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【摘要】金属板屋面建筑物的防雷系统是一个很难处理的工程，防雷保护设计时应综合考虑，采取多种手段，才能使设计工作更加完善， 本文主要从金属屋面建筑物防雷设计进行探讨。
【关键词】金属屋面建筑物防雷设计
【 Abstract 】 Metal plate roof building lightningproof system is a hard engineering problem, so lightning protection design should be taken into account when, through a variety of means, to make a design work to be more perfect, this article mainly discusses the metal roof building lightningproof design.
【 Key words 】 metal roof， building ，lightning proof design
中图分类号： TU856文献标识码：A 文章编号：
前言
防雷设计是建筑工程的重要组成部分，随着经济的发展，各种金属材料被应用到屋面建设，而由金属材料作为屋面的建筑物，由于其屋面板具有与接闪网同等的效果，所以其防雷设计与一般混凝土屋面的建筑物有所不同。
1.金属屋面防雷设计的要素
防雷系统设计的6大要素，即建筑物外部防雷装置的接闪功能；引下线的分流效果；建筑物内各部位的均衡电位；内部各种设备的屏蔽保护作用；接地效果；内部各种线路的合理分布。综合来说就是外部防雷系统与内部防雷系统两大部分。而屋面的防雷则是外部防雷系统的一部分，即接闪器—接闪杆、接闪带或接闪网，由于金属屋面容易引起雷击，所以在设计金属屋面建筑物时，应根据防雷设计的六大要素考虑如何在屋面上的防雷。传统建筑物的避雷方式是采用富兰克林常规避雷导体或避雷针结合做避雷网，但根据轻钢结构建筑以及金属屋面建筑物的特点，显然，高大沉重的避雷针不适合在此类建筑物上安装，同时如果要在金属屋面上做避雷带容易漏水，施工不好实施，而且防雷跟屋面的施工单位不同容易出现问题。
2.接闪器部分
2.1利用金属屋面作为接闪器
当金属屋面符合《建筑物防雷设计规范》第5．2．7条时，宜利用金属屋面作为接闪器。这样做，可省去架设避雷带的麻烦，减少投资，同时还可保持建筑物外形美观，但不能避免金属屋面被雷击穿孔的可能性。因此，笔者认为，设计人员可根据建筑物的重要性来选择是否需要增设接闪带和接闪网。通常，一般的工业与民用建筑可不考虑增设接闪带。因为，根据彩色压型板的结构特点，其被雷击穿孔的部分都是其面层，面层下还有以防火阻燃材料，如聚苯乙烯泡沫做的芯层，以及以彩色钢板材料做的底层。因此，屋面被击穿后，并不会立即出现漏雨现象，一般可通过定期维修来解决此类问题。
2.2在金属屋面上架设接闪网作为接闪器
当金属屋面不符合《建筑物防雷设计规范》第5．2．7条时，则需要在金属屋面上架设避雷网作为接闪器。根据国家标准图集《建筑物防雷设施安装》(99D562)的第25页及第45页的相关内容，常规的混凝土屋面建筑物架设避雷网的网架高度通常为0．1m。但是，如果按此防雷要求简单地在金属屋面上架设避雷网，其减少屋面被雷击的几率将不显著。因为，金属屋面与避雷网具有相同的接闪效果，当发生雷击时，常规架设的避雷网并不能完全保护金属屋面建筑物，如图l所示。
图1 常规金属屋央避雷网
因此，金属屋面的避雷网必须按滚球法来确定网架的高度和网格尺寸。
3.引下线
引下线是外部防雷装置中用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的那一部分。根据GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》对引下线的规定，建筑物的金属构件宜作为引下线，但其各部件之间均应连成电气通路。由于金属屋面金属板多是直接用螺钉圈定在钢结构擅梁、构架上，它们之间已构成了完善的电气连接，这时只需将金属结构梁与建筑物的金属管柱或钢筋混凝土柱中的2条主钢按规定间距焊接连通，作为自然弓|下线将金属屋面与接地体连通。
4.金属屋面建筑物的接地
