仿古建筑物防雷設(shè)計(jì)及施工

摘要：在建筑施工現(xiàn)場，建設(shè)單位和施工單位都十分重視的安全問題，主要是針對高空墜落、高空墜物、塔吊、提升機(jī)、臨時(shí)用電等方面。而建筑施工現(xiàn)場防雷擊是一個(gè)相對薄弱的環(huán)節(jié)。本文就環(huán)翠樓改造工程簡單介紹如何安裝防雷擊裝置做好防雷擊工作，減少雷擊帶來的損害。另外建筑物由金屬材料作為屋面的建筑物，由于其屋面板具有與避雷網(wǎng)同等的接閃效果，故其防雷設(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，針對金屬屋面的特殊性來探討其防雷設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：防雷擊；接閃器；建筑施工；金屬屋面;降阻劑；1概述雷是一種大氣放電現(xiàn)象。如果雷云較低，周圍又沒有帶異性電荷的雷云，就會(huì)在地面凸出物上感應(yīng)出異性電荷，兩者空隙間產(chǎn)生了巨大電場，當(dāng)電場達(dá)到一定強(qiáng)度，空隙間的空氣劇烈游離，造成雷云與地面凸出物之間放電，這就是通常所說的雷擊。雷擊可產(chǎn)生數(shù)百萬伏的沖擊電壓，數(shù)十萬安培的沖擊電流，且放電時(shí)間極短。能對施工現(xiàn)場的建筑物或者構(gòu)筑物、建筑材料、機(jī)械設(shè)備、電氣和腳手架等造成損壞及人身造成嚴(yán)重的傷害，同時(shí)也會(huì)對建筑物本身造成毀壞。威海市屬雷擊高發(fā)區(qū)，尤其是沿海山區(qū)，如果麻痹大意，往往會(huì)造成施工中不必要的損失和事故。另外我們所做的工程建筑物主體采用銅裝飾，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。我們對環(huán)翠樓工程的整個(gè)施工過程進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估，提出了兩個(gè)問題：問題一：鋼結(jié)構(gòu)在裸露的山頂施工遇到雷雨天有遭雷擊的風(fēng)險(xiǎn)；問題二：主樓整體采用銅裝飾且建筑基礎(chǔ)為風(fēng)化巖聯(lián)合接地阻值有達(dá)不到設(shè)計(jì)值≤1Ω的風(fēng)險(xiǎn)；針對上述兩項(xiàng)問題，我們在理論上進(jìn)行了分析論證：原有的施工方法存在隱患，必須編排新的施工方案，研究新的施工做法，才能從根本上消除隱患。具體闡述如下：2施工現(xiàn)場防雷擊2.1防雷擊裝置施工現(xiàn)場的防雷擊裝置一般由接閃器（避雷針），接地線和接地體組成。接閃器應(yīng)安裝在高出建筑物或者構(gòu)筑物的塔吊，外用電梯，物料提升機(jī)，鋼腳手架等頂端。接閃器的長度應(yīng)為1~2m。接地線可用截面積不小于16mm2的鋁導(dǎo)線，截面積不小于12mm2的銅導(dǎo)線，或者直徑不小于8mm的圓鋼，20mm×20mm的扁鋼，也可以利用建筑物或者構(gòu)筑物的金屬結(jié)構(gòu)體，但要確保良好的電氣連接。施工現(xiàn)場一般都選用圓鋼和扁鋼。接地體有放射式和帶式兩種。放射式接地體是采用多根長度1.5m，直徑50mm的鋼管或者50×50mm的角鋼，將其一端垂直打入地下，其頂端離地面不小于50mm，用40×40mm的扁鋼呈放射狀連接。帶式接地體是將多根長度1.5m，直徑50mm的鋼管或者50mm×50mm的角鋼，將其一端垂直打入地下，其頂端離地面不小于50mm，用40mm×40mm的扁鋼呈水平連接。防雷擊裝置的接閃器，接地線和接地體之間的連接必須雙面焊接，焊縫為圓鋼直徑的6倍或者扁鋼厚度的2倍以上。施工現(xiàn)場的防雷擊裝置的沖擊接地電阻值不得大于30Ω；施工現(xiàn)場設(shè)有變電所、配電所的，其防雷擊裝置的沖擊接地電阻不得大于10Ω。現(xiàn)場澆制的或由預(yù)制構(gòu)件組成的鋼筋混凝土屋面，其鋼筋應(yīng)綁扎或焊接成閉合回路，并應(yīng)每隔18~24m采用引下線接地一次。