近些年,，由于輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物造型美觀大方、建設(shè)周期短,、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),，因而廣泛應(yīng)用與各類工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù),、體育館等場(chǎng)所,。而金屬板屋面容易遭受雷擊，與普通磚混結(jié)構(gòu),、框架結(jié)構(gòu)建筑物的防雷設(shè)計(jì)有所不同,。結(jié)合一鋼結(jié)構(gòu)車間的防雷設(shè)計(jì)，針對(duì)金屬屋面防雷設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題做出粗淺的探討,，為以后有效地解決金屬屋面的防雷問(wèn)題提供參考,。

工程概況

河南的一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)廠房，其中的熔鑄車間主要負(fù)責(zé)加工鋁線桿及鋁錠產(chǎn)品,。整個(gè)建筑采用輕鋼結(jié)構(gòu),，該建筑實(shí)際尺寸為長(zhǎng)方形，L=182m,，W=93m,，H=18.5m(地坪至屋頂通風(fēng)器底部)。按鄭州雷暴日計(jì)算,，查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第二版)表16-32為年平均雷暴日為22.0d/a,，由于該車間位于廠區(qū)內(nèi)，周圍還有很多建筑群,，并不為孤立建筑,，故按一般建筑計(jì)算,，校正系數(shù)取1,。

建筑物防雷等級(jí)的確定

據(jù)GB50057-94中附1.2,，根據(jù)已知條件計(jì)算年雷擊大地的平均密度：

Ng =0.024Td1.3

=0.024×221.3

=1.334次/(km2.a)

據(jù)GB50057-94中附1.4式，得出與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積：

得建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)：

N=KNgAe

=1×1.334×0.05934

=0.0791次/a

式中：Td—年平均雷暴日(d/a);

Ng—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度(次/km2.a);

Ae—與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積(m2);

L,、W,、H—分別為建筑物的長(zhǎng)、寬,、高(m);

據(jù)GB50057-94第2.0.4條第三條預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)0.3次/ a≥N≥0.06次/a,，故按第三類防雷設(shè)。

接閃器

根據(jù)輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑物,，采用避雷針顯的笨重,，與整個(gè)建筑外觀不相協(xié)調(diào)，而采用金屬屋面做接閃器,，需滿足《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94,2000版)第4.1.4條給出的四個(gè)要求,。

針對(duì)規(guī)范要求“金屬板下面無(wú)易燃物品時(shí)，其厚度不應(yīng)小于0.5mm”,。本車間主廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)(屋面)采用熱浸鍍鋁鋅鋼板,，基板厚度為0.53mm(含鍍鋁鋅層)，屋面板下加設(shè)玻璃棉墊75mm厚,，用鋁箔包裹,，用φ1.5不繡鋼絲網(wǎng)層托與檁條上緣部位。玻璃絲棉屬于A級(jí)建筑材料,，導(dǎo)熱系數(shù)為小,、阻燃、無(wú)毒,、化學(xué)性能穩(wěn)定,，完全滿足規(guī)范不易燃燒的要求。同時(shí)據(jù)土建專業(yè)介紹,，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的圍護(hù)系統(tǒng)連接方式施工中采用咬合與搭接,，塔接長(zhǎng)度至少要達(dá)到一個(gè)波峰或波谷，超過(guò)100m是完全滿足規(guī)范要求的,。

另外,，第4.1.4條提到的“金屬板無(wú)絕緣被覆層”，屋面采用的熱浸鍍鋁鋅鋼板為良好的導(dǎo)體,，而表面涂的薄油漆保護(hù)層按規(guī)范注釋說(shuō)明也不算是絕緣被覆層,，所以滿足規(guī)范要求。 綜上所述,，在該工程中,，屋頂輕鋼結(jié)構(gòu)的金屬面板可以做為接閃器,，不僅美觀大方，工程造價(jià)有所降低,，安裝起來(lái)方便,，而且也不影響整個(gè)建筑物效果。 做好金屬板屋面防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì),，除了要選擇好防雷形式,，選用一個(gè)好的接閃器，還要做好引下線及接地工作,。

引下線

對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物,，彩色壓型板的種類很多，分為單板和復(fù)合型板,，本車間采用復(fù)合板,。施工中我們要求土建專業(yè)與電氣專業(yè)配合，保證屋頂金屬壓型板,、屋架,、檁條與鋼柱可靠連接，于是施工中均利用鋼柱做為引下線,。建筑物的消防梯,、鋼柱等金屬構(gòu)建宜作為引下線。

