鋼結構設計不可忽視的內容

鋼結構建築物造型美觀大方，色彩多樣，耐大氣腐蝕，隔熱隔聲阻燃，空間利用率高，建設周期短，工程造價低，因而得到廣泛的應用，如各類工業廠房、超市、倉庫、展覽館、體育館、飛機庫、機場、別墅等。由於輕鋼結構獨特的建築體系，使得此類建築和普通磚混結構、框架結構建築物的防雷工程設計和施工有較大的差異。筆者通過工程設計、現場驗收的實際經驗總結，對輕鋼結構建築物防雷設計的相關問題作一些粗淺的探討。

1.輕鋼結構建築物的建築體系

輕鋼結構建築物基礎分為鋼筋混凝土獨立基礎和鋼筋混凝土條形基礎，前者在地質情況較好的場地使用，後者則應用於地質情況較差的場地。施工時需預埋地腳螺栓，加墊片後和鋼柱相連。

輕鋼結構建築物採用預製構件，不允許現場鑽孔、焊接。主鋼架（梁、柱）為焊接型鋼或熱軋型鋼，以充分發揮高強度鋼材的力學性能。次構件（檁條）為高強度的、經防腐處理的冷彎薄壁C型或Z型鋼，和主鋼架採用螺栓連接。

輕鋼結構建築物的圍護系統（牆體、屋頂）分為彩鋼壓型板和彩鋼夾芯板，大多採用自攻螺栓和檁條（屋面檁條或沿牆檁條）連接。壓型鋼板是以彩色塗層鋼板或鍍鋅鋼板為基材，經輥壓冷彎成型的建築用圍護板材，其保溫及隔熱層為離心超細玻璃絲棉卷氈。此種板材現場製作，有利於解決大範圍內面板搭接易於出現的接縫不嚴的情況，現場複合使整個大面積的屋面成為一個整體，更加堅固、易排水、防漏、保溫，而且建築外形更加統一、協調、美觀。而夾芯板是將彩色塗層鋼板面板及底板與保溫芯材通過粘接劑（或發泡）複合而成的保溫複合圍護板材，按保溫芯材的不同可分為硬質聚氨脂夾芯板、聚苯乙烯夾芯板、岩棉夾芯板。夾芯板一般為工廠預製。圍護系統連接方式一般為咬合連接或者搭接連接。

一般而言，牆體的做法先是砌1.2m高、厚0.3m（嚴寒地區厚度為0.37m）的磚牆或者加氣混凝土砌塊，其上才是夾芯板或者壓型板。

2.輕鋼結構建築物的防雷及接地

2.1接閃器

根據輕鋼結構建築物的特點，顯然，高大沉重的避雷針不適合在此類建築物上安裝，而《建築物防雷設計規範》（GB50057-94，2000版）第4.1.4條給出了金屬屋面作為建築物（第一類防雷建築物除外）防雷接閃器的四個要求。

規範針對金屬板下面有無易燃品的不同情況，對金屬板的厚度做了不同的要求，明確規定「金屬板下面無易燃品時，其厚度不應小於0.5mm」。讓我們看看四種保溫芯材的物理特性。硬質聚氨脂屬B1級建築材料，導熱係數為0.016~0.025，為難燃體；聚苯乙烯屬阻燃型材料，氧指數不小於30，導熱係數為0.029，為阻燃自熄型；岩棉屬於不燃燒材料，導熱係數為0.044；玻璃絲棉屬A級建築材料，導熱係數為0.038~0.042，為非燃燒體。另外，保溫芯材所用粘膠劑也是阻燃型。所以，輕鋼結構建築物的圍護系統為非燃體，當利用金屬板做接閃器時，厚度不應小於0.5mm即可。規範中四個要求的第三條不再考慮。

從結構專業角度出發，屋面板的厚度選擇一般考慮三個因素：第一是風荷載；第二是雪荷載；第三是檁距。所以，不同地域可能所選的屋面板厚度就不一樣，電氣設計人員需要和結構專業及時溝通，厚度滿足規範要求時，再考核其他條件。比如在新疆，檁距在1.5m左右時，屋面面板厚度一般為0.6mm，底板厚度一般為0.5mm，是滿足規範的厚度要求的。若厚度不滿足要求怎麼辦？則應該參考國家標準圖集《壓型鋼板、夾芯板屋面及牆體建築構造》（01J925-1）做避雷帶，其中壓型鋼板屋面避雷帶的細部做法參見48頁，夾芯板屋面避雷帶的細部做法參見66頁。此圖集是建築專業圖集，電氣設計人員較少接觸，而國家標準圖集《建築物防雷設施安裝》（99D501-2）和《利用建築物金屬體做防雷及接地裝置安裝》（03D501-3）都沒有輕鋼結構屋面避雷帶的細部做法。所以，電氣設計人員引用標準做法時應注意。避雷帶網格大小應該按規範的要求和各類建築物的防雷類別嚴格對應，施工圖紙應當按規範劃分的標準準確標註。

