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[摘 要]钢结构厂房主体为金属构架，若设计得当，自身就具备防雷能力，但是由于设计和施工过程中没有同步，故整体防雷性能较差，后期设计及维护工作量大，本文结合《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010等相关规范要求及相关文献内容，探讨钢结构厂房建设中如何提高钢结构建筑物的防雷性能和电气安全性能，做到节约资金、维护简便。
[关键词]钢结构；防雷设计；接闪装置；屏蔽；接地
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0155-01
一、钢结构建筑物防雷的重大意义及特点
雷灾涉及范围与以往有极大的不同，可以从受灾领域、时空范围、损失范围分别概括：
1.1受灾领域从电力、建筑扩展到几乎所有行业，尤其是高新技术领域，如航天、航空、国防邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等；
1.2从过去简单闪电直击和过电压沿线传输变为闪电电磁感应入侵到任何角落，因而防雷工程已从重点防直击雷和感应雷转变为以防雷电电磁脉冲（LEMP）为重点；
1.3雷灾的经济损失和危害程度从人身安全和设备损坏增加经济损失、文化损失和环境污染等，其影响进一步扩大。
雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况在改变。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏，这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的影响，造成微电子设备的失控或者损坏。由于现代工业建筑都大规模采用電子自动化设备，均为精密仪器控制的生产、管理设备，雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上，钢结构厂房在防雷措施应与厂房同步建设，投产前应完善所有防雷措施。
二、钢结构厂房防雷概况
钢结构的厂房主要的承重构件是由钢材组成的，包括钢柱子，钢梁，钢结构基础，钢屋架，钢屋盖等构造。钢结构厂房普遍运用于各行各业，尤其是涉及到化工企业的钢结构厂房，防雷显得十分重要，一方面其施工质量决定着化工厂房的安全，能有效预防雷电灾害对生产设备和人身触电事故的发生，另一方面也影响着工程造价和日后维护量。化工企业厂房建设大量采用钢结构建筑物，接闪装置、电气设备等电位连接、线路屏蔽措施及接地装置等防雷措施日趋重要。
三、钢结构厂房防雷技术要点
3.1 接闪器设计
钢结构自身是否具备接闪能力，设计施工时应参照GB50057-2010第5.2.7条规定，除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，并应符合下列规定：
（1）板间的连接应是持久的电气贯通，可采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、缝接、螺钉或螺栓连接；
（2）金属板下面无易燃物品时，铅板的厚度不应小于2mm，不锈钢、热镀锌钢、钛和铜板的厚度不应小于0.5mm，铝板的厚度不应小于0.65mm，锌板的厚度不应小于0.7mm；
（3）金属板下面有易燃物品时，不锈钢、热镀锌钢和钛板的厚度不应小于4mm，铜板的厚度不应小于5mm，铝板的厚度不应小于7mm。
钢结构厂房普遍应用于化工企业厂房，因此经常会储存或生产油漆、沥青涂料、天那水、液氯等易燃易爆物品，化工企业钢结构厂房往往选择彩钢瓦，彩钢瓦为带涂层钢板，虽然建造时有着各种优势，但是其厚度仅0.3mm—1.0mm，架设于屋面时，其厚度无法达到规范的接闪要求，此时应在钢结构屋面边沿敷设接闪带或明敷接闪网格进行保护，阳角处设置接闪短杆进行保护，并利用其金属构架做暗敷网格、均压环和引下线，接闪杆采用大于等于φ12mm热镀锌圆钢，接闪带采用大于等于φ10mm热镀锌圆钢或热镀锌扁钢，扁钢截面积不小于48mm2，其厚度不应小于4mm。若厂房天面采用钢管或U型钢做天面栏杆装饰，则对金属栏杆装饰做等电位连接处理，将金属栏杆作为接闪装置。做法参照防雷施工图集D501-1～4。
3.2 散流及接地措施
（1）钢结构厂房的原理和古典电学中法拉第笼的原理一样，可以形成防雷金属导电体网络。连接接闪器与接地装置的金属导体称为引下线。雷击时引下线上有很大的雷电流流过，会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产生反击或旁侧闪击。为了减少和避免这种反击，现代建筑利用建筑物的柱筋作避雷引下线，柱钢筋与圈梁的钢筋，都是连接在一起的和接地网络形成一个整体的"法拉第"笼，均处于等电位状态，雷电流会很快被分散掉，可以避免发击和旁侧闪击的现象发生。所以钢结构厂房应最大可能利用其金属柱子或混凝土柱子内主钢筋作为引下线，此时应符合GB50057-2010第4.5.6条规定。
（2）钢结构厂房普遍采用混凝土桩基础，自身具有良好的钢筋接地体，从接闪器、引下线至接地体之间冲击接地电阻值应尽可能小，接闪装置接闪时，不论雷电流有多大，接地装置上任何一点对大地的电位差为零，则防雷效果最佳（此时应利用其桩基础及地梁钢筋作为自然接地体，焊接要求参照防雷施工图集），当自然桩基础接地电阻值无法达到设计要求时应增设人工接地体。如果化工企业钢结构厂房无自然桩基础的钢结构厂房应设置环形人工接地体，此时应符合GB50057-2010表4.3.5的最低要求。
