摘要：建筑幕墙是建筑外围的保护结构，在建筑结构中并不承担任何的建筑荷载，因此建筑幕墙的建设材料一般选用金属和板材。正是因为建筑幕墙建设材料的使用中包含了金属材料，建筑物很容易在雷雨天气中遭到雷击，给建筑物带来毁灭性的损毁，给人民带来不可估量的灾难。针对雷电的形成原理和雷电对人命的伤害，在设计建筑幕墙时根据这些理论可以有效地设计出安全的建筑幕墙。
关键词：雷电；建筑幕墙；防雷设计
引言：
近年来，为了建筑外装饰的美观，建筑外立面大面积采用幕墙。建筑幕墙是现代建筑流派的主要表现特征，在新世纪的现代化城市建筑中具有不可替代的艺术地位。幕墙是由金属构架与板材组成的、不承担主体结构荷载与作用的建筑外围护结构。由于建筑幕墙的构架为大量的金属材料组成，在大气雷电环境中，受雷云电荷的静电感应，会产生和集聚大量的与雷云底层电荷异号的电荷，从而引起幕墙附近空间电场强度增大。建筑幕墙的金属骨架是良导体，幕墙的防雷措施不当，可能会遭到雷电的侧击破坏，严重的可能招至火灾，所以幕墙的防雷必须严格按照有关规范进行设计和施工。
1 雷电的基本理论
1.1 雷电的形成原理
在空中一定的高度中，云中的小水滴在气流的带动下，形成大水滴与小水滴两种。一般情况下，较大的水滴中带有正电荷，较小的水滴中带有负电荷。带有负电荷的水滴在气流的带动下会凝聚在一起，形成带有负电荷的雷云，而带有正电荷的水滴会在重力的作用下落向地面形成雨，有的则漂浮在空中。在带有负电的雷云影响下，经过静电作用，大地表面形成大量的正电荷聚集，雷云与大地之间形成了一个巨大的电容器，当电容器的电场强度达到一定零界点时，这个大电容器之间就会发生放电现象。
1.2 雷电对建筑物的危害
地上建筑物千姿百态、高矮不一，对雷电的形成和发展也有着促进作用。特别是高层或超高层的建筑物，使地面的电场分布发生了严重的畸变，其电场强度比一般建筑物大得多。而建筑物本身的电场强度的分布也不是均匀的，往往在建筑物的尖顶及边缘上的电场强度最大，而又由于建筑物本身构造及其附属构件积蓄的电荷，雷电就自然被吸引向这些地方，这就是高耸突出的建筑物容易遭受雷击的缘故。如金属屋顶、金属天沟、金属水箱、金属栏杆等，都是易遭受雷击的部位。遭受雷击的对象，本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如一九九九年八月二十七日凌晨 2 点.某寻呼台遭受雷击，导致该台中断寻呼数小时，其直接损失是有限的，但间接损失将大大超过直接损失。再有，雷电袭击时会产生高温与巨大的电流，高温会引起火灾，电流会引起触电事故的发生。因此，建筑物需要设防雷装置。
2 建筑幕墙防雷设计的方法
2.1 构建防雷网
建筑物每隔三层要装设均压环，环间垂直距离不应大于 12m，均压环内的纵向钢筋必须采用焊接连接并与接地装置连通。所有引下线、建筑物的金属结构和金属设备均应连到环上。根据《建筑物防雷设计规范》，幕墙防侧击措施如下：一类防雷建筑物从 30m 起每隔不少于 6m 沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连 30m 以上幕墙的金属物与防雷装置连接。应将二类防雷建筑物 45m 以上，三类防雷建筑物60m 以上幕墙的金属物与防雷装置连接。对设有许多较重要的敏感电子系统，如通信设备、电子计算机、电子控制系统等现代化设备的建筑物，为了增加屏蔽作用，可将防侧击雷和等电位措施从地面首层做起，即将首层以上的外墙上的建筑幕墙、铝和金门窗、金属栏杆等较大金属物与防雷装置连接。
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2.2 防侧雷的办法
