建筑物防雷设计需要结合建筑物的结构特点、基础形式和施工步骤进行系统性的设计,以保证雷电防护装置的合理性和有效性。装配式建筑是通过标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修等流程来进行建造,这就要求防雷设计人员充分了解这种建筑的结构系统,构件的拆分、生产情况,施工流程及施工工艺等,并制定合理的雷电防护设计方案,让雷电防护装置真正发挥作用。因此,建筑物的结构系统是装配式建筑防雷设计首先需要关注的重点。
建筑物防雷设计需要结合建筑物的结构特点、基础形式和施工步骤进行系统性的设计,以保证雷电防护装置的合理性和有效性。装配式建筑是通过标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修等流程来进行建造,这就要求防雷设计人员充分了解这种建筑的结构系统,构件的拆分、生产情况,施工流程及施工工艺等,并制定合理的雷电防护设计方案,让雷电防护装置真正发挥作用。因此,建筑物的结构系统是装配式建筑防雷设计首先需要关注的重点。
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装配式建筑的结构系统
根据GB / T 51231 - 2016《装配式混凝土建筑技术标准》第2.1.6条术语,装配式建筑的结构系统是指结构构件通过可靠的连接方式装配而成,以承受或传递荷载作用的整体。常见的装配式建筑分为3大类:装配式混凝土结构建筑、装配式钢结构建筑、装配式木结构建筑,而各类建筑根据其结构形式不同又可细分为多种类型。笔者根据各类装配式建筑目前常见构件种类、构件间的连接方式、钢筋的自然连续性等方面,对装配式建筑结构系统特点简单归纳如下,见表1。
>>>> 装配式混凝土建筑应充分利用预制构件内的钢筋作为雷电防护装置(LPS)部件
GB / T 21714.3 - 2015 / IEC 62305 - 3:2010《雷电防护 第3部分:建筑物的物理损坏和生命危险》(以下简称《雷电防护 第3部分》)第4.2节关于LPS的设计总则要求:“如果LPS的设计、施工步骤能与需保护建筑物的设计、施工步骤相互协调,则可以获得无论技术上还是经济上都是最优的LPS设计。特别地,建筑物本身的设计应利用建筑物内的金属部件作为LPS部件”。
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预制构件之间钢筋的电气连续性认定
国家相关标准、规范中,对钢筋混凝土结构中钢筋间电气连续性认定有如下规定:
a. 《雷电防护 第3部分》第4.3节规定:“在钢筋混凝土建筑物内部,如果垂直连接带和水平连接带主要连接部分经过了焊接或进行其他可靠连接,可认为钢结构在电气上是连续的。垂直连接带应焊接、夹接或互搭(重叠部分尺寸最少应为其直径的20倍)和绑扎或进行其他可靠连接。”
b. GB 50057 - 2010《建筑物防雷设计规范》(以下简称《雷规》)第4.3.5 条第6款规定:“构件内有箍筋连接的钢筋或成网状的钢筋,其箍筋与钢筋、钢筋与钢筋应采用土建施工的绑扎法、螺丝、对焊或搭焊连接。单根钢筋、圆钢或外引预埋连接板、线与构件内钢筋应焊接或采用螺栓紧固的卡夹器连接。构件之间必须连接成电气通路。”
c. 《雷电防护 第3部分》附录E.4.3.3图E.5给出了在允许的前提下,混凝土中钢筋的典型连接方法,其中a)为焊接、b)为夹接、c)为绑扎连接,这3种施工方法符合雷电流要求,可以用于雷电防护装置的钢筋连接;d)为捆绑连接,只符合EMC要求,不符合雷电流要求。
>>>>各类装配式建筑结构系统中构件间连续性的特点
根据1.2、1.3节内容,对表1中各类装配式建筑结构系统中构件间连续性特点总结如下:
a. 装配式混凝土建筑的结构系统与传统建筑有较大的差异,采用灌浆套筒连接的竖向构件其构件内的钢筋是不连续的。预制构件间的横向连接多采用后浇带或边缘构件现场浇筑,可实现预制构件间结构钢筋水平连接的电气连续性,与传统混凝土建筑无异。对于剪力墙结构建筑,可直接利用预制剪力墙的现浇钢筋混凝土边缘构件内钢筋作为防雷引下线,预制剪力墙内采用灌浆套筒连接的主筋可不做电气连接,满足防雷规范要求。采用预制柱的装配式框架结构建筑,如要利用其预制柱内主筋作为防雷引下线,需在灌浆套筒处设置附加导体将上、下层柱内主筋进行电气连接。
b. 装配式钢结构建筑的钢构件通常采用带螺栓接头的工字梁进行互相连接,如果螺栓已拧紧达到一定的机械强度,则认为通过螺栓连接的钢体部件实现了电气互连。所以装配式钢结构建筑可以直接利用建筑自身钢结构作为外部防雷装置,与传统钢结构建筑无异。
c. 装配式木结构建筑的结构系统分为纯木结构和混合木结构,装配式纯木结构和传统木结构建筑差别不大,装配式混合木结构建筑可根据其结构形式参照钢结构或混凝土结构建筑特点进行防雷设计。
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