一、雷電與建筑物的關(guān)系          
         
雷電是天空云層中一種自然的放電現(xiàn)象 ，大氣的對流和冷熱變化形成了雷雨云， 在氣流的作用下，雷雨云下部的水滴帶負電荷，上部冰晶帶正電荷，由于雷云的負電感應(yīng)，使附近地面及建筑積聚著正電荷，如同電容器一樣，使地面和雷云之間形成了強大的電場。隨著對流的加強，電場強度增大到極限值時，超過了空氣的擊穿強度，于是空氣電離產(chǎn)生云間放電并發(fā)出火花，這就是閃電。閃電主要有云際閃電和云地閃電兩種，而云地閃電對人們關(guān)系較大。強大的電流把閃電通道內(nèi)的空氣加熱到一萬度以上，空氣驟然膨脹，發(fā)出巨大的響聲，這就是雷。          
         
雷擊有規(guī)律嗎 ?凡是空氣中導(dǎo)電微粒較多的，地面有高聳物體，地面和地下的電阻率較小的地帶都易落雷，因為雷電流總是選取較易導(dǎo)電的途徑。地面上建筑物性質(zhì)和形狀對雷電的發(fā)展也有影響，由于建筑物改變了地面電場強度的分布，而建筑物本身的電場強度的分布也不是均勻的，由于在建筑的尖頂及邊緣棱角處感應(yīng)電荷較多，電場強度較大，附近氣體離子增多，較易擊穿導(dǎo)電，往往構(gòu)成了雷電發(fā)展的條件，雷電下行先導(dǎo)就自然被吸引向這些地方，屋頂就會由頂端放電，導(dǎo)致迎面先導(dǎo)，與云下的先導(dǎo)會合，形成主放電通導(dǎo)，強大的雷電流就會指向房屋；建筑物本身構(gòu)造及其附屬構(gòu)件能積聚蓄電荷的多少，對雷擊影響很大，如金屬屋頂、金屬墻面、金屬天溝、幕墻外露框、金屬水箱、金屬欄桿…具有良好導(dǎo)電性能，都是易遭受雷擊的部位。          
         
雷電流是一種強度極大，作用時間極短的瞬變過程 。閃電成災(zāi)分兩種，一種是直擊雷，另-種是間接雷，直擊雷擊中建筑物時，通常會產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力。雷電流的瞬時電流高達幾萬安培，在瞬間釋放出巨大能量，會把被擊中金屬熔化，使物體水份汽化，產(chǎn)生強大的機械力，或者水被分解成氫氣和氧氣，產(chǎn)生炸開，使磚墻擊碎，木結(jié)構(gòu)劈裂，建筑物遭到破壞，其震動力有時可以將人震死，再有雷電的高溫引起建筑物燃燒，構(gòu)成火災(zāi)和引起觸電。間接雷擊更常見，有時比直擊雷危害大得多。雷雨云中的電荷使地面金屬物感應(yīng)出大量異號電荷。雷雨云放電后，感生的電荷如來不及立刻消失，它會產(chǎn)生幾萬伏的高電壓，會對周圍放電而出現(xiàn)感應(yīng)雷的雷擊現(xiàn)象 。1989年8月12日發(fā)生震驚全國的黃島油庫特大雷擊火災(zāi)，燒了四天四夜，大火的起因就是電磁感應(yīng)造成的雷擊，并非避雷針失效。          
         
二、鋁合金幕墻特別需要注意防雷          
         
高層或超高層建筑以及它的鋁合金幕墻，使地表的電場分布發(fā)生了嚴重的畸變，其電場強度比一般建筑物大得多，容易構(gòu)成雷電發(fā)展條件，加上離放電云層近，易遭受雷擊，通常年雷擊次數(shù)和當?shù)啬昃妆┤粘烧龋徒ㄖ锔叨鹊钠椒匠烧?。根?jù)美國學者統(tǒng)計得出的經(jīng)驗公式，年平均雷擊次數(shù)N可用下面公式算出：          
         
