幕墙防雷构造设计.doc

防雷构造设计 玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003规定：“玻璃幕墙的防雷设计应符合国家现行标准建筑防雷设计规范GB50057和民用建筑电气设计规范JGJ/T16的有关规定。幕墙的金属框架应与主体结构的防雷体系可靠连接，连接部位应清除非导电保护层。”金属与石材幕墙工程技术规范防雷问题专题审查会纪要将送审稿中“防雷体系”（JGJ102-96第4.4.7条“玻璃幕墙应形成自身的防雷体系”中的“防雷体系”）改为防雷装置。取消关于接地电阻的要求。玻璃幕墙是附属于主体建筑的围护结构，幕墙的金属框架一般不单独作雷接地，而是利用主体结构的防雷体系，与建筑本身的防雷设计相结合，因此要求应与主体结构的防雷体系可靠连接，并保持导电通畅。 1.高层建筑金属幕墙防雷设计原理 大气的流通形成了雷云，随着雷云下部的负电荷积累，其电场强度的增加到极限值，于是开始向下梯级放电，称为下行先导放电。 在电气几何模型中，雷先导的发展起初是不确定的，直至先导头部电压足以击穿它与地面目标间的间隙时，也即先导与地面目标的距离等于击距时，才受到地面影响而开始定向，在被保护的建筑物上安装接闪器，就是使它产生最强的先导和雷先导会合，从而防止建筑物受到雷击。 建筑物防雷设计规范（GB50057）所提出的接闪器保护范围是以滚球法为基础的，所谓滚球法是以hr为半径的一球体沿需要防直接雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物）或只接触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物）而不触及需要保护的部位时，则该部位就得到接闪器的保护。用许多防雷导体（通常是垂直和水平导体）以下列方法盖住需要防雷的空间，即用一给定半径的球体滚过上述防雷导体时不会接触要防雷的空间。它是基于以下雷闪数学模型（电气几何模型）：hr=2I+30（1-e 1/ 6.8） (3-6) 或简化为hr9.4I2/3 与相对应的电流I=(hr/9.4)1. 5 (3-7) 当hr=30m时 I=5.7kA 当hr=45m时 I=10.5kA 当hr=60m时 I=16.1kA 当雷电流小于上述数值时，雷闪有可能穿过接闪器击于被保护物上，而等于和大于上述数值时雷闪将击于接闪器上。 高层建筑物的接闪器和一般建筑相比，由于建筑物高，闪击距离因而增大，闪接器的保护范围也相应增大，但如果建筑物的高度比设防的接闪距离hr还要大时，对于某个雷先导，建筑物的接闪器可能处于它的闪接距离之外，而建筑物侧面的某处可能处于该先导的闪接距离之内，可能受到雷击，例如150m高的建筑物，取其高度为滚球半径（hr=150m），其相对应的雷电流为（150/9.4）1. 5=63.75kA，也就是说，在距离建筑物屋顶周边150m的范围内大于（等于）63.75kA的雷电流的雷击，为屋顶周边的接闪器吸引到自己身上使建筑物不受此雷击，但是对于一个较近距离(例如相当于hr=45m)的10.5kA的雷先导，接闪器不能把它吸引过来，在幕墙+45m+150m范围内幕墙的金属杆件，由于雷先导已进入到对它的闪击距离之内，于是受到雷击。而当在45m之内有一个小于10.5kA的雷先导可能使+45m以下金属杆件受雷击。侧击雷具有短的吸引半径(即小的滚球半径)其相应的雷电流也是小的，高层建筑的结构通常能耐受这类小雷击电流的侧击，参见图3-13。 图3-13 2. 高层建筑防雷类别和不设防判定 按建筑物防雷设计规范（GB50057）第2.0.3条和第2.0.4条确定该高层建筑物是第二类或第三类防雷建筑物或者不需要考虑防雷。