隨著玻璃幕墻在我國高層建筑中得到廣泛應用,隨之出現(xiàn)的各種各樣的問題特別是玻璃幕墻防雷問題也越來越得到人們的重視。由于玻璃幕墻的面板屬于脆性材料,一旦遭受雷擊將會帶來嚴重的安全事故。因此,高層建筑玻璃幕墻防雷顯得尤為重要。

1高層建筑玻璃幕墻設(shè)置防雷系統(tǒng)基本原理

一般來說雷電對建筑物的破壞形式有四類:直擊雷、側(cè)擊雷、雷擊電磁脈沖、雷電波侵入。高層建筑玻璃幕墻主要預防直擊雷、側(cè)擊雷、雷擊電磁脈沖三類。

1•1防直擊雷通常建筑物的防直擊雷裝置有三部分:接閃器(如避雷針、避雷網(wǎng)及避雷帶等)、引下線和接地裝置。在高層建筑玻璃幕墻的防雷施工中,應充分利用建筑物的這些裝置。根據(jù)國家有關(guān)規(guī)范規(guī)定,高層建筑玻璃幕墻防直擊雷是利用玻璃幕墻頂部女兒墻的蓋板、立柱、橫梁與建筑物防雷系統(tǒng)構(gòu)成可靠連接,把建筑幕墻獲得的巨大電能量,通過建筑物的防雷系統(tǒng),迅速地輸送到地下,使其兩部分成為一個防雷整體,共同起到保護高層建筑玻璃幕墻和建筑物免遭雷電破壞的作用。

1•2防側(cè)擊雷高層建筑幕玻璃墻頂部的接閃器,不能防止電流的側(cè)面橫向發(fā)展繞擊作用。目前防止側(cè)擊雷的常見做法是:在30m以上的高層建筑玻璃幕墻部位,每三層設(shè)置一圈均壓環(huán),并與建筑物的防雷系統(tǒng)及玻璃幕墻自身的防雷體系可靠連接。同時,每幅幕墻接通數(shù)量不得小于2個。防雷區(qū)域內(nèi)均壓環(huán)及每幅幕墻防側(cè)擊雷網(wǎng)格應符合表1規(guī)定[1],均壓環(huán)除了有通過玻璃幕墻受側(cè)擊雷電流外,還有等電位及分流作用。

1•3防雷擊電磁脈沖雷擊電磁脈沖是一種干擾源,高層建筑物防雷擊電磁脈沖利用玻璃幕墻的鋁合金立柱和橫梁作為建筑物的大空間屏蔽,在玻璃幕墻防雷網(wǎng)格區(qū)域內(nèi),有防雷要求的上下立柱應連貫導通,在其斷開處,用鋁合金板進行跨接;橫梁與立柱用鋁合金角碼進行跨接[2]。

2高層建筑玻璃幕墻防雷施工工藝流程及技術(shù)措施保證

2•1施工工藝流程高層建筑物由于玻璃幕墻的圍護,建筑物防雷裝置被玻璃幕墻的屏蔽效應后,不能直接起到接閃和防雷作用,閃電對建筑物的雷擊往往變成閃電對玻璃幕墻的雷擊。因此,高層建筑玻璃幕墻的防雷施工質(zhì)量直接影響到整個建筑物的防雷效果,其主要施工工藝流程如下:

