(一)雷電與建筑物的關系

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，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系較大。強大的電流把閃電通道內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最易導電的途徑。地面上建筑物性質和形狀對雷電的發(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電荷最多，電場強度最大，附近氣體離子增多，最易擊穿導電，往往構成了雷電發(fā)展的條件，雷電下行先導就自然被吸引向這些地方，屋頂就會由尖端放電，導致迎面先導，與云下的先導會合，形成主放電通導，強大的雷電流就會指向房屋；建筑物本身構造及其附屬構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，通常會產生電效應、熱效應和機械力。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，產生強大的機械力，或者水被分解成氫氣和氧氣，產生爆炸，使磚墻擊碎，木結構劈裂，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，構成火災和引起觸電。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，它會產生幾萬伏的高電壓，會對周圍放電而出現(xiàn)感應雷的雷擊現(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，燒了四天四夜，大火的起因就是電磁感應造成的雷擊，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?，和建筑物高度的平方成正比。根據美國學者統(tǒng)計得出的經驗公式，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，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，這是因為建筑物結構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失去作用。

鋁合金幕墻的金屬材質由于雷電的效應，也會產生靜電感應作用，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電荷不能以相應的速度流散，將會產生高達萬伏以上的對地電位，這就是靜電感應電壓，對人和設備產生危害。這對獨立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生反擊放電和電磁感應。

雷電現(xiàn)象非常復雜、與自然界許多因素有關，如地形、地質、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。使得防雷設計更復雜了，這要引起我們重視。

玻璃幕墻的防雷設計應符合現(xiàn)行國家標準《建筑防雷設計規(guī)范》GB50057的有關規(guī)定，玻璃幕墻應形成自身的防雷體系，并與主體結構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、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，導入地下消散閃電的能量。在鋁合金幕墻的防雷設計中，應充分利用建筑物的這些裝置，根據國家有關規(guī)范的建筑幕墻的防雷裝置，立柱橫梁應和建筑物防雷網接通，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不同，對防雷的要求不同。

1、鋁塑復合板幕墻

鋁塑復合板是內外兩層為0．5mm厚的純鋁板(室內用鋁塑板內外兩層鋁板厚度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)國內已大批量生產，但質量差異較大，內外層鋁板厚度不一樣或偏薄。復合板表面輥涂的不是氟碳漆或含KA-NAR 500達不到70％，但好的產品已達到國外同類產品標準。

鋁塑復合板做幕墻板要求很嚴。鋁塑復合幕墻板的制作，首先在復合板四邊開槽，切去一定寬度和一面鋁板和塑料層僅留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，付框底面用結構膠粘在鋁塑板背面，復合板彎起的四邊用拉鉚固定在附框四邊，矩形中間再用結構膠粘上一個至幾個鋁型材加強筋。國內確有不少公司并非按上述正規(guī)的做法制作，而是在復合板開槽后四邊彎成90度，只在復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體，兩層鋁薄板處于絕緣狀態(tài)，雖在鋁塑復合板制作時內層加鋁合金門框，鉚釘和鋁復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合板接地，使建筑物遭到雷擊。

鋁合金材料作接閃器，國內防雷標準沒有規(guī)定，參照國際防雷技術標準(IECl024-1．1993)和日本防雷標準，再加上國內外對高層金屬幕墻的實施經驗，我們認為高層建筑鋁板厚度應為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。

2、蜂巢鋁復合扳幕墻

蜂窩鋁復合板簡稱蜂窩鋁板，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，用于墻外側鋁板一般厚度略厚，這是為了抵抗風壓，一般為1．2-1．8mm，內側板厚為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。蜂巢鋁板根據不同建筑，地區(qū)、幕墻的高低，風壓的大小。進行設計計算，然后再按設計要求，選用鋁板厚薄和蜂巢的厚度，以及根據設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。

蜂窩鋁板是最重要的鋁板按設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層鋁單板四周寬出蜂巢厚度，四周向內彎90度角，全面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。我們應該注意到，中間蜂窩芯材夾層因材質不同，它們的導電能力也不同?？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略好。因為鋁箔蜂窩也是用膠粘在二片鋁板中間，膠不是導體，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。

3、單層鋁板幕墻

在國外鋁板幕墻多應用純鋁板制成，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，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雜形狀，能夠適應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造成形方面都豐富了許多。大家關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，取決于鋁板生產廠家的質量優(yōu)劣，國內可以解決。

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，唯一缺點是在長期陽光中紫外線照射下會產生自然均勻褪色。

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接通。單層鋁板幕墻在雷閃情況下，可以作為良導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。國內近二年確實在高層建筑上用了不少鋁塑復合板。尤其是空曠地區(qū)唯一的一幢超過百米的鋁塑復合板幕墻，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實際情況采取必要的防雷措施，以防萬一。希今后國內設計部門和全社會在幕墻設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。