论防雷措施在幕墙门窗工程中的应用
作者：李果
摘要：论述了防雷工作在门窗幕墙中的重要性及操作要点，作为现场施工管理人员参考的依据
关键字：防雷 门窗 幕墙 铝板
随着建筑装饰工程的不断发展，玻璃幕墙在中高档建筑中得到广泛应用，铝合金门窗也在住宅项目中大量使用。随之而来的幕墙及门窗安全性如何保障成了上至国家主管部门，下至普通百姓关心的一个问题。
长久以来，我们在幕墙门窗施工中，探讨的最多的就是防水和抗风压，防水关系到室内住户的居住安全问题，防风关系到住户的人生安全问题，同时对于设计者和施工单位来说，门窗及幕墙的防水和抗风压性能关系着本单位的能力及信誉，所以通常来讲大家最重视的问题，反而是花大力气去解决的问题，成了较不容易出事的环节。但是，对于防雷，无论是设计单位的结构工程师、甲方单位的土建工程师还是施工单位的现场工程师都有意或无意的忽略了这个问题。最明显的例子，是我们单位诸多现场工程师一遇到甲方或监理单位提出防雷措施考虑没有，第一反应就是我们的窗或幕墙这么低，不受雷电影响。稍微好一点的反映就是：土建做没有做防雷啊，我们跟他们连起来就行了，或者说我们幕墙预埋件跟主体结构钢筋连起来了，已经达到防雷要求了。这都是一种关于防雷的错误认识。如果用来指导幕墙施工，有时是会酿成大祸的。
我国现行的电气施工及验收规范、标准施工图籍也未明确阐述幕墙门窗等防雷方面的问题。中华人民共和国行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》(JCJl02一96) 4.4.7条只有原则性的要求，并不具体。其规定说: 玻璃幕墙的防雷设计应符合现行国家标准《建筑防雷设计规范》GB50057的有关规定。玻璃幕墙应形成自身防雷体系，并与主体结构的防雷体系可靠地连接。建筑外窗的防雷设计，在《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》中说的还较详细：应符合现行国家标准《建筑防雷设计规范》GB50057的有关规定。
一、
二、三类防雷建筑物，其建筑高度分别在30m、45m、60m及以上的外墙窗户，应采取防侧击和等电位保护措施，与建筑防雷装置进行连接。但仅仅这样的说明实际操作性不强，给具体从事幕墙施工及监理的相关人员如何把握防雷方面技术施工、检验安全问题带来难度。防雷设计就是充分利用建筑物的防雷装置：接闪器（避雷针、避雷网等）、引下线、接地装置，通过立柱横梁和建筑物防雷网接通，把雷电流的巨大能量，通过建筑物的接地系统，迅速传送到地下，从而防止建筑物受雷击破坏。本人通过查阅一些防雷接地的技术资料并结合自己的实际施工经验，认为在防雷方面如果能做到以下几点将幕墙或是门窗工程竣工完善的重要保证：
1 1.高层建筑玻璃幕墙的顶部的女儿墙的盖板，是人为地设立的良好导体，它沿建筑物女儿墙的顶部分布，其电场强度很大。雷电先驱很自然地被吸引过来，是雷击率最大的部位。作为防止雷击的直击措施，可将盖板设计成直接接受雷击的装置，起到引雷作用的接闪器。其作用在于接受雷电流，同时又安全地把雷电流与建筑物防雷网接通，并导通入地达到避雷作用。但高层建筑幕玻璃墙顶部的接闪器，不能防止电流的侧面横向发展绕击作用。
2.金属幕墙的连接导体必须敷设在金属幕墙的金属立柱与连接着圈梁或柱子钢筋的预埋件之间（圈梁和钢筋已经是主体结构的防雷体系一部分），使金属幕墙与整个建筑物的防雷装置连接成电气通路。如果施工时没有埋没预埋件，而用膨胀螺栓固定金属幕墙的安装锚板，则必须先采用12mm(一类)或8mm（二三类）直径的圆钢或4X12扁钢，将每层每块锚板串连起来，形成自身的防雷体系，最后与主体结构的防雷体系可靠连接，连接间距参照避雷网网格尺寸：第一类防雷建筑物必须≤5X5或6X4（米）第二类防雷建筑物必须≤10X10或12X8（米），第三类防雷建筑物必须≤20X20或24X16（米）。
3.玻璃幕墙竖向主龙骨应视为引下线，它的跨接用钢材制品时候截面面积不小于100平方毫米，扁钢制品的厚度不小于4mm;圆钢搭接长度不小于直径的六倍，双面施焊；扁钢搭接长度为其宽度的两倍，三面施焊；焊接处做防腐处理。
