Быстровозводимые здания: особенности молниезащиты и заземления

Мобильный госпиталь, производственное здание, склад, спортивный комплекс или вахтовый поселок сегодня возводятся за несколько недель, а небольшие объекты – за считанные дни благодаря конструкции на основе легкого металлического каркаса и сэндвич-панелей. Особенности таких сооружений, вырастающих зачастую в чистом поле, необходимо учитывать, чтобы защитить их от прямых ударов молнии и импульсных перенапряжений.

Берегите вашу крышу

Для создания системы молниезащиты быстровозводимого здания принципиально важно, какие материалы выбраны для сооружения кровли. Чаще всего для этих целей используются профилированные металлические листы или кровельные сэндвич-панели из двух стальных листов и утеплителя между ними. Допустимо ли использовать такую кровлю в качестве естественного молниеприемника, и какими нормативами в этом случае следует руководствоваться?

В России одновременно действует несколько базовых документов, регламентирующих создание молниезащиты с необходимым уровнем надежности: РД 34.21.122-87 (РД), СО 153-34.21122-2003 (СО), ПУЭ 7 изд., стандарты серии ГОСТ Р МЭК 62305, а также стандарты серии ГОСТ Р МЭК 62561, определяющие требования к компонентам систем молниезащиты. При этом надо иметь в виду, что инструкция РД считается устаревшей, определенными частями которой можно пользоваться как справочным материалом, но именно на ее базе разработаны ведомственные документы по молниезащите, например Газпрома и РЖД. Из этого ряда выделяется свод правил Минобороны ВСП 22-02-07/МО РФ, основанный на результатах масштабных испытаний и предлагающий собственную методику расчета параметров зон молниезащиты.

Кроме того, действуют требования межгосударственного ГОСТ 23274-84 к молниезащите электроустановок контейнерных зданий с металлической обшивкой или с металлическими несущими конструкциями, а также требования к устройству молниезащиты, прописанные в различных правилах и СНиПах.

Варианты покрытия, при применении которых стальная кровля может служить естественным молниеприемником, приведены в п. 3.2.1.2 СО (те же требования содержит п. 5.2.5 МЭК 62305-3):

• металлические листы толщиной не менее 4 мм, что предотвращает пробой, локальный перегрев или возгорание;
• металлические листы толщиной от 0,5 до 4 мм, если пробой кровли не имеет значения и ее не нужно защищать от повреждения – прожога и оплавления в результате удара молнии, под ней нет горючих материалов, способных воспламениться, а на ней – изоляционного покрытия толщиной более 1 мм.

При этом должна быть обеспечена электрическая непрерывность системы молниезащиты: все проводящие элементы – кровля как естественный молниеотвод, металлический каркас здания как естественный токоотвод и заземляющее устройство – должны быть надежно соединены между собой.

На деле при строительстве каркасных зданий профлисты толщиной 0,5–0,7 мм крепятся с помощью саморезов с эластомерными шайбами к деревянной обрешетке, установленной на металлические стропила. Под профлистами размещают пароизоляционную мембрану и утеплитель. Очевидно, что при такой конструкции между проводящими элементами нет электрически непрерывной связи. Кроме того, прямой удар молнии пробьет лист, что нарушит гидро- и пароизоляцию кровли. В результате такой утеплитель, как минеральная вата, быстро впитает влагу, потеряет теплоизоляционные свойства, под ним начнет плесневеть и гнить деревянная обрешетка и корродировать стальной каркас здания. Пенополистирол и пенополиуретан – более влагоустойчивые утеплители, но, в отличие от минваты, горючие и при термическом разложении будут выделять токсичные газы.

Такие же причины не позволяют использовать в качестве естественного молниеприемника кровельные сэндвич-панели. Они считаются экономичным вариантом для быстрого обустройства кровли и в самом простом варианте состоят из наружного металлического листа толщиной 0,5–0,7 мм с цинковым и полимерным покрытием, из утеплителя и металлического листа с отделочным покрытием. То есть при прямом ударе молнии наружный лист будет пробит, противокоррозионный слой нарушен, под воздействием высокой температуры утеплитель может усаживаться, деформироваться, выделять токсичные соединения.

