玻璃幕墙防雷技术探讨

    引言

    随着中国经济的腾飞以及建筑装饰工程的快速发展，玻璃幕墙在建筑工程中得到了广泛的应用。但随之而来的玻璃幕墙及建筑物的防雷安全如何保证已是当今一个重要问题。现行的电气施工及验收规范、标准施工图集对这方面内容的阐述尚未十分明确，设计单位对玻璃幕墙防雷技术作法说明也不十分具体，从而给从事具体施工和监理及防雷验收技术人员在准确把握防雷安全技术要求上带来一定的难度。文章将结合国家规范的要求探讨建筑物玻璃幕墙的防雷中易被忽略的一些问题。

    雷电是一种自然的放电现象，雷电流是一种强度极大，作用时间极短的瞬变过程。雷电灾害具有巨大的破坏性，雷电的放电电压可达500kV以上，闪电峰值电流的幅度高达100～300kA，闪电电流变化快，放电时间短，一次放电时间约在40μs，雷电击中建筑物时，通常会产生电效应、热效应和机械力。玻璃幕墙作为建筑物的装饰外衣安装在建筑物的最外层，如果建筑物的玻璃幕墙没作好防雷设施，极易遭受雷击。高层建筑玻璃幕墙围护高层建筑物后，建筑物防雷装置由于玻璃幕墙的屏蔽效应，不能直接起到接闪和防雷作用，闪电对建筑的雷击往往变成闪电对玻璃幕墙的雷击。同时高层建筑玻璃幕墙的金属材质由于雷电的效应，将会产生静电感应作用，当天空雷云和大地形成电场时，幕墙的金属体就会积聚与雷云极性相反的大量感应电荷，当雷云瞬间放电后，云与大地的电场忽然消失，这时幕墙的金属体感应电荷不能以相应的速度流散，将会产生高达万伏以上的对地电位，这就是静电感应电压，对人和设备产生危害。

    高层建筑幕墙通常超过50m，超高层幕墙超过100m，如果强大的雷电流全程通过幕墙构件时，由于持续时间极短，只有几十微秒，则每米的电位差可达万伏以上，高达100m的幕墙，在通过雷电流时可达百万伏的电位差，将会和周围的金属体之间产生反击放电和电磁感应。

目    前玻璃幕墙大都在高层建筑物外装中采用，在均压环的设计方面存在的缺陷[1]，与现执行的《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000版）不统一。有的玻璃幕墙设置均压环，有的不设置均压环，而是利用建筑物的均压环。但这两种做法均出现了均压环与玻璃幕墙龙骨或建筑物防雷设施没有做连接的情况。

    玻璃幕墙防侧击雷的设计与《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000版）的要求不一致。这主要体现在玻璃幕墙的纵向和横向龙骨的连接处不能按照规范的要求进行电气连接，往往仅做卡套连接。

    玻璃幕墙女儿墙盖顶的防雷设计与GB50057-94（2000版）的要求不符。高层建筑玻璃幕墙的顶部的女儿墙的盖板，是人为设立的良好导体，它沿建筑物女儿墙的顶部分布，其电场强度很大。雷电先驱很自然地被吸引过来，是雷击率最大的部位。在一部分高层建筑物玻璃幕墙的安装中，女儿墙的盖板没有与玻璃幕墙纵向龙骨和屋面避雷带引下线预留点相连接。

    建筑物玻璃幕墙的防雷措施应按照《建筑物防雷装置施工与验收规范》[2]和《玻璃幕墙工程技术规范》[3]的要求进行设计。玻璃幕墙对均压环的设计应依据规范对建筑物防雷类别的界定，在不同高度设计均匀环。应在幕墙顶部、底部以及每三层在建筑物四周结构楼板表面敷设一根40mm×4mm镀锌扁钢，并与建筑物四周防雷引下线的引出钢筋（Φ12）焊接，焊接长度为圆钢直径的6倍，双面施焊、焊接处刷两道防锈漆（以后焊接处均刷两道防锈漆），从而形成一道均压环。为使玻璃幕墙竖向铝合金主龙骨保持接地的贯通，用40mm×4mm镀锌扁钢一端与均压环焊接，焊接长度应为其宽度的2倍，并三面施焊，另一端用两个M8不锈钢对穿螺栓与竖向主龙骨进行压接，为防止镀锌扁钢与铝合金的电化学腐蚀，在其间加垫1mm厚不锈钢垫片，并加不锈钢平垫和弹簧垫。均压环的楼层所有竖向主龙骨与横向龙骨的连接处，通过40mm×4mm铝角码两端各用两个M6不锈钢对穿螺栓进行压接，并加不锈钢平垫和弹簧垫（图1）。

    当第一类、第二类、第三类防雷建筑物分别在30m，45m，60m时，玻璃幕墙上的较大金属物均应就近与玻璃幕墙的均压环或防雷装置连接（图2）。

    玻璃幕墙用做引下线竖向主龙骨，竖向主龙骨的跨接用扁钢制品时截面必须达到100mm2。或竖向主龙骨的连接处采用40mm×4mm铝合金制成的可伸缩的“欧姆弯”进行压接，连接处上下各用两个M8不锈钢对穿螺栓进行压接，并加不锈钢平垫和弹簧垫。用做引下线竖向主龙骨最上端、最下端以及均压环所在楼层处，应将竖向立柱与构造柱内主筋和均压环连接，或者与构造柱内主筋和均压环相焊接的预埋件连接（图3）。

    幕墙顶部女儿墙的盖板是起到引雷作用的接闪器。用φ12镀锌圆钢沿女儿墙周圈安装，并与主体结构防雷引下线焊接。在盖板内侧安装40mm×4mm×4mm镀锌角钢，每块铝板安装两段角钢（每段长300mm），两段之间用φ12镀锌圆钢焊接连通。并用φ12镀锌圆钢一端与女儿墙顶φ12镀锌圆钢焊接，另一端与角钢焊接。每段角钢与铝板之间用四个M6×20不锈钢自攻螺丝压接（角钢与铝板之间加垫1mm厚不锈钢垫片），并加不锈钢平垫和弹簧垫（图4）。

    随着建筑物玻璃幕墙的发展，人们对其要求也越来越高，特别是在美观效果方面人们也提出了更多的要求，目前在玻璃幕墙外侧均不同程度设计各种装饰压条，一般均为铝合金材质且厚度一般为1mm以下。在综合考虑到对玻璃幕隔热、防水等因素要求，同时在玻璃幕墙龙骨接地符合《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000版）等相关规范的条件下，可不考虑装饰铝合金压条与防雷装置的连接。