浅谈建筑幕墙的防雷设计

谢沙沙

【摘 要】建筑幕墙是由金属构架与板材组成的，不承担主体结构荷载与作用的建筑外围护结构。建筑幕墙是现代建筑派的主要表现特征，在新世纪的现代化城市建筑中具有不可替代的艺术地位。随着建筑房地权业的迅猛发展，建筑幕墙也越来越多， 为防止或减少雷击建筑幕墙所发生的损害，本文对建筑幕墙的防雷设计进行简单介绍。

【关键词】建筑幕墙；防雷设计

前言：

人类在不断地前进，社会在不断地发展，建筑行业日新月异，建筑工程突飞猛进。在国内外，建筑幕墙越来越多，为防止或减少雷击建筑幕墙所发生的人身伤害和文物、财产的损失，并做到安全可靠、技术先进、经济合理，固此，做好建筑幕墙的防雷措施也越来越重要，建筑幕墙防雷系统的设计已是当今一个重要问题。

一、雷电与建筑物的关系

我们知道，雷电是天空云层中一种自然的放电现象，雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶，冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷，云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象，闪电的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培，带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，他们之间就会发生激烈的放电及发出火花，这就是闪电。闪电主要有云际闪电和云地闪电两种，而云地闪电对人们关系较大。强大的电流把闪电通道内的空气加热到一万度以上，空气聚然膨胀，发出巨大响声，这就是雷。

凡是空气中导电微粒较多的，地面有高耸物体，地面和地下的电阻率较小的地带都易落雷，因为雷电流总是选取最易导电的途径。地面上建筑物性质对雷电的发展也有影响，由于建筑物改变了地面电场强度的分布，电场强度最大，附近气体离子增多，最易击穿导电，往往构成了雷电发展的条件，雷电下行先导就自然被吸引向这些地方，屋顶就会由尖端放电，导致迎面先导，与云下的先导会合，形成主放电通导，强大的雷电流就会指向房屋。建筑物本身构造及其附属构件能积极蓄电荷的多少，对雷击影响很大，如金属屋顶、金属墙面、金属天沟等具有良好的导电性能，都是易遭受雷击的部位。

雷电击中建筑物时，通常会产生电效应，雷电流在瞬间释放出的巨大能量，会把被击中的建筑物遭到破坏。高层建筑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，将会产生高达万伏以上的对地电位，这对人和设备将会产生危害。所以，建筑幕墙设计时必须做好防雷设计，以防范雷电对建筑幕墙的损害。

二、建筑幕墙的防雷分类

根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的规定，按建筑物的重要性，使用性质、以生雷电的可能性进行了建筑物的防雷共分三类，其中第一类主要是属于具有爆炸危险环境的建筑物，如使用或贮存炸药、火药、起爆药等爆炸物质的建筑物等，而现阶段我们常用的建筑幕墙的防雷分类主要是属于第二类或第三类的。另结合我们当前幕墙建筑的实际情况，我们不防将超高层建筑幕墙大于等于150m归为一类防雷幕墙，将高层幕墙大于等于100m归为第二类防雷幕墙，普通幕墙大于（30m-50m）归为第三类防雷幕墙。对于历史上雷害事故严重地区，位于土壤电阻率较小的地区的建筑物的幕墙，可以适当提高其分类档次。

三.建筑幕墙的防雷装置

建筑幕墙的防雷装置主要包括接闪器、引下线和接地装置。在建筑幕墙的防雷设计中，应充分利用建筑物的这些装置，将建筑幕墙竖向龙骨、横向龙骨和建筑物防雷网接通，连成一个防雷整体，把建筑幕墙获得的巨大雷电能量，通过建筑幕墙的防雷系统，迅速地输送到地下，保护建筑幕墙免遭雷电破坏的作用。

1.接闪器：接闪器是直接接受雷击的避雷针、避雷带、避雷网，以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。

2.引下线：引下线是连接接闪器与接地装置的金属导体，建筑幕墙常用的防雷装置的引下线是利用建筑幕墙竖向主龙骨作为引下线，竖向主龙骨在伸缩缝的连接处采用电导铜线制成的可伸缩的避雷连通导线并上下相连接，连接处上下各用M6不锈钢螺栓进行压接，并加不锈钢平垫和弹簧垫。

