建筑工程 ●Ｉ 钢结构厂房防雷设计及应用 王彬 谢旭明 （１．翁源县防雷设施检测所；２．韶关市华虹防雷工程有限公司翁源分公司） ［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—２ｏｌｏ￣Ｉ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～叭 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人侵到任何 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～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电子自动化设备，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￣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）板问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０．５ｒａｍ，铝板的厚度不应小于０．６５ｍｍ，锌板的厚 夏不直小于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 ４ｒａｍ，铜板的厚度不应小于５ｒａｍ，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一１．Ｏｍｍ， 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 １２ｒａｍ热镀锌圆 钢，接闪带采用大于等于 ｌＯｍｍ热镀锌圆钢或热镀锌扁钢，扁钢截面积不小于 ４８ｍｍｚ，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 。 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＋ 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 （ＬＥＷＩＰ），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，以波的形式传人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】Ⅸ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． 科技博览 １５５
