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    鋼結構廠房防雷接地設計

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    鋼結構廠房造型具有造價低,速度快,外觀 漂亮,色彩鮮艷、且維護費用低、抗震性強、剩余 價值高等特點,因而得到廣泛的應用,如各類工 業廠房、公路(鐵路)庫、倉庫、飛機庫、集貿市場、 體育場館、航空港、商業建筑等。由于鋼結構獨 特的建筑體系,使得此類建筑和普通磚混結構、 框架結構建筑物的防雷工程設計和施工有較大 的差異。筆者通過工程設計、現場驗收的實際經 驗總結,對鋼結構廠房防雷設計的相關問題作一 些粗淺的探討。
    1鋼結構廠房的建筑體系
    鋼結構廠房基礎分為鋼筋混凝土獨立基礎 和鋼筋混凝土條形基礎,前者在地質情況較好的 場地使用,后者則應用于地質情況較差的場地。 施工時需預埋地腳螺栓,加墊片后和鋼柱相連。
    鋼結構廠房采用預制構件,不允許現場鉆 孔、焊接。主鋼架(梁、柱)為焊接型鋼或熱軋型 鋼,以充分發揮高強度鋼材的力學性能。次構件 (標條)為高強度的、經防腐處理的冷彎薄壁C型 或Z型鋼,和主鋼架釆用螺栓連接。
    鋼結構廠房的圍護系統(墻體、屋頂)分為彩 鋼壓型板和彩鋼夾芯板,大多采用自攻螺栓和標 條(屋面標條或沿墻標條)連接。壓型鋼板是以 彩色涂層鋼板或鍍鋅鋼板為基材,經輾壓冷彎成 型的建筑用圍護板材,其保溫及隔熱層為離心超 細玻璃絲棉卷氈。此種板材現場制作,有利于解 決大范圍內面板搭接易于出現的接縫不嚴的情 況,現場復合使整個大面積的屋面成為一個整 體,更加堅固、易排水、防漏、保溫,而且建筑外形 更加統一、協調、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 泡)復合而成的保溫復合圍護板材,按保溫芯材 的不同可分為硬質聚氨脂夾芯板、聚苯乙烯夾芯 板、巖棉夾芯板。夾芯板一般為工廠預制。圍護 系統連接方式一般為咬合連接或者搭接連接。 一般而言,墻體的做法先是砌1.2 m高、厚0.3 m (嚴寒地區厚度為0. 37 m)的磚墻或者加氣混凝 土砌塊,其上才是夾芯板或者壓型板。
    2 鋼結構廠房的防雷及接地
    2.1接閃器
    防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置組 成。接閃器位于防雷裝置的頂部,其作用是利用 其高出被保護物的突出地位把雷電引向自身,承 接直擊雷放電。除避雷針、避雷線、避雷網、避雷 帶可作為接閃器外,《建筑物防雷設計規范》 (GB50057 -94,2000 版)第 4. 1.4 條給出 了金屬 屋面作為建筑物(第一類防雷建筑物除外)防雷 接閃器的四個要求。
    用金屬屋面作接閃器時,金屬板之間的搭接 長度不得小于100 mm;金屬板下方無易燃物品 時,其厚度不應小于0.5 m;金屬板下方有易燃物 品時,為了防止雷擊穿孔,所用鐵板、銅板、鋁板 厚度分另U不得小于4 mm,5 mm,7 mm;金屬板不 得有絕緣層。
    規范針對金屬板下面有無易燃品的不同情 況,對金屬板的厚度做了不同的要求,明確規定

