广州塔主动吸引闪电击中引雷针：建筑之外，幕墙防雷应该怎么设计？
作者：幕墙工程网 时间：2024-04-23 09:45:15
4月20日，广东多地出现雷阵雨、大暴雨局部特大暴雨。20日19时-20时，广州塔连续6次接闪，据了解，广州塔塔尖安装了引雷针能够主动引导雷电，并将引来的雷电带入地下。引雷针又称“接闪杆”，这是一种常用的避雷装置，雷电发生时将起到“接闪”作用，主动吸引闪电击中引雷针，为建筑物防雷。通过这种方式，广州塔周边建筑遭到雷击的概率相对降低。 通常情况下，建筑工程主体本身防雷装置虽很完美,但进行幕墙围护建筑物后，建筑物自身的防雷装置由于幕墙的屏蔽效应，不能直接起到防雷作用，闪击往往变成对幕墙的侧击。那么，建筑幕墙应该如何进行防雷设计？国家规范、标准对幕墙防雷的具体要求
JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》第4.4.13条规定：“玻璃幕墙的防雷设计应符合国家现行标准《建筑物防雷设计规范》GB50057和《民用建筑电气设计规范》JGJ16的有关规定。幕墙的金属框架应与主体结构的防雷体系可靠连接，连接部位应清除非导电保护层。” JGJ133-2001《金属与石材幕墙工程技术规范》第4.4.2条规定：“金属与石材幕墙的防雷设计除应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057）的有关规定外，还应符合下列规定： 1、在幕墙结构中应自上而下地安装防雷装置，并应与主体结构的防雷装置可靠连接； 3、幕墙的防雷装置设计及安装应经建筑设计单位认可。 ”GB/T21086-2007《建筑幕墙》第5.2.2条规定：“建筑幕墙的防火、防雷功能应符合JGJ102、JGJ133的规定。”第14.9条规定：“防雷检验应测量幕墙框架与主体结构之间的电阻，幕墙表面潮湿或其他可能影响测试结果的情况下，不宜进行电阻的测量。” 幕墙按其用途及其结构特点主要分为玻璃幕墙和非透明式玻璃幕墙，其中玻璃幕墙分为点支式玻璃幕墙、框架式玻璃幕墙、全玻璃幕墙； 非透明式玻璃幕墙分为铝合金单板幕墙、铝塑复合板幕墙、蜂窝结构幕墙、石材幕墙。 无论哪种幕墙，都是由金属龙骨框架与带有装饰效果的板材组成。 在实际使用过程中，其金属龙骨框架最小截面及厚度均作为防雷接闪器，且满足GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》第5.2.1条关于接闪器的要求。 通常情况下，建筑工程主体本身防雷装置虽很完美,但进行幕墙围护建筑物后，建筑物自身的防雷装置由于幕墙的屏蔽效应，不能直接起到防雷作用，闪击往往变成对幕墙的侧击。 然而，我国现行的电气施工及验收规范、标准施工图集对幕墙防雷内容的阐述尚不明确，实际工程中往往忽略幕墙防雷的设计，如图1所示。从图中可以看出，假设强大的雷电流IKA侧击至幕墙b点处，由于幕墙未作接地保护，幕墙的金属龙骨感应电荷不能泄流，室内处于与b点相近标高处的人体在触摸室内金属导体时，a点与b点将会产生极大的电位差，人体瞬间触电，极其危险。 根据JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》第4.4.13条规定，在主体结构施工时，女儿墙顶与结构柱底部预留金属埋件，通过金属构件将幕墙的金属框架与主体结构的防雷体系可靠连接。 如图2所示，假设雷电流IKA侧击至幕墙b点处，由于幕墙金属龙骨与主体结构竖向贯通，雷电流IKA沿图示方向泄流，根据基尔霍夫电流定律，IKA=I1+I2，由于I1与I2泄流过程中对地电阻相差很大，在此情况下，室内处于与b点相近标高处的人体在触摸至室内金属导体时，a点与b点将会产生极大的电位差，人体瞬间触电，极其危险。 