1 背景與意義
然而，幕墻的金屬龍骨架等金屬材質(zhì)由于雷電的效應會產(chǎn)生靜電感應，在雷云瞬間放電后，若接地不良，幕墻的金屬材質(zhì)感應電荷不能相應地快速散流，將產(chǎn)生對地高電位，造成室內(nèi)電位差，帶來極大危害，因此，如何保證建筑物幕墻防雷的安全性已是當今一個重要問題。
我國現(xiàn)行的電氣施工及驗收規(guī)范、圖集對這方面內(nèi)容的闡述尚不明確，建筑幕墻設(shè)計單位對建筑幕墻防雷技術(shù)的做法也不具體，對其做法的說明常見的是“符合設(shè)計規(guī)范要求”等字樣，給從事具體施工的技術(shù)人員把握施工技術(shù)要求帶來一定的難度。為防止或減少雷擊建筑幕墻所發(fā)生的人身傷害和財產(chǎn)損失，并做到安全可靠、技術(shù)先進,做好建筑幕墻的防雷措施越來越重要。
2 國家規(guī)范、標準對幕墻防雷的具體要求
JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第4.4.13條規(guī)定：“玻璃幕墻的防雷設(shè)計應符合國家現(xiàn)行標準《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057和《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ16的有關(guān)規(guī)定。幕墻的金屬框架應與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠連接，連接部位應清除非導電保護層。”
JGJ133-2001《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第4.4.2條規(guī)定：“金屬與石材幕墻的防雷設(shè)計除應符合現(xiàn)行國家標準《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057）的有關(guān)規(guī)定外，還應符合下列規(guī)定：
1、在幕墻結(jié)構(gòu)中應自上而下地安裝防雷裝置，并應與主體結(jié)構(gòu)的防雷裝置可靠連接；
2、導線應在材料表面的保護膜除掉部位進行連接；
3、幕墻的防雷裝置設(shè)計及安裝應經(jīng)建筑設(shè)計單位認可。”
GB/T21086-2007《建筑幕墻》第5.2.2條規(guī)定：“建筑幕墻的防火、防雷功能應符合JGJ102、JGJ133的規(guī)定。”第14.9條規(guī)定：“防雷檢驗應測量幕墻框架與主體結(jié)構(gòu)之間的電阻，幕墻表面潮濕或其他可能影響測試結(jié)果的情況下，不宜進行電阻的測量。”
3 幕墻雷擊的危害及幕墻防雷的必要性
幕墻按其用途及其結(jié)構(gòu)特點主要分為玻璃幕墻和非透明式玻璃幕墻，其中玻璃幕墻分為點支式玻璃幕墻、框架式玻璃幕墻、全玻璃幕墻；非透明式玻璃幕墻分為鋁合金單板幕墻、鋁塑復合板幕墻、蜂窩結(jié)構(gòu)幕墻、石材幕墻［2］。無論哪種幕墻，都是由金屬龍骨框架與帶有裝飾效果的板材組成。在實際使用過程中，其金屬龍骨框架最小截面及厚度均作為防雷接閃器，且滿足GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第5.2.1條關(guān)于接閃器的要求。
通常情況下，建筑工程主體本身防雷裝置雖很完美,但進行幕墻圍護建筑物后，建筑物自身的防雷裝置由于幕墻的屏蔽效應，不能直接起到防雷作用，閃擊往往變成對幕墻的側(cè)擊。然而，我國現(xiàn)行的電氣施工及驗收規(guī)范、標準施工圖集對幕墻防雷內(nèi)容的闡述尚不明確，實際工程中往往忽略幕墻防雷的設(shè)計，如圖1所示。從圖中可以看出，假設(shè)強大的雷電流IKA側(cè)擊至幕墻b點處，由于幕墻未作接地保護，幕墻的金屬龍骨感應電荷不能泄流，室內(nèi)處于與b點相近標高處的人體在觸摸室內(nèi)金屬導體時，a點與b點將會產(chǎn)生極大的電位差，人體瞬間觸電，極其危險。
根據(jù)JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第4.4.13條規(guī)定，在主體結(jié)構(gòu)施工時，女兒墻頂與結(jié)構(gòu)柱底部預留金屬埋件，通過金屬構(gòu)件將幕墻的金屬框架與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠連接。如圖2所示，假設(shè)雷電流IKA側(cè)擊至幕墻b點處，由于幕墻金屬龍骨與主體結(jié)構(gòu)豎向貫通，雷電流IKA沿圖示方向泄流，根據(jù)基爾霍夫電流定律，IKA=I1+I2，由于I1與I2泄流過程中對地電阻相差很大，在此情況下，室內(nèi)處于與b點相近標高處的人體在觸摸至室內(nèi)金屬導體時，a點與b點將會產(chǎn)生極大的電位差，人體瞬間觸電，極其危險。