接地裝置

目前設(shè)計(jì)中,，我們往往利用基礎(chǔ)鋼筋作為自然接地體,，用40X4的鍍鋅扁鋼將其聯(lián)通，并實(shí)施總的等電位聯(lián)結(jié),。在此次設(shè)計(jì)中,，我們并沒(méi)有嚴(yán)格要求用40X4的鍍鋅扁鋼，而是利用鋼柱間條形基礎(chǔ)與鋼柱獨(dú)立基礎(chǔ)可靠焊接形成電氣通路,。對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑物,，鋼柱獨(dú)立基礎(chǔ)施工時(shí)要土建預(yù)埋地腳螺栓，這樣當(dāng)鋼柱就位時(shí)將地腳螺栓,、螺母和鋼柱連接在一起,。要求注意的是地腳螺栓和鋼柱基礎(chǔ)鋼筋在地下是不相連的!所以，電氣設(shè)計(jì)人員要要求土建專業(yè)在設(shè)計(jì)說(shuō)明中注明施工中用不小于φ10鋼筋或圓鋼將基礎(chǔ)鋼筋和接地螺栓可靠焊接,，并在焊接處做防腐處理,，以便接地用。這樣從屋頂?shù)戒撝?、再到基礎(chǔ)形成可靠連接,，保證雷電流具備完整的泄放通道。

此外,，不要忘了在室外適當(dāng)位置預(yù)留接地連接板,，防止施工中當(dāng)接地電阻達(dá)不到要求時(shí),，方便施工單位連接人工接地裝置和測(cè)試接地電阻。

結(jié)束語(yǔ)

金屬屋面建筑物防雷是個(gè)較難處理的工程,，但在此類建筑中,，只要厚度達(dá)到0.5mm的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的屋面夾芯板(或壓型鋼板)可以作為接閃器，利用鋼柱做引下線,，基礎(chǔ)鋼筋做自然接地體并通過(guò)鍍鋅扁鋼或地圈梁可靠聯(lián)結(jié)并做等電位連接,。

★鋼結(jié)構(gòu)防雷知識(shí)問(wèn)答

問(wèn)：利用型鋼作為防雷引下線,，型鋼裸露,，這樣如果建筑物落雷的時(shí)候，雷電流會(huì)不會(huì)對(duì)周圍的設(shè)備或人反擊,，造成傷害,。如何避免?

答：利用型鋼作為防雷引下線，當(dāng)雷電流通過(guò)引下線時(shí)周邊產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)變化磁場(chǎng),，必然污染附近的電子設(shè)備,，在周邊導(dǎo)電體上感應(yīng)出不同的電位，如果室內(nèi)人員同時(shí)觸摸具備很高電位差的導(dǎo)電體時(shí),，就造成人身安全事故了,。

解決方法：

1) 人身安全：在人能夠觸摸到的一切與大地有直接聯(lián)系和間接聯(lián)系的金屬導(dǎo)電體直接實(shí)施以消滅電位差為目的的等電位電氣連接，很大限度的保護(hù)人身安全,。

2) 依據(jù)GB50057,、GB50343等等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備及微電子設(shè)備實(shí)施SPD保護(hù)。

反擊的概念：所謂雷電反擊現(xiàn)象是雷電襲擊接閃器[包括各種型鋼],，引下線將雷電高電壓改變成電流的形式泄放到大地,，到大地后是以電荷的形式出現(xiàn)建筑物主接地系統(tǒng)上，[大地是可以平衡出50萬(wàn)庫(kù)倫負(fù)電荷的零電位體----現(xiàn)代物理學(xué)的基本奠基標(biāo)定值]地下的電荷此時(shí)打破了一個(gè)大地電位系統(tǒng)平衡點(diǎn),，但是土壤具備電阻,、電容等諸多參數(shù)，不可能馬上出現(xiàn)相反等量電荷與其中和[需要一定時(shí)間],，此時(shí)雷電流產(chǎn)生的電荷大部分以電壓的形式表現(xiàn)在建筑物附近的地面上,，此時(shí)建筑物附近地下有：暖氣管、煤氣管,、自來(lái)水管,、設(shè)備接地線、中型點(diǎn)接地等等與建筑物內(nèi)部有聯(lián)系的導(dǎo)電體,，這些導(dǎo)電體之間在地下有一定的距離,，由于地表具備較高的電位[高電位點(diǎn)為主接地極附近]，距離差產(chǎn)生電位差,，這個(gè)電位差便反擊到建筑物內(nèi),，造成事故----這就是雷電高壓反擊現(xiàn)象,。

假設(shè)1：反擊時(shí)如果某人左手觸摸自來(lái)水管道，右手觸摸電子設(shè)備外殼,，則電位差超過(guò)一定安全限度,，就出現(xiàn)人身安全事故。

假設(shè)2：如果電子設(shè)備外殼獨(dú)立接地,，電子設(shè)備中線接地與外殼接地之間[在地下存在接地距離]這個(gè)反擊電位差將與火線220/380產(chǎn)生電位差,，如果電位差較大將燒毀設(shè)備。

問(wèn)：鋼結(jié)構(gòu)建筑,，利用裸露的型鋼作為引下線,，就算做了全面的等電位，但是落雷的時(shí)候,，強(qiáng)大的雷電流,，難道不會(huì)把周圍的空氣擊穿?對(duì)引下線附近或接觸引下線的人造成傷害?這個(gè)問(wèn)題我一直非常擔(dān)心。

