轻钢结构建筑物防雷设计浅论.PDF

轻 钢 结 构 建 筑 物 防 雷 设 计 浅 论 李兴龙 乌鲁木齐建筑设计研究院有限责任公司 830063 潘世平 新疆轻工业设计研究院有限责任公司 830002 摘 要 在轻型钢结构建筑电气设计经验的基础上,对此类建筑防雷接地设计和施工的相关 问题作出简要的归纳总结。 关键词 轻钢结构 接地 防雷 等电位联结 轻型钢结构以下简称 “轻钢结构”建筑物造型 美观大方,色彩多样,耐大气腐蚀,隔热隔声阻 燃,空间利用率高,建设周期短,工程造价低,因 而得到广泛的应用,如各类工业厂房、超市、仓 库、展览馆、体育馆、飞机库、机场、别墅等。由 于轻钢结构独特的建筑体系,使得此类建筑和普通 砖混结构、框架结构建筑物的防雷工程设计和施工 有较大的差异。笔者通过工程设计、现场验收的实 际经验总结,对轻钢结构建筑物防雷设计的相关问 题作一些粗浅的探讨。 1 轻钢结构建筑物的建筑体系 轻钢结构建筑物基础分为钢筋混凝土独立基础 和钢筋混凝土条形基础,前者在地质情况较好的场 地使用,后者则应用于地质情况较差的场地。施工 时需预埋地脚螺栓,加垫片后和钢柱相连。 轻钢结构建筑物采用预制构件,不允许现场钻 孔、焊接。主钢架梁、 柱为焊接型钢或热轧型钢, 以充分发挥高强度钢材的力学性能。次构件檩条 为高强度的、经防腐处理的冷弯薄壁C型或Z型 钢,和主钢架采用螺栓连接。 轻钢结构建筑物的围护系统墙体、 屋顶分为 彩钢压型板和彩钢夹芯板,大多采用自攻螺栓和檩 条屋面檩条或沿墙檩条连接。压型钢板是以彩色 涂层钢板或镀锌钢板为基材,经辊压冷弯成型的建 筑用围护板材,其保温及隔热围层为离心超细玻璃 丝棉卷毡。此种板材现场制作,有利于解决大范围 内面板搭接易于出现的接缝不严的情况。现场复合 使整个大面积的屋面成为一个整体,更加坚固、易 互相连接,并最后与总等电位连接端子板相连接。 钢筋混凝土卫星发射塔架防雷等电位连接见图1。 对于钢筋混凝土卫星发射塔架上的设备或系 图1 钢筋混凝土卫星发射塔架防雷 等电位连接示意 统必须在各进出线缆安装相应的避雷/过压保护 器,一旦线路上感应过电压或遭直接雷击 , 由于避 雷/过压保护器的作用,设备或系统的各端口电压 大致达到相等水平即等电位 , 从而保护设备或系 统免遭损坏。设备和系统等电位连接见图2。 图2 设备或系统等电位连接示意 注雷击发生50ns就达到等电位,同时再通过Rst,信号线及电源 线泄流,即Up≌Us≌Ue,设备和系统处于等电位,完全保证了设 备和系统的安全。 72轻钢结构建筑物防雷设计浅论 李兴龙 潘世平 27 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 排水、防漏、保温,而且建筑外形更加统一、协 调、美观。而夹芯板是将彩色涂层钢板面板及底板 与保温芯材通过粘接剂或发泡复合而成的保温复 合围护板材,按保温芯材的不同可分为硬质聚氨脂 夹板、聚苯乙烯夹芯板、岩棉夹芯板。夹芯板一般 为工厂预制。围护系统连接方式一般为咬合连接或 者搭接连接。 一般而言,墙体的做法先是砌高112m、厚 013m 严寒地区厚度为01 37m 的砖墙或者加气混 凝土砌块,其上才是夹芯板或者压型板。 2 轻钢结构建筑物的防雷及接地 211 接闪器 根据轻钢结构建筑物的特点,显然高大沉重的 避雷针不适合在此类建筑物上安装,而 建筑物防 雷设计规范G B50057Ο94 2000版第41114条给 出了金属屋面作为建筑物第一类防雷建筑物除外 防雷接闪器的四个要求。 规范针对金属板下面有无易燃品的不同情况, 对金属板的厚度做了不同的要求,明确规定“金属 板下面无易燃品时,其厚度不应小于015mm” 。让 我们看看四种保温芯材的物理特性。