摘要:随着我国经济的不断增长和科学技术的进步,人们越来越关注建筑的安全性能,防雷装置安装技术工程的重要性突出。但是由于防雷装置安装技术工程的安装施工是一项综合性工程,如果没有全面考虑每一个因素,就会影响建筑的安装性能。因此,如何采取有效的措施提高防雷装置安装工程的安装施工水平成为了施工人员需要解决的问题。下面就结合实例对此进行讨论分析。
关键词:高层建筑;防雷装置;安装技术
一、建筑概况
本工程地上 33 层,地下 2 层,为二类防雷建筑,接闪装置为金属屋面,辅助接闪装置为提前放电避雷针,金属屋面东西向坡度 6%,金属屋面最高处为 158.97 m,其下方 137 m 处为结构屋面,结构屋面与金属屋面之间是中空的,用来存放擦窗机设备。
利用网架和结构主筋、幕墙自身防雷装置做防雷引下线。东、西两侧为金属幕墙,南、北两侧为玻璃幕墙和石材幕墙。本工程功能分区复杂,防雷接地做法较多,细节处理较复杂。
二、接闪器
本工程利用金属屋面做接闪器,提前放电避雷针做辅助接闪装置。
2.1 金属屋面
金属屋面上设有隐蔽式虹吸雨水天沟、隐蔽式擦窗机(使用时自动提升至屋面导轨处)、航空障碍灯和防护钢绳。《建筑物防雷设计规范》第 3.3.2 条规定:“金属物体可不做接闪装置,但应与屋面防雷装置相连。”本工程利用幕墙龙骨将擦窗机导轨、防护绳支座与金属网架连接,同时根据图集《民用建筑电气设计与施工》在航空障碍灯支座处设置避雷针。由于虹吸雨水天沟为隐蔽式,被金属屋面覆盖,在检修时才暴露在外面,因此天沟不做单独接地。金属屋面(钛锌板)表面没有涂层,符合《建筑物防雷设计规范》第 4.1.4 条“金属板接闪器无绝缘被覆层”的要求。钛锌板壁厚 2 mm,由于采用刚性铝板防水,金属屋面下无易燃物品,因此满足《建筑物防雷设计规范》第 4.4.1 条“金属板下面无易燃物品时,其厚度不应小于 0.5 mm”的要求。
2.2 提前放电避雷针
2.2.1 避雷针的选择
本工程选择法国杜尔-梅森(中国)防雷有限公司的 satelit+提前放电避雷针,根据产品说明,对于二类防雷建筑物,在避雷针高度高于建筑物 3 m 时,保护半径为 58 m,可以保护到本建筑屋面最远点。
2.2.2 避雷针的安装定位
避雷针的定位极为重要,要同时考虑以下因素:
①由于本工程屋面东西方向倾斜,为保证避雷针垂直,避雷针底座需安装在南北向网架的弦杆件上。②避雷针需避开金属幕墙外皮的上、下龙骨。③雨水通过波谷处排入天沟,为减少雨水的影响,避雷针需安装于幕墙波峰处。④避雷针安装需避开屋面防水铝板直立锁边突出的搭接缝,以减少防水隐患。⑤为控制避雷针杆的重量,需尽量降低避雷针的高度,确保避雷针杆对防水铝板和金属幕墙的开孔最小。避雷针应尽量安装在高处,以减少避雷针杆的直径。⑥避雷针需安装在所在网架上弦杆件一侧的 1/3 以内,以减少网架杆件的承重。⑦首先根据设计图样,由测量人员放线指出避雷针的图示位置,由于网架的坐标系可能与结构专业和幕墙专业的坐标系不同,因此在测量过程中,需转换坐标系。
2.2.3 底座、针杆的安装
由于网架杆件不允许焊接固定避雷针底座,因此避雷针底座要采取抱箍的形式固定在网架杆件上。
根据屋顶风力和避雷针杆高度确定避雷针的底座和底座肋板厚度、肋板高度、针杆壁厚、避雷针杆分段安装长度(便于针杆的分段安装)和分段杆件连接方式。其中,避雷针底座肋板的高度应低于网架杆件与防水铝板之间的高度,防止破坏铝板防水。由于避雷针底座抱箍较厚(12 mm),为场外加工配件,所以必然与杆件的结合面不会很紧密,因此,在现场利用扁铁确定底座抱箍的模型后,要在工厂采取一次冲压成型制作避雷针底座,以保证抱箍与杆件结合紧密。避雷针底座与网架球直接用角铁焊接。避雷针固定要从多个方向与网架球采用角铁焊接,防止避雷针倾斜,保持垂直;同时,要将角铁与网架连接,起到导通电流作用。由于本工程金属网架杆件表层喷涂了防火涂料,因此杆件除在加工出场时喷涂环氧富锌漆外,还要喷涂封闭漆和环氧云铁漆作为中间漆,以起到防腐的作用。因此,避雷针底座的安装固定应在网架杆件中间漆喷涂前完成,防止重复防腐工作。
