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      近幾年，由于輕鋼結構建筑物造型美觀大方、建設周期短、工程造價低等優點，因而廣泛應用于各類工業廠房、倉庫、體育館等場所。而金屬板屋面容易遭受雷擊，與普通磚混結構、框架結構建筑物的防雷設計有所不同。結合一鋼結構車間的防雷設計，針對金屬屋面防雷設計的相關問題山西鴻昇興防雷做出粗淺的探討，為以后有效地解決金屬屋面的防雷問題提供參考。

工程概況

河南的一個鋼結構廠房，其中的熔鑄車間主要負責加工鋁線桿及鋁錠產品。整個建筑采用輕鋼結構，該建筑實際尺寸為長方形，L=182m，W=93m，H=18.5m（地坪至屋頂通風器底部）。按鄭州雷暴日計算，查《工業與民用配電設計手冊》（第二版）表16-32為年平均雷暴日為22.0d/a，由于該車間位于廠區內，周圍還有很多建筑群，并不為孤立建筑，故按一般建筑計算，校正系數取1。

建筑物防雷等級的確定  

據GB50057-94中附1.2，根據已知條件計算年雷擊大地的平均密度： 

Ng =0.024Td1.3  

    =0.024×221.3

    =1.334次/（km2.a）

據GB50057-94中附1.4式，得出與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積： 

最后得建筑物年預計雷擊次數： 

N=KNgAe  

  =1×1.334×0.05934  

  =0.0791次/a  

式中：Td—年平均雷暴日（d/a）； 

         Ng—建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度（次/km2.a）； 

         Ae—與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積（m2）； 

         L、W、H—分別為建筑物的長、寬、高（m）；

據GB50057-94第2.0.4條第三條預計雷擊次數0.3次/ a≥N≥0.06次/a，故按第三類防雷設。

接閃器  

山西鴻昇興防雷：根據輕鋼結構的建筑物，采用避雷針顯的笨重，與整個建筑外觀不相協調，而采用金屬屋面做接閃器，需滿足《建筑物防雷設計規范》（GB50057-94,2000版）第4.1.4條給出的四個要求。 

山西鴻昇興防雷：針對規范要求“金屬板下面無易燃物品時，其厚度不應小于0.5mm”。本車間主廠房圍護結構（屋面）采用熱浸鍍鋁鋅鋼板，基板厚度為0.53mm（含鍍鋁鋅層），屋面板下加設玻璃棉墊75mm厚，用鋁箔包裹，用φ1.5不繡鋼絲網層托與檁條上緣部位。玻璃絲棉屬于A級建筑材料，導熱系數為小、阻燃、無毒、化學性能穩定，完全滿足規范不易燃燒的要求。同時據土建專業介紹，輕鋼結構建筑物的圍護系統連接方式施工中采用咬合與搭接，搭接長度至少要達到一個波峰或波谷，超過100m是完全滿足規范要求的。 

山西鴻昇興防雷：另外，第4.1.4條提到的“金屬板無絕緣被覆層”，屋面采用的熱浸鍍鋁鋅鋼板為良好的導體，而表面涂的薄油漆保護層按規范注釋說明也不算是絕緣被覆層，所以滿足規范要求。 綜上所述，在該工程中，屋頂輕鋼結構的金屬面板可以做為接閃器，不僅美觀大方，工程造價有所降低，安裝起來方便，而且也不影響整個建筑物效果。 做好金屬板屋面防雷系統的設計，除了要選擇好防雷形式，選用一個好的接閃器，還要做好引下線及接地工作

引下線  

山西鴻昇興防雷：對于輕鋼結構建筑物，彩色壓型板的種類很多，分為單板和復合型板，本車間采用復合板。施工中諾亞防雷要求土建專業與電氣專業配合，保證屋頂金屬壓型板、屋架、檁條與鋼柱可靠連接，于是施工中均利用鋼柱做為引下線。建筑物的消防梯、鋼柱等金屬構建宜作為引下線。