硬质聚氨脂属 B1级建筑材料,导热系数为01016～01025 ,为难 燃体;聚苯乙烯属阻燃型材料,氧指数不小于30 , 导热系数为01029 ,为阻燃自熄型;岩棉属于不燃 烧材料,导热系数为01044 ;玻璃丝棉属A级建筑 材料,导热系数为01038～01042 ,为非燃烧体。另 外,保温芯材所用粘胶剂也是阻燃型。所以,轻钢 结构建筑物的围护系统为非燃体,当利用金属板做 接闪器时,厚度不应小于015mm即可。规范中四 个要求的第三条不再考虑。 从结构专业角度出发,屋面板的厚度选择一般 考虑三个因素第一是风荷载;第二是雪荷载;第 三是檩距。所以,不同地域可能所选的屋面板厚度 就不一样,电气设计人员需要和结构专业及时沟 通,厚度满足规范要求时,再考核其他条件。比如 在新疆,檩距在115m左右时,屋面面板厚度一般 为016mm ,底板厚度一般为015mm ,是满足规范的 厚度要求的。若厚度不满足要求怎么办则应该参 考国家标准图集压型钢板、夹芯板屋面及墙体建 筑构造01J925Ο 1 做避雷带,其中压型钢板屋面 避雷带的细部做法参见48页,夹芯板屋面避雷带 的细部做法参见66页。此图集是建筑专业图集, 电气设计人员较少接触,而国家标准图集 建筑物 防雷设施安装99D501Ο 2 和 利用建筑物金属体做 防雷及接地装置安装03D501Ο 3 都没有轻钢结构 屋面避雷带的细部做法。所以,电气设计人员引用 标准做法时应注意,避雷带网格大小应该按规范的 要求和各类建筑物的防雷类别严格对应,施工图纸 应当按规范划分的标准准确标注。 轻钢结构建筑物的围护系统连接方式一般为咬 合或者搭接。无论是压型钢板还是夹芯板,其外观 都是瓦楞形的。在施工中,采用搭接时的搭接长度 至少要达到一个波峰或波谷,超过100mm则完全 满足规范的要求。 另外,规范注释提到“薄的油漆保护层”不算 是绝缘被覆层。因此,可以认为彩色涂层钢板无绝 缘被覆层,而镀锌钢板则更是电的良好导体。所 以,笔者认为 建筑物防雷设计规范G B50057Ο 94 2000版第41114条的第四个要求也是满足的。 综上所述,笔者认为厚度达到015mm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。 212 引下线 如果轻钢结构建筑物的主钢架、次构件、围护 系统在施工中已经作了可靠的连接,形成持久的电 气通路,则只要设置了可靠的接地装置,并且结构 许可就可以按跨度将钢柱作为引下线。这一点, 建筑物防雷设计规范 G B50057Ο94 ,2000版第 41213条已经作了规定。当然,规范对各类防雷建 筑物的引下线间距做了要求,不过在土建施工时, 只要所有的钢柱和接闪器、接地装置做了可靠连 接,那么它们都可作为引下线。 针对 建筑物防雷设计规范 G B50057Ο 94 2000版第41215条的规定 ,即是否要对地上 117m至地下013m一段作为引下线的钢柱采取保护 措施,笔者认为没必要。第一,不用担心钢柱容易 受到机械损坏;第二,从轻钢结构的建筑体系看, 距地有112m高的砖墙或者加气混凝土砌块,对人 身接触有一定的防护;第三,钢柱本身做了防腐处 理,含绝缘被覆层,也起到一定的防护作用。另 外,此条规定的条文说明指出它适合设断接卡子的 情况,而根据规范第41214条,当利用钢柱做引下 线同时采用基础接地体时是可以不设断接卡的。 213 接地装置 82建筑电气 2005年 第1期 28 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. ControlNet技术及其在冷站控制系统中的应用 朱春花 周齐国 重庆大学 400045 摘 要 探讨了基于生产者/消费者通信模式的ControlNet总线技术,包括其技术特点、通信 模式、信息交换方式和网络集成,并对该总线在冷站控制系统中的应用作了具体的分析,包括网 络系统构成和软件组态。 