另外，根据基本计算公式U=IR+L*di/dt 来判断，IR项对于建筑物内某一小范围中互相连接在一起的金属物（包括防雷装置）说来都是一样的，它们之间的电位差与防雷装置的接地电阻无关。此外，考虑到已采取严格的各种金属物与防雷装置之间的连接和均压措施，故不必要求很低的接地电阻。
3.3 内部防雷技术要点
由防雷等电位连接和与外部防雷装置的间隔距离组成。主要有屏蔽、防闪电感应（低压电源浪涌保护措施、闪电静电感应、闪电电涌侵入防护措施）和等电位连接三部分组成。内部防雷设计涉及面较宽，主要是针对感应雷、球雷、传导雷或因线路上浪涌高电压所造成电力及信号系统产生过电压冲击弱电设备，总的来说就是防止因雷电造成的各种过电压引入建筑物内部，造成内部电气设备损坏。雷电过电压引入的来源主要有：一是直击雷直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入建筑物内部；二是来自雷电电磁脉冲（LEMP），即由于雷雨云对大地放电或雷雨云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应，衍生出KV级的雷电流，这种冲击会沿着电力线路，保护接地线和各种形式的接地线，以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围，造成大面积的危害。屋内各种金属物体及进出建筑物的各种金属管线，进行严格的接地，因此，室内应设置电气接地端子，所有接地装置都必须共用，并进行多处连接，使防雷装置和邻近的金属物体电位相等或降低其间的电位差，在最大限度消除雷电流反击的可能。
四、结论
总的来说，钢结构厂房利用其所有金属构件做防雷及接地装置具有以下优点：安全、可靠、使用期长、最少的维护工作。由于装置全部或大部分埋设在建筑和结构构件内，省去不少专设装置的钢材和人工，而且其使用期可以看作是与建筑物的使用期一样长，达到一劳永逸的效果，竣工后仅需花费很少的维护工作。作为企业建设者来讲，无论从施工期间，还是正常使用期间，利用钢结构做防雷及接地装置都具有很好的经济效益和社会效益，应大力推广采用。
参考文献
[1] 《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010.
[2] 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012.
[3] 陈渭民.雷电学原理[M].北京：气象出版社，2006.
[4] 王国凡.钢结构焊接制造[M].北京：化学工业出版社，2004.
[5] 刘晓东.建设项目防雷设计技术评价探讨[J].建筑电气，2008.
[6] 周志成.浅谈钢结构防雷[J].土木工程建造管理，2007年.
[关键词]钢结构；防雷设计；接闪装置；屏蔽；接地
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0155-01
一、钢结构建筑物防雷的重大意义及特点
雷灾涉及范围与以往有极大的不同，可以从受灾领域、时空范围、损失范围分别概括：
1.1受灾领域从电力、建筑扩展到几乎所有行业，尤其是高新技术领域，如航天、航空、国防邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等；
1.2从过去简单闪电直击和过电压沿线传输变为闪电电磁感应入侵到任何角落，因而防雷工程已从重点防直击雷和感应雷转变为以防雷电电磁脉冲（LEMP）为重点；
1.3雷灾的经济损失和危害程度从人身安全和设备损坏增加经济损失、文化损失和环境污染等，其影响进一步扩大。
雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况在改变。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏，这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的影响，造成微电子设备的失控或者损坏。由于现代工业建筑都大规模采用電子自动化设备，均为精密仪器控制的生产、管理设备，雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上，钢结构厂房在防雷措施应与厂房同步建设，投产前应完善所有防雷措施。
二、钢结构厂房防雷概况
钢结构的厂房主要的承重构件是由钢材组成的，包括钢柱子，钢梁，钢结构基础，钢屋架，钢屋盖等构造。钢结构厂房普遍运用于各行各业，尤其是涉及到化工企业的钢结构厂房，防雷显得十分重要，一方面其施工质量决定着化工厂房的安全，能有效预防雷电灾害对生产设备和人身触电事故的发生，另一方面也影响着工程造价和日后维护量。化工企业厂房建设大量采用钢结构建筑物，接闪装置、电气设备等电位连接、线路屏蔽措施及接地装置等防雷措施日趋重要。
三、钢结构厂房防雷技术要点
3.1 接闪器设计
钢结构自身是否具备接闪能力，设计施工时应参照GB50057-2010第5.2.7条规定，除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，并应符合下列规定：