防雷擊感應(yīng)的接地裝置應(yīng)和電氣設(shè)備接地裝置共用，其接地電阻不應(yīng)大于10Ω。2.2防雷擊部位建筑施工現(xiàn)場主要是防直擊雷。建筑施工現(xiàn)場需要考慮防直擊雷的部位主要是塔式起重機(jī)、物料提升機(jī)、外用電梯等高大機(jī)械設(shè)備及鋼腳手架、在建工程金屬機(jī)構(gòu)等高架設(shè)施；防感應(yīng)雷的部位則是現(xiàn)場變電所，配電室的進(jìn)、出線處。在考慮防直擊雷的部位時(shí)，首先應(yīng)考察和通過計(jì)算確認(rèn)，施工現(xiàn)場是否在鄰近建筑物或構(gòu)筑物的防直擊雷裝置的防雷保護(hù)范圍以內(nèi)。如果在保護(hù)范圍以內(nèi)，則可不另設(shè)防直擊雷裝置；如果在保護(hù)范圍以外，則應(yīng)按當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)規(guī)律綜合確定安裝防雷裝置。在鋼結(jié)構(gòu)施工的過程中，每一根直立起來的鋼柱都是一根接閃器，如果其基礎(chǔ)未作接地連接，那是很危險(xiǎn)的（安裝接地圖指標(biāo)出的引下線只是針對具體的幾個(gè)柱子）。特別是在工程施工過程中鋼柱之間未進(jìn)行結(jié)構(gòu)焊接，如果遭到雷擊其后果嚴(yán)重。2.3防雷擊保護(hù)范圍防雷保護(hù)范圍是指接閃器對直擊雷的保護(hù)范圍。接閃器防直擊雷的保護(hù)范圍是按“滾球法”確定的。所謂滾球法是指選擇一個(gè)其半徑hr（由防雷類別確定）的一個(gè)可以滾動(dòng)的球體，沿需要防直擊雷的部位滾動(dòng)，當(dāng)球體只觸及接閃器（包括被利用作為接閃器的金屬物），或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物），而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí)，則該未被觸及部分就得到接閃器的保護(hù)。在施工現(xiàn)場年平均雷暴日數(shù)大于15天／年的地區(qū)，設(shè)備和金屬架構(gòu)高度為15米及以上時(shí)；或年平均雷暴日數(shù)15天／年及以下地區(qū)，設(shè)備和金屬架構(gòu)高度為20米及以上時(shí)，防雷等級可按第三類防雷類別對待。相應(yīng)地確定接閃器防雷保護(hù)范圍地滾球半徑即為60米。2.4施工現(xiàn)場常用防雷擊措施做好防雷擊工作，認(rèn)真辨別建筑施工現(xiàn)場是否要安裝防雷擊裝置。千萬不要馬虎從事，尚須指出的是：當(dāng)施工現(xiàn)場最高機(jī)械設(shè)備上接閃器的保護(hù)范圍能覆蓋其他設(shè)備，且又最后退出現(xiàn)場，則其他設(shè)備可不設(shè)防雷裝置；施工單位要對施工人員進(jìn)行安全教育，對雷擊的基本常識(shí)有一定的了解，特別是跨步電壓；雷雨天氣時(shí)，不得進(jìn)行任何露天作業(yè)；對防雷擊裝置進(jìn)行定期檢查，對沖擊接地電阻值進(jìn)行定期檢測，確保在有效值范圍；確保消防設(shè)施設(shè)備到位并有效；制定防雷擊的安全措施和緊急預(yù)案，定期組織演習(xí)；辦公，生活區(qū)要與施工區(qū)分開設(shè)置，確保施工道路的暢通。2.5環(huán)翠樓建設(shè)施工現(xiàn)場防雷擊措施在通常的建筑施工往往安裝與土建是兩個(gè)相對獨(dú)立的項(xiàng)目，安裝工序的安排沒有考慮到自己的工序安排應(yīng)對其它工種提供安全保障?，F(xiàn)在應(yīng)該合理安排工序，修改施工方案，給鋼結(jié)構(gòu)的施工提供安全保障。