N＝O.015(1KZ)10-4·k1·k2·H2          
         
式中IKZ一年平均雷暴日。如北京的IKZ為36.8；上海的IKZ為32.3；廣州的IKZ約為90，其余城市的IKZ可查年平均雷電日數(shù)分布圖及從有關(guān)氣象資料中獲得。          
         
k1一落雷不均系數(shù)，對發(fā)電廠變電所k1＝8～12；一般易受雷擊的建筑物，k1=1．5～2．0          
         
k2一建筑材料影響系數(shù)。金屬材料k2 =1．5非金屬材料k2=0.15          
         
H-建筑物高度(m)          
         
由公式可以看出，樓層愈高，受雷擊的雷暴日愈大。同一高度幕墻，用金屬材料比用非金屬材料雷暴日大十倍。          
         
鋁合金幕墻圍護高層建筑物后，建筑物原防雷裝置由于鋁合金幕墻的屏蔽效應(yīng)，不能直接起到接閃和防雷作用，閃電對建筑的雷擊往往變成閃電對鋁合金幕墻的雷擊。對幕墻十分不利，這是因為建筑物結(jié)構(gòu)材料所積蓄電荷量的多少，直接影響建筑物的接閃頻率。鋁合金幕墻的金屬構(gòu)件較多，能夠積累大量電荷， 成為雷擊選擇性的主要因素，更容易接閃，引雷入室， 使大樓的籠式避雷網(wǎng)失去作用。          
         
鋁合金幕墻的金屬材質(zhì)由于雷電的效應(yīng) ，也會產(chǎn)生靜電感應(yīng)作用， 當天空雷云和大地形成電場時，幕墻的金屬體就會積聚與雷云極性相反的大量感應(yīng)電荷，當雷云瞬間放電后，云與大地的電場忽然消失，這時幕墻的金屬體感應(yīng)電荷不能以相應(yīng)的速度流散，將會產(chǎn)生高達萬伏以上的對地電位，這就是靜電感應(yīng)電壓，對人和設(shè)備產(chǎn)生危害。這對單獨的裙房幕墻以及高層建筑的鋁合金門窗，需要特別注意的。          
         
高層金屬幕墻通常超過50m， 超高層幕墻超過100m，如果強大的雷電流全程通過幕墻構(gòu)件時，由于持續(xù)時間極短，只有幾十微秒，則每米的電位差可達萬伏以上，高達100m的幕墻，在通過雷電流時可達百萬伏的電位差，將會和周圍的金屬體之間產(chǎn)生反擊放電和電磁感應(yīng)。          
         
雷電現(xiàn)象非常復(fù)雜 、與自然界許多因素有關(guān)， 如地形、地質(zhì)、風向、氣溫、宇宙射線、大氣污染、建筑物等等，隨機性很大，地區(qū)差別也大，特別是鋁合金幕墻大量用在建筑物上后。使得防雷設(shè)計更復(fù)雜了，這要引起我們重視。          
         
玻璃幕墻的防雷設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《建筑防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057 的有關(guān)規(guī)定，玻璃幕墻應(yīng)形成自身的防雷體系，并與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠地連接。          
         
通常建筑物的防雷裝置有三部分：接閃器(如避雷針、避雷網(wǎng)、避雷環(huán)等)，引下線和接地裝置，它們的作用就是把閃電吸引到自身，導(dǎo)入地下消散閃電的能量。在鋁合金幕墻的防雷設(shè)計中，應(yīng)充分利用建筑物的這些裝置 ，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)范的建筑幕墻的防雷裝置， 立柱橫梁應(yīng)和建筑物防雷網(wǎng)接通，把建筑幕墻獲得的巨大電能量，通過建筑物的接地系統(tǒng)，迅速地輸送到地下，使其兩部分成為一個防雷整體，共同起到保護鋁合金幕墻和建筑物免遭雷電破壞的作用。          
         
