金屬屋面建筑物的防雷設(shè)計(jì)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(jià)低廉、美觀實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地運(yùn)用于各類工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、體育場(chǎng)、展覽館等建筑工程的屋面建設(shè)中。而這類金屬屋面建筑物的防雷工程設(shè)計(jì)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(gè)人的觀點(diǎn)，僅供參考。
　　金屬屋面建筑物的防雷工程設(shè)計(jì)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(shè)高度h均小于或等于滾球半徑h )。 信息來(lái)
　　1 首先確定建筑物是否需要設(shè)防及其防雷類別
　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范)(GB50057-94 2000年版)(以下簡(jiǎn)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(shè)防及其防雷類別。通常，對(duì)于一般性的工業(yè)與民用建筑，需要計(jì)算其年預(yù)計(jì)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(jìn)行這類建筑物防雷設(shè)計(jì)前，首要的一點(diǎn)，就是計(jì)算出年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)J『\，，并通過J『\，值確定是否需要設(shè)防及其防雷類別。
　　2 如金屬屋面建筑物需要按相應(yīng)的類別設(shè)防，則應(yīng)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(dāng)金屬屋面符合《規(guī)范》第4.1.4條第一、二、四款時(shí)，宜利用金屬屋面作為接閃器。這樣做，可省去架設(shè)避雷帶的麻煩，減少投資，同時(shí)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(rèn)為，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)建筑物的重要性來(lái)選擇是否需要增設(shè)避雷帶。通常，一般的工業(yè)與民用建筑可不考慮增設(shè)避雷帶。因?yàn)�，根�?jù)彩色壓型板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(huì)立即出現(xiàn)漏雨現(xiàn)象，一般可通過定期維修來(lái)解決此類問題。 請(qǐng)登陸:www.tede.cn 瀏覽更多信息
　　當(dāng)金屬屋面符合《規(guī)范》第4.1.4條第一、三、四款時(shí)，宜利用金屬屋面作為接閃器。其優(yōu)點(diǎn)同上，同時(shí)，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(shè)避雷網(wǎng)作為接閃器
　　當(dāng)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(shí)，則需要在金屬屋面上架設(shè)避雷網(wǎng)作為接閃器。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《建筑物防雷設(shè)施安裝》(99D562)的第25頁(yè)及第45頁(yè)的相關(guān)內(nèi)容，常規(guī)的混凝土屋面建筑物架設(shè)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(jiǎn)單地在金屬屋面上架設(shè)避雷網(wǎng)，其減少屋面被雷擊的幾率將不顯著。因?yàn)�，金屬屋面與避雷網(wǎng)具有相同的接閃效果，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，常規(guī)架設(shè)的避雷網(wǎng)并不能完全保護(hù)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(lái)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(shè)高度及網(wǎng)格間距在圖2(b)中，任選A、曰兩點(diǎn)架設(shè)避雷網(wǎng)，
　　設(shè)網(wǎng)架高度為h，A、B兩點(diǎn)水平距離為 .。分別以A 、曰 兩點(diǎn)為圓心，以相應(yīng)的滾球半徑h 為半徑作圓弧，交于O點(diǎn)，再以O(shè)點(diǎn)為圓心，h，為半徑，作圓弧與AB線相切。此時(shí)的網(wǎng)架高度7l， 即為避雷網(wǎng)保護(hù)該金屬屋面的臨界值，設(shè)計(jì)時(shí)，取實(shí)際網(wǎng)架高度大于該7l值即可滿足保護(hù)要求。由平面幾何原理，可以推出： 
　　在實(shí)際工程計(jì)算中，可分別取 l： ， l：1÷ 等值來(lái)計(jì)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(diǎn)架設(shè)避雷網(wǎng)，網(wǎng)架高度為7l。c、D兩點(diǎn)水平間距為￡.。分別以兩點(diǎn)為圓心，以相應(yīng)的滾球半徑7l，為半徑作圓弧，交于0 點(diǎn)。再以0 點(diǎn)為圓心，7l 為半徑，作圓弧與CD線相切，此時(shí)CD水平間距￡.，即為避雷網(wǎng)保護(hù)該金屬面的臨界值。設(shè)計(jì)時(shí)，取實(shí)際網(wǎng)格間距小于該￡.值即可滿足保護(hù)要求。

　　由平面幾何學(xué)原理，可以推出：
　　這樣，就分別計(jì)算出了避雷網(wǎng)的臨界架設(shè)高度7l及網(wǎng)格尺寸 ，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可取實(shí)際架設(shè)高度值略大于7l， 網(wǎng)格尺寸值略小于￡。，同時(shí) .值不變即可。下面，通過一具體工程實(shí)例來(lái)作進(jìn)一步的說(shuō)明。
　　3 工程實(shí)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(zhǎng)￡=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(shè)防及其防雷類別
　　由《規(guī)范》附錄一，計(jì)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(shè)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(shí)，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(jì)算可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)避雷網(wǎng)網(wǎng)格取同類防雷等級(jí)所規(guī)定的最大尺寸時(shí)，網(wǎng)架高度將大于常規(guī)避雷網(wǎng)架設(shè)的高度0.1m;反之，當(dāng)網(wǎng)架高度為0.1m。時(shí)，避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸要小于同類防雷等級(jí)所規(guī)定的最大尺寸。
　　以上計(jì)算充分證明，簡(jiǎn)單地按一般避雷網(wǎng)的架設(shè)要求，是無(wú)法完全起到接閃作用的，只有用滾球法計(jì)算出的結(jié)果，才能滿足這類建筑物的防雷保護(hù)的要求。
　　4 防雷設(shè)計(jì)的其它因素
　　建筑物的防雷設(shè)計(jì)除了接閃外，還包括分流、均壓、屏蔽、接地和布線這五項(xiàng)主要因素。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，各種因素均不可忽略。金屬屋面的防雷設(shè)計(jì)還有以下三點(diǎn)需要特別提及的。
　　4.1 接地網(wǎng)的設(shè)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(chǔ)是獨(dú)立的，在地中互不連接。當(dāng)利用柱內(nèi)鋼筋作為引下線(或利用鋼柱作為引下線)，基礎(chǔ)用作接地體時(shí)，應(yīng)當(dāng)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(yīng)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(lái)減小接觸電壓和跨步電壓。
　　4.2 引下線的設(shè)置
　　當(dāng)建筑物為鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，其鋼柱將被作為引下線。若這些柱子沒有采取任何保護(hù)措施，將有可能引起接觸電壓的危險(xiǎn)。因此，應(yīng)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(lái)。
　　4.3 避雷網(wǎng)的施工注意事項(xiàng)
　　在金屬屋面架設(shè)避雷網(wǎng)，其做法可參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《建筑物防雷設(shè)施》(99D501—1)，原圖集號(hào)為(99D562)的相關(guān)頁(yè)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(yīng)做防水處理，通�？墒褂脼r青或其它膠合劑將整個(gè)交接處完全包裹。
　　5 結(jié)論
　　金屬屋面建筑物的防雷設(shè)計(jì)與一般混凝土屋面的建筑物的防雷設(shè)計(jì)不同之處，主要在于其接閃器的設(shè)置。而接閃器的正確設(shè)置將能全面地保護(hù)建筑物的屋面不受雷害的侵襲，采用滾球法是設(shè)置該避雷網(wǎng)的正確方法。
　　建筑物防雷是一項(xiàng)綜合工程，設(shè)計(jì)時(shí)必須結(jié)合建筑物的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家規(guī)范，全面考慮接閃、分流、均壓、屏蔽、接地和布線六項(xiàng)主要因素，才能使設(shè)計(jì)工作更加完善。