答：落雷的時(shí)候,，強(qiáng)大的雷電流可以沿著引下線向大地傳送電位,，但是一定要知道引下線是有電感的，這個(gè)電感的大小在一定的時(shí)候可以阻攔雷電流的正常下泄,，從而寄存電位,，這個(gè)電位在一定大時(shí)將與某個(gè)小電位之間產(chǎn)生足夠擊穿一定距離空氣或其它介質(zhì)而發(fā)生放電現(xiàn)象。有標(biāo)準(zhǔn)稱也發(fā)生側(cè)閃現(xiàn)象,。

這一點(diǎn)一定要計(jì)算一下引下線電感,。另外一種現(xiàn)象，引下線上快速運(yùn)動(dòng)雷電流必然產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng),，這個(gè)運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)提供了可以切割磁力線產(chǎn)生過(guò)電壓的基本條件,，切割磁力線產(chǎn)生的過(guò)電壓同樣可以擊穿空氣、擊穿電器介質(zhì)[包括半導(dǎo)體介質(zhì)],、擊穿一切可以提供電位差的直接,、間接導(dǎo)電體[半導(dǎo)體]，影響我們的工作和生活,。據(jù)悉天津某某工廠[在漢沽地區(qū)]發(fā)生某女工上班時(shí)開啟電源空氣開關(guān),，造成電源線上產(chǎn)生的過(guò)電壓擊穿塑料開關(guān)外殼進(jìn)入手掌再通過(guò)身體與大地短路死亡事故。湖南某村莊某居民在室內(nèi)發(fā)生燈泡電源線上具備了雷電電磁脈沖感應(yīng)過(guò)電壓擊穿空氣與人頭頂形成通路[回路]死亡現(xiàn)象,。引下線附近或接觸引下線的人造成傷害原因是人體的某兩個(gè)部分是否產(chǎn)生電位差,，這個(gè)電位差是他致命的要素。比如我們一只手觸模引下線,，另外一只手觸模暖氣管,，暖氣管接地點(diǎn)假設(shè)遠(yuǎn)離建筑物主地網(wǎng)，那么距離差產(chǎn)生電位差,，當(dāng)這個(gè)電位差達(dá)到一定數(shù)值時(shí)就可以造成人員傷亡,。不要老是考慮人身安全電壓還要考慮人身安全電流,。不知道我的建議是否對(duì)你有幫助。

問(wèn)：是否可以得出這樣的結(jié)論：空曠地區(qū)的大面積廠房(50米X80米),，屋面是鐵皮,，用裸型鋼作柱子兼防雷引下線是相當(dāng)危險(xiǎn)的?

答：非常危險(xiǎn),你考慮跨步電壓啊!整體考慮吧,要因地制宜的學(xué)習(xí)和利用標(biāo)準(zhǔn),不要太單一考慮費(fèi)用,人命關(guān)天啊!

問(wèn)：還想請(qǐng)教一個(gè)問(wèn)題，既然落雷時(shí)距離引下線越近的地方感應(yīng)磁場(chǎng)越大,，那么通信設(shè)備,，消防主機(jī)，配電箱是否都應(yīng)盡量避開引下線?

答：如果你有條件,一定遠(yuǎn)離!如果1個(gè)10/350--100KA[好象是200KA記不清了]的83米半徑的裸露條件下,可以達(dá)到2.4GS的干擾電磁脈沖強(qiáng)度,2.4GS可以使無(wú)保護(hù)的微電子設(shè)備達(dá)到損壞.

問(wèn)：我手頭正在進(jìn)行一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工,，因?yàn)樵O(shè)計(jì)單位沒(méi)有考慮防雷,，我需要重新考慮補(bǔ)救措施。此鋼結(jié)構(gòu)廠房高35米,，長(zhǎng)寬為9*17米,，全鋼結(jié)構(gòu),，屋面及墻壁采用0.5mm的雙層彩鋼瓦覆蓋(內(nèi)夾不可燃的保溫棉),，三類防雷結(jié)構(gòu)。我準(zhǔn)備采取的措施是：

1.因?yàn)樗袖撝A(chǔ)已被混凝土覆蓋,，無(wú)法檢查其鋼筋捆扎與焊接質(zhì)量,，所以我用40*4mm的鍍鋅扁鋼將所有鋼柱的下端(靠近基礎(chǔ)部位)連接，并與全廠接地網(wǎng)相連;

2.考慮到屋面彩鋼瓦作接閃器的操作難度與可靠性,，我將在屋頂使用10mm的圓鋼安裝一條環(huán)屋頂四周的避雷帶,，圓鋼與鋼柱焊接;

3.利用鋼柱作引下線。請(qǐng)問(wèn)我還該怎樣完善其防雷措施?

答：1. 補(bǔ)救是可以但是要多點(diǎn)接地焊接啊1如果有條件可以在上端也進(jìn)行電氣連接這樣安全!在裸露地方測(cè)地阻,原則上處處相等就可以,但是這只是一種補(bǔ)救啊!

2. 屋面彩鋼瓦應(yīng)該多點(diǎn)與鋼珠進(jìn)行電氣連接,多塊金屬瓦之間也要電氣連接避免電弧產(chǎn)生.

3. 接地電阻小于4歐姆,所有鋼梁鋼拄接地電阻處處相等主接地系統(tǒng)要參照GB50057要求!