鋁合金幕墻要形成自身的防雷體系，整個幕墻系統(tǒng)應(yīng)形成連貫的電氣通路，相互之間的連接不要非金屬材料隔離，以免阻礙強大雷電流的通行。高層建筑幕墻頂部的接閃器，不能防止閃電電流的側(cè)面橫向發(fā)展繞擊作用。雖然閃電繞擊概率較少，但決不等于繞擊不存在，不能忽略。

三、不同類型鋁板幕墻的防雷          
         
鋁板幕墻在用材料的不同分為：鋁塑復(fù)合板幕墻、蜂窩板幕墻和鋁單板幕墻。有時和鋁合金玻璃幕墻配合使用。因其所用材料特殊性質(zhì)不同，對防雷的要求不同。    
      
1、蜂巢鋁復(fù)合扳幕墻          
         
蜂窩鋁復(fù)合板簡稱蜂窩鋁板，是用兩塊鋁板中間加不同材料用夾膠制成的各種蜜蜂窩形狀夾層，兩層鋁板各有不同， 用于墻外側(cè)鋁板一般厚度略厚，這是為了抵抗風壓，一般為1．2-1．8mm，內(nèi)側(cè)板厚為O．8-1．2mm 。蜂巢板總厚度為10-25mm，中間蜂巢夾層材料是： 鋁箔巢芯，玻璃鋼巢芯，混合紙巢芯。蜂巢形狀一般有：波紋條形、正六角形、長方形、十字形、雙曲度形、夾芯材料要經(jīng)特殊處理，否則其強度低，壽命短。          
         
蜂巢鋁板以夾鋁箔芯為好，鋁板表面隨制作工藝和鋁單板的平整度，可以制成較好的平整度，鋁板背面不用加強筋，其強度和剛度亦可達到所需要的要求。蜂巢鋁板根據(jù)不同建筑，地區(qū)、幕墻的高低，風壓的大小。進行設(shè)計計算，然后再按設(shè)計要求，選用鋁板厚薄和蜂巢的厚度，以及根據(jù)設(shè)計要求制造出不同類型的大小塊，并能滿足以下幾項主要指標：風壓指標，氣密性指標，水密性指標，抗沖擊性能指標，平面變形，保溫、隔聲等指標 。鋁板表面一般用氟碳噴涂或粉沫噴涂 ，噴涂膜厚為40-60μ。          
         
蜂窩鋁板是較重要的鋁板按設(shè)計尺寸制好后的封孔，否則安在墻面上，雨水會流入蜂巢芯中，一是破壞巢芯，二是造成漏水，因此鋁蜂巢板的外層鋁單板要比內(nèi)層鋁單板四周寬出蜂巢厚度，四周向內(nèi)彎90度角，覆蓋蜂巢膠合或焊接，不允許漏水。          
         
對于高層建筑的蜂窩鋁板幕墻防雷問題，也不能馬虎，我們知道，蜂窩鋁板的構(gòu)造，是用兩塊厚0.8mm～1．2mm及1．2mm～l．8mm的鋁板，夾住用不同材料制成的蜂巢狀中間芯層而制成的 。我們應(yīng)該注意到，中間蜂窩芯材夾層因材質(zhì)不同，它們的導(dǎo)電能力也不同?？紤]到幕墻的安全性，對于高層建筑的蜂窩鋁板幕墻 ，我們以為采用鋁箔芯蜂窩材質(zhì)略好 。因為鋁箔蜂窩也是用膠粘在二片鋁板中間，膠不是導(dǎo)體，制作安裝雖把鋁板封孔焊接，向外面鋁板厚度不能過薄，否則遇雷會把薄板擊穿。                  
2、鋁塑復(fù)合板幕墻          
         
