1 背景與意義
然而，幕墻的金屬龍骨架等金屬材質(zhì)由于雷電的效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)，在雷云瞬間放電后，若接地不良，幕墻的金屬材質(zhì)感應(yīng)電荷不能相應(yīng)地快速散流，將產(chǎn)生對(duì)地高電位，造成室內(nèi)電位差，帶來(lái)極大危害，因此，如何保證建筑物幕墻防雷的安全性已是當(dāng)今一個(gè)重要問(wèn)題。
我國(guó)現(xiàn)行的電氣施工及驗(yàn)收規(guī)范、圖集對(duì)這方面內(nèi)容的闡述尚不明確，建筑幕墻設(shè)計(jì)單位對(duì)建筑幕墻防雷技術(shù)的做法也不具體，對(duì)其做法的說(shuō)明常見(jiàn)的是“符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求”等字樣，給從事具體施工的技術(shù)人員把握施工技術(shù)要求帶來(lái)一定的難度。為防止或減少雷擊建筑幕墻所發(fā)生的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失，并做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn),做好建筑幕墻的防雷措施越來(lái)越重要。
2 國(guó)家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)幕墻防雷的具體要求
JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第4.4.13條規(guī)定：“玻璃幕墻的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057和《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ16的有關(guān)規(guī)定。幕墻的金屬框架應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠連接，連接部位應(yīng)清除非導(dǎo)電保護(hù)層。”
JGJ133-2001《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第4.4.2條規(guī)定：“金屬與石材幕墻的防雷設(shè)計(jì)除應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057）的有關(guān)規(guī)定外，還應(yīng)符合下列規(guī)定：
1、在幕墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)自上而下地安裝防雷裝置，并應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)的防雷裝置可靠連接；
2、導(dǎo)線應(yīng)在材料表面的保護(hù)膜除掉部位進(jìn)行連接；
3、幕墻的防雷裝置設(shè)計(jì)及安裝應(yīng)經(jīng)建筑設(shè)計(jì)單位認(rèn)可。”
GB/T21086-2007《建筑幕墻》第5.2.2條規(guī)定：“建筑幕墻的防火、防雷功能應(yīng)符合JGJ102、JGJ133的規(guī)定。”第14.9條規(guī)定：“防雷檢驗(yàn)應(yīng)測(cè)量幕墻框架與主體結(jié)構(gòu)之間的電阻，幕墻表面潮濕或其他可能影響測(cè)試結(jié)果的情況下，不宜進(jìn)行電阻的測(cè)量。”
3 幕墻雷擊的危害及幕墻防雷的必要性
幕墻按其用途及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要分為玻璃幕墻和非透明式玻璃幕墻，其中玻璃幕墻分為點(diǎn)支式玻璃幕墻、框架式玻璃幕墻、全玻璃幕墻；非透明式玻璃幕墻分為鋁合金單板幕墻、鋁塑復(fù)合板幕墻、蜂窩結(jié)構(gòu)幕墻、石材幕墻［2］。無(wú)論哪種幕墻，都是由金屬龍骨框架與帶有裝飾效果的板材組成。在實(shí)際使用過(guò)程中，其金屬龍骨框架最小截面及厚度均作為防雷接閃器，且滿足GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.1條關(guān)于接閃器的要求。
