随着科学技术的发展,许多建筑物采用金属板做屋顶面,即用金属薄板代替传统的屋面材料。这种屋面具有保温性能好、自重轻、防水性能好的特点,同时使整个建筑物能起到一定的屏蔽作用,防止建筑物内的弱电系统受到外部其他信号的干扰。但金属板屋面容易遭受雷击,所以在防雷方面则比其他型式的建筑物要求高。下面我们就金属屋面建筑物的防雷进行一些探讨。
防雷系统设计的六大要素为:①建筑物外部、内部防雷装置的接闪功能。②引下线的分流效果。③建筑物内各部位的均衡电位。④内部各种设备的屏蔽保护作用。⑤接地效果。⑥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—避雷针、避雷带或避雷网。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避雷网,但是金属屋面的金属板较薄,无法安装高大沉重的传统避雷针。而且从闪电理论与观察表明,云地闪电与人类关系过程。该过程除存在光导、回击主要脉冲放电过程外,还存在一系列其他脉冲放电过程,回击的特点是峰值电流高、放电时间短,回击的电流脉冲平均峰值为几十到几百千安,持续时间约为几十到上百微秒,形成了闪电电流的剧烈变化。
现代建筑物主要是根据闪电理论及防雷的六大因素进行设计。有的采用避雷针形式或避雷网形式,也有采用避雷带形式。不论采用什么形式防雷,首先必须考虑防雷效果,对建筑物内部设备保护的同时,还应考虑施工实现的问题。首都国际机场新航站楼的防雷系统是采用避雷针与避雷带相结合,与航站楼周边的柱、墙内的钢筋、铁丝网组成一个庞大的笼式避雷网。首都国际机场新航站楼建筑虽然不是很高,但面积大,金属板做屋面,比一般的建筑防雷设计难度增加了。如果采用单一避雷形式,则可能使大楼存在防雷盲区。而且传统常规的避雷针太高,对机场上空的飞行不利。如果采用避雷网形式,则因屋面的金属板薄,无法安装避雷网,采用避雷带形式效果也不太好。经北京市建筑设计研究院专家反复试验论证,最后采用国际先进的pulsar避雷针与避雷带相结合的方式,既避免大楼有防雷盲区,又能降低避雷针的高度,同时还对大楼内的设备起到屏蔽保护的作用。Pulsar的工作原理是:当闪电接近地面时,避雷导体上会出现不断上升的闪亮的刷形放电。如果是富兰克林针,这个刷形放电经过一个较长的过渡阶段沿上升光导的方向传播。而pulsar的起动优势却减小了上升光导的形成和连接传播的过渡过程,因而产生了比富兰克林针更有效的雷电捕获能力。首都国际机场新航站楼防雷系统经过两年雷雨季节的考验,效果是比较理想。
做好金属板屋面的防雷系统的设计,除了要选择好防雷形式,选用一个好的接闪器,还要做好引下线地工作。GB50057-94防雷设计规范确定,建筑物的防雷分为三类,根据不同类别确定引下线接地的相互间隔,而且引下线不得少于两根。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昝,如果引下线经过防水处理层时,接地电阻加大,效果不好。而做周圈式接地则可避开防水处理层,能将周圈式接地体埋在基础的外边,也有利于均衡电位的效果。
总之,金属板屋面的防雷系统是一个很难处理的工程,必须选好上部的避雷形式,还要做好引下线工作,这样才能保证建筑物的安全,使人身、设备有可靠的安全保证
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