Кроме того, между соседними панелями нет надежного контакта, на участках соприкосновения панелей с опорными конструкциями прокладывается термоизолирующая лента. Чтобы избежать образования мостиков холода в местах крепления саморезами применяются термоизолирующие втулки и уплотнительные эластомерные шайбы, поэтому связь кровли и металлических конструкций нельзя считать электрически непрерывной и использовать их в качестве естественных компонентов системы молниезащиты

.

Таким образом, в рассмотренных вариантах исполнения кровлю из металлических профлистов или сэндвич-панелей необходимо защитить от прямых ударов молнии.

Системный подход

Выбранный уровень молниезащиты должен достигаться с минимальными затратами и усилиями. Поэтому для создания системы внешней молниезащиты быстровозводимого здания можно использовать комплектующие из ассортимента TORR. Например, в него входит всё необходимое для организации молниеприемной сетки согласно табл. 3.8 инструкции СО: соединители, держатели для их установки на плоскую и скатную кровлю, а также держатели для токоотводов. Рассчитать систему, созданную на основе молниеприемной сетки для защиты плоской кровли зданий, в том числе быстровозводимых, поможет онлайн калькулятор на нашем сайте.

Для защиты выступающих поверхностей здания, таких как трубы систем отопления, телевизионные и телекоммуникационные антенны используются стержневые молниеприемники, которые устанавливаются на разного типа кронштейны и крепления, они также присутствуют в линейке продукции TORR.

Естественными токоотводами в быстровозводимых зданиях служат части металлического каркаса (колонны), если они устойчивы к коррозии, например покрыты методом горячего оцинкования. Если такой возможности нет, то используют искусственные токоотводы, при этом, чтобы исключить проплавление наружного листа фасадной сэндвич-панели и искрение между токоотводом и фасадом, используют специальные держатели из оцинкованной стали.

Токоотводы должны быть надежно соединены с контуром заземления, причем разборное соединение позволяет контролировать его работоспособность, периодически измеряя сопротивление заземлителя. Сопротивление заземления в целях молниезащиты должно быть не более 10 Ом. Такое значение нормируется п. 5.4.1 IEC 62305-3 (в РФ этот стандарт по Программе национальной стандартизации должен быть принят до конца 2021 г.).

При организации молниезащитного заземления, которое согласно п. 1.7.55 ПУЭ 7-го изд. как правило объединяется с контуром защитного заземления, необходимо учитывать, что небольшой вес быстровозводимых зданий позволяет сооружать их практически на любом грунте, а иногда и без фундамента. Если для устройства заземления нельзя использовать фундаментную арматуру, то придется предусмотреть заземляющий контур из заглубляемых в грунт электродов и связывающих их металлических шин, а для грунта с высоким удельным сопротивлением, например каменистого, песчаного или многолетнемерзлого, целесообразно использовать электролитические заземлители. В ассортименте TORR представлены как комплекты электродов, соединительные муфты, зажимы из оцинкованной стали, токопроводящая паста и герметизирующая лента для построения традиционного заземляющего контура, так и комплекты электролитического заземления.

 Независимо от особенностей системы молниезащиты между всеми ее частями – от молниеприемника до заземлителя – должна быть обеспечена электрически непрерывная надежная связь. В СО, документе, принятом почти 20 лет назад, в п. 3.2.4.2 было установлено, что элементы внешней молниезащитной системы соединяются сваркой, пайкой, допускается также вставка в зажимной наконечник или болтовое крепление. В свою очередь ГОСТ Р МЭК 62561-2014 предполагает соединение компонентов систем молниезащиты с помощью разборных соединений. Использовать сварку этот стандарт не предписывает, но и не запрещает. Если сваркой соединяются компоненты с цинковым покрытием, то его необходимо восстанавливать с помощью цинкового спрея.

Не до конца продуманная молниезащита способна нанести любому сооружению значительный ущерб: привести к прожогу и деформации кровли, к нарушению гидро- и термоизоляции сооружения, спровоцировать коррозию конструкций, повреждение оборудования и инженерных систем, пожар. Быстровозводимые здания необходимо защищать от прямых ударов молнии и перенапряжений, учитывая все особенности их конструкции.

07.09.2022