高层建筑 玻璃幕墙防雷 施工探讨与应用

    随着玻璃幕墙在我国高层建筑中得到广泛应用,随之出现的各种各样的问题特别是玻璃幕墙防雷问题也越来越得到人们的重视。由于玻璃幕墙的面板属于脆性材料,一旦遭受雷击将会带来严重的安全事故。因此,高层建筑玻璃幕墙防雷显得尤为重要。

    一般来说雷电对建筑物的破坏形式有四类:直击雷、侧击雷、雷击电磁脉冲、雷电波侵入。高层建筑玻璃幕墙主要预防直击雷、侧击雷、雷击电磁脉冲三类。

    1·1防直击雷

    通常建筑物的防直击雷装置有三部分:接闪器(如避雷针、避雷网及避雷带等)、引下线和接地装置。在高层建筑璃幕墙的防雷施工中,应充分利用建筑物的这些装置。根据国家有关规范规定,高层建筑玻璃幕墙防直击雷是利用玻璃幕墙顶部女儿墙的盖板、立柱、横梁与建筑物防雷系统构成可靠连接,把建筑幕墙获得的巨大电能量,通过建筑物的防雷系统,迅速地输送到地下,使其两部分成为一个防雷整体,共同起到保护高层建筑玻璃幕墙和建筑物免遭雷电破坏的作用。

    1·2防侧击雷

    高层建筑幕玻璃墙顶部的接闪器,不能防止电流的侧面横向发展绕击作用。目前防止侧击雷的常见做法是:在30m以上的高层建筑玻璃幕墙部位,每三层设置一圈均压环,并与建筑物的防雷系统及玻璃幕墙自身的防雷体系可靠连接。同时,每幅幕墙接通数量不得小于2个。防雷区域内均压环及每幅幕墙防侧击雷网格应符合表1规定,均压环除了有通过玻璃幕墙受侧击雷电流外,还有等电位及分流作用。

    1·3防雷击电磁脉冲

    雷击电磁脉冲是一种干扰源,高层建筑物防雷击电磁脉冲利用玻璃幕墙的铝合金立柱和横梁作为建筑物的大空间屏蔽,在玻璃幕墙防雷网格区域内,有防雷要求的上下立柱应连贯导通,在其断开处,用铝合金板进行跨接;横梁与立柱用铝合金角码进行跨接。

    2  高层建筑玻璃幕墙防雷施工工艺流程及技术措施保证

    2·1施工工艺流程

    高层建筑物由于玻璃幕墙的围护,建筑物防雷装置被玻璃幕墙的屏蔽效应后,不能直接起到接闪和防雷作用,闪电对建筑物的雷击往往变成闪电对玻璃幕墙的雷击。因此,高层建筑玻璃幕墙的防雷施工质量直接影响到整个建筑物的防雷效果,其主要施工工艺流程如下: 

    2·2施工技术措施保证

    建筑主体结构施工阶段,在混凝土浇灌前,各钢筋之间必须构成可靠电气连接,其主要是作为基础接地体的桩筋、地梁钢筋、承台钢筋或底板筋及主体结构柱内防雷引下线、梁、板钢筋之间可靠连接,整个建筑形成一个法拉第笼,将雷电流迅速引入大地。选定的作为防雷引下线和均压环屏蔽网的柱、梁筋驳接处必须作可靠焊接,焊接长度不得小于镀锌扁钢宽度的2倍且要求三面施焊,圆钢不得小于直径的6倍且要求双面施焊,使之成为可靠的电气通路。

    从六层开始到屋面层,每三层在建筑物均压环上将预埋件与有防雷作用的圈梁主钢筋焊接(此圈梁主钢筋必须与主体防雷引下线可靠连接);建筑装饰阶段,在建筑物结构楼板外表面四周敷设一根-40×4镀锌扁钢与指定有防雷作用的预埋件焊接,焊接长度必须符合要求,不得出现点焊、虚焊及表面咬肉、气孔等现象,焊接处刷两道防锈漆(所有焊接要求相同),从而形成一道闭合的均压环。