(1) 国家级重点文物保护的建筑物；国家级会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆；大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物；国家级计算中心、国家级通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物属于第二类的防雷建筑物。(2) 部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物，当其预计雷击次数大于0.06次/a时属于第二类防雷建筑物；当其预计雷击次数小于0.06次/a但大于或等于0.012次/a时属于第三类防雷建筑物；该类防雷建筑物的预计雷击次数小于0.012次/a时可不考虑防雷。(3) 住宅、办公楼等一般性民用建筑物，当其预计雷击次数小于或等于0.3次/a时属于第二类防雷建筑物；当其预计雷击次数小于或等于0.3次/a但大于0.06次/a时属于第三类防雷建筑物；该类民用建筑物的预计雷击次数小于0.06次/a时可不考虑防雷。3.防侧击和等电位连接 高层建筑物必然是钢筋混凝土结构(钢结构)的建筑物，应充分利用其金属物做防雷装置的一部分，将其金属物尽可能连成一整体。建筑物防雷设计规范对第二、三类防雷建筑物没有要求要专设均压环，因为高层建筑物均为钢筋混凝土和钢构架建筑物，而且钢筋混凝土为现浇，钢筋已通过绑扎连通，整幢建筑物已处于均压中。金属幕墙的防侧雷是通过将金属幕墙的立柱于每层与圈梁或柱子的钢筋连接的预埋件连通即可。这就要求在主体结构施工时，埋入的每个预埋件的直锚筋应和圈梁（楼板）中的钢筋用绑扎法连接或焊接。如果采用后设锚板（例如用膨胀螺栓固定锚板）时，应将每块锚板与主体结构的钢筋连接可以每块与伸出的钢筋连接，也可以先将每块锚板串联起来，再相隔一定距离（1218m）与主体结构钢筋连接，总之预埋件与主体结构之间必须连接成电气通路。通常，玻璃幕墙的铝合金立柱，在不大于10m范围内宜有一根柱采用柔性导线上、下连通，铜质导线截面积不宜小于25mm2，铝质导线截面积不宜小于30mm2。第二类防雷建筑物45m以下可不考虑.防侧雷，第三类防雷建筑物60m以下可不考虑.防侧雷。 在主体建筑有水平均压环的楼层，对应导电通路立柱的预埋件或固定件应采用园钢或遍钢与水平均压环焊接连通，形成防雷通路，焊缝和连线应涂防锈漆。扁钢截面不宜小于5mm40mm，园钢直径不宜小于12mm。 4.防顶雷措施 由于高层建筑物高，雷闪击中建筑物屋顶周边的雷电流可能会很大，金属幕墙如果位于女儿墙外侧时就属于屋面周边，属于易受雷击部位，尤其是转角处为雷击率最高部位。建筑物防雷设计规范（GB50057）第4.1.4条规定，当女儿墙与金属幕墙间的封修是采用金属板，可利用其做接闪器，但要求其厚度T0.5mm，金属极之间采用搭接时，其搭接长度不应小于100mm，金属板应无绝缘被覆层（薄的油漆保护层或0.5mm厚沥青层或1mm厚聚氯乙烯层均不属于绝缘被覆层），利用做接闪器的金属封修板均应与女儿墙内钢筋连接成电气通路。玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003规定：“兼有防雷功能的幕墙压顶板宜采用厚度不小于3mm的铝合金板制造，压顶板截面不宜小于70mm2（幕墙高度不小于150m时）或50mm2（幕墙高度小于150m时）。幕墙压顶板体系与主体结构屋顶的防雷系统应有效的连通。” 5. 防雷电（静电）感应 金属幕墙除了注意防直击雷和侧击雷外，尚应注意雷电感应。闪电放电时，在附近导体上产生静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花。