建筑电气——幕墙防雷

随着我国社会经济的快速发展，建筑装饰行业也得到了飞速发展，建筑幕墙作为建筑的外墙围护结构和建筑外立面的主要装饰手段，得到了广泛的应用。

然而，幕墙的金属龙骨架等金属材质由于雷电的效应会产生静电感应，在雷云瞬间放电后，若接地不良，幕墙的金属材质感应电荷不能相应地快速散流，将产生对地高电位，造成室内电位差，带来极大危害，因此，如何保证建筑物幕墙防雷的安全性已是当今一个重要问题。

我国现行的电气施工及验收规范、图集对这方面内容的阐述尚不明确，建筑幕墙设计单位对建筑幕墙防雷技术的做法也不具体，对其做法的说明常见的是“符合设计规范要求”等字样，给从事具体施工的技术人员把握施工技术要求带来一定的难度。为防止或减少雷击建筑幕墙所发生的人身伤害和财产损失，并做到安全可靠、技术先进,做好建筑幕墙的防雷措施越来越重要。

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；
2、导线应在材料表面的保护膜除掉部位进行连接；
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［2］。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。

4.1明框式玻璃幕墙防雷设计要点
        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。

明框式玻璃幕墙防雷设计要点：
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。

4.2石材幕墙防雷设计要点
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。
        

石材幕墙防雷设计要点：
a.龙骨最小截面为50mm2，厚度2.5mm。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。

综上所述，随着我国建筑行业的快速发展，采取一定的措施可以使建筑幕墙防雷技术与建筑本身防雷设施形成整体防雷系统，不论是侧击雷直接击中幕墙产生的雷电流还是静电感应聚集的大量电荷，都能够快速有效地散流，对预防雷击起着非常重要的作用，而且能够最大限度地降低雷电给人们带来的危害。因此，建筑幕墙的防雷应从设计、施工各个方面不断规范，施工时应具有完整的幕墙防雷施工图，且施工图必须经审图机构审查批准方可实施，同时应与建筑主体结构施工紧密结合，预埋件与均压环连接应可靠，消除安全隐患。