    为了使玻璃幕墙竖向铝合金立柱保持良好的接地导通,在指定的有防雷作用的铝合金立 柱与角铁压接,之间采用相适应的不锈钢垫片(防止角铁与铝合金发生电化学反应而腐蚀),使立柱通过角铁与预埋件与主体防雷系统贯通,其示意图如图1所示。所有指定有防雷作用的竖向铝合金立柱之间连接均采用40×4铝合金制成的可伸缩的2个欧姆弯“Ω”进行压接,连接处上下各用2个M8不锈钢对穿螺栓进行压接,并加不锈钢平垫和弹簧垫,对穿螺栓压接要避开竖向立柱自身连接用的芯管,其大样图如图2所示。在防雷区域内指定有防雷作用的所有竖向立柱与横梁的连接处,通过40×4铝合金角码,用2颗不锈钢螺钉M5×16,配不锈钢平垫和弹簧垫进行压接,其示意图如图3所示。这些玻璃幕墙构配件之间防雷连接的都是经实践证明行之有效的方法。

    位于女儿墙顶部的玻璃幕墙封顶盖板属于屋顶最外沿,最容易受到雷击。因此,高层建筑物的屋顶防直击雷可沿女儿墙封顶盖板上边设置避雷带,避雷带一般应安装在其宽度的中心,当女儿墙封顶盖板宽度≥300mm时,避雷带应安装在距离女儿墙封顶盖板最外沿100~150mm;当屋顶其他明设金属物壁厚或截面面积符合防雷要求时,也可以利用其作为接闪器;也有直接利用玻璃幕墙与女儿墙之间的封顶金属板作接闪器,这时要求金属板的厚度:铁和铜板≥0.5mm,铝板≥0.7mm;板与板之间的搭接长度≥100mm,金属板无绝缘被覆层(薄的油漆保护层或≤1mm厚沥青层或≤0.5mm厚聚氯乙烯层均不属于绝缘被覆层),金属板与女儿墙内的所有从接地体引到屋面上的主体防雷引线的钢筋应连接成可靠电气通路。

屋面上设有小型构筑物时,所安装的玻璃幕墙、金属门窗是最容易受到雷击的部位,玻璃幕墙立柱、金属门窗框必须与主体防雷系统连接成可靠的电气通路。

    3  高层建筑玻璃幕墙防雷施工中还应注意以下几个环节

    根据有关玻璃幕墙防雷接地的技术资料及现行规范标准并结合以往竣工工程的经验,高层建筑玻璃幕墙防雷在保证施工技术措施的同时还必须注意以下几个环节做好施工过程的质量控制。

    3·1 实行见证取样,严把材料质量进场关

    高层建筑玻璃幕墙防雷是否安全可靠,首先其使用的材料必须满足防雷要求,对玻璃幕墙防雷所用的圆钢、镀锌扁钢、铝制直条等材料实行见证取样,严把材料质量进场关:一是验材料合格证、使用说明及各种技术质保资料;二是看材料型号规格;三是做好材料进场抽样检查记录;四是检查在施工过程中是否使用设计和规范规定的材料。

    3·2 加强关键部位和工序的质量控制

    针对施工中易出现质量通病的几个环节,设置质量控制点,制定现场施工管理预控措施,对于关键部位或关键工序实行监控检查,做到预防为主,动态跟班监督,保证玻璃幕墙防雷施工质量,做好施工过程的质量控制:施工现场管理人员必须熟悉建筑结构、建筑电气设计图纸,理解设计人员的设计意图。玻璃幕墙防雷工程施工前必须对工人做好技术交底工作。基础接地体焊接是玻璃幕墙防雷施工中的第一环节,当整个基础接地体焊接完成后,马上用接地电阻仪进行接地电阻值测试,接地电阻值必须符合设计要求才能进行下一道工序。玻璃幕墙预埋件与有防雷作用的圈梁主钢筋焊接预埋时,在做好中间隐蔽验收记录的同时必须附预埋件平面位置图,标注预埋件的实际安装位置。在防雷区域内的有防雷要求的立柱及横梁,要求施工人员采用每层按轴线标清每根有防雷要求的立柱及横梁的位置再进行施工,防止漏接或错接位置。从接地体引到屋面上的所有主体防雷引线与接闪器焊接处要做明显的接地标志。

