钢结构防雷接地

浅谈钢结构防雷社会飞速发展，轻型钢结构(以下简称“轻钢结构”)由于空间利用率高，建设周期短，工程造价低，建筑物造型美观大方，色彩多样，耐大气腐蚀，隔热隔声阻燃，因而得到广泛的应用，如各类体育馆、超市、工业厂房、仓库、展览馆、飞机库、机场等。由于轻钢结构独特的建筑特点，使得此类建筑和普通砖混结构、框架结构建筑物的防雷工程设计和施工有较大的差异。作者通过工程设计、现场验收的实际经验总结，对轻钢结构建筑物防雷设计的相关问题作一些粗浅的探讨。轻钢结构建筑物的防雷及接地1接闪装置根据轻钢结构建筑物的特点，轻钢结构建筑物的屋顶显然不适合安装高大沉重的避雷针在此类建筑物上，而《建筑物防雷设计规范(2000年版)》(GB50057—94)第4.1.4条给出了金属屋面作为建筑物(第一类防雷建筑物除外)防雷接闪器的四个要求。轻钢结构建筑物的围护系统为非燃体，当利用金属板做接闪器时，厚度不应小于0.5mm即可。规范针对金属板下面有无易燃品的不同情况，对金属板的厚度做了不同的要求，明确规定“金属板下面无易燃品时，其厚度不应小于0.5mm”。让我们看看四种保温芯材的物理特性。硬质聚氨脂属B1级建筑材料，导热系数为0.016~0.025，为难燃体；聚苯乙烯属阻燃型材料，氧指数不小于30，导热系数为0.029，为阻燃自熄型；岩棉属于不燃烧材料，导热系数为0.044；玻璃丝棉属A级建筑材料，导热系数为0.038~0.042，为非燃烧体。另外，保温芯材所用粘胶剂也是阻燃型。规范中四个要求的第三条不再考虑。电气设计人员引用标准做法时应注意。避雷带网格大小应该按规范的要求和各类建筑物的防雷类别严格对应，施工图纸应当按规范划分的标准难确标注。从结构专业角度出发，屋面板的厚度选择一般考虑三个因素：第一是风荷载；第二是雪荷载；第三是擦距。所以，不同地域可能所选的屋面板厚度就不一样，电气设计人员需要和结构专业及时沟通，厚度满足规范要求时，再考核其他条件。比如在新疆。檩距在1．5m左右时，屋面面板厚度一般为0．6mm，底板厚度一般为0.5mm，是满足规范的厚度要求的。若厚度不满足要求怎么办？则应该参考国家标难图集《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》(01J925-1)做避雷带，其中压型钢板屋面避雷带的细部做法参见48页，夹芯板屋面避雷带的细部做法参见66页。此图集是建筑专业图集，电气设计人员较少接触，而国家标准图集《建筑物防雷设施安装》(99D501-2)和《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》(03D501-3)都没有轻钢结构屋面避雷带的细部做法。轻钢结构建筑物的围护系统连接方式一般为咬合或者搭接。无论是压型钢板还是夹芯板，其外观都是瓦楞形的。在施工中，采用搭接时的搭接长度至少要达到一个波峰或波谷，超过100mm则完全满足规范的要求。另外，规范注释提到“薄的油漆保护层”不算是绝缘被覆层。因此，可以认为彩色涂层钢板无绝缘被覆层，而镀锌钢板则更是电的良好导体。所以，作者以为《建筑物防雷设计规范(2000年版)》(GB50057-94)第4.1.4条的第四个要求也是满足的。综上所述，作者认为厚度达到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。2引下线轻钢结构建筑物的主钢架、次构件、围护系统在施工中已经作了可靠的连接，形成了持久的电气通路。因此，只要设置了可靠的接地装置，就可以按跨度将钢柱作为引下线。这一点，《建筑物防雷设计规范(2000年版)》(GB50057-94)第4.2.3条已经作了规定。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。针对《建筑物防雷设计规范(2000年版)》(GB50057-94)第4.2.5条的规定，即是否要对地上1.7m至地下0.3m一段作为引下线的钢柱采取保护措施，笔者认为没必要。第一，不用担心钢柱容易受到机械损坏；第二，从轻钢结构的建筑体系看，距地有1.2m高的砖墙或者加气混凝土砌块，对人身接触有一定的防护；第三，钢柱本身做了防腐处理，含绝缘被覆层，也起到一定的防护作用。另外，此条规定的条文说明指出它适合设断接卡子的情况，而根据规范第4.2.4条，当利用钢柱做引下线同时采用基础接地体时是可以不设断接卡的。3接地装置现行设计中，一般将基础钢筋作为自然接地体，用40mmx4mm的镀锌扁钢将其连通，并施行总等电位连接。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”。前面已经提到，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的！所以，土建施工时可用不小于F10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》(03D501-3)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。这样做还不够，还应该用短钢筋和基础钢筋可靠焊接，并引出基础外，供连接接地环网，方有利于降低自然接地体的接地电阻值和实施有效的等电位连接。