通常情況下，建筑工程主體本身防雷裝置雖很完美,但進(jìn)行幕墻圍護(hù)建筑物后，建筑物自身的防雷裝置由于幕墻的屏蔽效應(yīng)，不能直接起到防雷作用，閃擊往往變成對(duì)幕墻的側(cè)擊。然而，我國(guó)現(xiàn)行的電氣施工及驗(yàn)收規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)施工圖集對(duì)幕墻防雷內(nèi)容的闡述尚不明確，實(shí)際工程中往往忽略幕墻防雷的設(shè)計(jì)，如圖1所示。從圖中可以看出，假設(shè)強(qiáng)大的雷電流IKA側(cè)擊至幕墻b點(diǎn)處，由于幕墻未作接地保護(hù)，幕墻的金屬龍骨感應(yīng)電荷不能泄流，室內(nèi)處于與b點(diǎn)相近標(biāo)高處的人體在觸摸室內(nèi)金屬導(dǎo)體時(shí)，a點(diǎn)與b點(diǎn)將會(huì)產(chǎn)生極大的電位差，人體瞬間觸電，極其危險(xiǎn)。
根據(jù)JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第4.4.13條規(guī)定，在主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，女兒墻頂與結(jié)構(gòu)柱底部預(yù)留金屬埋件，通過(guò)金屬構(gòu)件將幕墻的金屬框架與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠連接。如圖2所示，假設(shè)雷電流IKA側(cè)擊至幕墻b點(diǎn)處，由于幕墻金屬龍骨與主體結(jié)構(gòu)豎向貫通，雷電流IKA沿圖示方向泄流，根據(jù)基爾霍夫電流定律，IKA=I1+I2，由于I1與I2泄流過(guò)程中對(duì)地電阻相差很大，在此情況下，室內(nèi)處于與b點(diǎn)相近標(biāo)高處的人體在觸摸至室內(nèi)金屬導(dǎo)體時(shí)，a點(diǎn)與b點(diǎn)將會(huì)產(chǎn)生極大的電位差，人體瞬間觸電，極其危險(xiǎn)。
鑒于以上兩種情況，雷電流側(cè)擊幕墻均對(duì)室內(nèi)人體造成極大的威脅，故本文提出在主體施工時(shí)，除在主體女兒墻頂與結(jié)構(gòu)柱底部預(yù)留金屬埋件外，還分層增設(shè)金屬埋件，通過(guò)金屬構(gòu)件將幕墻的金屬框架與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠連接，如圖3所示。假設(shè)雷電流側(cè)擊至幕墻b點(diǎn)處，由于幕墻金屬龍骨與主體結(jié)構(gòu)橫向豎向完全貫通，雷電流IKA沿圖示方向泄流，根據(jù)基爾霍夫電流定律，IKA=I1+I2+I3，由于I1、I2與I3泄流過(guò)程中對(duì)地電阻相差很大，IKA≈I3，在此情況下，室內(nèi)處于與b點(diǎn)相近標(biāo)高處的人體在觸摸至室內(nèi)金屬導(dǎo)體時(shí)，a點(diǎn)與b點(diǎn)的電位差幾乎為0，人體安全。
根據(jù)以上3種情況對(duì)比分析，可以看出，做好幕墻防雷的重要性及必要性。為了更好地驗(yàn)證上述分層預(yù)留金屬預(yù)埋件幕墻防雷措施的必要性，本文模擬搭建一個(gè)Φ200mm、高20m、寬4m、長(zhǎng)6m的5層鋼筋結(jié)構(gòu)，如圖4所示，假設(shè)雷擊電流幅值為20kA，通過(guò)ATPDRAW軟件編制計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算得到其正面電流分布及頂層電流分布分別如圖5及表1所示。
通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在主體施工時(shí)，除在主體女兒墻頂與結(jié)構(gòu)柱底部預(yù)留金屬埋件外，還分層增設(shè)金屬埋件，通過(guò)金屬構(gòu)件將幕墻的金屬框架與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠連接，雷擊電流通過(guò)金屬導(dǎo)體層層分散泄流后，各分支導(dǎo)體的電流分布占比趨于一致，在此前提下，同一標(biāo)高處室內(nèi)與幕墻處的電位差幾乎為0，可最大限度地保證人身安全。
4 建筑幕墻的防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)
以明框式玻璃幕墻和石材幕墻為例，簡(jiǎn)述其幕墻防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
4.1明框式玻璃幕墻防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)
明框式玻璃幕墻防雷橫向剖節(jié)點(diǎn)及縱向剖節(jié)點(diǎn)分別如圖6及圖7所示。
