玻璃幕墙的防雷设计

摘要：玻璃幕墙以其亮丽的外观和非常好的光线投射性，受到建筑师的喜爱，在我国建筑工程设计中得到了越来越多的应用，尤其是高层建筑。然而玻璃幕墙在保温、防火、光污染、防雷击等问题上也尤为突出，特别是防雷问题，得到人们越来越多的关注和重视。作为脆性材料，玻璃幕墙一旦遭受雷击成碎片，势必成为极大的安全威胁。本文结合实际工程案例,简要阐述了玻璃幕墙防雷电设计的相关措施。

关键词：玻璃幕墙；防雷设计；措施

一、前言

上世纪80年代，玻璃幕墙进入我国建筑行业，很快就以其亮丽的外观和非常好的光线透射性，受到建筑师的热烈欢迎和喜爱。作为一种美观新颖的建筑墙体，玻璃幕墙在建筑设计中得到了飞速发展，在工程建筑尤其是高层建筑中得到广泛采用。各色绚丽的玻璃幕墙建筑，成为了现代建筑派的主要表现特征，为城市文化注入了新的活力，更给城市增添了一道道亮丽的风景线，是现代高层建筑时代的显著特征。然而玻璃幕墙存在的问题也不容忽视，包括防火、光污染和防雷击等，其中防雷问题的影响最严重。

二、雷电对玻璃幕墙的危害性

玻璃幕墙通常都是大面积采用，作为脆性材料，一旦遭遇雷击破裂成碎片，势必成为极大的安全威胁。高层建筑玻璃幕墙，通常离放电云层比较近，导致地表的电场分布产生畸变，其电场强度远大于一般建筑物，容易导致雷电发展条件的发生，加之高层建筑距云层较近，所以易遭受雷击。同时，高层建筑玻璃幕墙在对高层建筑物进行围护后，建筑物的防雷装置被玻璃幕墙所屏蔽，导致很难防止直接的雷击，容易造成对玻璃幕墙的直接雷击。玻璃幕墙其自身金属材质因为雷电效应，导致静电感应作用的发生，当电场形成时，幕墙的金属体很容易积聚和雷云极性相反的感应电荷，数量很大，雷云瞬间发生放电之后，电场突然消失，而幕墙的金属体感应电荷，却无法以相应的速度流散，这就会造成高达万伏以上的对地电位产生，形成静电感应电压，造成危害。

高层建筑玻璃幕墙的防雷应与一般的建筑物的防雷有异曲同工之处，普通建筑物的防雷装置有三部分，分别为：接闪器，引下线和接地装置。接闪器：根据被保护物体的不同，接闪器形状不同，主要有避雷针、避雷网、避雷带，其主要作用是直击雷起到接闪功能。在60年代，英国人提出雷击距离理论--滚球法，依据雷电闪击距离为基础用来确定接闪器的保护作用，当雷击被导达到接闪器放电距离以前，其闪击点有一定的范围要求，被保护的建筑物的接闪器有若干个上行先导，最后在容易放电击穿的路径上形成主放电，接闪器正好设置在被保护的闪电击点概率较高的点。引下线对接闪器的接闪的雷电起导流作用。接地装置主要的作用是消耗雷电产生的能量。

三、玻璃幕墙防雷设计方案

本文中以某建筑玻璃幕墙建设工程为例，具体分析其防雷设计。此工程中该建筑所处的地理位置属于雷电多发地，建筑楼内摆放有大量电子仪器设备，建筑楼长为105.6米，宽为21米，建筑面积大约1.6万平米，建筑结构采用钢筋混凝土框架――剪力墙的结构。三个主要立面都将使用玻璃幕墙，而幕墙总面积有6500平方米。玻璃幕墙在最高檐口处的高度是36.5米。

1.雷电防护的基本措施

一般情况下，建筑物防雷系统，就是由避雷针、避雷网或避雷带组成的接闪器，主体结构的柱、板钢筋或者外接引下线所组成的引下装置，和利用承台、底板钢筋等基础自然接地体或者人工接地体，形成一个接地装置合成，整个建筑呈现出法拉第笼状态，把雷电流引入到地面。

