幕墻防雷怎么設計

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1 背景與意義

然而，幕墻的金屬龍骨架等金屬材質由于雷電的效應會產生靜電感應，在雷云瞬間放電后，若接地不良，幕墻的金屬材質感應電荷不能相應地快速散流，將產生對地高電位，造成室內電位差，帶來極大危害，因此，如何保證建筑物幕墻防雷的安全性已是當今一個重要問題。

我國現行的電氣施工及驗收規范、圖集對這方面內容的闡述尚不明確，建筑幕墻設計單位對建筑幕墻防雷技術的做法也不具體，對其做法的說明常見的是“符合設計規范要求”等字樣，給從事具體施工的技術人員把握施工技術要求帶來一定的難度。為防止或減少雷擊建筑幕墻所發生的人身傷害和財產損失，并做到安全可靠、技術先進,做好建筑幕墻的防雷措施越來越重要。

2 國家規范、標準對幕墻防雷的具體要求

JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》第4.4.13條規定：“玻璃幕墻的防雷設計應符合國家現行標準《建筑物防雷設計規范》GB50057和《民用建筑電氣設計規范》JGJ16的有關規定。幕墻的金屬框架應與主體結構的防雷體系可靠連接，連接部位應清除非導電保護層。”

JGJ133-2001《金屬與石材幕墻工程技術規范》第4.4.2條規定：“金屬與石材幕墻的防雷設計除應符合現行國家標準《建筑物防雷設計規范》（GB50057）的有關規定外，還應符合下列規定：

1、在幕墻結構中應自上而下地安裝防雷裝置，并應與主體結構的防雷裝置可靠連接；

2、導線應在材料表面的保護膜除掉部位進行連接；

3、幕墻的防雷裝置設計及安裝應經建筑設計單位認可。”

GB/T21086-2007《建筑幕墻》第5.2.2條規定：“建筑幕墻的防火、防雷功能應符合JGJ102、JGJ133的規定。”第14.9條規定：“防雷檢驗應測量幕墻框架與主體結構之間的電阻，幕墻表面潮濕或其他可能影響測試結果的情況下，不宜進行電阻的測量。”

3 幕墻雷擊的危害及幕墻防雷的必要性

幕墻按其用途及其結構特點主要分為玻璃幕墻和非透明式玻璃幕墻，其中玻璃幕墻分為點支式玻璃幕墻、框架式玻璃幕墻、全玻璃幕墻；非透明式玻璃幕墻分為鋁合金單板幕墻、鋁塑復合板幕墻、蜂窩結構幕墻、石材幕墻［2］。無論哪種幕墻，都是由金屬龍骨框架與帶有裝飾效果的板材組成。在實際使用過程中，其金屬龍骨框架最小截面及厚度均作為防雷接閃器，且滿足GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》第5.2.1條關于接閃器的要求。

通常情況下，建筑工程主體本身防雷裝置雖很完美,但進行幕墻圍護建筑物后，建筑物自身的防雷裝置由于幕墻的屏蔽效應，不能直接起到防雷作用，閃擊往往變成對幕墻的側擊。然而，我國現行的電氣施工及驗收規范、標準施工圖集對幕墻防雷內容的闡述尚不明確，實際工程中往往忽略幕墻防雷的設計，如圖1所示。從圖中可以看出，假設強大的雷電流IKA側擊至幕墻b點處，由于幕墻未作接地保護，幕墻的金屬龍骨感應電荷不能泄流，室內處于與b點相近標高處的人體在觸摸室內金屬導體時，a點與b點將會產生極大的電位差，人體瞬間觸電，極其危險。

根據JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》第4.4.13條規定，在主體結構施工時，女兒墻頂與結構柱底部預留金屬埋件，通過金屬構件將幕墻的金屬框架與主體結構的防雷體系可靠連接。如圖2所示，假設雷電流IKA側擊至幕墻b點處，由于幕墻金屬龍骨與主體結構豎向貫通，雷電流IKA沿圖示方向泄流，根據基爾霍夫電流定律，IKA=I1+I2，由于I1與I2泄流過程中對地電阻相差很大，在此情況下，室內處于與b點相近標高處的人體在觸摸至室內金屬導體時，a點與b點將會產生極大的電位差，人體瞬間觸電，極其危險。

鑒于以上兩種情況，雷電流側擊幕墻均對室內人體造成極大的威脅，故本文提出在主體施工時，除在主體女兒墻頂與結構柱底部預留金屬埋件外，還分層增設金屬埋件，通過金屬構件將幕墻的金屬框架與主體結構的防雷體系可靠連接，如圖3所示。假設雷電流側擊至幕墻b點處，由于幕墻金屬龍骨與主體結構橫向豎向完全貫通，雷電流IKA沿圖示方向泄流，根據基爾霍夫電流定律，IKA=I1+I2+I3，由于I1、I2與I3泄流過程中對地電阻相差很大，IKA≈I3，在此情況下，室內處于與b點相近標高處的人體在觸摸至室內金屬導體時，a點與b點的電位差幾乎為0，人體安全。