高层建筑幕墙顶部的防雷网，只能起到吸收顶部雷电的作用，不能防止电流的侧面横向发展绕击作用，因此在建筑幕墙超过 30m 以上的部分，根据建筑的层间高度每隔 2~3 层宜用 10mm 圆钢设置一圈避雷网，将其与建筑的均压环或预留的避雷引出线进行可靠连接。避雷网的间距宜控制在 10m 左右。防侧雷的一般做法是：对一类防雷幕墙，每隔3m或4m以内的幕墙立柱与避雷网相连；对二类防雷幕墙，每隔 10m 或11m 以内的幕墙立柱与均压环相连。立柱与立柱间的连通材料建议采用铜制编织线，俗称铜辫线。为增加连接钢板的导电性，同时也为延长其抗腐蚀的能力，将与立柱（铝合金）接触部分的保护膜去掉，钢板的接触面浸上锡，目的是使其具有良好的导电性；引出的部分即与避雷网格连接的部分采用热浸镀锌处理，提高防腐能力。再有，在连接钢板与立柱的接触处垫上与接触面相同规格的 3mm 素铝板，目的是如产生双金属腐蚀其首先腐蚀素铝板，对立柱（铝合金）起到一定的保护作用，并在周圈涂适量密封胶以提高耐久性。
2.3 防顶雷的办法
由于建筑物高，雷闪击中建筑物顶层周边的雷电流可能会很大，金属幕墙如果位于女儿墙外侧时就属于屋面周边，属于易受雷击部位，尤其是转角处为雷击率最高部位，因此，此处的防雷是很重要的。我司在女儿墙外侧装修的具体做法是：在女儿墙上设置防雷网，防雷网用8mm的圆钢或4mm以上厚度的扁钢，且扁钢的截面面积大于48mm 2。圆钢或扁钢的外表面进行热浸镀锌处理。从装饰效果上考虑，防雷引线应尽可能不从顶封板上引出，而从女儿墙的后面引出。当需要防雷引线从顶封板上引出时，可以考虑从顶封板的胶缝处引出。在女儿墙上设置安全观光扶手或不锈钢栏杆，将其同时用作防雷网和接闪器的作用。但此时钢管的壁厚大于2.5mm，防止被雷击穿。为保证幕墙免遭雷击，使幕墙顶封板处于安全范围之内，可相应调整顶封板的宽度和不锈钢扶手的高度，使保护角α、β均小于600。起到防顶雷击的目的。
3 防雷设计中应注意的事项
在玻璃幕墙的防雷过程中应注意以下三点：一是，充分利用建筑物的接闪器、引下线、接地装置。二是，将均压环层的幕墙横竖向龙骨联结成一个电气通路，并与建筑物防雷网联通。三是，将首层的幕墙的横竖龙骨联结成一个电气通路，并与建筑物的防雷网联通。通过以上，玻璃幕墙在遭受雷击的过程中，由于其玻璃幕墙的防雷与建筑物防雷联成一体，则玻璃幕墙将能获得的电能，通过建筑物的接地系统迅速地输送到地下，从而达到保护建筑物和玻璃幕墙免遭雷电的破坏。高层玻璃幕墙的顶部为了美观，一般都采用铝板，铝板是入地较好的导体，它沿建筑物顶部分布，其电场强度很大，雷电就很容易被吸引过来，受雷击最大的部位，铝板则是很好的接闪器，可以接受雷电流，将固定铝板的主横担与建筑物避雷系统联成一体，这样就可以安全的将雷电流导入大地。高层建筑的玻璃幕墙顶部的接闪器可以有效地防雷直击，但不能防止侧雷击，在玻璃幕墙防侧雷时，其要根据建筑物防雷等级来确定其作法：一类防雷 30 米，二类防雷在 45 米，三类防雷在 60 米，综合建筑物的防雷等级在 30 米、45 米或 60 米以上的高层玻璃部位，每层设一个均压环，并将建筑物防雷网及玻璃幕墙防雷系统联通，形成一个电气通路，为了防止球形雷，将玻璃幕墙首层的横竖龙骨联结成一个电气通路，并与建筑物的接地网联成一体。
结束语：
建筑幕墙的防雷施工是保障其使用效果和安全的重要措施，在施工之前要进行科学的规划和设计，设计单位必须要具备专业设计资格。在进行施工时，要保证施工单位具有合格的技术水平才能着手操作。施工需要严格按照设计要求和设计图纸进行操作，将每一个细节都做到位，确保建筑幕墙能够做好严密的防雷工作，为日常的使用排除安全隐患。
参考文献：
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[2] 苑海洋.建筑幕墙设计的问题与对策探讨[J].江西建材.2014（14）
[3] 季福成.刍议建筑幕墙施工技术[J].中国科技投资.2013（17）
论文作者:刘翔
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/6
标签：幕墙论文; 防雷论文; 建筑物论文; 建筑论文; 雷电论文; 金属论文; 电场论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;