此大楼处于雷电的多发地区，而且雷电流的强度比较大，而大楼摆放很多电子仪器设备，如遭破坏，将导致无法挽回的损失，需加强防范雷电措施。

2.玻璃幕墙防雷设计的具体措施

幕墙顶部女儿墙的盖板，作用相当于引雷作用的接闪器。用镀锌圆钢沿着女儿墙的周圈进行安装，并且和防雷引下线相焊接。而在盖板内侧，则安装40ram×4ram×4ram镀锌角钢，每块铝板上都安装两段角钢，其中每段长300毫米，两段之间则用中12镀锌圆钢焊接连通，同时，用中12镀锌圆钢一端和女儿墙顶l2镀锌圆钢进行焊接，另外一端则和角钢焊接。每段角钢与铝板之间，可用四个M6×20mm不锈钢自攻螺丝压接，注意在角钢和铝板之间加垫1毫米厚不锈钢垫片，然后加上不锈钢平垫和弹簧垫。所有的竖向主龙骨的连接处，都使用40mm×4mm铝合金所制成的可伸缩的欧姆弯做压接，在连接处上下分别使用两个M8不锈钢压接穿螺栓，注意：可动的一端应避开插芯，然后加上不锈钢平垫以及弹簧垫。对于均压环的楼层，在所有竖向主龙骨与横向龙骨的连接处，通过40mm×4ram铝合金两端，分别使用两个M6不锈钢压接穿螺栓，并且加不锈钢平垫和弹簧垫。而充当防雷引下线的柱子内的对角纵向钢筋上下则采用焊接连接，使其上下相互贯通。焊接则采用双面焊接，焊缝长度大于2Od，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，然后将其和所有的引下线钢筋焊接。焊接使用双面焊接，焊缝长度大于2Od。

每楼层处，充当防雷引下线的柱子外皮处，应当预先埋下一根40×4镀锌扁钢，并和柱内防雷引下线钢筋焊接，焊接的长度为200mm。双面施焊，为了保持玻璃幕墙竖向铝合金主龙骨接地贯通，用40mmx4ram镀锌扁钢一端和均压环相焊接，焊接长度应当是其宽度的2倍，并且做三面施焊，另一端则用两个M8不锈钢对穿螺栓与竖向主龙骨进行压接，为了防止镀锌扁钢与铝合金的电化学腐蚀，可在其间加垫l毫米厚不锈钢垫片，并且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进行连接，焊接使用双面焊接，焊缝长度大于20d，并且将与贯通主筋连接的基础钢筋与之相交的基础钢筋点焊进行连接。

四、防雷设计中应注意的事项

在玻璃幕墙的防雷过程中应注意以下三点：

一是，充分利用建筑物的接闪器、引下线、接地装置。

二是，将均压环层的幕墙横竖向龙骨联结成一个电气通路，并与建筑物防雷网联通。

三是，将首层的幕墙的横竖龙骨联结成一个电气通路,并与建筑物的防雷网联通。

通过以上，玻璃幕墙在遭受雷击的过程中，由于其玻璃幕墙的防雷与建筑物防雷联成一体，则玻璃幕墙将能获得的电能，通过建筑物的接地系统迅速地输送到地下，从而达到保护建筑物和玻璃幕墙免遭雷电的破坏。

高层玻璃幕墙的顶部为了美观，一般都采用铝板，铝板是入地较好的导体，它沿建筑物顶部分布，其电场强度很大，雷电就很容易被吸引过来，受雷击最大的部位，铝板则是很好的接闪器，可以接受雷电流，将固定铝板的主横担与建筑物避雷系统联成一体，这样就可以安全的将雷电流导入大地。高层建筑的玻璃幕墙顶部的接闪器可以有效地防雷直击，但不能防止侧雷击，在玻璃幕墙防侧雷时，其要根据建筑物防雷等级来确定其作法：一类防雷30米，二类防雷在45米，三类防雷在60米，综合建筑物的防雷等级在30米、45米或60米以上的高层玻璃部位，每层设一个均压环，并将建筑物防雷网及玻璃幕墙防雷系统联通，形成一个电气通路，为了防止球形雷,将玻璃幕墙首层的横竖龙骨联结成一个电气通路,并与建筑物的接地网联成一体。

五、结语

在玻璃幕墙设计和安装时，采取上述措施后，雷电发生时，不管是发生可能性极小的侧击雷直接击中玻璃幕墙产生的雷电流，还是因为静电感应聚集的大量电荷，两者都可以得到快速而有效的释放引导，从而对建筑物实现保护效果。

参考文献：

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