金属屋面与一般建筑物不同，被感应出大量的与雷云符号相反的电荷，形成板状电容，同时在建筑物内产生更大的电场，不但泄放通道特殊，接人雷电流后，建筑物内部的防范措施尤为重要。所以做好金属屋面的防雷系统的设计,除了要选择好防雷的形式,选用好的接闪器,还要做好引下线及接地工作。 GB50057—2010 《建筑防雷设计规范》中规定，建筑物的防雷分为3类，根据不同类别确定引下线接地的相互间隔，同时引下线不得少于 2根。在设计大型建筑的引下线时，应尽量在建筑物周边做周圈式接地，因为大型建筑的基础均做了防水处理，如果引下线经过防水处理层时，接地电阻加大，效果就不好，而做周圈式接地则可避开防水处理层，同时将周圈式接地体埋在基础的外边，也具有均衡电位的效果。主钢架、次构件、围护系统在施工中要做可靠的连接，形成了持久的电气通路。因此，只要设置了可靠的接地装置，就可以按跨度将结构柱内钢筋网或钢柱作为引下线。当然， 规范对各类防雷建筑物的引下线间距做了要求，不过在土建施工时，只要所有的结构柱内钢筋网或钢柱和接闪器、接地装置做了可靠连接， 那么它们都是引下线， 实际效果超过了规范的标准。
接地装置。在现行设汁中，一般将基础钢筋作为自然接地体，用40×4的镀锌扁钢将其连通，并施行总等电位联结。这样进行处理。接地电阻很小，一般容易达到设计要求。在设计中应当注意，应在室外合适位置预留接地连接板，做法可以参考国家标准图集《接地装置安装》(03D501—4)。这样，当接地电阻值达不到要求时，施工单位可以方便地连接人工接地体和测试接地电阻值，这一点应当在设计图纸中有所体现。另外，在设计图纸中，不能泛泛而谈“利用建筑物基础钢筋做自然接地体”。轻钢结构建筑物在基础施工时需预埋地脚螺栓，加垫片后才能和钢柱相连。须知：预埋的接地螺栓本身和基础钢筋是没有电气连接。所以，土建施工时可用不小于φ10钢筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓可靠焊接，具体做法参见国家标准图集《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》(03D501一3)的17页。这样，从接闪器到引下线，再到接地装置，雷电流才具备完整的泄放通道。还應该用短钢筋和基础钢筋可靠焊接，并引出基础外，供联结接地环网，有利于降低自然接地体的接地电阻值和实施有救的等电位联结。这一点对于设置独立基础的轻钢结构建筑尤其重要，所以有必要在设计图纸中交待清楚。如果忽视了轻钢结构建筑物接地装置的特殊性，即基础钢筋和接地螺栓本身并没有电气连接这一事实，造成的后果则是整个建筑物没有可靠的接地网。采取的补救措施是用40X4的镀锌扁钢做等电位环网，镀锌扁钢过钢柱时应和柱底脚板下侧可靠焊接，这样，镀锌扁钢充当了接地极和接地线的双重角色。
5.等电位连接
金属屋面的建筑物，由于其自身的原因较容易遭到雷电的直击或感应。由于建筑物内部的空间往往较大，所以室内各点上感应出的电位也会相差较大。建筑物内的人员和设备就会受到不同电位差的反击，从而造成人员的伤亡或设备的损坏。这就要求对建筑物内部作一个均压和等电位的处理。等电位连接的概念是指将分开的而设的直流地、交流地、安全地、防静电地、屏蔽地用等电位连接导体或电涌保护器连接，以减少信息系统设备所在建筑物金属构件与设备之间或设备与设备之间因雷电产生的电位差的接地方法。
6.结语
总之，防雷设计是建筑工程的重要组成部分，而金属板屋面的建筑物的防雷系统又是一个很难处理的工程，所以设计时必须结合建筑物的性质和结构特点，严格执行国家规范，全面考虑接闪、分流、均压、屏蔽、接地和布线六项主要因素，才能保证防雷系统的科学、合理、安全。
参考文献
【1】戴承祥. 金属屋面建筑物防雷方案探讨【J】. 铁道建筑技术，2007(1)
【2】张文宁.金属屋面建筑物的防雷设计【J】. 建筑电气，2003,22(6)
【3】范晓玲， 郝杰.浅谈金属屋面建筑物的防雷设计【J】. 科技信息，2009(9)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】金属屋面建筑物防雷设计
【 Abstract 】 Metal plate roof building lightningproof system is a hard engineering problem, so lightning protection design should be taken into account when, through a variety of means, to make a design work to be more perfect, this article mainly discusses the metal roof building lightningproof design.