針對目標(biāo)要求，工程小組成員總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，多方論證，圍繞實(shí)現(xiàn)確保鋼結(jié)構(gòu)施工人員不受雷擊的活動(dòng)目標(biāo)，提出多種技術(shù)更新想法，決定采用在主樓四角增加接地極，引出接地扁鋼與接地網(wǎng)連接，每一根鋼柱根部都要與接地網(wǎng)進(jìn)行連接。（在阻值達(dá)不到要求時(shí)，在適當(dāng)?shù)难a(bǔ)打接地極）圖1主樓四角增加接地極通過比較，最后確定“采用多打接地極引扁鐵與接地網(wǎng)連接”為實(shí)施方案，如上圖采用φ50L2500鍍鋅鋼管找腐殖土較厚處向水平或斜下方打接地極6根增大接地面積，引出接地扁鋼與棋盤式接地網(wǎng)連接，使之達(dá)到防雷接地阻值≤4Ω。（下圖為接地扁鋼所處的位置）具體實(shí)施方案如下：在鋼結(jié)構(gòu)施工前，首先查詢防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范匯編的各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇樁基礎(chǔ)開挖的比較深的、間距不超過20米位置設(shè)置接地點(diǎn)，繪制接地點(diǎn)的位置。其次選擇長度2.5m合格鋼管，間距3米成排打6根接地極，要求位置準(zhǔn)確，有基礎(chǔ)梁的焊跡要飽滿?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)測試，測試用的電線連接結(jié)實(shí)可靠，探棒要插在沒有經(jīng)過開挖的土中（因?yàn)榛靥钔恋拿芏冗^大，不能反映出真實(shí)的接地電阻）。如果阻值達(dá)不到，就需要向外圍敷設(shè)均壓環(huán)增設(shè)接地極。直至符合要求。接地點(diǎn)與鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)網(wǎng)格連接，焊跡飽滿，搭接倍數(shù)為2倍扁鋼寬度。阻值達(dá)到要求后，與鋼結(jié)構(gòu)公司進(jìn)行工序交接。每月對接地系統(tǒng)進(jìn)行1次測試，隨時(shí)監(jiān)控接地電阻的變化。3金屬屋面的防雷設(shè)計(jì)隨著科技技術(shù)的發(fā)展，各式各樣的現(xiàn)代建筑物如百花爭艷地展現(xiàn)在人們的眼前如玻璃墻體、金屬體包裝等，現(xiàn)在又有許多新型的建筑物采用彩鋼壓型板和彩鋼夾芯板。由于這種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、倉庫、體育場、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。3.1接閃器《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的第條有專門對金屬屋面作接閃器的情況提出要求：第一類防雷建筑除外；《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ16-2008第11.6.5條對于利用彩鋼板，銅板，鋁板等做屋面的建筑物，當(dāng)符合下列要求時(shí)，宜利用其屋面作為接閃器：①金屬板之間具有持久的貫通連接；②當(dāng)金屬板需要防雷擊穿孔時(shí)，鋼板厚度不應(yīng)小于4mm，銅板厚度不應(yīng)小于5mm，鋁板厚度不應(yīng)小于7mm；③當(dāng)金屬板不需要防雷擊穿孔和金屬板下面無易燃物品時(shí)，鋼板厚度不應(yīng)小于0.5mm，銅板厚度不應(yīng)小于0.5mm，鋁板厚度不應(yīng)小于0.65mm，鋅板厚度不應(yīng)小于0.7mm；④金屬板應(yīng)無絕緣被覆蓋。壓型鋼板是以彩色涂層鋼板或鍍鋅鋼板為基材，經(jīng)輥壓冷彎成型的建筑用圍護(hù)板材，其保溫及隔熱層為離心超細(xì)玻璃絲棉卷氈。