3.接地装置：接地装置是接地体和接地线的总合，建筑幕墙常用的防雷装置的接地装置埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或圆钢，埋于土壤中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢，圆钢直径不应小于10mm，扁钢截面不应小于100mm2，其厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm；钢管壁厚不应小于3.5mm。在腐蚀性较强的土壤中，应采取热镀锌等防腐措施或加大截面。

4.建筑幕墙所有龙骨安装完毕后，必须用电阻表进行检测，检测所有引下线接地电阻值应符合设计要求。通常情况下，对于第二类或第三类防雷的建筑物所有引下线接地电阻值≤10Ω；对于第一类防雷的建筑物所有引下线接地电阻值≤5Ω。

四、建筑幕墙的防雷设计措施

建筑幕墙防雷设计主要采取以下措施：

1、建筑幕墙顶部女儿墙设计有铝合金防水盖板的，可人为的设立的良好导体，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。作为防止雷击电流的直击措施，我们不妨将铝合金盖板设计成直接接受雷击的装置，起到引雷作用的接闪器，相当于原来女儿墙上的避雷带。其作用在于接受雷电流，同时又安全地把雷电流与建筑物防雷网接通，并导通入地达到避雷作用。

2、高层建筑幕墙顶部的接闪器，不能防止闪电电流的侧面向发展绕击作用。虽然小强度的闪电绕击概率较少，但不能忽略。在30m以上的建筑幕墙部分，每隔三层高设置一圈焊接在上墙钢件上的均压环，均压环每隔15m（一类），18m（二、三类）和建筑物防雷网接通。同时每幅幕墙接通数量不得小于2个。均压环除了有通过建筑幕墙受侧击雷电流外，还有等电位的作用和分流作用。

3、30m以下的金属幕墙部分，特别是独立裙房幕墙部分，每隔18m与建筑物防雷系统的引下线接地，每幅幕墙接通数量不得少于2个，以防止静电感应电压对人和设备造成的危害。

4、建筑楼房过长，建筑物上再现伸缩缝和沉降缝时，两部分应构成统一的防雷系统。在伸缩缝和沉降缝之间必须进行防雷系统的跨越处理，处理方法最好用软导管线连接断开的防雷装置；或用不少于4mm厚的镀锌扁钢弯曲成U形状后连接，以易于伸缩。一般U形的半径应大于伸缩的两倍至三倍。

5、建筑幕墙的均压环及与建筑防雷网连接的引下线应不低于规定。

6、建筑幕墙的防雷装置和建筑物防雷网的接通办法，一是在钢筋混凝土墙上通过柱或墙内的主钢筋设置预埋连接板和引出作为供测试、连接之用；二是利用建筑幕墙上的墙预埋件和建筑物防雷网接通后作连接通道；三是在立柱、梁墙浇注混凝土之前，焊好预留出来的接线，以作为连接通道。

7、为确保接地效果，建筑幕墙的防雷装置完成后，要测试其接地电阻，通常要求冲击接地电阻Ri不大于5Ω（一、二类）、100Ω（三类）。

结语：

雷电是一种强度极大，作用时间极短的瞬变过程，闪电直击中建筑物时，通常会产生电效应、热效应和机械力。雷电流的瞬时电流高达几萬安培，在瞬间释放出的巨大能量会把被击中金属熔化，使物件水分汽化，产生强大的机械力，产生爆炸，使建筑物遭至破坏等；再有雷电的高温引起建筑物燃烧，构成火灾和引起触电等，可见雷电的危害是很大，所以做好建筑物幕墙的防雷措施是幕墙设计师紧要解决的问题，也希望本文提出的观点能对幕墙设计师们起到一定的启发作用。

参考文献：

[1]邓锦振.既有建筑幕墙的安全隐患及整改技术方案[J].建筑技术，2011，42（10）：931-933.

[2]《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）

[3]刘宁，李雷.关于建筑幕墙设计的问题与建议[J].城市建设理论研究，2013.

[4]罗忆，黄圻，刘忠伟.建筑幕墙设计与实施[M].北京化学工业出版社，2011.