4.铝合金门窗的连接导体的敷设必须在铝合金门窗框定位后，墙面装饰层或抹灰层施工前进行，连接导体应采用截面不少于100平方毫米的钢材，用铆钉或螺钉紧固于窗框上。连接导体引出端应采用不小于12mm(一类)8mm（二三类）直径的圆钢或4X12扁钢，连接导体引出端与防雷装置引出线进行搭接焊接时，搭接长度必须≥50mm，满焊缝。
5.不同金属压接（连接体与幕墙或门窗连接称作压接）要做防电化腐蚀处理，例如钢和铝连接，钢要镀锡，或中间加不锈钢垫片。
6.为确保接地效果，建筑幕墙的防雷装置完成后，要测试其接地电阻，通常要求接地电阻R不大于1Ω。
必须指出：铝合金幕墙要形成自身的防雷体系，整个幕墙系统应形成连贯的电气通路相相互之间的连接不要非金属材料隔离，以免阻碍强大雷电流的通行。但是铝合金幕墙施工中“玻璃幕墙不同金属材料接触处，应设置绝缘垫片或采取其它防腐蚀措施。”硬性规定
2 了一定要在铝合金立柱和焊在预埋件上的镀锌上墙钢件之间设置绝缘垫片。这样就造成了铝合金立柱受到的雷电流，难以通过上墙钢件流向建筑物的防雷装置。所以这时候就务必采用连接件做好铝合金立柱与预埋件的压接工作，光指望说预埋件已经与主体连接就能防雷是不正确的理解。
总之，幕墙结构应自上而下与建筑物结构的防雷装置可靠连接。当幕墙与屋面女儿墙平齐时，其所有金属主构架必须与避雷带（网）进行可靠连接，还必须与高层建筑的均压环进行可靠连接，在幕墙底部亦应与防雷装置连接。
为了正确的理解建筑物的防雷指标，现我将有关规定摘抄如下：
我国有关建筑物的防雷规范，按建筑物的重要性，使用性质、以生雷电的可能性进行了建筑物的防雷分类。
1、国家级重点文物保护的建筑物、国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆等特别重要的建筑物；国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物属第二类防雷建筑物。
2、省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆；预计雷击次数大于或等于0.06次／a的一般性工业建筑物，属于第三类防雷建筑物。
3、部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物。当其预计雷击次数大于0.06次／a时属于第二类防雷建筑物；当其预计雷击次数等于或小于0.06次／ a，且大于或等于0.012次／a时属于第三类防雷建筑物。该类公共建筑物的预计雷击次数小于0.012次／ a时可不考虑防雷。
4、住宅、办公楼等一般性民用建筑物，当其预计雷击次数大于0.3次／a时属于第三类防雷建筑物；当其预计雷击次数等于或小于0.3次／ a，且大于或等于0.06次／a时属于第三类防雷建筑物。该类民用建筑物的预计雷击次数小于0.06次／a时可不考虑防雷。
参照其规范的分类范围及方法， 结合当前幕墙建筑的实际情况，我们不防将超高层建筑幕墙大于等于150m归为一类防雷幕墙，将高层幕墙大于等于100m归为第二类防雷幕墙，普通幕墙大于（30m-50m）归为第三类防雷幕墙。对于历史上雷害事故严重地区，位于土壤电阻率较小的地区的建筑物的铝合金幕墙，可以适当提高其分类档次。对设有许多较重要的敏感电子系统，如通信设备、电子计算机、电子控制系统等现代化设备建筑物，为了增加屏蔽作用，建议将防侧击雷和等电位措施从地面首层做起，即将首层以上的外墙上的金属幕墙、铝合金门窗、金属栏杆等较大金属物与防雷装置连接。有的建筑物虽然被
3 判定为不需考虑防雷，但其基础、柱、墙、屋面内的钢筋已连成整体，可以直接利用作为主体结构防雷装置，如果与建筑师及业主协商、讨论，只需要使用很少的费用及施工工作就可以满足防雷要求，建议这些建筑物按第三类需要防雷的建筑物做防雷设计。
还有一种幕墙是铝板幕墙，铝板本身做为金属结构，它的防雷设计及施工存在特殊性。 铝板幕墙在用材料的不同分为：铝塑复合板幕墙、蜂窝板幕墙和铝单板幕墙。有时和铝合金玻璃幕墙配合使用。因其所用材料特殊性质不同，对防雷的要求不同。
1、铝塑复合板幕墙
