玻璃幕墻防雷技術探討

    引言

    隨著中國經(jīng)濟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今一個重要問題�，F(xiàn)行的電氣施工及驗收規(guī)范、標準施工圖集對這方面內容的闡述尚未十分明確，設計單位對玻璃幕墻防雷技術作法說明也不十分具體，從而給從事具體施工和監(jiān)理及防雷驗收技術人員在準確把握防雷安全技術要求上帶來一定的難度。文章將結合國家規(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，雷電流是一種強度極大，作用時間極短的瞬變過程。雷電災害具有巨大的破壞性，雷電的放電電壓可達500kV以上，閃電峰值電流的幅度高達100～300kA，閃電電流變化快，放電時間短，一次放電時間約在40μs，雷電擊中建筑物時，通常會產(chǎn)生電效應、熱效應和機械力。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施，極易遭受雷擊。高層建筑玻璃幕墻圍護高層建筑物后，建筑物防雷裝置由于玻璃幕墻的屏蔽效應，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。同時高層建筑玻璃幕墻的金屬材質由于雷電的效應，將會產(chǎn)生靜電感應作用，當天空雷云和大地形成電場時，幕墻的金屬體就會積聚與雷云極性相反的大量感應電荷，當雷云瞬間放電后，云與大地的電場忽然消失，這時幕墻的金屬體感應電荷不能以相應的速度流散，將會產(chǎn)生高達萬伏以上的對地電位，這就是靜電感應電壓，對人和設備產(chǎn)生危害。

    高層建筑幕墻通常超過50m，超高層幕墻超過100m，如果強大的雷電流全程通過幕墻構件時，由于持續(xù)時間極短，只有幾十微秒，則每米的電位差可達萬伏以上，高達100m的幕墻，在通過雷電流時可達百萬伏的電位差，將會和周圍的金屬體之間產(chǎn)生反擊放電和電磁感應。

目    前玻璃幕墻大都在高層建筑物外裝中采用，在均壓環(huán)的設計方面存在的缺陷[1]，與現(xiàn)執(zhí)行的《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057-94（2000版）不統(tǒng)一。有的玻璃幕墻設置均壓環(huán)，有的不設置均壓環(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施沒有做連接的情況。

    玻璃幕墻防側擊雷的設計與《建筑物防雷設計規(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計與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，是人為設立的良好導體，它沿建筑物女兒墻的頂部分布，其電場強度很大。雷電先驅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留點相連接。

    建筑物玻璃幕墻的防雷措施應按照《建筑物防雷裝置施工與驗收規(guī)范》[2]和《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》[3]的要求進行設計。玻璃幕墻對均壓環(huán)的設計應依據(jù)規(guī)范對建筑物防雷類別的界定，在不同高度設計均勻環(huán)。應在幕墻頂部、底部以及每三層在建筑物四周結構樓板表面敷設一根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，焊接長度應為其寬度的2倍，并三面施焊，另一端用兩個M8不銹鋼對穿螺栓與豎向主龍骨進行壓接，為防止鍍鋅扁鋼與鋁合金的電化學腐蝕，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M6不銹鋼對穿螺栓進行壓接，并加不銹鋼平墊和彈簧墊（圖1）。

    當?shù)谝活�、第二類、第三類防雷建筑物分別在30m，45m，60m時，玻璃幕墻上的較大金屬物均應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截面必須達到100mm2。或豎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”進行壓接，連接處上下各用兩個M8不銹鋼對穿螺栓進行壓接，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，應將豎向立柱與構造柱內主筋和均壓環(huán)連接，或者與構造柱內主筋和均壓環(huán)相焊接的預埋件連接（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，并與主體結構防雷引下線焊接。在蓋板內側安裝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均不同程度設計各種裝飾壓條，一般均為鋁合金材質且厚度一般為1mm以下。在綜合考慮到對玻璃幕隔熱、防水等因素要求，同時在玻璃幕墻龍骨接地符合《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057-94（2000版）等相關規(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。