鑒于以上兩種情況，雷電流側(cè)擊幕墻均對室內(nèi)人體造成極大的威脅，故本文提出在主體施工時，除在主體女兒墻頂與結(jié)構(gòu)柱底部預留金屬埋件外，還分層增設(shè)金屬埋件，通過金屬構(gòu)件將幕墻的金屬框架與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠連接，如圖3所示。假設(shè)雷電流側(cè)擊至幕墻b點處，由于幕墻金屬龍骨與主體結(jié)構(gòu)橫向豎向完全貫通，雷電流IKA沿圖示方向泄流，根據(jù)基爾霍夫電流定律，IKA=I1+I2+I3，由于I1、I2與I3泄流過程中對地電阻相差很大，IKA≈I3，在此情況下，室內(nèi)處于與b點相近標高處的人體在觸摸至室內(nèi)金屬導體時，a點與b點的電位差幾乎為0，人體安全。
根據(jù)以上3種情況對比分析，可以看出，做好幕墻防雷的重要性及必要性。為了更好地驗證上述分層預留金屬預埋件幕墻防雷措施的必要性，本文模擬搭建一個Φ200mm、高20m、寬4m、長6m的5層鋼筋結(jié)構(gòu)，如圖4所示，假設(shè)雷擊電流幅值為20kA，通過ATPDRAW軟件編制計算機程序，計算得到其正面電流分布及頂層電流分布分別如圖5及表1所示。
通過以上實驗數(shù)據(jù)可以看出，在主體施工時，除在主體女兒墻頂與結(jié)構(gòu)柱底部預留金屬埋件外，還分層增設(shè)金屬埋件，通過金屬構(gòu)件將幕墻的金屬框架與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠連接，雷擊電流通過金屬導體層層分散泄流后，各分支導體的電流分布占比趨于一致，在此前提下，同一標高處室內(nèi)與幕墻處的電位差幾乎為0，可最大限度地保證人身安全。
4 建筑幕墻的防雷設(shè)計要點
以明框式玻璃幕墻和石材幕墻為例，簡述其幕墻防雷設(shè)計要點。
4.1明框式玻璃幕墻防雷設(shè)計要點
明框式玻璃幕墻防雷橫向剖節(jié)點及縱向剖節(jié)點分別如圖6及圖7所示。
明框式玻璃幕墻防雷設(shè)計要點：
a.鋁合金最小截面為50mm2，厚度2.5mm（一般情況，需對幕墻廠家提要求）。
b.建筑高度超過30m時，建筑物裝設(shè)均壓環(huán)，環(huán)間距離不大于12m。
c.幕墻的金屬立柱作為引下線與均壓環(huán)連接，間距不大于10m。
d.幕墻均壓環(huán)與主體結(jié)構(gòu)引下線連接點須可靠連接，通過直徑為12mm圓鋼進行焊接，其焊接長度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理。
e.幕墻立柱通過4mm厚不銹鋼板和直徑為12mm圓鋼與幕墻均壓環(huán)相連，其焊接長度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理，鍍鋅鋼板與幕墻立柱接觸部位須將接觸面上的銹蝕和氧化膜去除。
f.幕墻上、下立柱之間采用400mm長銅編織帶連通，銅編織帶截面不小于25mm2。
g.在易受雷擊的女兒墻頂部、檐口處、挑檐等處均應設(shè)置均壓環(huán)，并將雨棚、懸挑金屬構(gòu)件與均壓環(huán)可靠連接。
h.要求在主體結(jié)構(gòu)施工時，埋入的每個預埋件的直錨筋應與圈梁中的鋼筋用綁扎法連接或焊接。
4.2石材幕墻防雷設(shè)計要點
石材幕墻防雷橫向剖節(jié)點及縱向剖節(jié)點分別如圖8及圖9所示。
石材幕墻防雷設(shè)計要點：
a.龍骨最小截面為50mm2，厚度2.5mm。b.建筑高度超過30m時，建筑物裝設(shè)均壓環(huán)，環(huán)間距離不大于12m。
c.幕墻的主龍骨作為引下線與均壓環(huán)連接，間距不大于10m。
d.幕墻均壓環(huán)與主體結(jié)構(gòu)引下線連接點須可靠連接，通過直徑為12mm圓鋼進行焊接，其焊接長度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理。e.幕墻主龍骨通過4mm厚不銹鋼板和直徑為12mm圓鋼與幕墻均壓環(huán)相連，其焊接長度不小于100mm，焊縫表面二道防銹漆處理，鍍鋅鋼板與幕墻主龍骨接觸部位須將接觸面上的銹蝕和氧化膜去除。
f.幕墻上、下龍骨之間采用400mm長銅編織帶連通，銅編織帶截面不小于25mm2。
g.在易受雷擊的女兒墻頂部、檐口處、挑檐等處均應設(shè)置均壓環(huán)，并將雨棚、懸挑金屬構(gòu)件與均壓環(huán)可靠連接。
h.要求在主體結(jié)構(gòu)施工時，埋入的每個預埋件的直錨筋應與圈梁中的鋼筋用綁扎法連接或焊接。
i.鋁板幕墻在選材上注意宜選用單層鋁板而不選用鋁塑復合板，因為復合板中間夾的聚乙烯塑料是不能導電的，致使復合板幕墻無法接地，無法預防雷電對建筑物幕墻的危害。
5 結(jié)語
綜上所述，隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，采取一定的措施可以使建筑幕墻防雷技術(shù)與建筑本身防雷設(shè)施形成整體防雷系統(tǒng)，不論是側(cè)擊雷直接擊中幕墻產(chǎn)生的雷電流還是靜電感應聚集的大量電荷，都能夠快速有效地散流，對預防雷擊起著非常重要的作用，而且能夠最大限度地降低雷電給人們帶來的危害。因此，建筑幕墻的防雷應從設(shè)計、施工各個方面不斷規(guī)范，施工時應具有完整的幕墻防雷施工圖，且施工圖必須經(jīng)審圖機構(gòu)審查批準方可實施，同時應與建筑主體結(jié)構(gòu)施工緊密結(jié)合，預埋件與均壓環(huán)連接應可靠，消除安全隱患。
