膜结构建筑多应用于体育场馆、展览中心、交通设施和公共服务场所等。它打破了原有建筑风格, 以独特曲面呈现出更具创造性的视觉特色。鸟巢、水立方著名的膜结构建筑成为我国膜结构达到世界领先水平的证明。由于其多处于空旷场所, 金属结构;常举办大型活动, 为人员密集场所。因此, 从雷击的选择性和建筑的重要性上都应对膜结构建筑防雷设计提高认识。但标准《膜结构技术规程》仅表述要依据《建筑物防雷设计规范》设计防雷措施。由于膜结构的特殊性, 在实际施工时需要深入考虑防雷措施在设计施工中的应用问题。本文结合防雷理论与膜结构建筑特点, 对需要的注意的问题进行了分析阐述。

接闪器方面, 按照结构的形式, 可以简化为以下三种情况:

一是以主体支撑构件为主承力构件, 以线材、线股、钢棒为拉力构件形式, 并可能附加一些桁架金属构件。这些构件将膜结构撑起, 构成建筑。对于这类型建筑在确定防雷类别后, 主体支撑构件的防雷保护效果达到了保护要求, 接闪器以主体支撑构件为主;如未达到保护要求, 就要计算可以用来接闪的索和桁架的防护效果。结构用索线材要求抗拉强度达到1.6——1.8k N/mm2, 弹性模量在190k N/mm2的数量级。达到以上参数要求的索总截面积基本能够达到防雷要求, 其线材材质、密实度、单股截面积还要依据规范进行判定。另外, 索和桁架主要有以下两种防腐措施:第一是线材镀锌或镀铝;第二是对钢丝绳包裹适当的润滑材料和防护套。当仅用第一种方式时可作为接闪材料, 但同时采用第二种处理, 以及线材为有机纤维材质等无法起到接闪作用的, 要沿线材、线股、线杆应加敷避雷线。需要侧击雷防护的也要按照该方式考虑。

二是以桁架和金属网格形式为构架, 下部和内部填充多层膜材料和充气膜材, 例如水立方。桁架和金属构件网格的规格可以根据金属管材的相关防雷标准规格做为接闪器设计施工。金属构架覆盖范围不足, 可采取垂直和水平方向增加金属短针的形式做为直击雷和侧击雷防护措施。

三是以桁架和金属网格形式为构架, 外部添加膜结构材料。由于该类金属网格位于建筑结构内部, 不能起到接闪器的作用。因此, 需要在膜结构周边以接闪杆或接闪杆和接闪线相结合的方式等防护措施, 接闪器接地要与膜结构金属网格或金属构架进行等电位处理。在一些城市, 建筑物顶层扩建加装充气膜的设计很多, 在设计时要统筹考虑原建筑和膜建筑的防雷设计。

在锁具与支撑架连接紧固处, 应做跨接处理。跨接形式可以采用压接、螺丝紧固等方式, 谨慎使用焊接工艺。建议对有充气膜结构建筑的气体与外界交换的空间也进行直击雷防护。突出膜结构的金属支架、铁艺造型字等要做接地处理。

引下线需要考虑的问题有以下几个方面。首先, 若膜材下方为传统建筑, 仍采用结构柱主筋作为引下线。当采用支撑膜面的钢构件和垂直支撑的桁架等做为引下线时, 引下线要与膜结构建筑基础做好连接, 连接工艺按照规范要求。对于以支撑钢构件为主的膜结构建筑, 引下线数量达不到要求的应加粗支撑钢构件的厚度或表面积。

膜结构膜材具有较好的阻燃性, 轻体性 (见表1) , 这是膜结构建筑防雷方面优于传统建筑之处。但可能泄流的线材、桁架的膜材覆盖绝缘效果不能全部达到耐受100k V冲击电压 (1.2/50μs) 的绝缘防护测试标准, 其材质较薄, 易损坏, 不能防护接触电压。因此, 不能采用膜材代替传统的引下线的防护措施。

膜结构接地需要注意的问题有以下几个方面。膜结构建筑基础结构采用传统结构的要按照常规做法进行接地处理, 金属构架位于基础之上或附近的要与基础接到一起。建筑内部有电子信息系统接地的, 可采用共用接地, 接地电阻要按照最小值取值。由于膜结构的构架直接暴露在空气中, 发生雷闪时, 极易发生感应雷电流, 在采用基础钢筋做自然接地体同时, 为进一步保证人员安全, 可以对地下接地体加密网格。另外要重点做好作为接闪和引下线的支撑架预防跨步电压的措施。例如, 对于支撑构架位于膜结构体外部且距离基础接地有一定距离的形式, 以及位于外部的锚块, 应当在做好自身接地的同时, 考虑采用铺设符合要求的沥青层或砾石层和加警示牌等方式, 避免事故发生。

屏蔽与等电位方面的需要注意的问题。由于膜结构建筑的特点, 建筑内的空间很大一部分应划为LPZ0B区。膜材的构造使其屏蔽效果与普通的砖混结构相比也是差距较大的。根据测算砖混结构的建筑屏蔽能力也能达到8.93d B衰减。因此, 位于膜结构建筑内的电气和电子设备受雷电电磁脉冲的威胁也高于传统建筑。所以, 在膜结构内安装的信息系统要考虑设备与建筑内外分界处的安全距离, 有必要的可以采取更高级别的屏蔽防护措施。供电、通信、传输、控制线路敷设要套金属管, 金属管要与已接地的构架接地处理。没有套管的要合理布线, 布线位置、走向和防雷系统的距离要达到规范要求。进出建筑的各种金属管道、支架、桥架等均宜与防雷接地连接。

做好膜结构建筑的防雷设计还需要相关部门出台国家或行业标准, 系统论证防雷措施安装标准, 进一步避免雷击事故发生。