接地裝置  

目前設計中，我們往往利用基礎鋼筋作為自然接地體，用40X4的鍍鋅扁鋼將其聯通，并實施總的等電位聯結。在此次設計中，我們并沒有嚴格要求用40X4的鍍鋅扁鋼，而是利用鋼柱間條形基礎與鋼柱獨立基礎可靠焊接形成電氣通路。對于輕鋼結構的建筑物，鋼柱獨立基礎施工時要土建預埋地腳螺栓，這樣當鋼柱就位時將地腳螺栓、螺母和鋼柱連接在一起。

山西鴻昇興防雷提醒：要求注意的是地腳螺栓和鋼柱基礎鋼筋在地下是不相連的！所以，電氣設計人員要要求土建專業在設計說明中注明施工中用不小于φ10鋼筋或圓鋼將基礎鋼筋和接地螺栓可靠焊接，并在焊接處做防腐處理，以便接地用。

這樣從屋頂到鋼柱、再到基礎形成可靠連接，保證雷電流具備完整的泄放通道。

此外，山西鴻昇興防雷提醒：不要忘了在室外適當位置預留接地連接板，防止施工中當接地電阻達不到要求時，方便施工單位連接人工接地裝置和測試接地電阻。

結束語

金屬屋面建筑物防雷是個較難處理的工程，但在此類建筑中，只要厚度達到0.5mm的輕鋼結構建筑物的屋面夾芯板（或壓型鋼板）可以作為接閃器，利用鋼柱做引下線，基礎鋼筋做自然接地體并通過鍍鋅扁鋼或地圈梁可靠聯結并做等電位連接。

★ 鋼結構防雷知識問答

問：利用型鋼作為防雷引下線，型鋼裸露，這樣如果建筑物落雷的時候，雷電流會不會對周圍的設備或人反擊，造成傷害。如何避免？

答：利用型鋼作為防雷引下線，當雷電流通過引下線時周邊產生的運動變化磁場，必然污染附近的電子設備，在周邊導電體上感應出不同的電位，如果室內人員同時觸摸具備很高電位差的導電體時，就造成人身安全事故了。

解決方法：  

1） 人身安全：在人能夠觸摸到的一切與大地有直接聯系和間接聯系的金屬導電體直接實施以消滅電位差為目的的等電位電氣連接，最大限度的保護人身安全。 

2） 依據GB50057、GB50343等等國家標準對設備及微電子設備實施SPD保護。 

反擊的概念：所謂雷電反擊現象是雷電襲擊接閃器[包括各種型鋼]，引下線將雷電高電壓改變成電流的形式泄放到大地，到大地后是以電荷的形式出現建筑物主接地系統上，[大地是可以平衡出50萬庫倫負電荷的零電位體----現代物理學的基本奠基標定值]地下的電荷此時打破了一個大地電位系統平衡點，但是土壤具備電阻、電容等諸多參數，不可能馬上出現相反等量電荷與其中和[需要一定時間]，此時雷電流產生的電荷大部分以電壓的形式表現在建筑物附近的地面上，此時建筑物附近地下有：暖氣管、煤氣管、自來水管、設備接地線、中型點接地等等與建筑物內部有聯系的導電體，這些導電體之間在地下有一定的距離，由于地表具備較高的電位[最高電位點為主接地極附近]，距離差產生電位差，這個電位差便反擊到建筑物內，造成事故----這就是雷電高壓反擊現象。

假設1：反擊時如果某人左手觸摸自來水管道，右手觸摸電子設備外殼，則電位差超過一定安全限度，就出現人身安全事故。

假設2：如果電子設備外殼獨立接地，電子設備中線接地與外殼接地之間[在地下存在接地距離]這個反擊電位差將與火線220/380產生電位差，如果電位差較大將燒毀設備。

問：鋼結構建筑，利用裸露的型鋼作為引下線，就算做了全面的等電位，但是落雷的時候，強大的雷電流，難道不會把周圍的空氣擊穿？對引下線附近或接觸引下線的人造成傷害？這個問題我一直非常擔心。 