鉴于以上两种情况，雷电流侧击幕墙均对室内人体造成极大的威胁，故本文提出在主体施工时，除在主体女儿墙顶与结构柱底部预留金属埋件外，还分层增设金属埋件，通过金属构件将幕墙的金属框架与主体结构的防雷体系可靠连接，如图3所示。 假设雷电流侧击至幕墙b点处，由于幕墙金属龙骨与主体结构横向竖向完全贯通，雷电流IKA沿图示方向泄流，根据基尔霍夫电流定律，IKA=I1+I2+I3，由于I1、I2与I3泄流过程中对地电阻相差很大，IKA≈I3，在此情况下，室内处于与b点相近标高处的人体在触摸至室内金属导体时，a点与b点的电位差几乎为0，人体安全。 根据以上3种情况对比分析，可以看出，做好幕墙防雷的重要性及必要性。为了更好地验证上述分层预留金属预埋件幕墙防雷措施的必要性，本文模拟搭建一个Φ200mm、高20m、宽4m、长6m的5层钢筋结构，如图4所示，假设雷击电流幅值为20kA，通过ATPDRAW软件编制计算机程序，计算得到其正面电流分布及顶层电流分布分别如图5及表1所示。 通过以上实验数据可以看出，在主体施工时，除在主体女儿墙顶与结构柱底部预留金属埋件外，还分层增设金属埋件，通过金属构件将幕墙的金属框架与主体结构的防雷体系可靠连接，雷击电流通过金属导体层层分散泄流后，各分支导体的电流分布占比趋于一致，在此前提下，同一标高处室内与幕墙处的电位差几乎为0，可最大限度地保证人身安全。 以明框式玻璃幕墙和石材幕墙为例，简述其幕墙防雷设计要点。 明框式玻璃幕墙防雷横向剖节点及纵向剖节点分别如图6及图7所示。 a.铝合金最小截面为50mm2，厚度2.5mm（一般情况，需对幕墙厂家提要求）。b.建筑高度超过30m时，建筑物装设均压环，环间距离不大于12m。 c.幕墙的金属立柱作为引下线与均压环连接，间距不大于10m。 d.幕墙均压环与主体结构引下线连接点须可靠连接，通过直径为12mm圆钢进行焊接，其焊接长度不小于100mm，焊缝表面二道防锈漆处理。 e.幕墙立柱通过4mm厚不锈钢板和直径为12mm圆钢与幕墙均压环相连，其焊接长度不小于100mm，焊缝表面二道防锈漆处理，镀锌钢板与幕墙立柱接触部位须将接触面上的锈蚀和氧化膜去除。 f.幕墙上、下立柱之间采用400mm长铜编织带连通，铜编织带截面不小于25mm2。 g.在易受雷击的女儿墙顶部、檐口处、挑檐等处均应设置均压环，并将雨棚、悬挑金属构件与均压环可靠连接。 h.要求在主体结构施工时，埋入的每个预埋件的直锚筋应与圈梁中的钢筋用绑扎法连接或焊接。 石材幕墙防雷横向剖节点及纵向剖节点分别如图8及图9所示。 b.建筑高度超过30m时，建筑物装设均压环，环间距离不大于12m。 c.幕墙的主龙骨作为引下线与均压环连接，间距不大于10m。 d.幕墙均压环与主体结构引下线连接点须可靠连接，通过直径为12mm圆钢进行焊接，其焊接长度不小于100mm，焊缝表面二道防锈漆处理。 e.幕墙主龙骨通过4mm厚不锈钢板和直径为12mm圆钢与幕墙均压环相连，其焊接长度不小于100mm，焊缝表面二道防锈漆处理，镀锌钢板与幕墙主龙骨接触部位须将接触面上的锈蚀和氧化膜去除。 f.幕墙上、下龙骨之间采用400mm长铜编织带连通，铜编织带截面不小于25mm2。 g.在易受雷击的女儿墙顶部、檐口处、挑檐等处均应设置均压环，并将雨棚、悬挑金属构件与均压环可靠连接。 h.要求在主体结构施工时，埋入的每个预埋件的直锚筋应与圈梁中的钢筋用绑扎法连接或焊接。 i.铝板幕墙在选材上注意宜选用单层铝板而不选用铝塑复合板，因为复合板中间夹的聚乙烯塑料是不能导电的，致使复合板幕墙无法接地，无法预防雷电对建筑物幕墙的危害。
公安机关备案号 110102000764