主题乐园建筑金属屋面的防雷设计与施工

贾计勋， 王 东， 吴耀华

(1. 中国京冶工程技术有限公司，北京 100088； 2. 中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088)

0 引言

随着我国国民经济的发展，主题乐园在国内各大中小城市遍地开花。 新型建筑装饰材料彩色压型板因价格低廉、施工简单、造型美观被广泛用做主题乐园建筑物的屋面及装饰。 但其金属屋面防雷却成为了设计与施工的重点难点。

主题乐园建筑通常体量较大(例如假山)、造型奇特、屋面突出构件和造型比较多(图1)。 其金属屋面具有以下特点:多种金属材料(例如彩色钢板、铝合金板、不锈钢板)混合使用，易引起电化学腐蚀；超高的塔式建筑，需要防侧击雷；金属屋面板是否可以作为接闪器需要分析判断；金属屋面不仅需要防水，还需要保温隔热，有些情况还有水密或气密要求。

因此，主题乐园金属屋面的构成层次较多(图2)，如何保证可靠的电气连接是主题乐园金属屋面防雷的突出问题。

图1 屋面外包装造型

图2 金属屋面外加装饰层

1 确定建筑防雷等级

根据国家标准GB 50057－2010《建筑物防雷设计规范》(以下简称“《规范》”)第3.0.3、3.0.4 款确定建筑物防雷等级。 通常，对于一般性的民用建筑物，应根据建筑物所处的地域气象条件、地理位置、建筑物的结构形式及外型尺寸等因素计算出年预计雷击次数，并通过年预计雷击次数确定防雷等级。

2 金属屋面接闪器的设计

《规范》第5.2.7 规定:“除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其金属屋面作为接闪器，并符合下列规定:(1)板间的连接应是持久的电气贯通；(2)金属板下面无易燃物品时，铅板的厚度不应小于2mm，不锈钢、热镀锌钢、钛和铜板的厚度不应小于0.5mm，铝板厚度不应小于0.65mm，锌板的厚度不应小于0.7mm；(3)金属板下面有易燃物品时，不锈钢、热镀锌钢和钛板的厚度不应小于4mm，钢板的厚度不应小于5mm，铝板的厚度不应小于7mm；(4)金属板应无绝缘被覆层(薄的油漆保护层或1mm 沥青层或0.5mm 厚的聚氯乙烯层不属于绝缘被覆层)。”

2.1 利用装饰性金属屋面作为接闪器

当装饰性屋顶区域满足上述(1)～(4)条款规定时可利用金属屋面作为接闪器，此做法不仅可以保持主题乐园建(构)筑物外型美观，同时简化施工工序，节省投资。 但是不能保证金属屋面被雷击穿孔的可能性。 当金属屋面采用彩色压型钢板时，雷击穿孔的部分都是面层，面层下还有以防火阻燃材料，如玻璃丝绵、岩棉或泡沫玻璃的保温隔热层以及以彩色钢板材料做的底层。 因此，当屋面被击穿后，彩钢板的高温溶液并不会出现渗漏现象。 被雷击损坏的金属屋面可以通过定期维修解决问题。

2.2 接闪器其他防雷措施

2.2.1 防侧击雷设计

《规范》第4.3.9 及4.3.8 规定:“高于60m 的建筑物，其上部占高度20%并超过60m 的部位应防侧击雷，防侧击应符合下列规定:(1)在建筑物上部占高度20%并超过60m 的部位，各表面上的尖物、墙角、边缘、设备以及显著的突出的物体，应按屋顶上的保护措施处理。 (2)在建筑物上部占高度20%并超过60m 的部位，布置接闪器应符合对本类防雷建筑物的要求，接闪器应重点布置在墙角、边缘和显著突出的物体上。”

2.2.2 防侧击雷措施

利用主题乐园四周圈梁内≥φ16 的两根主筋焊成闭合回路，将外墙所有的金属外窗及突出构件与均压环可靠焊接，屋面外墙上的栏杆、门窗等金属物均与接闪带相连。 室外主题乐园主体屋顶上有showset、facade、假山作为主体外包装， showset、facade 属于专项设计，构架优先采用金属材质，且showset、facade、假山与屋面接闪器可靠连接。 突出屋面女儿墙内侧假设避雷带，外侧贴敷扁钢，此种做法既保护了人身安全也保护了建筑物。

