钢结构厂房防雷设计探讨：金属屋面防雷相关问题分析

钢结构厂房防雷设计

近些年，轻钢结构建筑因其外观雅致、施工速度快、成本效益高而备受青睐，常被用于各类工业厂房、仓储设施、体育场馆等场合。然而，金属板屋面较易遭雷击，其防雷措施与普通砖混结构、框架结构建筑物的设计方法存在显著差异。以一钢结构车间的防雷措施为切入点，就金属屋面防雷设计的若干要点进行初步分析，旨在为今后妥善处理金属屋面防雷事宜提供借鉴。

1 工程概况

巩义市站街镇有座钢结构厂房，那里办企业，业务包含发电、电解铝和碳素制造。熔铸车间是专门加工铝线杆和铝锭的地方。这整个厂房用轻钢结构建造，外形是长方形，具体尺寸为长182米，宽93米，高18.5米，这个高度是从地坪算到屋顶通风器底部的。巩义与郑州相邻，距离不远，因此参照郑州的雷暴日数据，查阅《工业与民用配电设计手册》（第二版）中的表16-32，可知年均雷暴日数是22.0天每一年。这个车间处在工厂内部，周边有众多建筑物，并非独立存在，所以按照普通建筑来计算，校正系数定为一。

2 建筑物防雷等级的确定

依据GB50057-94附件1.2之规定，需运用现有资料推算每年大地遭雷击的频次分布情况，具体数值应通过公式演算得出，结果以每平方公里雷击次数计量，单位为次/平方公里。

Ng =0.024Td1.3

=0.024×221.3

=1.334次/（km2.a）

按照GB50057-94附件1.4条款中的公式计算，可以确定一个与建筑物接收相同数量雷电击的等效区域，这个区域的面积是确定的。

Ae等于LW加上两倍的L加W的乘积，再加上圆周率乘以H乘以二百减去H，最后乘以十万分之一

=［182×93+2×（182+93）×

+3.14×18.5（200-18.5）］×10-6

=0.05934km2

最后得建筑物年预计雷击次数：

N=KNgAe

=1×1.334×0.05934

=0.0791次/a

式中：Td—年平均雷暴日（d/a）；

Ng表示某地建筑遭遇雷击的年均次数，单位为每平方公里每年发生多少次

Ae—与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（m2）；

L、W、H—分别为建筑物的长、宽、高（m）；

根据国家标准GB50057-94第二部分第二项第四点第三款，预估遭受雷击的频次为每年度0.3次以上且不低于每年度0.06次，因此应实施第三级别的防雷措施。

3接闪器

针对采用轻钢结构建造的房屋，设置避雷针显得过于沉重，与整体建筑造型不匹配，而选用金属屋面充当接闪装置，必须符合《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94,2000版）第四条第一项第四小项规定的四项条件。

当金属板下方不存在可燃物时，其板材厚度需达到0.5毫米以上标准，本厂房主建筑外围护部分即屋面选用了热浸镀铝锌钢制板材，基材本身厚度为0.53毫米，这包含了镀层部分，屋面板下方额外铺设了玻璃棉作为隔热填充物，该填充物厚度为75毫米，并且用铝箔进行包裹处理，同时通过直径1.5毫米的不锈钢丝网，将其固定在檩条的上部位置。玻璃丝棉是A级建筑材料的典型代表，其导热系数很低，具备不燃、无毒、化学性质稳定等优良特性，能够完全符合规范中关于不易燃烧的标准。土建专业人士介绍，轻钢结构建筑物的围护系统在施工时，连接方式主要采用咬合和搭接，搭接的长度至少要覆盖一个波峰或波谷，如果超过100米，就完全达到了规范的要求。

第4.1.4条所述的“金属板材无绝缘覆盖层”，屋面所用的热浸镀铝锌钢板是导电性能优良的材质，而其表面涂覆的薄涂层根据规范注释，也不属于绝缘覆盖层，因此符合规范标准。

经过分析，这个项目里，顶部的钢结构金属板材能够充当避雷装置，它既看起来漂亮，又能节省建设费用，铺设过程也简单，并且不会破坏整个建筑物的外观。

金属板屋面防雷系统的规划，需要先确定合适的防雷方式，再挑选优质的接闪器，同时还要确保引下线和接地部分施工到位。

4引下线

轻钢结构建筑所用的彩色压型板样式丰富，有单一板材和复合板材两种，我们这个工段选用的是复合板材，施工时需要建筑部门与电气部门协同工作，确保屋顶的金属压型板、屋架、檩条同钢柱之间紧密固定，因此在实际操作中都以钢柱充当接地引线。该项内容，《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94,2000版）第四条第二项第三款亦已明确说明，建筑物的消防梯、钢柱等金属构件适合充当引下线。

5接地装置

现在设计里，我们通常把普通钢筋当作自然接地体，再通过40X4镀锌扁钢把它们连起来，同时做整体等电位连接。这次设计里，我们没硬性规定要用40X4镀锌扁钢，而是让钢柱之间的条形基础和钢柱单独的基础靠焊接紧密连接，以此构成电气通路。轻钢结构建筑在钢柱独立基础施工过程中，需要预先设置地脚螺栓，用于将钢柱与基础牢固固定，螺栓需搭配螺母使用，确保连接紧密。特别强调，地脚螺栓与基础内的钢筋部分在地下并未形成连接。因此，电气工程技术人员需要明确，土建单位在图纸说明里必须写明，施工时必须采用直径不小于十毫米的钢筋或圆钢，将基础钢筋和接地螺栓进行牢固的焊接，同时在焊接部位实施防锈措施，这样才符合接地要求。详细方法可以查阅国家标准图集《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》（03D501-3）的第十七页内容。通过这种方式，屋顶同钢柱紧密相连，钢柱又与基础牢固接合，确保了雷电电流拥有通畅的释放路径。

另外，记得在户外合适地点设置接地连接板，以便施工时，若接地电阻未达标，能便于施工方接通人工接地设备，并检测接地电阻。

6结束语

金属屋面建筑物的防雷措施比较复杂，不过对于厚度达到0.5毫米的轻钢结构建筑，其屋面夹芯板或者压型钢板能够充当接闪装置，钢柱可以承担引下线的功能，基础中的钢筋则可以当作自然接地部件，并且需要借助镀锌扁钢或者地圈梁实现稳固的连接，同时还要进行等电位联结。