静电感应是由于雷云的作用，使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道中的电荷迅速中和，在导体上的感应荷得到释放，如不就近泄入地中就会产生很高的电位。电磁感应是由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势，GB50057规定第一类和部份第二类建筑物尚应采取防雷电感应的措施，即幕墙金属杆件要与防雷电感应的接地装置接通。除了上述雷电感应产生的静电感应外还有一种由于接触带电的静电，是指两种物体紧密接触，只要接触面的距离达到小于2510-8cm时，则在两种物体的接触面上将发生电荷的转移，失去电子的物体带正电荷，得到电子的物体带负电荷，这就是接触带电现象。这种带电只是局部接触上的带电现象。但从宏观上看这两个物体仍是呈电中性。如果这两个物体在外力作用下突然分离，而此时交界面处的电荷又来不及返回物体面进行中和，那么此时绝缘性能较好的材料，其表面或内部的某一部分就会带上多余的电荷而呈负电性。像这种物体的表面、内部或其中某一部分带上相对静止状态电荷的现象就叫物体带上了静电。物体带上了静电是相对于某一时间和空间而言。实际上，物体的静电荷不断产生有积累的过程，而当积累量达到和超过空间击穿场强时还会发生放电现象。因此，所所谓物体带上了静止不动的电荷是指某一瞬间的暂态过程，而不是绝对不变的过程。这就是所谓的“静电不静。”静电荷积累到一定程度，会与接地体之间产生火花放电。如果此时火花间隙中存在着可燃物与空气的混合比达到爆炸极限浓度，且火花能量达到并超过可燃物的最小点火能量时，该电火花就会成为爆炸性混合物的引燃源，从而形成火灾和爆炸事故。当较高的静电位和较大的静电电流通过人体放电时，能造成人体生理和心理上强烈振击反应。由于静电能量和静电电流一般都较小而且无外电源补充，所以瞬间脉冲放电，不是造成人体伤害的直接原因。对人体的一般影响是针刺的痛感和震颤。此外电击能使人体暂失去平衡，从而导致高处坠落、倒转、接触机械等二次伤害。电击会使人体产生不快和恐惧感，从而会影响生产效率和导致操作失误。静电所形成的生产故障是大量的，存在生产的各区域和部门，它可以使产品质量下降，生产效率降低，同时电子仪器、通讯系统也会受到静电电磁波辐射的影响，或使电子计算机发生误动作等。DGJ08832000防静电工程技术规范规定为防止静危害环境的设计和施工应体现下列基本原则：1、 抑制或减少静电的产生；2、 将已产生的静电迅速、安全、有效地排除，遵循上述原则，防止静电危害环境设计和施工必须包括的基本内容为：抑制环境组成部份带电，防止发生静电放电和静电噪声传播的综合预防措施。控制静电的工程设计具体区分为三级：一级标准为控制室内静电电位绝对值不大于100V；二级标准为控制室内静电电位绝对值不大于200V；三级标准为控制室内静电电位绝对值不大于1000V。防静电工程分级标准适用场所如表3-14。 表3-14 防静电工程分级标准适用场所防静电级别适用场所一级1 微电子电路制造和测试的场所。2 电子产品产生过程中操作一级静电敏感器件的场所。3 生物、医药工业中无菌洁净的工作实验室和生产场所。4 航空、航天、国防军事、国家安全以及首脑部门的信息管理和指挥中心。二级1 以程控交换机为代表的各类通信机房。2 电子计算机大、中型机房，以及金融、电信系统的结算中心。3 重要经济部门如：电力调度、铁路、城市交通的自动化监控、调度系统。4 重要工业部门如：石油化工、冶金、汽车、电厂的生产和管理自动化系统。5 卫生系统的手术室和电子医疗设备的应用场所。6 精密电子仪器的测试和维修场所。7 大型电子演示厅和展播室。三级1 除上述范围以外的一般计算机处理系统，以及计算机终端室。2 除上述范围以外的电子器件和整机的组装调试场所。3 智能化建筑中电脑操作的办公场所以及重要的公共活动场所。4 存在外部电磁干扰，必须对环境中的电子设备和设施提供