金屬屋面建筑物的防雷設計方案

   由于彩色壓型板等新型建筑材料具有使用靈活、安裝方便、造價低廉、美觀實用等優(yōu)點，因而被廣泛地運用于各類工業(yè)廠房、倉庫、體育場、展覽館等建筑工程的屋面建設中。而這類金屬屋面建筑物的防雷工程設計在接閃等方面與一般混凝土屋面的建筑物有所不同，筆者就此提出個人的觀點，僅供參考。
　　金屬屋面建筑物的防雷工程設計具體步驟如下(注：本文所討論的金屬屋面建筑物為非第一類防雷建筑物，另所有避雷網(wǎng)架設高度h均小于或等于滾球半徑h )。 信息來
　　1 首先確定建筑物是否需要設防及其防雷類別
　　根據(jù)國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范)(GB50057-94 2000年版)(以下簡稱《規(guī)范》)第2.0.3條，第2.0.4條的各款，確定該建筑物是否需要設防及其防雷類別。通常，對于一般性的工業(yè)與民用建筑，需要計算其年預計雷擊次數(shù)J『\，，根據(jù)《規(guī)范》附錄一可以知道，J『\，值的大小取決于建筑物所處的地域氣象、地理位置，以及建筑物的結(jié)構(gòu)形式和外形尺寸等因素。在進行這類建筑物防雷設計前，首要的一點，就是計算出年預計雷擊次數(shù)J『\，，并通過J『\，值確定是否需要設防及其防雷類別。
　　2 如金屬屋面建筑物需要按相應的類別設防，則應根據(jù)《規(guī)范>第4.1.4條各款的要求，確定采用何種形式的接閃器
　　2.1 利用金屬屋面作為接閃器
　　當金屬屋面符合《規(guī)范》第4.1.4條第一、二、四款時，宜利用金屬屋面作為接閃器。這樣做，可省去架設避雷帶的麻煩，減少投資，同時還可保持建筑物外形美觀，但不能避免金屬屋面被雷擊穿孔的可能性。因此，筆者認為，設計人員可根據(jù)建筑物的重要性來選擇是否需要增設避雷帶。通常，一般的工業(yè)與民用建筑可不考慮增設避雷帶。因為，根據(jù)彩色壓型板的結(jié)構(gòu)特點，其被雷擊穿孔的部分都是其面層，面層下還有以防火阻燃材料，如聚苯乙烯泡沫做的芯層，以及以彩色鋼板材料做的底層。因此，屋面被擊穿后，并不會立即出現(xiàn)漏雨現(xiàn)象，一般可通過定期維修來解決此類問題。 請登陸:www.tede.cn 瀏覽更多信息
　　當金屬屋面符合《規(guī)范》第4.1.4條第一、三、四款時，宜利用金屬屋面作為接閃器。其優(yōu)點同上，同時，由于金屬較厚，它能避免被雷擊穿孔。
　　2.2 在金屬屋面上架設避雷網(wǎng)作為接閃器
　　當金屬屋面分別不符合《規(guī)范》第4.1.4條第一、二、四款及第一、三、四款時，則需要在金屬屋面上架設避雷網(wǎng)作為接閃器。根據(jù)國家標準圖集《建筑物防雷設施安裝》(99D562)的第25頁及第45頁的相關內(nèi)容，常規(guī)的混凝土屋面建筑物架設避雷網(wǎng)的網(wǎng)架高度通常為0.1m。但是，如果按此防雷要求簡單地在金屬屋面上架設避雷網(wǎng)，其減少屋面被雷擊的幾率將不顯著。因為，金屬屋面與避雷網(wǎng)具有相同的接閃效果，當發(fā)生雷擊時，常規(guī)架設的避雷網(wǎng)并不能完全保護金屬屋面建筑物，如圖1所示。因此，金屬屋面的避雷網(wǎng)必須按滾球法來確定網(wǎng)架的高度和網(wǎng)格尺寸。其具體方法如下(如圖2所示)。
　　2.2.1 確定I—I面的避雷網(wǎng)架設高度及網(wǎng)格間距在圖2(b)中，任選A、曰兩點架設避雷網(wǎng)，
　　設網(wǎng)架高度為h，A、B兩點水平距離為 .。分別以A 、曰 兩點為圓心，以相應的滾球半徑h 為半徑作圓弧，交于O點，再以O點為圓心，h，為半徑，作圓弧與AB線相切。此時的網(wǎng)架高度7l， 即為避雷網(wǎng)保護該金屬屋面的臨界值，設計時，取實際網(wǎng)架高度大于該7l值即可滿足保護要求。由平面幾何原理，可以推出： 
　　在實際工程計算中，可分別取 l： ， l：1÷ 等值來計算7l值，最后選出在I—I面上合適二的網(wǎng)架高度及間距。
　　2.2.2 確定Ⅱ一Ⅱ面的避雷網(wǎng)架高度及網(wǎng)格間距
　　由于I—I面的7l值已經(jīng)確定，那么Ⅱ一Ⅱ面的7l值將與之相同。因此，只需要確定網(wǎng)架的間距即可。
　　任選兩點架設避雷網(wǎng)，網(wǎng)架高度為7l。c、D兩點水平間距為￡.。分別以兩點為圓心，以相應的滾球半徑7l，為半徑作圓弧，交于0 點。再以0 點為圓心，7l 為半徑，作圓弧與CD線相切，此時CD水平間距￡.，即為避雷網(wǎng)保護該金屬面的臨界值。設計時，取實際網(wǎng)格間距小于該￡.值即可滿足保護要求。