輕鋼結構建築物的圍護系統連接方式一般為咬合或者搭接。無論是壓型鋼板還是夾芯板，其外觀都是瓦楞形的。在施工中，採用搭接時的搭接長度至少要達到一個波峰或波谷，超過100mm則完全滿足規範的要求。

另外，規範注釋提到「薄的油漆保護層」不算是絕緣被覆層。因此，可以認為彩色塗層鋼板無絕緣被覆層，而鍍鋅鋼板則更是電的良好導體。所以，筆者以為《建築物防雷設計規範》（GB50057-94，2000版）第4.1.4條的第四個要求也是滿足的。

綜上所述，筆者認為厚度達到0.5mm的輕鋼結構建築物的屋面夾芯板（或壓型鋼板）可以作為接閃器。

2.2引下線

從前面輕鋼結構建築物的建築體系的介紹可以看出，主鋼架、次構件、圍護系統在施工中已經作了可靠的連接，形成了持久的電氣通路。因此，只要設置了可靠的接地裝置，就可以按跨度將鋼柱作為引下線。這一點，《建築物防雷設計規範》（GB50057-94，2000版）第4.2.3條已經作了規定。當然，規範對各類防雷建築物的引下線間距做了要求，不過在土建施工時，只要所有的鋼柱和接閃器、接地裝置做了可靠連接，那麼它們都是引下線，實際效果超過了規範的標準。

針對《建築物防雷設計規範》（GB50057-94，2000版）第4.2.5條的規定，即是否要對地上1.7m至地下0.3m一段作為引下線的鋼柱採取保護措施，筆者認為沒必要。第一，不用擔心鋼柱容易受到機械損壞；第二，從輕鋼結構的建築體系看，距地有1.2m高的磚牆或者加氣混凝土砌塊，對人身接觸有一定的防護；第三，鋼柱本身做了防腐處理，含絕緣被覆層，也起到一定的防護作用。另外，此條規定的條文說明指出它適合設斷接卡子的情況，而根據規範第4.2.4條，當利用鋼柱做引下線同時採用基礎接地體時是可以不設斷接卡的。

2.3接地裝置

在現行設計中，一般將基礎鋼筋作為自然接地體，用40X4的鍍鋅扁鋼將其連通，並施行總等電位聯結。這樣進行處理，接地電阻很小，一般容易達到設計要求。在設計中應當注意，應在室外合適位置預留接地連接板，做法可以參考國家標準圖集《接地裝置安裝》(03D501-4)。這樣，當接地電阻值達不到要求時，施工單位可以方便地連接人工接地體和測試接地電阻值，這一點應當在設計圖紙中有所體現。

另外，在設計圖紙中，不能泛泛而談「利用建築物基礎鋼筋做自然接地體」。前面已經提到，輕鋼結構建築物在基礎施工時需預埋地腳螺栓，加墊片後才能和鋼柱相連。須知：預埋的接地螺栓本身和基礎鋼筋是沒有電氣連接的！所以，土建施工時可用不小於φ10鋼筋或圓鋼將基礎鋼筋和接地螺栓可靠焊接，具體做法參見國家標準圖集《利用建築物金屬體做防雷及接地裝置安裝》（03D501-3）的17頁。這樣，從接閃器到引下線，再到接地裝置，雷電流才具備完整的泄放通道。這樣做還不夠，還應該用短鋼筋和基礎鋼筋可靠焊接，並引出基礎外，供聯結接地環網，方有利於降低自然接地體的接地電阻值和實施有效的等電位聯結。這一點對於設置獨立基礎的輕鋼結構建築尤其重要，所以有必要在設計圖紙中交待清楚。

如果忽視了輕鋼結構建築物接地裝置的特殊性，即基礎鋼筋和接地螺栓本身並沒有電氣連接這一事實，造成的後果則是整個建築物沒有可靠的接地網。採取的補救措施是用40X4的鍍鋅扁鋼做等電位環網，鍍鋅扁鋼過鋼柱時應和柱底腳板下側可靠焊接，這樣，鍍鋅扁鋼充當了接地極和接地線的雙重角色。

除等電位接地環網沿建築物外圍敷設一周外，在建築物內還應該按跨度設置均壓網格，不但降低跨步電壓，保護人身安全，而且有利於工業廠房生產設備就地實施等電位聯結，縮短等電位聯結線的長度。

以上是對鋼結構建築物防直擊雷措施的總結, 結論是：厚度達到0.5mm的輕鋼結構建築物的屋面夾芯板（或壓型鋼板）可以作為接閃器，利用鋼柱做引下線，利用基礎鋼筋做自然接地體並通過鍍鋅扁鋼連接成可靠的等電位接地環網。