此種板材現(xiàn)場制作，有利于解決大范圍內(nèi)面板搭接易于出現(xiàn)的接縫不嚴(yán)的情況，現(xiàn)場復(fù)合使整個(gè)大面積的屋面成為一個(gè)整體，更加堅(jiān)固、易排水、防漏、保溫，而且建筑外形更加統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、美觀。而夾芯板是將彩色涂層鋼板面板及底板與保溫芯材通過粘接劑（或發(fā)泡）復(fù)合而成的保溫復(fù)合圍護(hù)板材，按保溫芯材的不同可分為硬質(zhì)聚氨脂夾芯板、聚苯乙烯夾芯板、巖棉夾芯板，夾芯板一般為工廠預(yù)制。圍護(hù)系統(tǒng)連接方式一般為咬合連接或者搭接連接。根據(jù)它的特性滿足金屬板之間具有持久的貫通連接的要求。同時(shí)規(guī)范要求接閃器應(yīng)熱鍍鋅，焊接處應(yīng)涂防腐漆，在腐蝕性較強(qiáng)的場所，還應(yīng)加大其截面或采取其他防腐措施。3.2引下線采用彩鋼板做屋面的工程為輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的主鋼架、次構(gòu)件、圍護(hù)系統(tǒng)在施工中已經(jīng)作了可靠的連接，形成了持久的電氣通路。因此，只要設(shè)置了可靠的接地裝置，就可以按跨度將鋼柱作為引下線。這一點(diǎn)，《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-94，2000版）第條已經(jīng)作了規(guī)定。當(dāng)然，規(guī)范對各類防雷建筑物的引下線間距做了要求，不過在土建施工時(shí)，只要所有的鋼柱和接閃器、接地裝置做了可靠連接，那么它們都是引下線，實(shí)際效果超過了規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。另外，此條規(guī)定的條文說明指出它適合設(shè)斷接卡子的情況，而根據(jù)規(guī)范第4.2.4條，當(dāng)利用鋼柱做引下線同時(shí)采用基礎(chǔ)接地體時(shí)是可以不設(shè)斷接卡的。鋼柱本身做了防腐處理，含絕緣被覆層，也起到一定的防護(hù)作用。另外，此條規(guī)定的條文說明指出它適合設(shè)斷接卡子的情況，而根據(jù)規(guī)范第4.2.4條，當(dāng)利用鋼柱做引下線同時(shí)采用基礎(chǔ)接地體時(shí)是可以不設(shè)斷接卡的。3.3接地裝置在現(xiàn)行設(shè)計(jì)中，一般將基礎(chǔ)鋼筋作為自然接地體，用40×4的鍍鋅扁鋼將其連通，并施行總等電位聯(lián)結(jié)。這樣進(jìn)行處理，接地電阻很小，一般容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意，應(yīng)在室外合適位置預(yù)留接地連接板，做法可以參考國家標(biāo)準(zhǔn)圖集《接地裝置安裝》(03D501-4)。這樣，當(dāng)接地電阻值達(dá)不到要求時(shí)，施工單位可以方便地連接人工接地體和測試接地電阻值，這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)圖紙中有所體現(xiàn)。另外，在設(shè)計(jì)圖紙中，不能泛泛而談“利用建筑物基礎(chǔ)鋼筋做自然接地體”。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物在基礎(chǔ)施工時(shí)需預(yù)埋地腳螺栓，加墊片后才能和鋼柱相連。須知：預(yù)埋的接地螺栓本身和基礎(chǔ)鋼筋是沒有電氣連接的。所以土建施工時(shí)可用不小于φ10鋼筋或圓鋼將基礎(chǔ)鋼筋和接地螺栓可靠焊接，具體做法參見國家標(biāo)準(zhǔn)圖集《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》（03D501-3）的17頁。這樣，從接閃器到引下線，再到接地裝置，雷電流才具備完整的泄放通道。