从幕墙防雷观点来看，由于铝塑复合板是用两层0．5mm厚的铝薄板与聚乙烯加压粘合而成，由于聚乙烯是不良导体，两层铝薄板处于绝缘状态，虽在铝塑复合板制作时内层加铝合金门框，铆钉和铝复合板上弯的四边固定接通 。由于铆接面太小，更重要的是O.5mm的铝薄板太薄，在遇雷电时，大的闪电电流在建筑侧面横向发展绕击幕墙薄板时，会击穿0．5mm铝薄板，强大的雷电流也难以通过复合板接地，使建筑物遭到雷击。
铝合金材料作接闪器，国内防雷标准没有规定， 参照国际防雷技术标准(IECl024-1．1993)和日本防雷标准， 再加上国内外对高层金属幕墙的实施经验，我们认为高层建筑铝板厚度应为2.5mm-3mm 比较合适。对于雷电活动强烈地区超高层金属幕墙接闪器，为了保证安全，铝板厚度可以超过3.0mm。
2、蜂巢铝复合扳幕墙
蜂窝铝板最重要的是铝板按设计尺寸制好后的封孔，否则安在墙面上，雨水会流入蜂巢芯中，一是破坏巢芯，二是造成漏水，因此铝蜂巢板的外层铝单板要比内层铝单板四周宽出蜂巢厚度，四周向内弯90度角，全面覆盖蜂巢胶合或焊接，不允许漏水。
对于高层建筑的蜂窝铝板幕墙防雷问题，也不能马虎，我们知道，蜂窝铝板的构造，是用两块厚0.8mm～1．2mm及1．2mm～l．8mm的铝板，夹住用不同材料制成的蜂巢状中间芯层而制成的 。我们应该注意到，中间蜂窝芯材夹层因材质不同，它们的导电能力也不同。考虑到幕墙的安全性，对于高层建筑的蜂窝铝板幕墙 ，我们以为采用铝箔芯蜂窝材质略好 。因为铝箔蜂窝也是用胶粘在二片铝板中间，胶不是导体，制作安装虽把铝板封孔焊接，向外面铝板厚度不能过薄，否则遇雷会把薄板击穿。
3、单层铝板幕墙
单层铝板在制作过程中，按设计要求的四边折弯成直角。在弯角的四周一般不用开槽可以直接弯转90度，在厚2．5mm铝板四周边开槽，减薄了铝板的弯角厚度，影响
4 牢固度。铝单板四边弯成90度以后，被弯的四个角的邻边均应把他们焊在-起，从强度、美观上，虽无大的影响 。但在安装铝板后，在每块铝板之间耐候密封胶胶缝低于铝板表面 ，雨水可以从铝板不焊接的缝隙进水。由于单层铝板容易折弯加工成弧形的复杂形状，能够适应如今变化无穷的外墙装饰的需要，因而它的出现使铝板幕墙在加工成形和安装构造成形方面都丰富了许多。大家关心的是单层铝板的饰面平整度问题，单板幕墙的铝板平整度，取决于铝板生产厂家的质量优劣，国内可以解决。单层铝板的表面处理，不能用阳极氧化，由于每批铝板材质成份氧化槽液均有差异，氧化后铝板表面颜色差较大，用于幕墙整体效果极差，一般用静电喷涂，静电喷涂分：粉沫喷涂和氟碳喷涂。粉沫喷涂原料为聚氨酯、环氧树脂等原料配以高保性颜料，可得到几十种不同颜色，粉沫涂层厚度一般为20-30μ，用该粉沫喷涂料喷涂的铝板表面，耐碰撞、耐磨擦，在50公斤撞击下，铝板变形喷涂层无裂纹，唯一缺点是在长期阳光中紫外线照射下会产生自然均匀褪色。氟碳喷涂是用以漆油的氟碳聚合物树脂，作金属罩面漆，一般分三涂或四涂(喷三次或四次)。常用的牌号为：KANAR 500。漆在铝板表面厚度为40-60μ。经得起腐蚀，能抗酸雨，各种空气污染物，不怕强烈紫外线照射，耐极热极冷性能好，可以长期保持颜色均匀，使用寿命长。由于上述单层铝板特点，国外建筑的铝板幕墙绝大部分采用单层铝板，尤其在高层建筑上，它的使用寿命可超过50年，单层铝板如表面为氟碳喷涂，按设计要求制作好，安装施工准确方便。直接挂接在由主框横挺组成的铝合金框架上。
铝合金单板幕墙的防雷，只要铝板和主横挺组成的幕墙和建筑物接地线或防雷网接通。单层铝板幕墙在雷闪情况下， 可以作为良导电体把雷闪的巨大能量， 通过建筑物的接地系统迅速地输送到地下。使其起到保护幕墙和保护建筑物免遭雷击的作用，保证幕墙及建筑物的安全。
幕墙防雷这个命题既是属于电气专业又是属于建筑装饰专业的一门科学。上是自己在学习规范和实际应用中的一点体会，不妥之处请同行给予批评指正，以利于更好地学习、理解、应用规范，做好现代建筑物幕墙及门窗的防雷设计和施工。
参考文献：《玻璃幕墙工程技术规范》
《建筑防雷设计规范》
《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》
《高层民用建筑设计防火规范》 《玻璃幕墙工程质量检验标准》
在挑战中抓住机遇 第二届中国房地产业门窗幕墙行业高峰论坛纪实