【 Key words 】 metal roof， building ，lightning proof design
中图分类号： TU856文献标识码：A 文章编号：
前言
防雷设计是建筑工程的重要组成部分，随着经济的发展，各种金属材料被应用到屋面建设，而由金属材料作为屋面的建筑物，由于其屋面板具有与接闪网同等的效果，所以其防雷设计与一般混凝土屋面的建筑物有所不同。
1.金属屋面防雷设计的要素
防雷系统设计的6大要素，即建筑物外部防雷装置的接闪功能；引下线的分流效果；建筑物内各部位的均衡电位；内部各种设备的屏蔽保护作用；接地效果；内部各种线路的合理分布。综合来说就是外部防雷系统与内部防雷系统两大部分。而屋面的防雷则是外部防雷系统的一部分，即接闪器—接闪杆、接闪带或接闪网，由于金属屋面容易引起雷击，所以在设计金属屋面建筑物时，应根据防雷设计的六大要素考虑如何在屋面上的防雷。传统建筑物的避雷方式是采用富兰克林常规避雷导体或避雷针结合做避雷网，但根据轻钢结构建筑以及金属屋面建筑物的特点，显然，高大沉重的避雷针不适合在此类建筑物上安装，同时如果要在金属屋面上做避雷带容易漏水，施工不好实施，而且防雷跟屋面的施工单位不同容易出现问题。
2.接闪器部分
2.1利用金属屋面作为接闪器
当金属屋面符合《建筑物防雷设计规范》第5．2．7条时，宜利用金属屋面作为接闪器。这样做，可省去架设避雷带的麻烦，减少投资，同时还可保持建筑物外形美观，但不能避免金属屋面被雷击穿孔的可能性。因此，笔者认为，设计人员可根据建筑物的重要性来选择是否需要增设接闪带和接闪网。通常，一般的工业与民用建筑可不考虑增设接闪带。因为，根据彩色压型板的结构特点，其被雷击穿孔的部分都是其面层，面层下还有以防火阻燃材料，如聚苯乙烯泡沫做的芯层，以及以彩色钢板材料做的底层。因此，屋面被击穿后，并不会立即出现漏雨现象，一般可通过定期维修来解决此类问题。
2.2在金属屋面上架设接闪网作为接闪器
当金属屋面不符合《建筑物防雷设计规范》第5．2．7条时，则需要在金属屋面上架设避雷网作为接闪器。根据国家标准图集《建筑物防雷设施安装》(99D562)的第25页及第45页的相关内容，常规的混凝土屋面建筑物架设避雷网的网架高度通常为0．1m。但是，如果按此防雷要求简单地在金属屋面上架设避雷网，其减少屋面被雷击的几率将不显著。因为，金属屋面与避雷网具有相同的接闪效果，当发生雷击时，常规架设的避雷网并不能完全保护金属屋面建筑物，如图l所示。
图1 常规金属屋央避雷网
因此，金属屋面的避雷网必须按滚球法来确定网架的高度和网格尺寸。
3.引下线
引下线是外部防雷装置中用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的那一部分。根据GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》对引下线的规定，建筑物的金属构件宜作为引下线，但其各部件之间均应连成电气通路。由于金属屋面金属板多是直接用螺钉圈定在钢结构擅梁、构架上，它们之间已构成了完善的电气连接，这时只需将金属结构梁与建筑物的金属管柱或钢筋混凝土柱中的2条主钢按规定间距焊接连通，作为自然弓|下线将金属屋面与接地体连通。
4.金属屋面建筑物的接地