　　由平面幾何學原理，可以推出：
　　這樣，就分別計算出了避雷網(wǎng)的臨界架設高度7l及網(wǎng)格尺寸 ，在實際工程設計中，可取實際架設高度值略大于7l， 網(wǎng)格尺寸值略小于￡。，同時 .值不變即可。下面，通過一具體工程實例來作進一步的說明。
　　3 工程實例
　　某建筑物為單層工業(yè)廠房，屬鋼結(jié)構(gòu)建筑，屋面采用0.47mm厚的彩色壓型板。長￡=72m，寬= 36m，柱間跨距6m，屋架上弦高H1：9.8m，下弦高H2=6.4m。

　　3.1 確定該建筑物是否需要設防及其防雷類別
　　由《規(guī)范》附錄一，計算得： N=0.25(其中取 =1.7， =88.6d/a)
　　根據(jù)《規(guī)范》第2.0.4條第四款，確定本建筑物屬第三類防雷建筑物。

　　3.2 由于該建筑物金屬屋面板厚<0.5mm，故不能作為接閃器，需要架設避雷網(wǎng)
　　根據(jù)《規(guī)范》，第三類防雷建筑物的滾球半徑h 為60m。故取h =60m， l=18m時，代人(3)式，得
   考慮到施工方面的因素，取W.=9m，h=0.178m。然后，將h，=60m、h=0.178m代入(6)式，得：
　　3.3 小結(jié)
　　通過計算可以發(fā)現(xiàn)當避雷網(wǎng)網(wǎng)格取同類防雷等級所規(guī)定的最大尺寸時，網(wǎng)架高度將大于常規(guī)避雷網(wǎng)架設的高度0.1m;反之，當網(wǎng)架高度為0.1m。時，避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸要小于同類防雷等級所規(guī)定的最大尺寸。
　　以上計算充分證明，簡單地按一般避雷網(wǎng)的架設要求，是無法完全起到接閃作用的，只有用滾球法計算出的結(jié)果，才能滿足這類建筑物的防雷保護的要求。
　　4 防雷設計的其它因素
　　建筑物的防雷設計除了接閃外，還包括分流、均壓、屏蔽、接地和布線這五項主要因素。在進行設計時，各種因素均不可忽略。金屬屋面的防雷設計還有以下三點需要特別提及的。
　　4.1 接地網(wǎng)的設置
　　通常采用金屬屋面的建筑，如大面積的單層廠房，它的每根柱子的基礎是獨立的，在地中互不連接。當利用柱內(nèi)鋼筋作為引下線(或利用鋼柱作為引下線)，基礎用作接地體時，應當做周圈式接地帶，使之與柱內(nèi)鋼筋(鋼柱)焊接，形成完整的接地裝置。但由于這樣的接地環(huán)尺寸較大，室內(nèi)地電位分布可能較陡，還應該加敷均壓接地網(wǎng)。以上述工程為例，可加敷6m間隔的橫向均壓網(wǎng)， 以此來減小接觸電壓和跨步電壓。
　　4.2 引下線的設置
　　當建筑物為鋼結(jié)構(gòu)時，其鋼柱將被作為引下線。若這些柱子沒有采取任何保護措施，將有可能引起接觸電壓的危險。因此，應在鋼柱上噴涂一層絕緣防腐層，或者是用木板把鋼柱包起來。
　　4.3 避雷網(wǎng)的施工注意事項
　　在金屬屋面架設避雷網(wǎng)，其做法可參照國家標準圖集《建筑物防雷設施》(99D501—1)，原圖集號為(99D562)的相關頁次。不同的是避雷網(wǎng)支架必須與屋面板下的鋼屋架牢固焊接。其與金屬屋面板的連接處，應做防水處理，通�？墒褂脼r青或其它膠合劑將整個交接處完全包裹。
　　5 結(jié)論
　　金屬屋面建筑物的防雷設計與一般混凝土屋面的建筑物的防雷設計不同之處，主要在于其接閃器的設置。而接閃器的正確設置將能全面地保護建筑物的屋面不受雷害的侵襲，采用滾球法是設置該避雷網(wǎng)的正確方法。
　　建筑物防雷是一項綜合工程，設計時必須結(jié)合建筑物的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點，嚴格執(zhí)行國家規(guī)范，全面考慮接閃、分流、均壓、屏蔽、接地和布線六項主要因素，才能使設計工作更加完善。