2.2.4 其他安装需求
安装避雷针前,要保证结构预埋防雷引下线与网架球节点焊接完成,接地装置测试符合设计要求,确保雷电流向下导通。在屋顶金属幕墙全部安装验收完毕后,将避雷针安装在避雷针杆上,防止金属幕墙外皮拆除导致避雷针还需重新安装。由于国内还没有明确提前放电避雷针的保护半径,提前放电避雷针产品只具备国内防雷检测中心提前放电检测报告。因此,尽量不要将提前放电避雷针作为保护建筑的主要接闪装置。提前放电避雷针进口产品较多,在《建筑电气工程施工质量验收规范》(GB 50303—2002)和资料管理系统中,要求进口产品有商检。实际上,大部分提前放电避雷针并没有列入国家要求商检的名单中,这影响了避雷针选样、报验和竣工验收工作。在选择提前放电避雷针型号时,要注意产品的保护半径通常为避雷针高于建筑最顶端后剩余的高度,这是核对其保护半径的依据。通常,提前放电避雷针的保护半径为 60 m、45 m 或 30 m。在安装避雷针前,应检查其是否取得了具有相应资质的检测机构出具的避雷针提前放电性能检测报告,并确保检测报告在有效限期内。
三、钢网架、金属幕墙等的防雷措施
本工程东、西两侧为金属幕墙,南北两侧为石材幕墙,分别根据《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102—2003)和《金属与石材幕墙工程技术规范》(JGJ 133—2001)对幕墙防雷措施进行分析。
3.1 钢网架和金属幕墙
金属屋面通过幕墙龙骨与钢网架球节点焊接,根据《二类防雷建筑设计规范》(GB 50057—2000)第 3.3.3 条要求,引下线不应少于 2 根,并应沿建筑物四周均匀或对称分布,其间距不应大于 18 m。本工程钢网架水平杆件间距 3 m,竖向间距小于 18 m,受拉杆件最薄壁厚 6 mm(受压杆件壁厚大于受拉杆件),受拉杆件直径 120 mm(受压杆件直径大于受拉杆件直径),以钢柱最小界面计算其壁厚面积大于 110 mm 2 ,均符合规范对防雷引下线标准的要求。屋面钢网架在 138 m 混凝土结构屋面处,通过 15 处结构柱内预埋主筋将雷电流释放。同时,根据《金属与石材幕墙工程技术规范》(JGJ 133—2001)第 4.4.2 条,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。在主体结构 4 个边角敷设φ12 圆钢作为单独防雷装置,与首层环形避雷网处连接导通,引入接地装置。
3.2 玻璃幕墙和石材幕墙
在幕墙龙骨埋件安装阶段,利用φ12 圆钢焊接钢制埋件和结构预埋防雷引下线。由于不同金属之间连接存在电化学腐蚀,因此玻璃幕墙铝龙骨与钢制作埋件之间需增加绝缘片。为保证龙骨与埋件之间电气导通,需采用欧姆环(防雷片)将龙骨与埋件连接起来。由于铝龙骨为明敷设,龙骨表层有 40 μm 氟碳喷涂层,为满足《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102—2003)第 4.4.13 条要求,幕墙的金属框架应与主体结构的防雷体系可靠连接,并清
除连接部位的非导电保护层和防雷片与龙骨连接处的氟碳涂层。
四、引下线
在防雷工程施工过程中,难免碰到高层建筑物防雷装置引下线安装问题。对于在建的高层建筑物,一般可利用其框架结构中立柱的主筋作引下线,或利用建筑方提供的脚手架明暗敷引下线。但对于已建成的高层建筑物,若要安装防雷引下线,则有较大施工难度。因为防雷中心一般都未购置吊蓝等专用建筑设备,虽可搭脚手架,但其成本太高。
引下线的作用是将雷电引导到接地装置,所以说其实质是导体。因为高层建筑主体结构的柱、梁、板钢筋都可以作为引下线,所以一般高层建筑会在此基础上再稍加一些引下线的安置就可以了。在引下线的施工过程,最重要的是引下线的数量和布局,这两个因素会直接影响引流的效果。为了达到最好的引流效果,引下线的铺设要密集一些,也就是数量多,相邻引下线的距离短,同时也要布局均匀对称,这样才会使降低电压,避免雷电反击。引下线过长会导致雷电流的感应压降很大,所以需要每隔一定的高度就要对引下线安装均压环,从而减少同高度的引下线之间的电位差。关于引下线的焊接问题不容小视,因为一旦焊接出错,引下线的作用就不复存在。同一柱内引下线最少要有两根半径大于5 mm主筋,搭接长度要大于圆钢直径的6倍,并且要求双面焊接,焊接处尽量不会形成电阻,而接闪器与引下线之间的焊接要使用放热焊接法。