    在主体工程施工时,玻璃幕墙工程若还未进行深化设计无法准确进行预埋件预埋,在每三层均压环上,可用Ф10圆钢作为预埋点代替预埋件与主体防雷系统可靠焊接;装饰工程阶段用-40×4镀锌扁钢把均压环上所有Ф10圆钢预埋点可靠连接形成闭合均压环,并与所有有防雷需求的铝合金立柱的后置的固定连接件可靠焊接,这种做法也是高层建筑玻璃幕墙防雷常用的施工方法,也同样能达到玻璃幕墙防雷的效果。

    高层建筑玻璃幕墙防雷工程施工时,除了现场施工管理人员对其施工质量进行动态跟班监控,还必须有专业防雷设施检测站人员对其施工进行过程的质量控制,以保证其施工质量。玻璃幕墙防雷工程施工完成后,由专业防雷设施检测站人员进行实地系统检测,必须达到设计及规范要求的接地电阻值,否则还必须进行人工接地补强,直至接地电阻测试符合设计及规范要求。

    3·3加强质量保证资料控制

    为了保证防雷措施的安全可靠,在检验玻璃幕墙防雷连接质量时,除了检查工程实际的施工质量,还应检查有关质量保证资料,才能真实反映玻璃幕墙防雷体系的质量,其在施工过程中除了做好材料进场抽样检查记录、中间隐蔽验收记录、接地电阻测试记录外还要做好检验批验收记录。由于现行施工验收规范及内业表格的滞后,还未专门制定针对高层筑玻璃幕墙防雷工程检验批质量验收记录的内业资料表格,该工程检验批质量验收记录可按表060702“避雷引下线和配电室接地干线敷设工程检验批质量验收记录”一般项目的第4点要求填好。

    3·4 加强工程造价管理

    高层建筑玻璃幕墙防雷工程预结算编制应根据2002版《全国统一安装工程预算定额福建省综合单价表》电气安装工程第二分册相应的定额子目套取，有一些工程项目内容无定额套用的,如铝合金制品的防雷材料(铝合金欧姆弯“Ω”、铝合金角码等)制作安装、预埋件与主体防雷系统焊接、角铁与立柱及预埋件连接等,可套用相近的定额子目记取,也可采用现场签证的形式记取,这样也不会影响整体玻璃幕墙防雷工程的实际造价。

    4  案例

    福州电力调度指挥中心大楼位于福州市台江区新港道4号,其结构为地下一层,地上25层,裙楼5层,建筑面积45002m2,幕墙工程装饰总面积为21083m2。本大楼为二类防雷建筑物,在各平屋面及突出屋面构筑物装设明装避雷带;为了防止侧击雷,在30米以上每三层沿建筑四周采用-40×4镀锌扁钢设均压环与楼板梁筋、预埋件、玻璃幕墙、金属铝门窗以及利用柱内作引下线的两主钢筋焊接并与建筑物基础下部利用做自然接地体的桩筋、地梁钢筋、承台钢筋及底板钢筋焊接,使之成为良好电气通路。该幕墙于2007年7月9日开工,2009年5月11日竣工。后经福建省避雷装置安全检测中心对大楼的玻璃幕墙防雷进行实地检测,在大楼共设置128个测试点实测,接地电阻值均在0.2~0.4Ω之间,完全满足设计R≤0.5Ω及规范要求(本工程比较特殊是福州市电力调度指挥枢纽中心,对防雷接地要求比较高,一般高层建筑接地电阻值设计R≤1.0Ω),说明该大楼玻璃幕墙防雷系统是安全可靠的。该工程荣获2010年度国家住房和城乡建设部主办的部级科技示范工程奖。

    高层建筑玻璃幕墙防雷工程施工是一个复杂的工程体系,通过上述的施工技术措施保证和施工过程的质量控制,使高层建筑玻璃幕墙与建筑物的防雷系统可靠地连接成为一个整体。当雷击和雷电发生时,可以有效地保证建筑物、玻璃幕墙及建筑物内的通信、通讯设备、电子计算机、电子仪器控制系统等免遭破坏及干扰,保证人们的生命和财产安全。