2•2施工技術(shù)措施保證建筑主體結(jié)構(gòu)施工階段,在混凝土澆灌前,各鋼筋之間必須構(gòu)成可靠電氣連接,其主要是作為基礎(chǔ)接地體的樁筋、地梁鋼筋、承臺鋼筋或底板筋及主體結(jié)構(gòu)柱內(nèi)防雷引下線、梁、板鋼筋之間可靠連接,整個建筑形成一個法拉第籠,將雷電流迅速引入大地。選定的作為防雷引下線和均壓環(huán)屏蔽網(wǎng)的柱、梁筋駁接處必須作可靠焊接,焊接長度不得小于鍍鋅扁鋼寬度的2倍且要求三面施焊,圓鋼不得小于直徑的6倍且要求雙面施焊,使之成為可靠的電氣通路。從六層開始到屋面層,每三層在建筑物均壓環(huán)上將預埋件與有防雷作用的圈梁主鋼筋焊接(此圈梁主鋼筋必須與主體防雷引下線可靠連接);建筑裝飾階段,在建筑物結(jié)構(gòu)樓板外表面四周敷設(shè)一根-40×4鍍鋅扁鋼與指定有防雷作用的預埋件焊接,焊接長度必須符合要求,不得出現(xiàn)點焊、虛焊及表面咬肉、氣孔等現(xiàn)象,焊接處刷兩道防銹漆(所有焊接要求相同),從而形成一道閉合的均壓環(huán)。為了使玻璃幕墻豎向鋁合金立柱保持良好的接地導通,在指定的有防雷作用的鋁合金立柱與角鐵壓接,之間采用相適應的不銹鋼墊片(防止角鐵與鋁合金發(fā)生電化學反應而腐蝕),使立柱通過角鐵與預埋件與主體防雷系統(tǒng)貫通,其示意圖如圖1所示。所有指定有防雷作用的豎向鋁合金立柱之間連接均采用40×4鋁合金制成的可伸縮的2個歐姆彎“Ω”進行壓接,連接處上下各用2個M8不銹鋼對穿螺栓進行壓接,并加不銹鋼平墊和彈簧墊,對穿螺栓壓接要避開豎向立柱自身連接用的芯管,其大樣圖如圖2所示。在防雷區(qū)域內(nèi)指定有防雷作用的所有豎向立柱與橫梁的連接處,通過40×4鋁合金角碼,用2顆不銹鋼螺釘M5×16,配不銹鋼平墊和彈簧墊進行壓接,其示意圖如圖3所示。這些玻璃幕墻構(gòu)配件之間防雷連接的都是經(jīng)實踐證明行之有效的方法。位于女兒墻頂部的玻璃幕墻封頂蓋板屬于屋頂最外沿,最容易受到雷擊。因此,高層建筑物的屋頂防直擊雷可沿女兒墻封頂蓋板上邊設(shè)置避雷帶,避雷帶一般應安裝在其寬度的中心,當女兒墻封頂蓋板寬度≥300mm時,避雷帶應安裝在距離女兒墻封頂蓋板最外沿100~150mm;當屋頂其他明設(shè)金屬物壁厚或截面面積符合防雷要求時,也可以利用其作為接閃器;也有直接利用玻璃幕墻與女兒墻之間的封頂金屬板作接閃器,這時要求金屬板的厚度:鐵和銅板≥0•5mm,鋁板≥0•7mm;板與板之間的搭接長度≥100mm,金屬板無絕緣被覆層(薄的油漆保護層或≤1mm厚瀝青層或≤0•5mm厚聚氯乙烯層均不屬于絕緣被覆層)[2],金屬板與女兒墻內(nèi)的所有從接地體引到屋面上的主體防雷引線的鋼筋應連接成可靠電氣通路。屋面上設(shè)有小型構(gòu)筑物時,所安裝的玻璃幕墻、金屬門窗是最容易受到雷擊的部位,玻璃幕墻立柱、金屬門窗框必須與主體防雷系統(tǒng)連接成可靠的電氣通路。

3高層建筑玻璃幕墻防雷施工中還應注意以下幾個環(huán)節(jié)

根據(jù)有關(guān)玻璃幕墻防雷接地的技術(shù)資料及現(xiàn)行規(guī)范標準并結(jié)合以往竣工工程的經(jīng)驗,高層建筑玻璃幕墻防雷在保證施工技術(shù)措施的同時還必須注意以下幾個環(huán)節(jié),做好施工過程的質(zhì)量控制:

3•1實行見證取樣,嚴把材料質(zhì)量進場關(guān)高層建筑玻璃幕墻防雷是否安全可靠,首先其使用的材料必須滿足防雷要求,對玻璃幕墻防雷所用的圓鋼、鍍鋅扁鋼、鋁制直條等材料實行見證取樣,嚴把材料質(zhì)量進場關(guān):一是驗材料合格證、使用說明及各種技術(shù)質(zhì)保資料;二是看材料型號規(guī)格;三是做好材料進場抽樣檢查記錄;四是檢查在施工過程中是否使用設(shè)計和規(guī)范規(guī)定的材料。

3•2加強關(guān)鍵部位和工序的質(zhì)量控制針對施工中易出現(xiàn)質(zhì)量通病的幾個環(huán)節(jié),設(shè)置質(zhì)量控制點,制定現(xiàn)場施工管理預控措施,對于關(guān)鍵部位或關(guān)鍵工序?qū)嵭斜O(jiān)控檢查,做到預防為主,動態(tài)跟班監(jiān)督,保證玻璃幕墻防雷施工質(zhì)量,做好施工過程的質(zhì)量控制:施工現(xiàn)場管理人員必須熟悉建筑結(jié)構(gòu)、建筑電氣設(shè)計圖紙,理解設(shè)計人員的設(shè)計意圖。玻璃幕墻防雷工程施工前必須對工人做好技術(shù)交底工作�；�礎(chǔ)接地體焊接是玻璃幕墻防雷施工中的第一環(huán)節(jié),當整個基礎(chǔ)接地體焊接完成后,馬上用接地電阻儀進行接地電阻值測試,接地電阻值必須符合設(shè)計要求才能進行下一道工序。玻璃幕墻預埋件與有防雷作用的圈梁主鋼筋焊接預埋時,在做好中間隱蔽驗收記錄的同時必須附預埋件平面位置圖,標注預埋件的實際安裝位置。在防雷區(qū)域內(nèi)的有防雷要求的立柱及橫梁,要求施工人員采用每層按軸線標清每根有防雷要求的立柱及橫梁的位置再進行施工,防止漏接或錯接位置。從接地體引到屋面上的所有主體防雷引線與接閃器焊接處要做明顯的接地標志()。在主體工程施工時,玻璃幕墻工程若還未進行深化設(shè)計無法準確進行預埋件預埋,在每三層均壓環(huán)上,可用Ф10圓鋼作為預埋點代替預埋件與主體防雷系統(tǒng)可靠焊接(參照圖集03D501-3第39頁“鋼門窗與建筑金屬體的連接”)[2];裝飾工程階段,用-40×4鍍鋅扁鋼把均壓環(huán)上所有Ф10圓鋼預埋點可靠連接形成閉合均壓環(huán),并與所有有防雷需求的鋁合金立柱的后置的固定連接件可靠焊接,這種做法也是高層建筑玻璃幕墻防雷常用的施工方法,也同樣能達到玻璃幕墻防雷的效果。高層建筑玻璃幕墻防雷工程施工時,除了現(xiàn)場施工管理人員對其施工質(zhì)量進行動態(tài)跟班監(jiān)控,還必須有專業(yè)防雷設(shè)施檢測站人員對其施工進行過程的質(zhì)量控制,以保證其施工質(zhì)量。玻璃幕墻防雷工程施工完成后,由專業(yè)防雷設(shè)施檢測站人員進行實地系統(tǒng)檢測,必須達到設(shè)計及規(guī)范要求的接地電阻值,否則還必須進行人工接地補強,直至接地電阻測試符合設(shè)計及規(guī)范要求。