答：落雷的時候，強大的雷電流可以沿著引下線向大地傳送電位，但是一定要知道引下線是有電感的，這個電感的大小在一定的時候可以阻攔雷電流的正常下泄，從而寄存電位，這個電位在一定大時將與某個小電位之間產生足夠擊穿一定距離空氣或其它介質而發生放電現象。有標準稱也發生側閃現象。

這一點一定要計算一下引下線電感。另外一種現象，引下線上快速運動雷電流必然產生運動磁場，這個運動磁場提供了可以切割磁力線產生過電壓的基本條件，切割磁力線產生的過電壓同樣可以擊穿空氣、擊穿電器介質[包括半導體介質]、擊穿一切可以提供電位差的直接、間接導電體[半導體]，影響我們的工作和生活。據悉天津某某工廠[在漢沽地區]發生某女工上班時開啟電源空氣開關，造成電源線上產生的過電壓擊穿塑料開關外殼進入手掌再通過身體與大地短路死亡事故。湖南某村莊某居民在室內發生燈泡電源線上具備了雷電電磁脈沖感應過電壓擊穿空氣與人頭頂形成通路[回路]死亡現象。引下線附近或接觸引下線的人造成傷害原因是人體的某兩個部分是否產生電位差，這個電位差是他致命的要素。比如我們一只手觸模引下線，另外一只手觸模暖氣管，暖氣管接地點假設遠離建筑物主地網，那么距離差產生電位差，當這個電位差達到一定數值時就可以造成人員傷亡。不要老是考慮人身安全電壓還要考慮人身安全電流。不知道我的建議是否對你有幫助。

問：是否可以得出這樣的結論：空曠地區的大面積廠房（50米X80米），屋面是鐵皮，用裸型鋼作柱子兼防雷引下線是相當危險的？  

答：非常危險,你考慮跨步電壓啊!整體考慮吧,要因地制宜的學習和利用標準,不要太單一考慮費用,人命關天啊!  

問：還想請教一個問題，既然落雷時距離引下線越近的地方感應磁場越大，那么通信設備，消防主機，配電箱是否都應盡量避開引下線？ 

答：如果你有條件,一定遠離!如果1個10/350--100KA[好象是200KA記不清了]的83米半徑的裸露條件下,可以達到2.4GS的干擾電磁脈沖強度,2.4GS可以使無保護的微電子設備達到永久性損壞.  

問：我手頭正在進行一個鋼結構廠房的施工，因為設計單位沒有考慮防雷，我需要重新考慮補救措施。此鋼結構廠房高35米，長寬為9*17米，全鋼結構，屋面及墻壁采用0.5mm的雙層彩鋼瓦覆蓋（內夾不可燃的保溫棉)，三類防雷結構。我準備采取的措施是：

1.因為所有鋼柱基礎已被混凝土覆蓋，無法檢查其鋼筋捆扎與焊接質量，所以我用40*4mm的鍍鋅扁鋼將所有鋼柱的最下端（靠近基礎部位）連接，并與全廠接地網相連； 

2.考慮到屋面彩鋼瓦作接閃器的操作難度與可靠性，我將在屋頂使用10mm的圓鋼安裝一條環屋頂四周的避雷帶，圓鋼與鋼柱焊接； 

3.利用鋼柱作引下線。請問我還該怎樣完善其防雷措施？ 

答：1. 補救是可以但是要多點接地焊接啊1如果有條件可以在上端也進行電氣連接這樣安全!在裸露地方測地阻,原則上處處相等就可以,但是這只是一種補救啊!  

2. 屋面彩鋼瓦應該多點與鋼珠進行電氣連接,多塊金屬瓦之間也要電氣連接避免電弧產生.

3. 接地電阻小于4歐姆,所有鋼梁\鋼拄接地電阻處處相等主接地系統要參照GB50057要求。