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高层建筑玻璃幕墙防雷设计
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内容提示：随着玻璃幕墙在我国越来越多的建筑特别是高层建筑中得到应用,随之出现的各种各样的问题特别是防雷问题也越来越得到人们的重视。由于玻璃幕墙属于脆性材料,一旦遭受雷击会带来严重的安全隐患。本文以实际工程为例,简要绍了玻璃幕墙防雷电设计的一些做法。
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,越来越多地在工程中特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。（参考《建筑中文网》）
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。
2 玻璃幕墙防雷设计方案
2.1 工程简介
江苏省某县文化交流中心,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
采取了上述的措施,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。
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. 来源: 《建筑中文网》.
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。
2 玻璃幕墙防雷设计方案
2.1 工程简介
江苏省某县文化交流中心,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
采取了上述的措施,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。
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. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201011/14460.htm
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