根據以上3種情況對比分析，可以看出，做好幕墻防雷的重要性及必要性。為了更好地驗證上述分層預留金屬預埋件幕墻防雷措施的必要性，本文模擬搭建一個Φ200mm、高20m、寬4m、長6m的5層鋼筋結構，如圖4所示，假設雷擊電流幅值為20kA，通過ATPDRAW軟件編制計算機程序，計算得到其正面電流分布及頂層電流分布分別如圖5及表1所示。

通過以上實驗數據可以看出，在主體施工時，除在主體女兒墻頂與結構柱底部預留金屬埋件外，還分層增設金屬埋件，通過金屬構件將幕墻的金屬框架與主體結構的防雷體系可靠連接，雷擊電流通過金屬導體層層分散泄流后，各分支導體的電流分布占比趨于一致，在此前提下，同一標高處室內與幕墻處的電位差幾乎為0，可最大限度地保證人身安全。

4 建筑幕墻的防雷設計要點

以明框式玻璃幕墻和石材幕墻為例，簡述其幕墻防雷設計要點。

4.1明框式玻璃幕墻防雷設計要點

明框式玻璃幕墻防雷橫向剖節點及縱向剖節點分別如圖6及圖7所示。

明框式玻璃幕墻防雷設計要點：

a.鋁合金最小截面為50mm2，厚度2.5mm（一般情況，需對幕墻廠家提要求）。

b.建筑高度超過30m時，建筑物裝設均壓環，環間距離不大于12m。

c.幕墻的金屬立柱作為引下線與均壓環連接，間距不大于10m。

d.幕墻均壓環與主體結構引下線連接點須可靠連接，通過直徑為12mm圓鋼進行焊接，其焊接長度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理。

e.幕墻立柱通過4mm厚不銹鋼板和直徑為12mm圓鋼與幕墻均壓環相連，其焊接長度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理，鍍鋅鋼板與幕墻立柱接觸部位須將接觸面上的銹蝕和氧化膜去除。

f.幕墻上、下立柱之間采用400mm長銅編織帶連通，銅編織帶截面不小于25mm2。

g.在易受雷擊的女兒墻頂部、檐口處、挑檐等處均應設置均壓環，并將雨棚、懸挑金屬構件與均壓環可靠連接。

h.要求在主體結構施工時，埋入的每個預埋件的直錨筋應與圈梁中的鋼筋用綁扎法連接或焊接。

4.2石材幕墻防雷設計要點

石材幕墻防雷橫向剖節點及縱向剖節點分別如圖8及圖9所示。

石材幕墻防雷設計要點：

a.龍骨最小截面為50mm2，厚度2.5mm。b.建筑高度超過30m時，建筑物裝設均壓環，環間距離不大于12m。

c.幕墻的主龍骨作為引下線與均壓環連接，間距不大于10m。

d.幕墻均壓環與主體結構引下線連接點須可靠連接，通過直徑為12mm圓鋼進行焊接，其焊接長度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理。e.幕墻主龍骨通過4mm厚不銹鋼板和直徑為12mm圓鋼與幕墻均壓環相連，其焊接長度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理，鍍鋅鋼板與幕墻主龍骨接觸部位須將接觸面上的銹蝕和氧化膜去除。

f.幕墻上、下龍骨之間采用400mm長銅編織帶連通，銅編織帶截面不小于25mm2。

g.在易受雷擊的女兒墻頂部、檐口處、挑檐等處均應設置均壓環，并將雨棚、懸挑金屬構件與均壓環可靠連接。

h.要求在主體結構施工時，埋入的每個預埋件的直錨筋應與圈梁中的鋼筋用綁扎法連接或焊接。

i.鋁板幕墻在選材上注意宜選用單層鋁板而不選用鋁塑復合板，因為復合板中間夾的聚乙烯塑料是不能導電的，致使復合板幕墻無法接地，無法預防雷電對建筑物幕墻的危害。

5 結語

綜上所述，隨著我國建筑行業的快速發展，采取一定的措施可以使建筑幕墻防雷技術與建筑本身防雷設施形成整體防雷系統，不論是側擊雷直接擊中幕墻產生的雷電流還是靜電感應聚集的大量電荷，都能夠快速有效地散流，對預防雷擊起著非常重要的作用，而且能夠最大限度地降低雷電給人們帶來的危害。因此，建筑幕墻的防雷應從設計、施工各個方面不斷規范，施工時應具有完整的幕墻防雷施工圖，且施工圖必須經審圖機構審查批準方可實施，同時應與建筑主體結構施工緊密結合，預埋件與均壓環連接應可靠，消除安全隱患。

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