轻型钢结构由于空间利用率高,建设周期短,工程造价低,建筑物造型美观大方,色彩多样,耐大气腐蚀,隔热隔声阻燃,因而得到广泛的应用,如各类体育馆、超市、工业厂房、仓库、展览馆、飞机库、机场等。大型钢结构工业厂房以安装简单和回收价值高的优点,逐步取代了钢筋混凝土框架结构厂房。防雷与接地对于建筑物本身和建筑物内部的设备及人身的安全起到非常重要的保护作用,特别是雷电频繁区,对防直击雷与雷电波的侵害,防雷与接地更是不可或缺的。
1、接闪装置
轻型钢结构建筑物的围护系统为非燃体,当利用金属板做接闪器时,厚度不应小于0.5mm即可。针对金属板下面有无易燃品的不同情况,对金属板的厚度做了不同的要求,明确规定“金属板下面无易燃品时,其厚度不应小于0.5mm”。
设计人员引用标准做法时应注意。避雷带网格大小应该按规范的要求和各类建筑物的防雷类别严格对应,施工图纸应当按规范划分的标准难确标注。从结构专业角度出发,屋面板的厚度选择一般考虑三个因素:第一是风荷载;第二是雪荷载;第三是擦距。所以,不同地域可能所选的屋面板厚度就不一样,电气设计人员需要和结构专业及时沟通,厚度满足规范要求时,再考核其他条件。比如在新疆。檩距在1.5m左右时,屋面面板厚度一般为0.6mm,底板厚度一般为0.5mm,是满足规范的厚度要求的。
轻型钢结构建筑物的围护系统连接方式一般为咬合或者搭接。无论是压型钢板还是夹芯板,其外观都是瓦楞形的。在施工中,采用搭接时的搭接长度至少要达到一个波峰或波谷,超过100mm则完全满足规范的要求。
综上所述,厚度达到0.5mm的轻型钢结构建筑物的屋面夹芯板(或压型钢板)可以作为接闪器。
2、引下线
轻型钢结构建筑物的主钢架、次构件、围护系统在施工中已经作了可靠的连接,形成了持久的电气通路。因此,只要设置了可靠的接地装置,就可以按跨度将钢柱作为引下线。
第一,不用担心钢柱容易受到机械损坏;第二,从轻型钢结构的建筑体系看,距地有1.2m高的砖墙或者加气混凝土砌块,对人身接触有一定的防护;第三,钢柱本身做了防腐处理,含绝缘被覆层,也起到一定的防护作用。
3、接地装置
现行设计中,一般将基础钢筋作为自然接地体,用40mmx4mm的镀锌扁钢将其连通,并施行总等电位连接。这样进行处理,接地电阻很小,一般容易达到设计要求。在设计中应当注意,应在室外合适位置预留接地连接板,当接地电阻值达不到要求时,施工单位可以方便地连接人工接地体和测试接地电阻值,这一点应当在设计图纸中有所体现。
另外,在设计图纸中,不能泛泛而谈“利用建筑物基础钢筋做自然接地体”。前面已经提到,轻型钢结构建筑物在基础施工时需预埋地脚螺栓,加垫片后才能和钢柱相连。须知预埋的接地螺栓本身和基础钢筋是没有电气连接的!所以,土建施工时可用不小于F10钢筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓可靠焊接。这样,从接闪器到引下线,再到接地装置,雷电流才具备完整的泄放通道。这样做还不够,还应该用短钢筋和基础钢筋可靠焊接,并引出基础外,供连接接地环网,方有利于降低自然接地体的接地电阻值和实施有效的等电位连接。这一点对于设置独立基础的轻型钢结构建筑尤其重要,所以有必要在设计图纸中交代清楚。
如果忽视了轻型钢结构建筑物接地装置的特殊性,即基础钢筋和接地螺栓本身并没有电气连接这一事实,造成的后果则是整个建筑物没有可靠的接地网。采取的补救措施是用40mmx4mm的镀锌扁钢做等电位环网,镀锌扁钢过钢柱时应和柱底脚板下侧可靠焊接,这样,镀锌扁钢充当了接地极和接地线的双重角色。除等电位接地环网沿建筑物外围敷设一周外,在建筑物内还应该按跨度设置均压网格,不但降低跨步电压,保护人身安全,而且有利于工业厂房生产设备就地实施等电位连接,缩短等电位连接线的长度。
4、总结
以上是对钢结构建筑物防直击雷措施的总结,厚度达到0.5mm的轻型钢结构建筑物的屋面夹芯板可以作为接闪器,利用钢柱做引下线,利用基础钢筋做自然接地体并通过镀锌扁钢连接成可靠的等电位接地环网。
因此,从整个保护系统来看,为了起来良好的保护作用,最重要的是基础的工作,那就是接地装置的安装,接地电阻则是检验接地装置安装良好与否的标准。按照图纸设计,该厂房是利用钢筋混凝土桩基础作为接地体,该桩基顶端设承台,承台用承台梁连接起来,形成以座大型的框架地梁,承台顶端设置钢结构柱,承台与钢结构柱通过预埋的地脚螺栓相连接,柱与柱之间通过钢结构梁连接,这样就构成了一个整体的接地通路,要使这条接地通路安全可靠,关键就要处理好各个节点的连接了。
①桩主筋与承台主筋的连接。由于厂房用的是静压桩,因此,在静压桩完成静压实验后及承台钢筋铺设前,必须用一根大于Ф12的圆钢或-40×4mm的镀锌扁钢将静压桩的主筋引出,因为,一个大型厂房的承台一般比较大,如果在承台钢筋铺设后才引出的话,施工的难度就相对大了。必须注意的是各种接地点的搭接长度,因为搭接长度不够也是造成接地系统不好,接地电阻达不到要求的原因之一。接地系统中,各种材料的搭接原则是:(1)、扁钢与扁钢连接,搭接长度不小于2倍的扁钢宽度,且三面施焊;(2)、圆钢与圆钢连接,搭接长度不小于6倍的圆钢直径,且双面施焊;(3)、扁钢与圆钢连接,搭接长度不小于圆钢直径的6倍,双面施焊。
②承台主筋与地梁主筋的连接。利用地梁内的两根主筋,一般是两根靠外侧的主筋,通长焊接连通。
③承台主筋与钢柱底板的连接。有两种连接的方法:1、通过承台主筋与预埋的钢柱地脚螺栓连接,再把地脚螺栓与钢柱相连接;2、用两根不小于Ф12的圆钢或-40×4mm的镀锌扁钢先将承台主筋引出,钢柱安装完成后再将引出部分与钢柱底板连接。因为前者施工时,对预埋的地脚螺栓的保护难度较大,且钢柱安装完后还需对地脚螺栓及螺帽于钢柱的焊接连通,所以运用更多的还是后者。
④钢柱与钢梁的连接。主要是通过高强螺栓的连接,因此,在钢柱和钢梁接合之前,必须把接合处上的包括油漆在内的不导电的杂质清除干净,以保证钢柱与钢梁有良好的电气通路。
⑤钢柱与钢柱的连接。按设计要求,用两根Ф16的镀锌圆钢把钢柱与钢柱相连接,形成一个16×24m的接地网格。该圆钢埋设深度大于1m,焊接在钢柱的底板上,焊接长度需满足规范的要求,焊接时,先将钢柱底板需要焊接处的油漆清理干净,以保证良好的连接。需要注意的是,埋设在泥土内的圆钢必须做好防腐工作。