輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的防雷設(shè)計(jì)措施
導(dǎo)讀：輕鋼結(jié)構(gòu)系新型建筑材料，它采用H型鋼及薄壁冷彎C、Z型鋼組合而構(gòu)建房屋骨架，屋面和墻體采用彩色涂層壓型鋼板或夾芯彩板，并逐步取代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑。根據(jù)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的特點(diǎn)，顯然，高大沉重的避雷針不適合在此類建筑物上安裝，而《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94，2000版)第4.1.4條給出了金屬屋面作為建筑物(第一類防雷建筑物除外)防雷接閃器的四個(gè)要求。此圖集是建筑專業(yè)圖集，電氣設(shè)計(jì)人員較少接觸，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《建筑物防雷設(shè)施安裝》(99D501-2)和《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》(03D501-3)都沒有輕鋼結(jié)構(gòu)屋面避雷帶的細(xì)部做法。在現(xiàn)行設(shè)計(jì)中，一般將基礎(chǔ)鋼筋作為自然接地體，用40X4的鍍鋅扁鋼將其連通，并施行總等電位聯(lián)結(jié)。
關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu)，接地，防雷，等電位
1、輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的特點(diǎn)
輕鋼結(jié)構(gòu)系新型建筑材料，它采用H型鋼及薄壁冷彎C、Z型鋼組合而構(gòu)建房屋骨架，屋面和墻體采用彩色涂層壓型鋼板或夾芯彩板，并逐步取代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物基礎(chǔ)分為鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)和鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，前者在地質(zhì)情況較好的場(chǎng)地使用，后者則應(yīng)用于地質(zhì)情況較差的場(chǎng)地。施工時(shí)需預(yù)埋地腳螺栓，加墊片后和鋼柱相連。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物采用預(yù)制構(gòu)件，不允許現(xiàn)場(chǎng)鉆孔、焊接。主鋼架(梁、柱)為焊接型鋼或熱軋型鋼，以充分發(fā)揮高強(qiáng)度鋼材的力學(xué)性能。次構(gòu)件(檁條)為高強(qiáng)度的、經(jīng)防腐處理的冷彎薄壁C型或Z型鋼，和主鋼架采用螺栓連接。
輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的圍護(hù)系統(tǒng)(墻體、屋頂)分為彩鋼壓型板和彩鋼夾芯板，大多采用自攻螺栓和檁條(屋面檁條或沿墻檁條)連接。壓型鋼板是以彩色涂層鋼板或鍍鋅鋼板為基材，經(jīng)輥壓冷彎成型的建筑用圍護(hù)板材，其保溫及隔熱層為離心超細(xì)玻璃絲棉卷氈。此種板材現(xiàn)場(chǎng)制作，有利于解決大范圍內(nèi)面板搭接易于出現(xiàn)的接縫不嚴(yán)的情況，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合使整個(gè)大面積的屋面成為一個(gè)整體，更加堅(jiān)固、易排水、防漏、保溫，而且建筑外形更加統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、美觀。而夾芯板是將彩色涂層鋼板面板及底板與保溫芯材通過粘接劑(或發(fā)泡)復(fù)合而成的保溫復(fù)合圍護(hù)板材，按保溫芯材的不同可分為硬質(zhì)聚氨脂夾芯板、聚苯乙烯夾芯板、巖棉夾芯板。夾芯板一般為工廠預(yù)制。圍護(hù)系統(tǒng)連接方式一般為咬合連接或者搭接連接。
一般而言，墻體的做法先是砌1.2m高、厚0.3m(嚴(yán)寒地區(qū)厚度為0.37m)的磚墻或者加氣混凝土砌塊，其上才是夾芯板或者壓型板。
2、輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的防雷及接地
2.1接閃器
根據(jù)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的特點(diǎn)，顯然，高大沉重的避雷針不適合在此類建筑物上安裝，而《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94，2000版)第4.1.4條給出了金屬屋面作為建筑物(第一類防雷建筑物除外)防雷接閃器的四個(gè)要求。