鋁塑復(fù)合板是內(nèi)外兩層為0．5mm厚的純鋁板(室內(nèi)用鋁塑板內(nèi)外兩層鋁板厚度0.2-0.25mm)，中間夾層為3-4mm厚的聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)，連續(xù)輥壓及單片熱壓而成，內(nèi)外層鋁板表面為氟碳表面輥涂漆，漆層厚度一般為20μ左右，該產(chǎn)品優(yōu)點是：表面光潔，平整，同方向看不出色差，體輕有一定強度，使用壽命十年左右。多用于商店門面裝修，包括室內(nèi)裝飾、舊樓翻新、高架走廊、人行天橋、群樓及低層幕墻。原依靠進口，現(xiàn)國內(nèi)已大批量生產(chǎn)，但質(zhì)量差異較大，內(nèi)外層鋁板厚度不一樣或偏薄。復(fù)合板表面輥涂的不是氟碳漆或含KA-NAR 500達不到70％，但好的產(chǎn)品已達到國外同類產(chǎn)品標準。          
         
鋁塑復(fù)合板做幕墻板要求很嚴。鋁塑復(fù)合幕墻板的制作，首先在復(fù)合板四邊開槽，切去一定寬度和一面鋁板和塑料層只留0．5mm厚的外層鋁板。四邊彎90度成矩型，再用鋁型材制作同一大小的矩形付框，放在鋁塑板矩形槽內(nèi)，付框底面用結(jié)構(gòu)膠粘在鋁塑板背面，復(fù)合板彎起的四邊用拉鉚固定在附框四邊，矩形中間再用結(jié)構(gòu)膠粘上一個至幾個鋁型材加強筋。國內(nèi)確有不少公司并非按上述正規(guī)的做法制作，而是在復(fù)合板開槽后四邊彎成90度，只在復(fù)合板的四個角加角鋁固定，這樣板面自重和所受任何外力，任何荷載均由四個邊0.5mm鋁板承受， 安全性很小，因為任何幕墻隨時都在受不同的正負風荷載壓力，板面四邊O.5mm很易斷裂，斷裂現(xiàn)象已在不少城市建筑中可見 。因此鋁塑復(fù)合板幕墻板制作必須加鋁合金付框和加強筋。          
         
從幕墻防雷觀點來看，由于鋁塑復(fù)合板是用兩層0．5mm厚的鋁薄板與聚乙烯加壓粘合而成，由于聚乙烯是不良導(dǎo)體，兩層鋁薄板處于絕緣狀態(tài)，雖在鋁塑復(fù)合板制作時內(nèi)層加鋁合金門框，鉚釘和鋁復(fù)合板上彎的四邊固定接通 。由于鉚接面太小，更重要的是O.5mm的鋁薄板太薄，在遇雷電時，大的閃電電流在建筑側(cè)面橫向發(fā)展繞擊幕墻薄板時，會擊穿0．5mm鋁薄板，強大的雷電流也難以通過復(fù)合板接地，使建筑物遭到雷擊。          
         
鋁合金材料作接閃器，國內(nèi)防雷標準沒有規(guī)定， 參照國際防雷技術(shù)標準(IECl024-1．1993)和日本防雷標準， 再加上國內(nèi)外對高層金屬幕墻的實施經(jīng)驗，我們認為高層建筑鋁板厚度應(yīng)為2.5mm-3mm 比較合適。對于雷電活動強烈地區(qū)超高層金屬幕墻接閃器，為了保證安全，鋁板厚度可以超過3.0mm。          
         

         
3、單層鋁板幕墻          
         
在國外鋁板幕墻多應(yīng)用純鋁板制成，板的厚度為3-4mm，而在我國多采用LF21(美國牌號3003)合金鋁板強度比純鋁板高近一倍，雖鋁板厚度比純鋁板減薄O．5mm。但板面強度仍大于純鋁板強度，并且板的重量減輕。          
         
單層鋁板在制作過程中，按設(shè)計要求的四邊折彎成直角。在彎角的四周一般不用開槽可以直接彎轉(zhuǎn)90度，在厚2．5mm鋁板四周邊開槽，減薄了鋁板的彎角厚度，影響牢固度。          
         
鋁單板四邊彎成90度以后，被彎的四個角的鄰邊均應(yīng)把他們焊在-起，從強度 、美觀上，雖無大的影響 。但在安裝鋁板后，在每塊鋁板之間耐候密封膠膠縫低于鋁板表面 ，雨水可以從鋁板不焊接的縫隙進水。          
         
