装配式混凝土结构建筑雷电防护装置设计

装配式混凝土结构建筑中，钢筋部分或全部成为预制构件的一部分，预制构件通常的生产和装配工作，并不能保证构件与构件之间的钢筋形成电气通路，这就需要进行有针对性的设计；另外，需要进行系统性雷电防护设计的内容还包括：屋顶预制女儿墙上接闪带、接闪杆的安装、敷设，以及与下部预制柱内作为引下线钢筋的相互连接；金属幕墙、外墙上的金属门窗、栏杆的等电位连接措施等。

结构系统介绍

装配式混凝土结构建筑分为三类：第一类为装配整体式框架结构建筑，即建筑的全部或部分框架梁、柱采用预制构件；第二类为装配整体式剪力墙结构建筑，即建筑的全部或部分剪力墙采用预制墙板构件；第三类为装配式墙板结构建筑，即多层建筑的全部或部分墙体采用预制墙板。第一类多用于公共建筑，第二类多用于住宅建筑，第三类适用于抗震设防类别为丙类的多层住宅。

图1为装配式剪力墙结构高层住宅的一个典型平面，其结构的竖向受力构件采用部分现浇，如图中黑色部分为现浇剪力墙，其余剪力墙为预制，这些现浇剪力墙内纵向钢筋是可以直接利用作为雷电防护装置的。



图2为装配式框架结构公共建筑的典型平面，采用预制柱、叠合楼盖体系，由预制柱、预制叠合框架梁、叠合楼盖、预制外墙等预制构件组成，其中梁、柱水平连接部位采用现浇混凝土，而上、下层预制柱间的钢筋，没有形成连续的电气通路，当利用作为雷电防护装置时，需要采取特殊措施。



预制构件之钢筋的电气连续性认定

国家标准、规范中对钢筋混凝土结构中金属部件间电气连续性认定的规定如下：

a. GB/T21714-2015第4.3节规定：“在钢筋混凝土建筑物内部，如果垂直连接带和水平连接带主要连接部分经过了焊接或进行其他可靠连接，可认为钢结构在电气上是连续的。垂直连接带应焊接、夹接或互搭（重叠部分尺寸最少应为其直径的20倍）和绑扎或进行其他可靠连接。”

b. GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》第4.3.5条第6款规定：“构件内有箍筋连接的钢筋或成网状的钢筋，其箍筋与钢筋、钢筋与钢筋应采用土建施工的绑扎法、螺丝、对焊或搭焊连接。单根钢筋、圆钢或外引预埋连接板、线与构件内钢筋应焊接或采用螺栓紧固的卡夹器连接。构件之间必须连接成电气通路。”

c. GB/T21714.3-2015附录E.4.3.3给出了在允许的前提下，混凝土中钢筋的典型连接方法，见图3，可以看出，前三种施工方法符合雷电流要求，可以用于雷电防护装置的钢筋连接，最后一种捆绑方式只符合EMC要求，不符合雷电流要求。



外部雷电防护装置（LPS）设计要点

装配式混凝土结构建筑中，预制构件间的横向连接多采用现浇，其钢筋之间采用传统的土建施工连接方法，即可形成雷电水平通路；而装配式框架结构预制构件间纵向钢筋的连接，多采用套筒灌浆连接、浆锚搭接连接，是不能满足LPS的电气连续性要求的，只有采用附加专用导体对预制构件间纵向钢筋进行连接，才能形成雷电的竖向通路

接闪器

装配式建筑的女儿墙多为预制外挂板，施工时在上面直接安装接闪带可能损坏预制墙板，稳妥的做法是在预制构件生产时，在女儿墙板顶部的室外侧预埋连接钢板用于支撑接闪带，这样可保证现场安装对预制墙板的损伤最小，此钢板间距应满足GB50057-2010表5.2.6要求。

当女儿墙顶上有金属覆盖层，且满足GB50057-2010第5.2.7条中最小尺寸要求时，可利用其作为自然接闪器，如图4中①所示。要求该覆盖金属物之间应连成电气通路，并通过预埋件③与下部引下线柱内钢筋可靠连接，该连接线（图4中④所示）可采用镀锌圆钢，并埋设在女儿墙板之间的后浇带（即现浇混凝土柱）内。



引下线

装配式剪力墙结构建筑一般设置有现浇剪力墙来固定和连接预制剪力墙板，见图1黑色部分，可利用其纵向通长焊接的钢筋作引下线，与普通建筑做法无异，通常情况下，其间距也能满足防雷引下线的间距要求。

装配整体式框架结构建筑中，预制构件（主要是预制柱）间纵向钢筋的连接，多采用套筒灌浆连接、浆锚搭接连接，图5中①、③及图6中①、③为上、下层预制柱内钢筋。



可以看出，这两种连接方式中，上、下层预制柱内钢筋并未连接成电气通路，不能满足LPS的电气连续性要求，要利用其作为防雷引下线，需要采取附加专用导体来对主钢筋进行连接。

图7为顶层预制柱内引下线钢筋与屋面接闪带、接地引下线的连接大样。



图8中，③为预制柱内作为引下线的两根主筋，位于对角线上；②为Φ10圆钢，在预制柱生产时与主筋③焊接，并作为附加专用导体由预制柱底部引出；现场装配时，首先在叠合板现浇面层设置预埋板④，并与下层预制柱内引下线主筋③及叠合板现浇层内钢筋焊连接，在上部预制柱安装到位后，将附加导体②与预埋板④焊连接，完成上、下层预制柱内引下线钢筋的相互连接及与楼板内钢筋的连接。



引下线设置位置及数量应按建筑物的防雷类别并至少满足GB50057-2010第4.3.3条、第4.4.3条要求，引下线的数量、引下线及环形导体的位置直接影响雷电流分流系数kc，同时影响间隔距离。