3 金属屋面接闪器的施工

3.1 屋面结构形式

主题乐园屋面由外包装及彩色压型板屋面两部分组成，屋面由钢结构、主次檩条、不锈钢丝网、玻璃纤维保温棉、咬合连接铝合金板、附加支架连接件组成，见图3～4。

图3 屋面防雷做法

图4 金属屋面雷电引下路径

3.2 防雷施工难点

(1)主题乐园屋面有假山及外包装装饰构件，造型极其复杂。 (2)施工工程量大，工期紧，施工工艺复杂及设计模型与实际模型不完全相同。 如屋面空间连接的关系十分庞杂，需要考虑镀锌支撑件与檩条之间是否保持良好的电气导通。 (3)屋面工程涉及结构、外包装、景观、装饰等专业，施工时需要边设计边施工。 (4)施工过程中交叉使用的铝合金及钢，应考虑不同金属材料连接间电化学腐蚀问题。 (5)屋面板的搭接处及避雷网支架与屋面的金属板应牢固焊接，并且与金属屋面板的连接处应做防水处理。

3.3 防雷施工工艺

直立锁边铝合金板作金属屋面板的最上层构件，此层上固定座与镀锌檩条间应保持良好的电气连接，才能确保雷电流通过镀锌钢制固定座引入大地。 固定座与镀锌檩条间应在每隔10m 处设置镀锌钢制固定座，且钢支座与檩条之间通过40×4 热镀锌扁钢连接，连接工艺采用自攻螺钉连接，连接方式见图5。 铝合金支撑层由铝合金扣板、附加扣板支撑、扣板专用龙骨、连接件及檩条组成，在钢支座与铝合金扣板之间设镀锡铜片，解决不同材料间的电化学腐蚀问题。

图5 电气节点连接工艺图

4 金属屋面防雷设计与施工的其他因素

金属屋面防雷除了接闪器外，还需要考虑接地网、引下线及接闪器电气连接因素。

4.1 接地网

主题乐园中强电、弱电与防雷系统共用接地装置，工频接地电阻应<1Ω，接地网由建筑基础钢筋网组成。 接地网采用基础承台下桩内钢筋作为自然接地体，自然接地体预留接地线与园区接地网连接。 但由于接地环的尺寸较大，室内电位差较大，应敷设均匀接地网，以减少接触电压及跨步电压。

4.2 防雷引下线

建筑物作为钢结构时，其钢柱将被作为引下线。 钢柱上应喷涂防腐绝缘漆，预防引起接触电压危险。 防雷施工中，对所有的钢柱、接闪器和接地装置做电气连接，按照设计要求，利用钢结构柱将雷电流引下，确保每根引下线的冲击接地电阻≤10Ω。

4.3 接闪器电气连接

金属屋面作为防直击雷的接闪器。 金属屋面是良好的导体，其上部与金属屋面的金属构件连接，下部与引下线连接，三者连接不仅要考虑不同材料间的电化学腐蚀，又要保证屋面接闪器—引下线—接地网全电路的可靠电气连接。 金属屋面本身是一个大的导体，但是直立锁边金属屋面系统的T 码支座都带有隔热断桥或不锈钢垫片。 在实际施工中是在金属屋面纵向、横向每隔10m 的屋面板下隐藏做一个接地，在接地点安装角码，一头固定在钢次檩支架板上，另一头固定在T 型码支座上。

5 结束语

主题乐园金属屋面防雷设计与施工不同于其他公共建筑物的防雷，在确定建筑防雷等级后，须根据金属屋面的材料及屋面板的厚度确定是否可以作为接闪器；对于大面积金属屋面利用自身作为接闪器，凡突出屋面的金属构件及通风设备应与金属屋面进行可靠连接。 对于高度较大(>60m)的屋面，需要进行防侧击雷的设计，超过60m 的各层圈梁内的两根主筋焊接连通，均压环与外部引下线及金属构件可靠连接。 当屋面由多种金属材料组成时，要注意在不同材料之间要采取隔离措施的同时，又要保证有可靠的电气连接；由于金属屋面的构造层次较多，在防雷电气连接节点设计和施工时，要保证从屋面接闪器—屋面檩条—支座—主钢结构—引下线—接地网全电路的可靠连接。 金属板屋面防雷需根据设计要求，结合施工工艺及建筑结构特点确定一个切实可行的施工方案，严格执行《建筑物防雷设计规范》，并保障建筑物的安全。 同时，建筑防雷应全面考虑接闪器、接地网、引下线、均压环等主要因素，才能保证人身的安全和设备的可靠。 除此之外，建筑物在使用工程中会出现老化现象以及防雷接地装置腐蚀问题，也是后期运营维护中必须重点关注的工作。