关键词 ControlNet控制网 生产者/消费者模式 信息交换 时间片算法 网络刷新时间 现场总线技术自20世纪90年代以来有了长足 的进步。目前,由于种类繁多的控制设备和过程监 控装置在工业领域的应用,对现场总线控制系统信 息交换的实时性、确定性以及系统的运行效率提出 了越来越高的要求〔 1〕 。在这一领域,北美自动化供应 商罗克韦尔自动化公司,推出了基于开放网络技术 的新型通讯模式 生产者/消费者模式的Control2 Net现场总线。 1 基于生产者/消费者的通讯模式 目前,工业自动化控制网络采用的网络模型主 要有两种源/目的地模型Source/ Destination和生 产者/消费者Producer/ Consumer模型。绝大多数控 制网络通讯都是采用源/目的地的通讯模式,如 FF、Lonworks、Profibus等。源/目的地网络模型 Source/ Destination采用应/答式通讯,如果网络要 向多个设备传送数据,则需要对这些设备分别进行 “呼” “应”通信,即使是同一个数据,也需要制造 多个数据包,消耗过多的带宽,并且数据到达每个 设备的时间还是不同的。这样,不仅增大了网络的 通信量,网络响应速度受到限制,容易发生信息瓶 颈问题,而且当系统对时间有苛求的实时控制信息 要求传送时,还需要采用其它不同的网络。 在现行设计中,一般将基础钢筋作为自然接地 体,用404的镀锌扁钢将其连通,并施行总等电 位联结。这样进行处理,接地电阻很小,一般容易 达到设计要求。在设计中应当注意,应在室外合适 位置预留接地连接板,做法可以参考国家标准图集 接地装置安装03D501Ο 4 。这样,当接地电阻值 达不到要求时,施工单位可以方便地连接人工接地 体和测试接地电阻值,这一点应当在设计图纸中有 所体现。 另外,在设计图纸中,不能泛泛而谈“利用建 筑物基础钢筋做自然接地体” 。前面已经提到,轻 钢结构建筑物在基础施工时需预埋地脚螺栓,加垫 片后才能和钢柱相连。须知预埋的接地螺栓本身 和基础钢筋是没有电气连接的所以,土建施工时 可用不小于 10钢筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓 可靠焊接,具体做法参见国家标准图集 利用建筑 物金属体做防雷及接地装置安装03D501Ο 3 的17 页。这样,从接闪器到引下线,再到接地装置,雷 电流才具备完整的泄放通道。这样做还不够,还应 该用短钢筋和基础钢筋可靠焊接,并引出基础外, 供联结接地环网,方有利于降低自然接地体的接地 电阻值和实施有效的等电位联结。这一点对于设置 独立基础的轻钢结构建筑尤其重要,所以有必要在 设计图纸中交待清楚。 如果忽视了轻钢结构建筑物接地装置的特殊 性,即基础钢筋和接地螺栓本身并没有电气连接这 一事实,造成的后果则是整个建筑物没有可靠的接 地网。采取的补救措施是用404的镀锌扁钢做等 电位环网,镀锌扁钢过钢柱时应和柱底脚板下侧可 靠焊接。这样,镀锌扁钢充当了接地极和接地线的 双重角色。 除了等电位接地环网沿建筑物外围敷设一周 外,在建筑物内还应该按跨度设置均压网格,不但 可降低跨步电压,保护人身安全,而且有利于工业 厂房生产设备就地实施等电位联结,缩短等电位联 结线的长度。 92ControlNet技术及其在冷站控制系统中的应用 朱春花 周齐国 29 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.