為了加強鋁板板面強度，在鋁板背面，必須安裝加強筋，加強筋一般用同樣的合金的鋁帶或角鋁制成，鋁帶厚度一般為2-2．5mm，寬10-25mm 。用電栓焊在單層鋁板背面，焊好鋁合金螺栓，放入加強筋的孔內(nèi)，用鋁合金螺帽緊固。電栓焊即不破壞單層板外飾面，又安裝了加強筋，從而使單層鋁板能夠做到較大的單塊尺寸內(nèi)保持足夠的剛度和平整性，鋁板在外界正壓力的情況下，鋁板不會凹陷不會鼓出，這樣就避免了鋁板反復(fù)里外振動而發(fā)出的振動聲音。          
         
由于單層鋁板容易折彎加工成弧形的復(fù)雜形狀，能夠適應(yīng)如今變化無窮的外墻裝飾的需要，因而它的出現(xiàn)使鋁板幕墻在加工成形和安裝構(gòu)造成形方面都豐富了許多。大家關(guān)心的是單層鋁板的飾面平整度問題，單板幕墻的鋁板平整度，取決于鋁板生產(chǎn)廠家的質(zhì)量優(yōu)劣，國內(nèi)可以解決。          
         
單層鋁板的表面處理，不能用陽極氧化，由于每批鋁板材質(zhì)成份氧化槽液均有差異，氧化后鋁板表面顏色差較大，用于幕墻整體效果極差，一般用靜電噴涂，靜電噴涂分：粉沫噴涂和氟碳噴涂。粉沫噴涂原料為聚氨酯、環(huán)氧樹脂等原料配以高保性顏料，可得到幾十種不同顏色，粉沫涂層厚度一般為20-30μ，用該粉沫噴涂料噴涂的鋁板表面，耐碰撞 、耐磨擦，在50公斤撞擊下，鋁板變形噴涂層無裂紋，只缺點是在長期陽光中紫外線照射下會產(chǎn)生自然均勻褪色。          
         
氟碳噴涂是用以漆油的氟碳聚合物樹脂，作金屬罩面漆，一般分三涂或四涂(噴三次或四次)。常用的牌號為：KANAR 500。漆在鋁板表面厚度為40-60μ。經(jīng)得起腐蝕，能抗酸雨，各種空氣污染物，不怕強烈紫外線照射，耐極熱極冷性能好，可以長期保持顏色均勻，使用壽命長。          
         
由于上述單層鋁板特點，國外建筑的鋁板幕墻絕大部分采用單層鋁板，尤其在高層建筑上，它的使用壽命可超過50年，單層鋁板如表面為氟碳噴涂，按設(shè)計要求制作好，安裝施工準確方便。直接掛接在由主框橫挺組成的鋁合金框架上。          
         
鋁合金單板幕墻的防雷，只要鋁板和主橫挺組成的幕墻和建筑物接地線或防雷網(wǎng)接通。單層鋁板幕墻在雷閃情況下， 可以作為良導(dǎo)電體把雷閃的巨大能量， 通過建筑物的接地系統(tǒng)迅速地輸送到地下。使其起到保護幕墻和保護建筑物免遭雷擊的作用，保證幕墻及建筑物的安全。          
         
幕墻的防雷是較深的研究課題 。上面只介紹-般防雷常識和大家研討。國內(nèi)近二年確實在高層建筑上用了不少鋁塑復(fù)合板。尤其是空曠地區(qū)只的一幢超過百米的鋁塑復(fù)合板幕墻，周圍沒有高層樓房掩護，較易遭受雷擊，這好比在空曠的田野上一棵樹木易遭雷擊一樣。希望已建好的高層鋁塑板幕墻根據(jù)實際情況采取必要的防雷措施，以防萬一。希今后國內(nèi)設(shè)計部門和全社會在幕墻設(shè)計使用中注意鋁塑板防雷問題，保證我國鋁板幕墻及各種幕墻的安全正常的發(fā)展。



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