钢结构厂房防雷设计

钢结构厂房防雷设计

近几年，由于轻钢结构建筑物造型美观大方、建设周期短、工程造价低等优点，因而广泛应用与各类工业厂房、仓库、体育馆等场所。而金属板屋面容易遭受雷击，与普通砖混结构、框架结构建筑物的防雷设计有所不同。结合一钢结构车间的防雷设计，针对金属屋面防雷设计的相关问题做出粗浅的探讨，为以后有效地解决金属屋面的防雷问题提供参考。

工程概况

河南的一个钢结构厂房，其中的熔铸车间主要负责加工铝线杆及铝锭产品。整个建筑采用轻钢结构，该建筑实际尺寸为长方形，L=182m，W=93m，H=18.5m（地坪至屋顶通风器底部）。按郑州雷暴日计算，查《工业与民用配电设计手册》（第二版）表16-32为年平均雷暴日为22.0d/a，由于该车间位于厂区内，周围还有很多建筑群，并不为孤立建筑，故按一般建筑计算，校正系数取1。

建筑物防雷等级的确定

据GB50057-94中附1.2，根据已知条件计算年雷击大地的平均密

度：

Ng =0.024Td1.3

=0.024×221.3

=1.334次/（km2.a）

据GB50057-94中附1.4式，得出与建筑物截收相同雷击次数的等效面积：

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—建筑物所处地区雷击大地的年平均密度（次

/km2.a）；

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）；

据GB50057-94第2.0.4条第三条预计雷击次数0.3次/ a≥N≥0.06次/a，故按第三类防雷设。

接闪器

根据轻钢结构的建筑物，采用避雷针显的笨重，与整个建筑外观不相

协调，而采用金属屋面做接闪器，需满足《建筑物防雷设计规范》

（GB50057-94,2000版）第4.1.4条给出的四个要求。

针对规范要求“金属板下面无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm”。本车间主厂房围护结构（屋面）采用热浸镀铝锌钢板，基板厚度为

0.53mm（含镀铝锌层），屋面板下加设玻璃棉垫75mm厚，用铝箔包裹，用φ1.5不绣钢丝网层托与檩条上缘部位。玻璃丝棉属于A级建筑材料，导热系数为小、阻燃、无毒、化学性能稳定，完全满足规范不易

燃烧的要求。同时据土建专业介绍，轻钢结构建筑物的围护系统连接

方式施工中采用咬合与搭接，塔接长度至少要达到一个波峰或波谷，

超过100m是完全满足规范要求的。

另外，第4.1.4条提到的“金属板无绝缘被覆层”，屋面采用的热浸

镀铝锌钢板为良好的导体，而表面涂的薄油漆保护层按规范注释说明

也不算是绝缘被覆层，所以满足规范要求。综上所述，在该工程中，屋顶轻钢结构的金属面板可以做为接闪器，不仅美观大方，工程造价

有所降低，安装起来方便，而且也不影响整个建筑物效果。做好金

属板屋面防雷系统的设计，除了要选择好防雷形式，选用一个好的接

闪器，还要做好引下线及接地工作。

引下线

对于轻钢结构建筑物，彩色压型板的种类很多，分为单板和复合型板，本车间采用复合板。施工中我们要求土建专业与电气专业配合，保证

屋顶金属压型板、屋架、檩条与钢柱可靠连接，于是施工中均利用钢

柱做为引下线。建筑物的消防梯、钢柱等金属构建宜作为引下线。

接地装置

目前设计中，我们往往利用基础钢筋作为自然接地体，用40X4的镀锌

扁钢将其联通，并实施总的等电位联结。在此次设计中，我们并没有

严格要求用40X4的镀锌扁钢，而是利用钢柱间条形基础与钢柱独立基

础可靠焊接形成电气通路。对于轻钢结构的建筑物，钢柱独立基础施

工时要土建预埋地脚螺栓，这样当钢柱就位时将地脚螺栓、螺母和钢

柱连接在一起。

要求注意的是地脚螺栓和钢柱基础钢筋在地下是不相连的！所以，电

气设计人员要要求土建专业在设计说明中注明施工中用不小于φ10钢

筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓可靠焊接，并在焊接处做防腐处理，

以便接地用。

这样从屋顶到钢柱、再到基础形成可靠连接，保证雷电流具备完整的

泄放通道。

此外，不要忘了在室外适当位置预留接地连接板，防止施工中当接地

电阻达不到要求时，方便施工单位连接人工接地装置和测试接地电阻。结束语

金属屋面建筑物防雷是个较难处理的工程，但在此类建筑中，只要厚

度达到0.5mm的轻钢结构建筑物的屋面夹芯板（或压型钢板）可以作

为接闪器，利用钢柱做引下线，基础钢筋做自然接地体并通过镀锌扁

钢或地圈梁可靠联结并做等电位连接。

★ 钢结构防雷知识问答

问：利用型钢作为防雷引下线，型钢裸露，这样如果建筑物落雷的时候，雷电流会不会对周围的设备或人反击，造成伤害。如何避免？

答：利用型钢作为防雷引下线，当雷电流通过引下线时周边产生的运

动变化磁场，必然污染附近的电子设备，在周边导电体上感应出不同

的电位，如果室内人员同时触摸具备很高电位差的导电体时，就造成

人身安全事故了。

解决方法：

1）人身安全：在人能够触摸到的一切与大地有直接联系和间接联系

的金属导电体直接实施以消灭电位差为目的的等电位电气连接，最大

限度的保护人身安全。

2）依据GB50057、GB50343等等国家标准对设备及微电子设备实施SPD保护。

反击的概念：所谓雷电反击现象是雷电袭击接闪器[包括各种型钢]，

引下线将雷电高电压改变成电流的形式泄放到大地，到大地后是以电

荷的形式出现建筑物主接地系统上，[大地是可以平衡出50万库伦负

电荷的零电位体----现代物理学的基本奠基标定值]地下的电荷此时打

破了一个大地电位系统平衡点，但是土壤具备电阻、电容等诸多参数，不可能马上出现相反等量电荷与其中和[需要一定时间]，此时雷电流

产生的电荷大部分以电压的形式表现在建筑物附近的地面上，此时建

筑物附近地下有：暖气管、煤气管、自来水管、设备接地线、中型点

接地等等与建筑物内部有联系的导电体，这些导电体之间在地下有一

定的距离，由于地表具备较高的电位[最高电位点为主接地极附近]，

距离差产生电位差，这个电位差便反击到建筑物内，造成事故----这

就是雷电高压反击现象。