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    浅淡钢结构工程的防雷措施及基本情况

    作者: 发布于:2018-8-3 16:51:59 点击量:

    由于钢结构建筑物造型美观大方、建设周期短、工程造价低等优点,我国钢结构工程行业的飞速发展,钢结构工程也慢慢的走入了我们的生活,钢结构工程是指用钢板和热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的结构形式。钢结构体系具有自重轻、工厂化制造、安装快捷、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势,与钢筋混凝土结构相比,更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势,广泛应用与各类工业厂房、仓库、体育馆等场所。


    夏季是一个雷雨多发的季节,而金属板屋面容易遭受雷击,与普通砖混结构、框架结构建筑物的防雷设计有所不同。钢结构厂房在设计时,需要考虑如何把雷电引到地面,防止雷电击穿金属屋面进入室内,结合一钢结构车间的防雷设计,针对金属屋面防雷设计的相关问题做出粗浅的探讨,为以后有效地解决金属屋面的防雷问题提供参考。


    相信很多人都会想到,如果要防雷,设置一根避雷针不就好了吗?但是根据钢结构建筑物的特点,显然,高大沉重的避雷针不适合在此类建筑物上安装。根据现行《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)规范的规定,防雷和接地的处理可以分为三个方面:接闪器、引下线、接地装置。


      2.轻钢结构建筑物的防雷及接地

      2.1接闪器

      根据轻钢结构建筑物的特点,显然,高大沉重的避雷针不适合在此类建筑物上安装,而《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94,2000版)第4.1.4条给出了金属屋面作为建筑物(第一类防雷建筑物除外)防雷接闪器的四个要求。

      规范针对金属板下面有无易燃品的不同情况,对金属板的厚度做了不同的要求,明确规定“金属板下面无易燃品时,其厚度不应小于0.5mm”。让我们看看四种保温芯材的物理特性。硬质聚氨脂属B1级建筑材料,导热系数为0.016~0.025,为难燃体;聚苯乙烯属阻燃型材料,氧指数不小于30,导热系数为0.029,为阻燃自熄型;岩棉属于不燃烧材料,导热系数为0.044;玻璃丝棉属A级建筑材料,导热系数为0.038~0.042,为非燃烧体。另外,保温芯材所用粘胶剂也是阻燃型。所以,轻钢结构建筑物的围护系统为非燃体,当利用金属板做接闪器时,厚度不应小于0.5mm即可。规范中四个要求的第三条不再考虑。

      从结构专业角度出发,屋面板的厚度选择一般考虑三个因素:第一是风荷载;第二是雪荷载;第三是檩距。所以,不同地域可能所选的屋面板厚度就不一样,电气设计人员需要和结构专业及时沟通,厚度满足规范要求时,再考核其他条件。比如在新疆,檩距在1.5m左右时,屋面面板厚度一般为0.6mm,底板厚度一般为0.5mm,是满足规范的厚度要求的。若厚度不满足要求怎么办?则应该参考国家标准图集《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》(01J925-1)做避雷带,其中压型钢板屋面避雷带的细部做法参见48页,夹芯板屋面避雷带的细部做法参见66页。此图集是建筑专业图集,电气设计人员较少接触,而国家标准图集《建筑物防雷设施安装》(99D501-2)和《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》(03D501-3)都没有轻钢结构屋面避雷带的细部做法。所以,电气设计人员引用标准做法时应注意。避雷带网格大小应该按规范的要求和各类建筑物的防雷类别严格对应,施工图纸应当按规范划分的标准准确标注。

      轻钢结构建筑物的围护系统连接方式一般为咬合或者搭接。无论是压型钢板还是夹芯板,其外观都是瓦楞形的。在施工中,采用搭接时的搭接长度至少要达到一个波峰或波谷,超过100mm则完全满足规范的要求。

      另外,规范注释提到“薄的油漆保护层”不算是绝缘被覆层。因此,可以认为彩色涂层钢板无绝缘被覆层,而镀锌钢板则更是电的良好导体。所以,笔者以为《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94,2000版)第4.1.4条的第四个要求也是满足的。

      综上所述,笔者认为厚度达到0.5mm的轻钢结构建筑物的屋面夹芯板(或压型钢板)可以作为接闪器。

      2.2引下线

      从前面轻钢结构建筑物的建筑体系的介绍可以看出,主钢架、次构件、围护系统在施工中已经作了可靠的连接,形成了持久的电气通路。因此,只要设置了可靠的接地装置,就可以按跨度将钢柱作为引下线。这一点,《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94,2000版)第4.2.3条已经作了规定。当然,规范对各类防雷建筑物的引下线间距做了要求,不过在土建施工时,只要所有的钢柱和接闪器、接地装置做了可靠连接,那么它们都是引下线,实际效果超过了规范的标准。

      针对《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94,2000版)第4.2.5条的规定,即是否要对地上1.7m至地下0.3m一段作为引下线的钢柱采取保护措施,笔者认为没必要。第一,不用担心钢柱容易受到机械损坏;第二,从轻钢结构的建筑体系看,距地有1.2m高的砖墙或者加气混凝土砌块,对人身接触有一定的防护;第三,钢柱本身做了防腐处理,含绝缘被覆层,也起到一定的防护作用。另外,此条规定的条文说明指出它适合设断接卡子的情况,而根据规范第4.2.4条,当利用钢柱做引下线同时采用基础接地体时是可以不设断接卡的。

      2.3接地装置

      在现行设计中,一般将基础钢筋作为自然接地体,用40X4的镀锌扁钢将其连通,并施行总等电位联结。这样进行处理,接地电阻很小,一般容易达到设计要求。在设计中应当注意,应在室外合适位置预留接地连接板,做法可以参考国家标准图集《接地装置安装》(03D501-4)。这样,当接地电阻值达不到要求时,施工单位可以方便地连接人工接地体和测试接地电阻值,这一点应当在设计图纸中有所体现。

      另外,在设计图纸中,不能泛泛而谈“利用建筑物基础钢筋做自然接地体”。前面已经提到,轻钢结构建筑物在基础施工时需预埋地脚螺栓,加垫片后才能和钢柱相连。须知:预埋的接地螺栓本身和基础钢筋是没有电气连接的!所以,土建施工时可用不小于φ10钢筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓可靠焊接,具体做法参见国家标准图集《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》(03D501-3)的17页。这样,从接闪器到引下线,再到接地装置,雷电流才具备完整的泄放通道。这样做还不够,还应该用短钢筋和基础钢筋可靠焊接,并引出基础外,供联结接地环网,方有利于降低自然接地体的接地电阻值和实施有效的等电位联结。这一点对于设置独立基础的轻钢结构建筑尤其重要,所以有必要在设计图纸中交待清楚。

      如果忽视了轻钢结构建筑物接地装置的特殊性,即基础钢筋和接地螺栓本身并没有电气连接这一事实,造成的后果则是整个建筑物没有可靠的接地网。采取的补救措施是用40X4的镀锌扁钢做等电位环网,镀锌扁钢过钢柱时应和柱底脚板下侧可靠焊接,这样,镀锌扁钢充当了接地极和接地线的双重角色。

      除等电位接地环网沿建筑物外围敷设一周外,在建筑物内还应该按跨度设置均压网格,不但降低跨步电压,保护人身安全,而且有利于工业厂房生产设备就地实施等电位联结,缩短等电位联结线的长度。


    这样从屋顶到钢柱、再到基础形成可靠连接,保证雷电流具备完整的泄放通道。

    此外,不要忘了在室外适当位置预留接地连接板,防止施工中当接地电阻达不到要求时,方便施工单位连接人工接地装置和测试接地电阻。


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