這樣做還不夠，還應(yīng)該用短鋼筋和基礎(chǔ)鋼筋可靠焊接，并引出基礎(chǔ)外，供聯(lián)結(jié)接地環(huán)網(wǎng)，方有利于降低自然接地體的接地電阻值和實(shí)施有效的等電位聯(lián)結(jié)。這一點(diǎn)對于設(shè)置獨(dú)立基礎(chǔ)的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑尤其重要，所以有必要在設(shè)計(jì)圖紙中交待清楚。如果忽視了輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物接地裝置的特殊性，即基礎(chǔ)鋼筋和接地螺栓本身并沒有電氣連接這一事實(shí)，造成的后果則是整個(gè)建筑物沒有可靠的接地網(wǎng)。采取的補(bǔ)救措施是用40X4的鍍鋅扁鋼做等電位環(huán)網(wǎng)，鍍鋅扁鋼過鋼柱時(shí)應(yīng)和柱底腳板下側(cè)可靠焊接，這樣，鍍鋅扁鋼充當(dāng)了接地極和接地線的雙重角色。等電位接地環(huán)網(wǎng)沿建筑物外圍敷設(shè)一周，這樣的接地環(huán)尺寸較大，室內(nèi)地電位分布可能陡峭，還應(yīng)該加敷均壓接地網(wǎng)。以此來減小接觸電壓和跨步電壓。3.4環(huán)翠樓樓體防雷設(shè)計(jì)新建環(huán)翠樓工程“主樓整體采用銅裝飾且建筑基礎(chǔ)為風(fēng)化巖聯(lián)合接地阻值有達(dá)不到設(shè)計(jì)值≤1Ω的風(fēng)險(xiǎn)”，聯(lián)合接地的電阻達(dá)到設(shè)計(jì)值必須≤1Ω。本工程銅材的厚度實(shí)測均大于2.5mm，銅裝飾下無可然材料。其難點(diǎn)在于保證暗敷于銅裝飾下的扁鐵與接閃的銅構(gòu)之間的焊接飽滿，搭接倍數(shù)符合要求，連接隱蔽美觀。避雷系統(tǒng)與銅裝飾的配合施工我們以前沒做過，上?！皷|方明珠”遭雷擊燒毀避雷器，又使我們對半導(dǎo)體避雷器的使用，不敢信任。為保證避雷效果，決定采用“換土保守方式”，雖然工程量大，只要土建回填時(shí)，采用腐殖土，達(dá)到設(shè)計(jì)值是有保障的。但在施工過程中，決定熱熔焊接進(jìn)行扁鋼與銅件的焊接，采用哪種焊接方式是解決的關(guān)鍵問題。最后我們經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)比對決定采用氬弧焊對扁鋼與銅件的焊接。其優(yōu)點(diǎn)在于①在于銅結(jié)構(gòu)焊接過程中對銅結(jié)構(gòu)造成的變形小。②施工方便。③焊跡飽滿可靠。④產(chǎn)生的明火小，利于防火。施工過程中，首先繪制需要焊接的暗敷避雷帶。根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)明敷避雷帶的位置，把-40×4鍍鋅扁鋼暗敷于銅瓦下；屋面挑檐在混凝土內(nèi)和銅瓦下都暗敷扁鋼構(gòu)成雙層保障，主樓寶塔與四根-40×4接地扁鋼可靠焊接，寶頂與鋼構(gòu)可靠焊接。在可靠焊接的同時(shí)，還要求材料的厚度不能小于2mm。其次對于暗敷避雷帶的焊接，要求焊跡飽滿，搭接倍數(shù)2倍扁鋼寬度，要與鋼結(jié)構(gòu)柱焊接在一起。要求銅結(jié)構(gòu)之間、銅結(jié)構(gòu)與暗敷避雷帶的焊接合格，根據(jù)技術(shù)交底精確定位，對于易遭受雷擊部位銅與銅、銅與鐵之間進(jìn)行可靠焊接。在實(shí)施過程中要進(jìn)行準(zhǔn)確測量，從屋頂引出測試點(diǎn)進(jìn)行檢測，保證焊接貫通性。4結(jié)束語經(jīng)過1年多的工程項(xiàng)目實(shí)施活動(dòng)，完成了防雷設(shè)計(jì)的課題，通過現(xiàn)場檢查和監(jiān)控，“仿古建筑防雷做法”達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，確保了鋼結(jié)構(gòu)施工人員不受雷擊。項(xiàng)目部對工程