金属屋面与一般建筑物不同，被感应出大量的与雷云符号相反的电荷，形成板状电容，同时在建筑物内产生更大的电场，不但泄放通道特殊，接人雷电流后，建筑物内部的防范措施尤为重要。所以做好金属屋面的防雷系统的设计,除了要选择好防雷的形式,选用好的接闪器,还要做好引下线及接地工作。 GB50057—2010 《建筑防雷设计规范》中规定，建筑物的防雷分为3类，根据不同类别确定引下线接地的相互间隔，同时引下线不得少于 2根。在设计大型建筑的引下线时，应尽量在建筑物周边做周圈式接地，因为大型建筑的基础均做了防水处理，如果引下线经过防水处理层时，接地电阻加大，效果就不好，而做周圈式接地则可避开防水处理层，同时将周圈式接地体埋在基础的外边，也具有均衡电位的效果。主钢架、次构件、围护系统在施工中要做可靠的连接，形成了持久的电气通路。因此，只要设置了可靠的接地装置，就可以按跨度将结构柱内钢筋网或钢柱作为引下线。当然， 规范对各类防雷建筑物的引下线间距做了要求，不过在土建施工时，只要所有的结构柱内钢筋网或钢柱和接闪器、接地装置做了可靠连接， 那么它们都是引下线， 实际效果超过了规范的标准。
接地装置。在现行设汁中，一般将基础钢筋作为自然接地体，用40×4的镀锌扁钢将其连通，并施行总等电位联结。这样进行处理。接地电阻很小，一般容易达到设计要求。在设计中应当注意，应在室外合适位置预留接地连接板，做法可以参考国家标准图集《接地装置安装》(03D501—4)。这样，当接地电阻值达不到要求时，施工单位可以方便地连接人工接地体和测试接地电阻值，这一点应当在设计图纸中有所体现。另外，在设计图纸中，不能泛泛而谈“利用建筑物基础钢筋做自然接地体”。轻钢结构建筑物在基础施工时需预埋地脚螺栓，加垫片后才能和钢柱相连。须知：预埋的接地螺栓本身和基础钢筋是没有电气连接。所以，土建施工时可用不小于φ10钢筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓可靠焊接，具体做法参见国家标准图集《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》(03D501一3)的17页。这样，从接闪器到引下线，再到接地装置，雷电流才具备完整的泄放通道。还應该用短钢筋和基础钢筋可靠焊接，并引出基础外，供联结接地环网，有利于降低自然接地体的接地电阻值和实施有救的等电位联结。这一点对于设置独立基础的轻钢结构建筑尤其重要，所以有必要在设计图纸中交待清楚。如果忽视了轻钢结构建筑物接地装置的特殊性，即基础钢筋和接地螺栓本身并没有电气连接这一事实，造成的后果则是整个建筑物没有可靠的接地网。采取的补救措施是用40X4的镀锌扁钢做等电位环网，镀锌扁钢过钢柱时应和柱底脚板下侧可靠焊接，这样，镀锌扁钢充当了接地极和接地线的双重角色。
5.等电位连接
金属屋面的建筑物，由于其自身的原因较容易遭到雷电的直击或感应。由于建筑物内部的空间往往较大，所以室内各点上感应出的电位也会相差较大。建筑物内的人员和设备就会受到不同电位差的反击，从而造成人员的伤亡或设备的损坏。这就要求对建筑物内部作一个均压和等电位的处理。等电位连接的概念是指将分开的而设的直流地、交流地、安全地、防静电地、屏蔽地用等电位连接导体或电涌保护器连接，以减少信息系统设备所在建筑物金属构件与设备之间或设备与设备之间因雷电产生的电位差的接地方法。
6.结语
总之，防雷设计是建筑工程的重要组成部分，而金属板屋面的建筑物的防雷系统又是一个很难处理的工程，所以设计时必须结合建筑物的性质和结构特点，严格执行国家规范，全面考虑接闪、分流、均压、屏蔽、接地和布线六项主要因素，才能保证防雷系统的科学、合理、安全。
参考文献
【1】戴承祥. 金属屋面建筑物防雷方案探讨【J】. 铁道建筑技术，2007(1)
【2】张文宁.金属屋面建筑物的防雷设计【J】. 建筑电气，2003,22(6)
【3】范晓玲， 郝杰.浅谈金属屋面建筑物的防雷设计【J】. 科技信息，2009(9)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。