钢结构专业施工中厂房的防雷设计

  近几年，由于轻钢结构建筑物造型美观大方、建设周期短、工程造价低等优点，因而广泛应用与各类工业厂房、仓库、体育馆等场所。而金属板屋面容易遭受雷击，与普通砖混结构、框架结构建筑物的防雷设计有所不同。结合钢结构车间的防雷设计，针对钢结构专业施工中厂房金属屋面防雷设计的相关问题做出粗浅的探讨，为以后有效地解决金属屋面的防雷问题提供参考。

1、工程概况

钢结构厂房位于巩义市站街镇，是一个以发电、电解铝、碳素为一体的企业。而其中的熔铸车间主要负责加工铝线杆及铝锭产品。整个建筑采用轻钢结构，该建筑实际尺寸为长方形，L=182m，W=93m，H=18.5m（地坪至屋顶通风器底部）。因巩义离郑州地区比较近，故按郑州雷暴日计算，查《工业与民用配电设计手册》（第二版）表16-32为年平均雷暴日为22.0d/a，由于该车间位于厂区内，周围还有很多建筑群，并不为孤立建筑，故按一般建筑计算，校正系数取1。

2、建筑物防雷等级的确定

据GB50057-94中附1.2，根据已知条件计算年雷击大地的平均密度：

Ng =0.024Td1.3

=0.024×221.3

=1.334次/（km2.a）

据GB50057-94中附1.4式，得出与建筑物截收相同雷击次数的等效面积：

Ae=［LW+2（L+W）·+πH（200-H）］·10-6

=［182×93+2×（182+93）×

+3.14×18.5（200-18.5）］×10-6

=0.05934km2

最后得建筑物年预计雷击次数：

N=KNgAe

=1×1.334×0.05934

=0.0791次/a

式中：Td—年平均雷暴日（d/a）；

Ng—建筑物所处地区雷击大地的年平均密度（次/km2.a）；

Ae—与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（m2）；

L、W、H—分别为建筑物的长、宽、高（m）；

据GB50057-94第2.0.4条第三条预计雷击次数0.3次/ a≥N≥0.06次/a，故按第三类防雷设。

3、接闪器

根据轻钢结构的建筑物，采用避雷针显的笨重，与整个建筑外观不相协调，而采用金属屋面做接闪器，需满足《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94,2000版）第4.1.4条给出的四个要求。

针对规范要求“金属板下面无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm”。本车间主厂房围护结构（屋面）采用热浸镀铝锌钢板，基板厚度为0.53mm（含镀铝锌层），屋面板下加设玻璃棉垫75mm厚，用铝箔包裹，用φ1.5不绣钢丝网层托与檩条上缘部位。玻璃丝棉属于A级建筑材料，导热系数为小、阻燃、无毒、化学性能稳定，完全满足规范不易燃烧的要求。同时据土建专业介绍，轻钢结构建筑物的围护系统连接方式施工中采用咬合与搭接，塔接长度至少要达到一个波峰或波谷，超过100m是完全满足规范要求的。

另外，第4.1.4条提到的“金属板无绝缘被覆层”，屋面采用的热浸镀铝锌钢板为良好的导体，而表面涂的薄油漆保护层按规范注释说明也不算是绝缘被覆层，所以满足规范要求。

综上所述，在该工程中，屋顶轻钢结构的金属面板可以做为接闪器，不仅美观大方，工程造价有所降低，安装起来方便，而且也不影响整个建筑物效果。

做好金属板屋面防雷系统的设计，除了要选择好防雷形式，选用一个好的接闪器，还要做好引下线及接地工作。

4、引下线

对于轻钢结构建筑物，彩色压型板的种类很多，分为单板和复合型板，本车间采用复合板。施工中我们要求土建专业与电气专业配合，保证屋顶金属压型板、屋架、檩条与钢柱可靠连接，于是施工中均利用钢柱做为引下线。这一点，《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94,2000版）第4.2.3条也已经做了规定，建筑物的消防梯、钢柱等金属构建宜作为引下线。

5、接地装置

目前设计中，我们往往利用基础钢筋作为自然接地体，用40X4的镀锌扁钢将其联通，并实施总的等电位联结。在此次设计中，我们并没有严格要求用40X4的镀锌扁钢，而是利用钢柱间条形基础与钢柱独立基础可靠焊接形成电气通路。对于轻钢结构的建筑物，钢柱独立基础施工时要土建预埋地脚螺栓，这样当钢柱就位时将地脚螺栓、螺母和钢柱连接在一起。要求注意的是地脚螺栓和钢柱基础钢筋在地下是不相连的！所以，电气设计人员要要求土建专业在设计说明中注明施工中用不小于φ10钢筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓可靠焊接，并在焊接处做防腐处理，以便接地用。具体的做法可参见国家标准图集《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》（03D501-3）的17页。这样从屋顶到钢柱、再到基础形成可靠连接，保证雷电流具备完整的泄放通道。

此外，不要忘了在室外适当位置预留接地连接板，防止施工中当接地电阻达不到要求时，方便施工单位连接人工接地装置和测试接地电阻。

6、结束语

在钢结构专业施工中厂房金属屋面建筑物防雷是个较难处理的工程，但在此类建筑中，只要厚度达到0.5mm的轻钢结构建筑物的屋面夹芯板（或压型钢板）可以作为接闪器，利用钢柱做引下线，基础钢筋做自然接地体并通过镀锌扁钢或地圈梁可靠联结并做等电位连接。