五、接地装置
接地装置主要包括接地体和接地线两大部分,其作用是分散到大地。在这个过程中,接地方式是最重要的因素。接地方式最好选用周圈式,自然接地体最适宜,其标准是含水量不低于4%,且基础外表面无防腐层。人造接地体一般是以桩基主筋与地梁主筋焊接成一个闭合的水平接地网的形式存在的。至于生活用品的电器设备要和防雷接地共同连接形成一个接地系统,而电阻值以最小值为准。
六、防侧击雷
避免高层建筑遭到侧雷击的方法通常是将各层或隔几层圈梁内的周边主筋焊通,并且和像金属门窗之类的较大金属物同时与均压环连接。
在高层建筑施工中,通常电气预埋、金属门窗和幕墙施工不是同一个施工单位,这就要求施工单位在做好自己负责的施工任务后,要做好交接工作。一般情况下,电气预埋件和门窗的接地连接由圈梁主筋引出圆钢(或扁钢)与接地端子板搭焊连接,再用螺栓将接地端子板和固定金属窗框的铁板架固定。幕墙的防雷装置是将主金属框架与接地带或均压环的连接,并要确保立柱之间、立柱和横梁之间可靠跨接以及立柱、角码、主体结构预埋件和均压环之间的不可靠连接。对于与屋面女儿墙平齐的幕墙,幕墙上的所有金属主构架要与接闪带(网)进行可靠连接,也要与高层建筑的均压环进行可靠连接,幕墙底部则要与防雷装置连接。
其次就是高层建筑内部防雷系统的作用是防止雷电流的反击和屏蔽第二次雷害,其装置主要有电位连接和与外部防雷装置的连接。
七、防雷等电位连接
防雷等电位连接,就是利用保护装置将各种金属物连接到防雷系统。为了降低电位差,要将建筑内各种金属物和电力路线进行电位连接,并用均压环降低电位差。在进行等电位连接之前要先安置电位连接板,目的是方便与接地主干线相连。需要通过电涌保护器进行等电位连接的搭配有:电力和电信线路、建筑内各种金属导体和管道,而均压环、用于电磁屏蔽的钢筋网和其他等电位连接导体形成总等电位连接,并与接地系统连接形成高层建筑内部防雷系统。
八、合理的屏蔽
外部防雷系统的笼式防雷网是一个很好的屏蔽系统,其作用是保护微电子设备不受雷电干扰。对于存在大量微电子设备的房间要在此基础上加大屏蔽力度,而电源和信号接口要做好防过电压、等电位连接和接地,以保障屏蔽的效果。
8.1为了提高防雷电反击以及防电磁脉冲的能力和保证电气线路不受防雷装置接闪的影响。
8.2电气线路主干线附近的雷电电磁场强度最弱,所以引下线柱筋的布局要尽量避开这个位置。
8.3为了提高屏蔽效果,穿线钢管和线槽等要与各楼层的等电位连接板和接地母线相连接。
8.4为了避免雷电波侵入低压系统,要对用电设备、配电设备 和配电线路采取保护措施,一般情况下会将配电盘柜引出的线路放置在与配电盘柜外壳连接的钢管中,而钢管没有与配电盘柜外壳连接的一端,则要与用电设备保护罩相连,同时也要接入屋顶防雷装置。若钢管出现断裂的情况时,要在配电盘柜内设置跨接线,并在电源侧与外壳之间安装过电压保护器。
结束语:天气的变化是具有不定性的,而如今的高层建筑物的防雷能力也是较为薄弱的。随着人口的增加,为适应市场的需求,还将有许许多多的高楼要拔起,从而使得楼与楼之间的间距更为紧密,这样的话,防雷措施的到位与否,就更为重要了。要想抑制雷电所带来的危害,把它降到最小,便需从防雷措施做好、做精。在按照规范要求来做好的前提下,还得根据实际情况,把工作做精、做准。
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论文作者:余焕莹1,林少松2,黄伟彪3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/28
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