規(guī)范針對(duì)金屬板下面有無易燃品的不同情況，對(duì)金屬板的厚度做了不同的要求，明確規(guī)定“金屬板下面無易燃品時(shí)，其厚度不應(yīng)小于0.5mm”。讓我們看看四種保溫芯材的物理特性。硬質(zhì)聚氨脂屬B1級(jí)建筑材料，導(dǎo)熱系數(shù)為0.016~0.025，為難燃體;聚苯乙烯屬阻燃型材料，氧指數(shù)不小于30，導(dǎo)熱系數(shù)為0.029，為阻燃自熄型;巖棉屬于不燃燒材料，導(dǎo)熱系數(shù)為0.044;玻璃絲棉屬A級(jí)建筑材料，導(dǎo)熱系數(shù)為0.038~0.042，為非燃燒體。另外，保溫芯材所用粘膠劑也是阻燃型。所以，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的圍護(hù)系統(tǒng)為非燃體，當(dāng)利用金屬板做接閃器時(shí)，厚度不應(yīng)小于0.5mm即可。規(guī)范中四個(gè)要求的第三條不再考慮。
從結(jié)構(gòu)專業(yè)角度出發(fā)，屋面板的厚度選擇一般考慮三個(gè)因素：第一是風(fēng)荷載;第二是雪荷載;第三是檁距。所以，不同地域可能所選的屋面板厚度就不一樣，電氣設(shè)計(jì)人員需要和結(jié)構(gòu)專業(yè)及時(shí)溝通，厚度滿足規(guī)范要求時(shí)，再考核其他條件。比如在新疆，檁距在1.5m左右時(shí)，屋面面板厚度一般為0.6mm，底板厚度一般為0.5mm，是滿足規(guī)范的厚度要求的。若厚度不滿足要求怎么辦?則應(yīng)該參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造》(01J925-1)做避雷帶，其中壓型鋼板屋面避雷帶的細(xì)部做法參見48頁，夾芯板屋面避雷帶的細(xì)部做法參見66頁。此圖集是建筑專業(yè)圖集，電氣設(shè)計(jì)人員較少接觸，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《建筑物防雷設(shè)施安裝》(99D501-2)和《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》(03D501-3)都沒有輕鋼結(jié)構(gòu)屋面避雷帶的細(xì)部做法。所以，電氣設(shè)計(jì)人員引用標(biāo)準(zhǔn)做法時(shí)應(yīng)注意。避雷帶網(wǎng)格大小應(yīng)該按規(guī)范的要求和各類建筑物的防雷類別嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，施工圖紙應(yīng)當(dāng)按規(guī)范劃分的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確標(biāo)注。
輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的圍護(hù)系統(tǒng)連接方式一般為咬合或者搭接。無論是壓型鋼板還是夾芯板，其外觀都是瓦楞形的。在施工中，采用搭接時(shí)的搭接長(zhǎng)度至少要達(dá)到一個(gè)波峰或波谷，超過100mm則完全滿足規(guī)范的要求。
另外，規(guī)范注釋提到“薄的油漆保護(hù)層”不算是絕緣被覆層。因此，可以認(rèn)為彩色涂層鋼板無絕緣被覆層，而鍍鋅鋼板則更是電的良好導(dǎo)體。所以，筆者以為《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94，2000版)第4.1.4條的第四個(gè)要求也是滿足的。
綜上所述，筆者認(rèn)為厚度達(dá)到0.5mm的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的屋面夾芯板(或壓型鋼板)可以作為接閃器。
2.2引下線
從前面輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的建筑體系的介紹可以看出，主鋼架、次構(gòu)件、圍護(hù)系統(tǒng)在施工中已經(jīng)作了可靠的.連接，形成了持久的電氣通路。因此，只要設(shè)置了可靠的接地裝置，就可以按跨度將鋼柱作為引下線。這一點(diǎn)，《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94，2000版)第4.2.3條已經(jīng)作了規(guī)定。當(dāng)然，規(guī)范對(duì)各類防雷建筑物的引下線間距做了要求，不過在土建施工時(shí)，只要所有的鋼柱和接閃器、接地裝置做了可靠連接，那么它們都是引下線，實(shí)際效果超過了規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。
