浅谈钢结构防雷

浅谈钢结构防雷作者：周志成(沈阳国瑞嘉合房屋开发有限公司辽宁沈阳110042)摘要：本文主要叙述了轻钢结构建筑防雷接地设计施工中对接闪装置、引下线及接地装置设置要求和实践方案。关键词：轻钢结构防雷接地社会飞速发展，轻型钢结构(以下简称“轻钢结构”)由于空间利用率高，建设周期短，工程造价低，建筑物造型美观大方，色彩多样，耐大气腐蚀，隔热隔声阻燃，因而得到广泛的应用，如各类体育馆、超市、工业厂房、仓库、展览馆、飞机库、机场等。由于轻钢结构独特的建筑特点，使得此类建筑和普通砖混结构、框架结构建筑物的防雷工程设计和施工有较大的差异。作者通过工程设计、现场验收的实际经验总结，对轻钢结构建筑物防雷设计的相关问题作一些粗浅的探讨。轻钢结构建筑物的防雷及接地1接闪装置根据轻钢结构建筑物的特点，轻钢结构建筑物的屋顶显然不适合安装高大沉重的避雷针在此类建筑物上，而《建筑物防雷设计规范(2000年版)》(GB50057—94)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。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。规范中四个要求的第三条不再考虑。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难确标注。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；第三是擦距。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？则应该参考国家标难图集《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。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，作者以为《建筑物防雷设计规范(2000年版)》(GB50057-94)第4.1.4条的第四个要求也是满足的。综上所述，作者认为厚度达到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引下线轻钢结构建筑物的主钢架、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(2000年版)》(GB50057-94)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(2000年版)》(GB50057-94)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。3接地装置现行设计中，一般将基础钢筋作为自然接地体，用40mmx4mm的镀锌扁钢将其连通，并施行总等电位连接。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F10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，供连接接地环网，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连接。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代清楚。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40mmx4mm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连接，缩短等电位连接线的长度。4结束语以上是对轻钢结构建筑物防直击雷措施的总结，厚度达到0.5mm的轻钢结构建筑物的屋面夹芯板可以作为接闪器，利用钢柱做引下线，利用基础钢筋做自然接地体并通过镀锌扁钢连接成可靠的等电位接地环网。5参考文献1.《建筑物防雷设计规范(2000年版)》(GB50057-94)2.国家标难图集《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》(01J925-1)3.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)4.国家标准图集《建筑物防雷设施安装》(99D501-2)附国家建筑避雷设计规范数条：建筑物防雷设计规范(GB50057-94)2000年修订版第4.1.4条除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，并应符合下列要求：一、金属板之间采用搭接时，其搭接长度不应小于100mm;二、金属板下面无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm;三、金属板下面有易燃物品时，其厚度，铁板不应小于4mm，铜板不应小于5mm，铝板不应小于7mm;.四、金属板无绝缘被覆层。注.薄的油漆保护层或0.5mm厚沥青层或1mm厚聚氯乙烯层均不属于绝缘被覆层。也就是说，只要我的屋面版厚度不小于0.5厚就行了，同时保证搭接长度。第3.4.1条第三类防雷建筑物防直击雷的揩施，宜采用装设在建筑物上的避雷网(带)或避雷针或由这两种混合组成的接闪器。避雷网(带)应按本规范附录二的规定沿屋角、屋背、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。并应在整个屋面组成不大于20m×20m或24m×l6m的网格。平屋面的建筑物，当其宽度不大于20m时，可仅沿网边敷设一圈避雷带。第3.4.2条每根引下线的冲击接地电阻不宜大于30Ω，但对本规范第2.0.4条二款所规定的建筑物则不宜大于10Ω。其接地装置宜与电气设备等接地装置共用。防雷的接地装置宜与埋地金属管道相连。当不共用、不相连时，两者间在地中的距离不应小于2m。在共用接地装置与埋地金属管道相连的情况下，接地装置宜围绕建筑物敷设成环形接地体。第3.4.3条建筑物宜利用钢筋混凝土屋面板、梁、柱和基础的钢筋作为接闪器、引下线和接地装置，并应符合本规范第3.3.5条二、三、六款和下列的规定。第一节接闪器第4.1.1条避雷针宜采用圆钢或焊接钢管制成，其直径不应小于下列数值：针长1m以下：圆钢为12mm;钢管为20mm。针长1～2m.：圆钢为16mm;钢管为25mm。烟囱顶上的针：圆钢为20mm;钢管为40mm。第4.1.2条避雷网和避雷带宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2其厚度不应小于4mm。当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直径不应小于12mm。扁钢截面不应小于100mm2，其厚度不应小于4nm。第5.1.1条接闪器应由下列的一种或多种组成：一、独立避雷针；二、架空避雷线或架空避雷网；三、直接装设在建筑物上的避雷针、避雷带或避雷网。第二节接闪器布置第5.1.1条接闪器布置应符合表5.2.1的规定。接闪器布置表表5.2.1建筑物防雷类别滚球半径hr(m)避雷网网格尺寸第一类防雷建筑物30≤5×5或≤6×4第二类防雷建筑物45≤10×10或≤12×8第三类防雷建筑物60≤20×20或≤24×16