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金属屋面建筑物的防雷设计方案

   由于彩色压型板等新型建筑材料具有使用灵活、安装方便、造价低廉、美观实用等优点，因而被广泛地运用于各类工业厂房、仓库、体育场、展览馆等建筑工程的屋面建设中。而这类金属屋面建筑物的防雷工程设计在接闪等方面与一般混凝土屋面的建筑物有所不同，笔者就此提出个人的观点，仅供参考。
　　金属屋面建筑物的防雷工程设计具体步骤如下(注：本文所讨论的金属屋面建筑物为非第一类防雷建筑物，另所有避雷网架设高度h均小于或等于滚球半径h )。 信息来
　　1 首先确定建筑物是否需要设防及其防雷类别
　　根据国家标准《建筑物防雷设计规范)(GB50057-94 2000年版)(以下简称《规范》)第2.0.3条，第2.0.4条的各款，确定该建筑物是否需要设防及其防雷类别。通常，对于一般性的工业与民用建筑，需要计算其年预计雷击次数J『\，，根据《规范》附录一可以知道，J『\，值的大小取决于建筑物所处的地域气象、地理位置，以及建筑物的结构形式和外形尺寸等因素。在进行这类建筑物防雷设计前，首要的一点，就是计算出年预计雷击次数J『\，，并通过J『\，值确定是否需要设防及其防雷类别。
　　2 如金属屋面建筑物需要按相应的类别设防，则应根据《规范>第4.1.4条各款的要求，确定采用何种形式的接闪器
　　2.1 利用金属屋面作为接闪器
　　当金属屋面符合《规范》第4.1.4条第一、二、四款时，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避雷带。通常，一般的工业与民用建筑可不考虑增设避雷带。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。 请登陆:www.tede.cn 浏览更多信息
　　当金属屋面符合《规范》第4.1.4条第一、三、四款时，宜利用金属屋面作为接闪器。其优点同上，同时，由于金属较厚，它能避免被雷击穿孔。
　　2.2 在金属屋面上架设避雷网作为接闪器
　　当金属屋面分别不符合《规范》第4.1.4条第一、二、四款及第一、三、四款时，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1所示。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。其具体方法如下(如图2所示)。
　　2.2.1 确定I—I面的避雷网架设高度及网格间距在图2(b)中，任选A、曰两点架设避雷网，
　　设网架高度为h，A、B两点水平距离为 .。分别以A 、曰 两点为圆心，以相应的滚球半径h 为半径作圆弧，交于O点，再以O点为圆心，h，为半径，作圆弧与AB线相切。此时的网架高度7l， 即为避雷网保护该金属屋面的临界值，设计时，取实际网架高度大于该7l值即可满足保护要求。由平面几何原理，可以推出： 
　　在实际工程计算中，可分别取 l： ， l：1÷ 等值来计算7l值，最后选出在I—I面上合适二的网架高度及间距。
　　2.2.2 确定Ⅱ一Ⅱ面的避雷网架高度及网格间距
　　由于I—I面的7l值已经确定，那么Ⅱ一Ⅱ面的7l值将与之相同。因此，只需要确定网架的间距即可。
　　任选两点架设避雷网，网架高度为7l。c、D两点水平间距为￡.。分别以两点为圆心，以相应的滚球半径7l，为半径作圆弧，交于0 点。再以0 点为圆心，7l 为半径，作圆弧与CD线相切，此时CD水平间距￡.，即为避雷网保护该金属面的临界值。设计时，取实际网格间距小于该￡.值即可满足保护要求。

　　由平面几何学原理，可以推出：
　　这样，就分别计算出了避雷网的临界架设高度7l及网格尺寸 ，在实际工程设计中，可取实际架设高度值略大于7l， 网格尺寸值略小于￡。，同时 .值不变即可。下面，通过一具体工程实例来作进一步的说明。
　　3 工程实例
　　某建筑物为单层工业厂房，属钢结构建筑，屋面采用0.47mm厚的彩色压型板。长￡=72m，宽= 36m，柱间跨距6m，屋架上弦高H1：9.8m，下弦高H2=6.4m。

　　3.1 确定该建筑物是否需要设防及其防雷类别
　　由《规范》附录一，计算得： N=0.25(其中取 =1.7， =88.6d/a)
　　根据《规范》第2.0.4条第四款，确定本建筑物属第三类防雷建筑物。

　　3.2 由于该建筑物金属屋面板厚<0.5mm，故不能作为接闪器，需要架设避雷网
　　根据《规范》，第三类防雷建筑物的滚球半径h 为60m。故取h =60m， l=18m时，代人(3)式，得
   考虑到施工方面的因素，取W.=9m，h=0.178m。然后，将h，=60m、h=0.178m代入(6)式，得：
　　3.3 小结
　　通过计算可以发现当避雷网网格取同类防雷等级所规定的最大尺寸时，网架高度将大于常规避雷网架设的高度0.1m;反之，当网架高度为0.1m。时，避雷网网格尺寸要小于同类防雷等级所规定的最大尺寸。
　　以上计算充分证明，简单地按一般避雷网的架设要求，是无法完全起到接闪作用的，只有用滚球法计算出的结果，才能满足这类建筑物的防雷保护的要求。
　　4 防雷设计的其它因素
　　建筑物的防雷设计除了接闪外，还包括分流、均压、屏蔽、接地和布线这五项主要因素。在进行设计时，各种因素均不可忽略。金属屋面的防雷设计还有以下三点需要特别提及的。
　　4.1 接地网的设置
　　通常采用金属屋面的建筑，如大面积的单层厂房，它的每根柱子的基础是独立的，在地中互不连接。当利用柱内钢筋作为引下线(或利用钢柱作为引下线)，基础用作接地体时，应当做周圈式接地带，使之与柱内钢筋(钢柱)焊接，形成完整的接地装置。但由于这样的接地环尺寸较大，室内地电位分布可能较陡，还应该加敷均压接地网。以上述工程为例，可加敷6m间隔的横向均压网， 以此来减小接触电压和跨步电压。
　　4.2 引下线的设置
　　当建筑物为钢结构时，其钢柱将被作为引下线。若这些柱子没有采取任何保护措施，将有可能引起接触电压的危险。因此，应在钢柱上喷涂一层绝缘防腐层，或者是用木板把钢柱包起来。
　　4.3 避雷网的施工注意事项
　　在金属屋面架设避雷网，其做法可参照国家标准图集《建筑物防雷设施》(99D501—1)，原图集号为(99D562)的相关页次。不同的是避雷网支架必须与屋面板下的钢屋架牢固焊接。其与金属屋面板的连接处，应做防水处理，通常可使用沥青或其它胶合剂将整个交接处完全包裹。
　　5 结论
　　金属屋面建筑物的防雷设计与一般混凝土屋面的建筑物的防雷设计不同之处，主要在于其接闪器的设置。而接闪器的正确设置将能全面地保护建筑物的屋面不受雷害的侵袭，采用滚球法是设置该避雷网的正确方法。
　　建筑物防雷是一项综合工程，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，才能使设计工作更加完善。