。防雷区域内均压环及每幅幕墙防侧击雷网格应符合表1规定，均压环除了有通过玻璃幕墙受侧击雷电流外，还有等电位及分流作用。
表1 防雷区域均压环及每幅幕墙防侧击雷网格规定
3、防雷击电磁脉冲
雷击电磁脉冲是一种干扰源，高层建筑物防雷击电磁脉冲利用玻璃幕墙的铝合金立柱和横梁作为建筑物的大空间屏蔽，在玻璃幕墙防雷网格区域内，有防雷要求的上下立柱应连贯导通，在其断开处，用铝合金板进行跨接;横梁与立柱用铝合金角码进行跨接。
三、建筑物幕墙防雷技术
建筑物防雷装置通常有接闪器、引下线和接地装置，作用是接闪电流、导入大地，在玻璃幕墙的设计中充分利用建筑和这些装置，整个幕墙应形成贯通的电气通路，并且幕墙龙骨架应与建筑物防雷系统连通，把幕墙获得巨大能量通过建筑的防雷系统导入大地，使幕墙和建筑物主体形成一个防雷整体，共同起到保护幕墙和建筑主体免受雷电破坏。
1、接闪器
幕墙顶部的女儿墙盖板，是人为地设立的良好导体，沿建筑物女儿墙的顶部分布，其电场强度很大。雷电先驱很自然地被吸引过来，是雷击概率最大的部位，作为防止雷击的直击措施，可将盖板设计成直接接受雷击的装置，起到引雷作用的接闪器。用 ф12 镀锌圆钢沿女儿墙周围安装，并与主体结构防雷引下线焊接。在盖板内侧安装 40×40×4mm 镀锌角钢，每块铝板安装两段角钢（每段长 200～300mm），两段之间用 ф12 镀锌圆钢焊接连通，并用 ф12 镀锌圆钢一端与女儿墙顶 ф12 镀锌圆钢焊接，另一端与角钢焊接。
2、引下线
幕墙竖向主龙骨应视为引下线，竖向主龙骨跨接用扁钢制品时截面为 100mm2，所有竖向主龙骨的连接处采用 40×4mm 铝合金制成的可伸缩的“欧姆弯”进行压接，连接处上下各用两个M8 不锈钢对穿螺栓进行压接。
3、均压环
幕墙顶部的接闪器，不能防止电流的侧面横向发展绕击作用。一般在 30m 以上的第一类防雷建筑物幕墙部位，每三层设置一周均压环并和建筑防雷网及玻璃幕墙自身的防雷体系接通，该工程每层在建筑物四周结构楼板表面敷设一根40×4mm 镀锌扁钢，并与建筑物四周防雷引下线的引出钢筋（ф12）焊接，焊接长度为圆钢直径的6 倍，双面施焊，焊接处刷两道防锈漆，从而形成一道均压环。为使玻璃幕墙竖向铝合金主龙骨保持接地的贯通，用 40×4mm 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龙骨与横向龙骨的连接处，通过 40×4mm 铝角码两端各用两个 M6 不锈钢对穿螺栓进行压接。
4、接地装置
利用建筑物钢筋混凝土基础作防雷自然接地，并将室内防静电，安全保护等联合接地。
根据有关防雷接地的技术资料并结合以往竣工工程的经验，我们认为玻璃幕墙防雷必须在以下几个重要方面满足要求：
（1）玻璃幕墙的防雷设计应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB500057－94）的有关规定。
（2）引下线截面应符合要求玻璃幕墙竖向主龙骨应视为引下线，竖向主龙骨的跨接用扁钢制品时截面必须达到100mm2。
（3）满足机械强度的要求除焊接方式以外，采用压接方式其金属材料厚度应达到 4mm。
（4）采用焊接方式要满足施工规范的要求圆钢搭接长度为其直径的 6 倍，且双面施焊；扁钢搭接长度为其宽度的 2 倍，且三面施焊；焊接处做防腐处理。
（5）不同金属压接，要做防电化腐蚀处理。如：钢与铝连接时，钢要镀锡；或在钢、铝之间加不锈钢垫片。
（6）施工完成后，要有权威检测机构进行检测，必须达到设计和规范要求的接地电阻值。
结束语
综上所述，通过采取以上述防雷安全措施，使玻璃幕墙的防雷设施与大厦的防雷系统形成一个整体，很好地完成了玻璃幕墙雷电防护工作，对玻璃幕墙起到有效的雷电防护作用。
参考文献
[1] 张欣. 建筑物玻璃幕墙防雷技术初探[J]. 山东气象. 2009(S1)
[2] 刘昌，杜明峰，陈雷文. 高层建筑玻璃幕墙防雷技术探讨[J]. 科技资讯. 2009(27)
[3] 邵志明. 玻璃幕墙防护侧击雷的施工方法[J]. 内蒙古气象. 2009(02)