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代清楚。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40mmx4mm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。除等电位接地环网沿建筑物外围敷设一周外，在建筑物内还应该按跨度设置均压网格，不但降低跨步电压，保护人身安全，而且有利于工业厂房生产设备就地实施等电位连接，缩短等电位连接线的长度。4结束语以上是对轻钢结构建筑物防直击雷措施的总结，厚度达到0.5mm的轻钢结构建筑物的屋面夹芯板可以作为接闪器，利用钢柱做引下线，利用基础钢筋做自然接地体并通过镀锌扁钢连接成可靠的等电位接地环网。5参考文献1.《建筑物防雷设计规范(2000年版)》(GB50057-94)2.国家标难图集《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》(01J925-1)3.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)4.国家标准图集《建筑物防雷设施安装》(99D501-2)浅谈钢结构厂房的防雷与接地（上）福建省工业设备安装有限公司福州机电工程分公司王兴熔关键字：防雷接地目前，随着经济及科学技术的飞速发展，大型钢结构工业厂房以安装简单和回收价值高的优点，逐步取代了钢筋混凝土框架结构厂房。众所周知，防雷与接地对于建筑物本身和建筑物内部的设备及人身的安全起到非常重要的保护作用，特别是雷电频繁区，对防直击雷与雷电波的侵害，防雷与接地更是不可或缺的。本文以某钢结构厂房为例，对钢结构厂房的防雷与接地进行探讨。该厂房内有大型的设备，而且还有精密的数控电子设备，这些设备的特点是抗干扰能力差，对防静电的要求高，车间内还有IT信息中心及网络生产管理，因此接地在该项目中具有重要的作用。厂房的接地保护系统采用TN-S系统，即把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统。厂房内的电气设备不带电的金属外露部分与钢结构厂房本身的接地点采用直接电气连接。当带电相线因绝缘损坏碰设备外壳时，通过设备外壳构成该故障相对地线的单相短路。利用很大的短路电流，使线路上的保护装置（如熔断器、低压断路器等）迅速动作，切断电路，从而消除人身触电危险。因此，从整个保护系统来看，为了起来良好的保护作用，最重要的是基础的工作，那就是接地装置的安装，接地电阻则是检验接地装置安装良好与否的标准。按照图纸设计，该厂房是利用钢筋混凝土桩基础作为接地体，该桩基顶端设承台，承台用承台梁连接起来，形成以座大型的框架地梁，承台顶端设置钢结构柱，承台与钢结构柱通过预埋的地脚螺栓相连接，柱与柱之间通过钢结构梁连接，这样就构成了一个整体的接地通路，要使这条接地通路安全可靠，关键就要处理好各个节点的连接了。一、桩主筋与承台主筋的连接。由于厂房用的是静压桩，因此，在静压桩完成静压实验后及承台钢筋铺设前，必须用一根大于Ф12的圆钢或-40×4mm的镀锌扁钢将静压桩的主筋引出，因为，一个大型厂房的承台一般比较大，如果在承台钢筋铺设后才引出的话，施工的难度就相对大了。必须注意的是各种接地点的搭接长度，因为搭接长度不够也是造成接地系统不好，接地电阻达不到要求的原因之一。接地系统中，各种材料的搭接原则是:(1)、扁钢与扁钢连接，搭接长度不小于2倍的扁钢宽度，且三面施焊；(2)、圆钢与圆钢连接，搭接长度不小于6倍的圆钢直径，且双面施焊；(3)、扁钢与圆钢连接，搭接长度不小于圆钢直径的6倍，双面施焊。二、承台主筋与地梁主筋的连接。利用地梁内的两根主筋，一般是两根靠外侧的主筋，通长焊接连通。三、承台主筋与钢柱底板的连接。有两种连接的方法：1、通过承台主筋与预埋的钢柱地脚螺栓连接，再把地脚螺栓与钢柱相连接；2、用两根不小于Ф12的圆钢或-40×4mm的镀锌扁钢先将承台主筋引出，钢柱安装完成后再将引出部分与钢柱底板连接。因为前者施工时，对预埋的地脚螺栓的保护难度较大，且钢柱安装完后还需对地脚螺栓及螺帽于钢柱的焊接连通，所以运用更多的还是后者。四、钢柱与钢梁的连接。主要是通过高强螺栓的连接，因此，在钢柱和钢梁接合之前，必须把接合处上的包括油漆在内的不导电的杂质清除干净，以保证钢柱与钢梁有良好的电气通路。五、钢柱与钢柱的连接。按设计要求，用两根Ф16的镀锌圆钢把钢柱与钢柱相连接，形成一个16×24m的接地网格。该圆钢埋设深度大于1m，焊接在钢柱的底板上，焊接长度需满足规范的要求，焊接时，先将钢柱底板需要焊接处的油漆清理干净，以保证良好的连接。需要注意的是，埋设在泥土内的圆钢必须做好防腐工作。为了测试接地电阻和当整个厂房的接地电阻值达不到设计要求时补打人工接地体创造条件，我们还在厂房的四个角用作引下线的钢柱上分别引出一根-40×4的镀锌扁钢至距离外墙1m处。保护系统中，防雷装置的安装也是一个比较重要的环节，它包括接闪器和引下线的安装，上面谈到的钢柱与钢梁的连接其实就是利用钢柱作为防雷装置的引下线了，所以下面主要讨论的是接闪器的安装。