針對(duì)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94，2000版)第4.2.5條的規(guī)定，即是否要對(duì)地上1.7m至地下0.3m一段作為引下線的鋼柱采取保護(hù)措施，筆者認(rèn)為沒必要。第一，不用擔(dān)心鋼柱容易受到機(jī)械損壞;第二，從輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑體系看，距地有1.2m高的磚墻或者加氣混凝土砌塊，對(duì)人身接觸有一定的防護(hù);第三，鋼柱本身做了防腐處理，含絕緣被覆層，也起到一定的防護(hù)作用。另外，此條規(guī)定的條文說明指出它適合設(shè)斷接卡子的情況，而根據(jù)規(guī)范第4.2.4條，當(dāng)利用鋼柱做引下線同時(shí)采用基礎(chǔ)接地體時(shí)是可以不設(shè)斷接卡的。
2.3接地裝置
在現(xiàn)行設(shè)計(jì)中，一般將基礎(chǔ)鋼筋作為自然接地體，用40X4的鍍鋅扁鋼將其連通，并施行總等電位聯(lián)結(jié)。這樣進(jìn)行處理，接地電阻很小，一般容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意，應(yīng)在室外合適位置預(yù)留接地連接板，做法可以參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《接地裝置安裝》(03D501-4)。這樣，當(dāng)接地電阻值達(dá)不到要求時(shí)，施工單位可以方便地連接人工接地體和測(cè)試接地電阻值，這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)圖紙中有所體現(xiàn)。
另外，在設(shè)計(jì)圖紙中，不能泛泛而談“利用建筑物基礎(chǔ)鋼筋做自然接地體”。前面已經(jīng)提到，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物在基礎(chǔ)施工時(shí)需預(yù)埋地腳螺栓，加墊片后才能和鋼柱相連。須知：預(yù)埋的接地螺栓本身和基礎(chǔ)鋼筋是沒有電氣連接的!所以，土建施工時(shí)可用不小于φ10鋼筋或圓鋼將基礎(chǔ)鋼筋和接地螺栓可靠焊接，具體做法參見國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》(03D501-3)的17頁。這樣，從接閃器到引下線，再到接地裝置，雷電流才具備完整的泄放通道。這樣做還不夠，還應(yīng)該用短鋼筋和基礎(chǔ)鋼筋可靠焊接，并引出基礎(chǔ)外，供聯(lián)結(jié)接地環(huán)網(wǎng)，方有利于降低自然接地體的接地電阻值和實(shí)施有效的等電位聯(lián)結(jié)。這一點(diǎn)對(duì)于設(shè)置獨(dú)立基礎(chǔ)的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑尤其重要，所以有必要在設(shè)計(jì)圖紙中交待清楚。
如果忽視了輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物接地裝置的特殊性，即基礎(chǔ)鋼筋和接地螺栓本身并沒有電氣連接這一事實(shí)，造成的后果則是整個(gè)建筑物沒有可靠的接地網(wǎng)。采取的補(bǔ)救措施是用40X4的鍍鋅扁鋼做等電位環(huán)網(wǎng)，鍍鋅扁鋼過鋼柱時(shí)應(yīng)和柱底腳板下側(cè)可靠焊接，這樣，鍍鋅扁鋼充當(dāng)了接地極和接地線的雙重角色。
除等電位接地環(huán)網(wǎng)沿建筑物外圍敷設(shè)一周外，在建筑物內(nèi)還應(yīng)該按跨度設(shè)置均壓網(wǎng)格，不但降低跨步電壓，保護(hù)人身安全，而且有利于工業(yè)廠房生產(chǎn)設(shè)備就地實(shí)施等電位聯(lián)結(jié)，縮短等電位聯(lián)結(jié)線的長(zhǎng)度。
3、結(jié)語
以上是對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物防直擊雷措施的總結(jié)。結(jié)論是：厚度達(dá)到0.5mm的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的屋面夾芯板(或壓型鋼板)可以作為接閃器，利用鋼柱做引下線，利用基礎(chǔ)鋼筋做自然接地體并通過鍍鋅扁鋼連接成可靠的等電位接地環(huán)網(wǎng)。
參考文獻(xiàn)：
[1]GB50057-94，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范(2000版).
[2]王時(shí)煦.建筑物防雷綜述.電氣世界，1997年2期.
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