（1）板间的连接应是持久的电气贯通，可采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、缝接、螺钉或螺栓连接；
（2）金属板下面无易燃物品时，铅板的厚度不应小于2mm，不锈钢、热镀锌钢、钛和铜板的厚度不应小于0.5mm，铝板的厚度不应小于0.65mm，锌板的厚度不应小于0.7mm；
（3）金属板下面有易燃物品时，不锈钢、热镀锌钢和钛板的厚度不应小于4mm，铜板的厚度不应小于5mm，铝板的厚度不应小于7mm。
钢结构厂房普遍应用于化工企业厂房，因此经常会储存或生产油漆、沥青涂料、天那水、液氯等易燃易爆物品，化工企业钢结构厂房往往选择彩钢瓦，彩钢瓦为带涂层钢板，虽然建造时有着各种优势，但是其厚度仅0.3mm—1.0mm，架设于屋面时，其厚度无法达到规范的接闪要求，此时应在钢结构屋面边沿敷设接闪带或明敷接闪网格进行保护，阳角处设置接闪短杆进行保护，并利用其金属构架做暗敷网格、均压环和引下线，接闪杆采用大于等于φ12mm热镀锌圆钢，接闪带采用大于等于φ10mm热镀锌圆钢或热镀锌扁钢，扁钢截面积不小于48mm2，其厚度不应小于4mm。若厂房天面采用钢管或U型钢做天面栏杆装饰，则对金属栏杆装饰做等电位连接处理，将金属栏杆作为接闪装置。做法参照防雷施工图集D501-1～4。
3.2 散流及接地措施
（1）钢结构厂房的原理和古典电学中法拉第笼的原理一样，可以形成防雷金属导电体网络。连接接闪器与接地装置的金属导体称为引下线。雷击时引下线上有很大的雷电流流过，会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产生反击或旁侧闪击。为了减少和避免这种反击，现代建筑利用建筑物的柱筋作避雷引下线，柱钢筋与圈梁的钢筋，都是连接在一起的和接地网络形成一个整体的"法拉第"笼，均处于等电位状态，雷电流会很快被分散掉，可以避免发击和旁侧闪击的现象发生。所以钢结构厂房应最大可能利用其金属柱子或混凝土柱子内主钢筋作为引下线，此时应符合GB50057-2010第4.5.6条规定。
（2）钢结构厂房普遍采用混凝土桩基础，自身具有良好的钢筋接地体，从接闪器、引下线至接地体之间冲击接地电阻值应尽可能小，接闪装置接闪时，不论雷电流有多大，接地装置上任何一点对大地的电位差为零，则防雷效果最佳（此时应利用其桩基础及地梁钢筋作为自然接地体，焊接要求参照防雷施工图集），当自然桩基础接地电阻值无法达到设计要求时应增设人工接地体。如果化工企业钢结构厂房无自然桩基础的钢结构厂房应设置环形人工接地体，此时应符合GB50057-2010表4.3.5的最低要求。
另外，根据基本计算公式U=IR+L*di/dt 来判断，IR项对于建筑物内某一小范围中互相连接在一起的金属物（包括防雷装置）说来都是一样的，它们之间的电位差与防雷装置的接地电阻无关。此外，考虑到已采取严格的各种金属物与防雷装置之间的连接和均压措施，故不必要求很低的接地电阻。
3.3 内部防雷技术要点
由防雷等电位连接和与外部防雷装置的间隔距离组成。主要有屏蔽、防闪电感应（低压电源浪涌保护措施、闪电静电感应、闪电电涌侵入防护措施）和等电位连接三部分组成。内部防雷设计涉及面较宽，主要是针对感应雷、球雷、传导雷或因线路上浪涌高电压所造成电力及信号系统产生过电压冲击弱电设备，总的来说就是防止因雷电造成的各种过电压引入建筑物内部，造成内部电气设备损坏。雷电过电压引入的来源主要有：一是直击雷直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入建筑物内部；二是来自雷电电磁脉冲（LEMP），即由于雷雨云对大地放电或雷雨云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应，衍生出KV级的雷电流，这种冲击会沿着电力线路，保护接地线和各种形式的接地线，以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围，造成大面积的危害。屋内各种金属物体及进出建筑物的各种金属管线，进行严格的接地，因此，室内应设置电气接地端子，所有接地装置都必须共用，并进行多处连接，使防雷装置和邻近的金属物体电位相等或降低其间的电位差，在最大限度消除雷电流反击的可能。
四、结论
总的来说，钢结构厂房利用其所有金属构件做防雷及接地装置具有以下优点：安全、可靠、使用期长、最少的维护工作。由于装置全部或大部分埋设在建筑和结构构件内，省去不少专设装置的钢材和人工，而且其使用期可以看作是与建筑物的使用期一样长，达到一劳永逸的效果，竣工后仅需花费很少的维护工作。作为企业建设者来讲，无论从施工期间，还是正常使用期间，利用钢结构做防雷及接地装置都具有很好的经济效益和社会效益，应大力推广采用。
参考文献
[1] 《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010.
[2] 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012.
[3] 陈渭民.雷电学原理[M].北京：气象出版社，2006.
[4] 王国凡.钢结构焊接制造[M].北京：化学工业出版社，2004.
[5] 刘晓东.建设项目防雷设计技术评价探讨[J].建筑电气，2008.
[6] 周志成.浅谈钢结构防雷[J].土木工程建造管理，2007年.