浅谈玻璃幕墙的防雷设计

摘要:我国经济快速发展，高层建筑业越来越多,而玻璃幕墙被应用其中的比例也越来越大了。但是玻璃幕墙的材料比较脆弱，不及石材幕墙、金属幕墙等牢固，遇到雷雨天气，存在很大的安全隐患。笔者结合了某实际工程，简单介绍了玻璃幕墙在防雷设计方案。

关键词: 玻璃幕墙雷电流 接闪器 焊接 螺栓

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

玻璃幕墙于20世纪八十年代传入我国,是一种美观新颖的建筑墙体,由于其具有亮丽的外观和非常好的光线透射性,非常受建筑师的喜爱,因而得到了迅速的发展,越来越多地在工程别是一些高层建筑中得到采用。各种色彩的玻璃幕墙给城市增添了一道道亮丽的风景线,也给城市文化注入了新的活力。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。

1 雷电对玻璃幕墙的危害性

高层建筑玻璃幕墙离放电云层近,使地表的电场分布发生了严重的畸变,其电场强度比一般建筑物大得多,容易构成雷电发展条件。而高层建筑玻璃幕墙围护高层建筑物后,建筑物防雷装置由于玻璃幕墙的屏蔽效应,难以防止直接雷击,往往造成闪电对玻璃幕墙的雷击。高层建筑玻璃幕墙的金属材质由于雷电的效应,将会产生静电感应作用,当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,当雷云瞬间放电后,云与大地的电场忽然消失,这时幕墙的金属体感应电荷不能以相应的速度流散,将会产生高达万伏以上的对地电位,这就是静电感应电压,对人和设备产生危害。

高层建筑的防雷设计和施工, 是利用钢筋混凝土屋面、梁、板、柱中的钢筋作引下线, 基础内的钢筋作接地装置避雷的, 当建筑物高度超过45m 时,每隔三层还设有防侧击雷的等电位连接措施。但在采用玻璃幕墙围护结构以后, 现行国家标准《建筑物防雷设计规范》规定玻璃幕墙应具有自身的防雷体系。而目前不少玻璃幕墙的避雷系统起不到真正的防雷作用, 如玻璃幕墙铝合金型材与建筑结构钢筋连接未作处理, 因而未形成一个完整的避雷体系, 由于玻璃幕墙的屏蔽效应, 建筑物的原防雷装置就不能起到防雷作用, 对工程质量存在着一定的安全隐患。因此, 无论明框、隐框、半隐框, 均存在着如何将这些框架中的铝合金型材和原建筑结构中用作防雷的钢筋进行可靠的电气连接这一共同性问题。

特别要指出的是, 由于雷云形成和运动轨迹是随机的, 对采用玻璃幕墙围护的高层建筑来说, 若不采用特殊措施处理这一问题, 盲目乐观, 认为在建筑屋顶已设置了良好的接闪器, 建筑物就不会遭受雷击, 或者建筑物内的人员、仪器、设备就安全了, 这是很不科学的。

2 玻璃幕墙防雷设计方案

玻璃幕墙最外面的玻璃( 或部分金属板材) , 是支承在铝合金型材横梁上的, 横梁连接在同样是由铝合金型材制作的立柱上, 立柱则悬挂在主体结构上。按铝合金型材外露的情况, 幕墙的结构特征各不相同, 可分为明框, 隐框和半隐框三大类。以下是笔者结合某玻璃幕墙介绍的简单壁垒设计方案，以供参考。

2. 1 工程简介

某市文化交流中心,位于新老城区结合部,长105.6m,宽21m,建筑面积约1.6万m2,为现浇钢筋混凝土框架－剪力墙结构。该建筑三个主要立面均采用玻璃幕墙,幕墙总面积达到了6500m2。玻璃幕墙最高檐口处高度为36.5m。

2 . 2 防雷措施简介

2.2.1 雷电防护基本措施

通常防雷工作者对建筑物的防直击雷的方法和观念就是“建筑物防雷系统是由避雷针、避雷网(带)或混合组成的接闪器,主体结构的柱、梁、板钢筋或外接引下线组成的引下装置,及利用基础自然接地体(桩基、地梁、承台或底板钢筋)或人工接地体组成的接地装置合成,整个建筑形成一个法拉第笼,将雷电流引入地面”。考虑到此大楼所处的地理位置属于雷电多发地,而且此地区的雷电流强度大;大楼里面展览有大量的珍贵资料,也摆放了很多电子仪器设备,如果遭到破坏,会造成无法挽回的损失,我们就更应该加强防雷电的措施。在参照和比较了国内许多关于雷电防护的资料后,在雷电防护方面主要在以下几个方面有所加强。

2.2.2 玻璃幕墙具体防雷措施

幕墙顶部女儿墙的盖板是起到引雷作用的接闪器。用φ12镀锌圆钢沿女儿墙周圈安装,并与主体结构防雷引下线焊接。在盖板内侧安装40mm× 4mm× 4mm镀锌角钢,每块铝板安装两段角钢(每段长300mm),两段之间用φ12镀锌圆钢焊接连通。并用φ12镀锌圆钢一端与女儿墙顶φ12镀锌圆钢焊接，另一端与角钢焊接。每段角钢与铝板之间用四个M6×20mm不锈钢自攻螺丝压接(角钢与铝板之间加垫1mm厚不锈钢垫片),并加不锈钢平垫和弹簧垫。所有竖向主龙骨的连接处采用40mm×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(可动的一端避开插芯),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铝合金两端各用两个M6不锈钢对穿螺栓进行压接,并加不锈钢平垫和弹簧垫。

用作防雷引下线的柱子内的对角纵向钢筋上下采用焊接连接,使其上下贯通。焊接采用双面焊接,焊缝长度大于20d(d为钢

筋直径)。

每三层框架梁内的两根主钢筋焊接,绕建筑物成均压环,并将其与所有的引下线钢筋焊接。焊接采用双面焊接,焊缝长度大于20d(d为钢筋直径)。每楼层处用作防雷引下线的柱子外皮处预埋一根40×4镀锌扁钢,并与柱内防雷引下线钢筋相焊,焊接长度200mm。要求双面施焊。

为使玻璃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。

用作防雷引下线的柱子内的贯通主筋与基础钢筋焊接连接,焊接采用双面焊接,焊缝长度大于20d(d为钢筋直径),并将与贯通主筋连接的基础钢筋与之相交的基础钢筋点焊连接。

3 结语

毫无疑问，采取了上述的措施,玻璃幕墙的安全性一定能够提高，雷电发生时,不论是侧击雷直接击中玻璃幕墙产生的雷电流(发生可能性极小)还是由于静电感应聚集的大量电荷都能够快速有效的泄放,从而达到保护效果。 随着《建设工程质量管理条例》和《建设工程标准强制性条文》的颁布实施，我国的建设活动走向了规范化和法规化道路，迈进了法制化管理轨道，不仅明确了建设主体各方的质量责任、义务及刑法法律责任，而且还确立了凡涉及人民生命财产、人身健康、环境质量和其他公众利益的为必须严格执行的强制性标准条文，为参与建设活动各方执行标准规范质量行为保证工程质量和建筑物的安全性及使用功能提供了法律和技术依据。

参考文献

[1] GB50057～94.建筑物防雷设计规范[S].

[2] 李文恩,李富寿.雷电[M].水利电力版社,北京，1983:93～ 110.

[3] 张小青.建筑防雷与接地技术[M] .北京:中国电力出版社,2003:32～ 35.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。