    “金屬板下面無易燃品時,其厚度不應小于 0.5mm”。讓我們看看四種保溫芯材的物理特 性。硬質聚氨脂屬B1級建筑材料,導熱系數為 0.016 -0. 025,為難燃體;聚苯乙烯屬阻燃型材 料,氧指數不小于30,導熱系數為0. 029,為阻燃 自熄型;巖棉屬于不燃燒材料,導熱系數為 0.044;玻璃絲棉屬A級建筑材料,導熱系數為 0. 038 -0.042,為非燃燒體。另外,保溫芯材所用 粘膠劑也是阻燃型。所以,鋼結構廠房的圍護系 統為非燃體,當利用金屬板做接閃器時,厚度不 應小于0.5 mm即可。
    從結構專業角度出發,屋面板的厚度選擇一 般考慮三個因素:第一是風荷載;第二是雪荷載; 第三是標距。因此不同地域可能所選的屋面板 厚度就不一樣,電氣設計人員需要和結構專業及 時溝通,厚度滿足規范要求時,再考核其他條件。 若厚度不滿足要求應該參考國家標準圖集《壓型 鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構造X01J925 - 1) 做避雷帶,其中壓型鋼板屋面避雷帶的細部做法 參見48頁,夾芯板屋面避雷帶的細部做法參見 66頁。所以,電氣設計人員引用標準做法時應注 意。避雷帶網格大小應該按規范的要求和各類 建筑物的防雷類別嚴格對應,施工圖紙應當按規 范劃分的標準準確標注。
    鋼結構廠房的圍護系統連接方式一般為咬 合或者搭接。無論是壓型鋼板還是夾芯板,其外 觀都是瓦楞形的。在施工中,采用搭接時的搭接 長度至少要達到一個波峰或波谷,超過100 mm 則完全滿足規范的要求。
    另外,規范注釋提到“薄的油漆保護層”不算 是絕緣被覆層。因此,可以認為彩色涂層鋼板無 絕緣被覆層,而鍍鋅鋼板則更是電的良好導體。 所以,筆者以為《建筑物防雷設計規范》 (GB50057 -94,2000版)第4. 1. 4條的第四個要 求也是滿足的。
    綜上所述,厚度達到0.5 mm的鋼結構廠房的 屋面夾芯板(或壓型鋼板)可以作為接閃器。
    2.2 引下線
    從鋼結構廠房的建筑體系的介紹可以看出, 只要主鋼架、次構件、圍護系統在施工中已經作 了可靠的連接,形成了持久的電氣通路,就可以 按跨度將鋼柱作為引下線。這一點,《建筑物防 雷設計規范》(GB50057 - 94,2000版)第4. 2.3 條已經作了規定。當然,規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,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,實際效果超過了規范 的標準。
    2. 3 接地裝置
    在現行設計中,一般將基礎鋼筋作為自然接 地體,用40 mmx4 mm的鍍鋅扁鋼將其連通,并 施行總等電位聯結。這樣進行處理,接地電阻很 小,一般容易達到設計要求。在設計中應當注 意,應在室外合適位置預留接地連接板,做法可 以參考國家標準圖集《接地裝置安裝X03D501 - 4)0這樣,當接地電阻值達不到要求時,施工單 位可以方便地連接人工接地體和測試接地電阻 值,這一點應當在設計圖紙中有所體現。
    在設計圖紙中,不能泛泛而談“利用建筑物 基礎鋼筋做自然接地體”。鋼結構廠房在基礎施 工時需預埋地腳螺栓,加墊片后才能和鋼柱相 連。須知:預埋的接地螺栓本身和基礎鋼筋是沒 有電氣連接的!所以,土建施工時可用不小于 010鋼筋或圓鋼將基礎鋼筋和接地螺栓可靠焊 接,具體做法參見國家標準圖集《利用建筑物金 屬體做防雷及接地裝置安裝XO3D5O1 - 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 應該用短鋼筋和基礎鋼筋可靠焊接,并引出基礎 外,供聯結接地環網,方有利于降低自然接地體 的接地電阻值和實施有效的等電位聯結。這一 點對于設置獨立基礎的鋼結構建筑尤其重要,所 以需要在設計圖紙中交待清楚。
    如果忽視了鋼結構廠房接地裝置的特殊性, 即基礎鋼筋和接地螺栓本身并沒有電氣連接,則 整個建筑物就沒有可靠的接地網?刹扇∮ 40 x4的鍍鋅扁鋼做等電位環網,鍍鋅扁鋼過鋼 柱時應和柱底腳板下側可靠焊接,這樣,鍍鋅扁 鋼充當了接地極和接地線的雙重角色。
    除等電位接地環網沿建筑物外圍敷設一周 外,在建筑物內還應該按跨度設置均壓網格,不 但降低跨步電壓,保護人身安全,而且有利于工 業廠房生產設備就地實施等電位聯結,縮短等電 位聯結線的長度。

     

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