明框式玻璃幕墻防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
a.鋁合金最小截面為50mm2，厚度2.5mm（一般情況，需對(duì)幕墻廠家提要求）。
b.建筑高度超過(guò)30m時(shí)，建筑物裝設(shè)均壓環(huán)，環(huán)間距離不大于12m。
c.幕墻的金屬立柱作為引下線與均壓環(huán)連接，間距不大于10m。
d.幕墻均壓環(huán)與主體結(jié)構(gòu)引下線連接點(diǎn)須可靠連接，通過(guò)直徑為12mm圓鋼進(jìn)行焊接，其焊接長(zhǎng)度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理。
e.幕墻立柱通過(guò)4mm厚不銹鋼板和直徑為12mm圓鋼與幕墻均壓環(huán)相連，其焊接長(zhǎng)度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理，鍍鋅鋼板與幕墻立柱接觸部位須將接觸面上的銹蝕和氧化膜去除。
f.幕墻上、下立柱之間采用400mm長(zhǎng)銅編織帶連通，銅編織帶截面不小于25mm2。
g.在易受雷擊的女兒墻頂部、檐口處、挑檐等處均應(yīng)設(shè)置均壓環(huán)，并將雨棚、懸挑金屬構(gòu)件與均壓環(huán)可靠連接。
h.要求在主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，埋入的每個(gè)預(yù)埋件的直錨筋應(yīng)與圈梁中的鋼筋用綁扎法連接或焊接。
4.2石材幕墻防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)
石材幕墻防雷橫向剖節(jié)點(diǎn)及縱向剖節(jié)點(diǎn)分別如圖8及圖9所示。
石材幕墻防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
a.龍骨最小截面為50mm2，厚度2.5mm。b.建筑高度超過(guò)30m時(shí)，建筑物裝設(shè)均壓環(huán)，環(huán)間距離不大于12m。
c.幕墻的主龍骨作為引下線與均壓環(huán)連接，間距不大于10m。
d.幕墻均壓環(huán)與主體結(jié)構(gòu)引下線連接點(diǎn)須可靠連接，通過(guò)直徑為12mm圓鋼進(jìn)行焊接，其焊接長(zhǎng)度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理。e.幕墻主龍骨通過(guò)4mm厚不銹鋼板和直徑為12mm圓鋼與幕墻均壓環(huán)相連，其焊接長(zhǎng)度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理，鍍鋅鋼板與幕墻主龍骨接觸部位須將接觸面上的銹蝕和氧化膜去除。
f.幕墻上、下龍骨之間采用400mm長(zhǎng)銅編織帶連通，銅編織帶截面不小于25mm2。
g.在易受雷擊的女兒墻頂部、檐口處、挑檐等處均應(yīng)設(shè)置均壓環(huán)，并將雨棚、懸挑金屬構(gòu)件與均壓環(huán)可靠連接。
h.要求在主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，埋入的每個(gè)預(yù)埋件的直錨筋應(yīng)與圈梁中的鋼筋用綁扎法連接或焊接。
i.鋁板幕墻在選材上注意宜選用單層鋁板而不選用鋁塑復(fù)合板，因?yàn)閺?fù)合板中間夾的聚乙烯塑料是不能導(dǎo)電的，致使復(fù)合板幕墻無(wú)法接地，無(wú)法預(yù)防雷電對(duì)建筑物幕墻的危害。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，采取一定的措施可以使建筑幕墻防雷技術(shù)與建筑本身防雷設(shè)施形成整體防雷系統(tǒng)，不論是側(cè)擊雷直接擊中幕墻產(chǎn)生的雷電流還是靜電感應(yīng)聚集的大量電荷，都能夠快速有效地散流，對(duì)預(yù)防雷擊起著非常重要的作用，而且能夠最大限度地降低雷電給人們帶來(lái)的危害。因此，建筑幕墻的防雷應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工各個(gè)方面不斷規(guī)范，施工時(shí)應(yīng)具有完整的幕墻防雷施工圖，且施工圖必須經(jīng)審圖機(jī)構(gòu)審查批準(zhǔn)方可實(shí)施，同時(shí)應(yīng)與建筑主體結(jié)構(gòu)施工緊密結(jié)合，預(yù)埋件與均壓環(huán)連接應(yīng)可靠，消除安全隱患。
