1、引言:鋼結構是由鋼板,熱軋型鋼和冷加工成型的薄壁型鋼制造而成。具有:材料強度高,鋼材質量輕;韌性,塑性好;材質均勻;制造簡單,施工周期短;密封性好等特點。而且造型美觀大方,建設周期短,因而得到廣泛的應用于機場、展覽館、體育館、各類工業廠房、大型超市等,由于鋼結構*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裝置設計有較大的差異。下面就本人通過對鋼結構建筑物的防雷裝置設計和竣工驗收的實際經驗總結,對鋼結構建筑物防雷裝置設計作一個初步的探討。
首先,我們先分析一下綜合防雷設計的要素,建筑物的綜合防雷裝置設計總的來講可分為兩部分:外部防雷和內部防雷。外部防雷措施包括:接閃器(針、網、帶和線)、引下線、屏蔽和共用接地系統,內部防雷措施包括:共用接地系統、屏蔽(隔離)、等電位連接、合理布線和安裝浪涌保護器(SPD)。鋼結構建筑物作為現代建筑物的一種新型建筑,它的防雷裝置設計也離不開這個范圍,同時又有著其特殊的地方,下面就鋼結構建筑物防雷的不同點加以探討。
2、鋼結構建筑物的外部防雷
2.1接閃器 首先應根據建筑物的使用性質、發生雷電事故的可能性和后果,并認真調查該位置的地理、地質、氣象環境和雷電活動規律來確定該建筑物為第幾類防雷建筑物,再選擇用何種接閃器。由于鋼結構建筑物的金屬屋面更容易引起雷擊,所以在設計時,應根據防雷類別考慮在屋面上安裝何種接閃器。傳統建筑物的避雷方式是采用富蘭克林常規避雷導體或避雷地結合避雷網,但是金屬屋面的金屬板較薄,無法安裝高大沉重的傳統避雷針,其次從閃電理論來講,云地閃電與人類關系zui密切,它是雷雨云中荷電中心對大地的脈沖放電過程,該過程除存在光導、回擊主要脈沖放電過程外,還存在一系列其他脈沖放電過程,回擊的特點是峰值電流高,放電時間短,回擊的電流脈沖平均峰值為幾十到幾百千安,持續時間約為幾十到上百微秒,形成了閃電電流的劇烈變化?,F在的做法,有安裝多棵避雷針形式或避雷網形式,也有采用避雷帶形式,不論采用什么形式的接閃器,首先必須考慮防雷效果,對建筑物內部設備的保護,同時還應考慮施工實現的問題。所以除開*類防雷建筑物外,可直接利用金屬屋面作接閃器,根據建筑物的使用性質,對金屬板的厚度要求不一樣(如下表),
厚度達不到要求時,屋面不能作接閃器,可采用25×25mm的鋁合金方管將扁鋼架空,扁鋼與方管之間用直桿螺栓固定,方管與彩板之間用AB膠黏結,這樣即能防水又能防銹。屋檐部位的接閃器,可采用鉚釘將扁鋼與金屬板鉚住,這樣即牢固又美觀。
2.2屏蔽 鋼結構建筑物的屏蔽,可根據自身的特點采取相應的措施,常規建筑物的屏蔽是采取法拉第籠式保護法,鋼結構建筑物可利用自身的鋼結構,做好垂直和水平方向的導體連接來達到屏蔽的效果。
3、鋼結構建筑物的內部防雷 避雷針(或避雷帶、避雷網)、引下線和接地系統等構成外部防雷系統,主要是為了保護建筑物免受雷擊引起火災事故及人身和財產安全事故。內部防雷系統則是防止雷電和其他形式的過電壓侵入設備中造成毀壞,這是外部防雷系統無法保證的,為了實現內部避雷,需要進出各保護區的電線,金屬管道等都要連接避雷及過電壓保護,并進行等電位連接。
3.1防雷電感應 雷電感應是指雷電放電時,在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應。所形成的過電壓可能使金屬部件之間產生火花放電,其危害在于它能感應出相當高的電壓,由此發生火花放電引發爆炸事故。所以,防雷電感應僅對制造、使用或儲存爆炸物質的建筑物和爆炸危險環境采取防雷電感應措施,其它環境可不考慮。
3.1.1*類防雷建筑物的防雷電感應措施
鋼結構建筑物由于本身性質的特點,可采取如下措施:
⑴為防止靜電感應產生火花,應將鋼結構建筑物內的金屬物(如設備、管道、構架、電纜外皮等較大金屬構件)和整體鋼屋架及屋面均應接到防雷電感應的接地裝置上。特別是鋼屋架應做好連接,應在等電位連接的部位采取鉚釘連接法,一般不采取螺栓連接,根據建筑物的使用性質和功能,也可以考慮采用焊接連接法。
⑵為防止電磁感應產生火花,平行敷設的長金屬物如管道、電纜外皮等,其相互間凈距小于100mm時應每隔20mm-30mm用金屬線跨接。凈距小于100mm的交叉處及管道連接處(如彎頭、閥門、法蘭盤等),應用金屬線跨接。
⑶接地裝置應和電氣設備接地裝置共用,其工頻接地電阻≤10Ω。
3.1.2第二類防雷建筑物的防雷電感應措施 第二類防雷鋼結構建筑物的根據使用性質和功能可采取如下措施:
⑴建筑物內的設備、管道和本身鋼結構屋架及屋面,應就近接至防直擊雷接地裝置或電氣設備的保護接地裝置上,不另設接地裝置。
⑵為防止電磁感應產生火花,平行敷設的長金屬物如管道、電纜外皮等,其相互間凈距小于100mm時應每隔20mm-30mm用金屬線跨接。凈距小于100mm的交叉處及管道連接處(如彎頭、閥門、法蘭盤等),應用金屬線跨接,但長金屬物連接處可不跨接。
⑶建筑物內防雷電感應的接地干線與接地裝置的連接不應少于兩處。
3.2防雷電波的侵入 雷電波侵入是指由于雷電對架空線路或金屬管道的作用,使沖擊過電壓波沿著這些管線侵入建筑物內,從而危及人身安全和損壞設備。這種雷害現象占雷害的絕大部分,凡是有防雷要求的建筑物均應考慮,鋼結構建筑物也不例外。下面就鋼結構建筑物對防雷電波的侵入加以介紹:
⑴低壓線路宜全線采用電纜直接埋地敷設,在入戶端應將電纜的金屬外皮、鋼管接到防雷電感應的接地裝置上。當無法全線埋地敷設時,在入戶端應采用一段金屬鎧裝電纜引入,同時要根據鋼結構建筑物的防雷類別采取相應的埋地長度。
⑵架空金屬管道,在進入鋼結構建筑物處,應與防雷電感應的接地裝置相連。距離建筑物100米內的架空管道,還應每隔25米接地一次,*、二類沖擊電阻≤20Ω,第三類沖擊電阻≤30Ω。
4、結束語 鋼結構建筑物日益漸增,而相應的防雷規范還未出臺,本文通過多個鋼結構工程防雷裝置設計的總結,對不同于普通建筑物防雷的部分加以論述,經過實踐的檢驗,效果不錯。總之,鋼結構建筑物的防雷裝置設計應以系統方法為指導,注重現代建筑物防雷的整體性、結構性、層次性和目的性原則,按防雷規程整體地做好各項防雷要素的配合,才能發揮良好的防雷作用。