3•3加強質(zhì)量保證資料控制為了保證防雷措施的安全可靠,在檢驗玻璃幕墻防雷連接質(zhì)量時,除了檢查工程實際的施工質(zhì)量,還應檢查有關(guān)質(zhì)量保證資料,才能真實反映玻璃幕墻防雷體系的質(zhì)量,其在施工過程中除了做好材料進場抽樣檢查記錄、中間隱蔽驗收記錄、接地電阻測試記錄外還要做好檢驗批驗收記錄。由于現(xiàn)行的施工驗收規(guī)范及內(nèi)業(yè)表格的滯后,還未專門制定針對高層建筑玻璃幕墻防雷工程檢驗批質(zhì)量驗收記錄的內(nèi)業(yè)資料表格,該工程檢驗批質(zhì)量驗收記錄可按表060702“避雷引下線和變配電室接地干線敷設(shè)工程檢驗批質(zhì)量驗收記錄”一般項目中的第4點要求填好。3•4加強工程造價管理高層建筑玻璃幕墻防雷工程預結(jié)算編制應根據(jù)2002版《全國統(tǒng)一安裝工程預算定額福建省綜合單價表》電氣安裝工程第二分冊相應的定額子目套取[3],有一些工程項目內(nèi)容無定額套用的,如鋁合金制品的防雷材料(鋁合金歐姆彎“Ω”、鋁合金角碼等)制作安裝、預埋件與主體防雷系統(tǒng)焊接、角鐵與立柱及預埋件連接等,可套用相近的定額子目記取,也可采用現(xiàn)場簽證的形式記取,這樣也不會影響整體玻璃幕墻防雷工程的實際造價。

4案例

福州電力調(diào)度指揮中心大樓位于福州市臺江區(qū)新港道4號,其結(jié)構(gòu)為地下一層,地上25層,裙樓5層,建筑面積45002m2,幕墻工程裝飾總面積為21083m2。本大樓為二類防雷建筑物,在各平屋面及突出屋面構(gòu)筑物裝設(shè)明裝避雷帶;為了防止側(cè)擊雷,在30米以上每三層沿建筑四周采用-40×4鍍鋅扁鋼設(shè)均壓環(huán)與樓板梁筋、預埋件、玻璃幕墻、金屬鋁門窗以及利用柱內(nèi)作引下線的兩主鋼筋焊接并與建筑物基礎(chǔ)下部利用做自然接地體的樁筋、地梁鋼筋、承臺鋼筋及底板鋼筋焊接,使之成為良好電氣通路。該幕墻于2007年7月9日開工,2009年5月11日竣工。后經(jīng)福建省避雷裝置安全檢測中心對大樓的玻璃幕墻防雷進行實地檢測,在大樓共設(shè)置128個測試點實測,接地電阻值均在0•2~0•4Ω之間,完全滿足設(shè)計R≤0•5Ω及規(guī)范要求(本工程比較特殊是福州市電力調(diào)度指揮樞紐中心,對防雷接地要求比較高,一般高層建筑接地電阻值設(shè)計R≤1•0Ω),說明該大樓玻璃幕墻防雷系統(tǒng)是安全可靠的。該工程榮獲2010年度國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主辦的部級科技示范工程獎。

5總結(jié)

高層建筑玻璃幕墻防雷工程施工是一個復雜的工程體系,通過上述的施工技術(shù)措施保證和施工過程的質(zhì)量控制,使高層建筑玻璃幕墻與建筑物的防雷系統(tǒng)可靠地連接成為一個整體。當雷擊和雷電發(fā)生時,可以有效地保證建筑物、玻璃幕墻及建筑物內(nèi)的通信、通訊設(shè)備、電子計算機、電子儀器控制系統(tǒng)等免遭破壞及干擾,保證人們的生命和財產(chǎn)安全。