民用绿色建筑结构和电气设计的协调处理研究

王飞

（山西省建筑设计研究院，山西太原 030001）

0 引言

建筑电气设计在整个建筑设计中占据较大比例，并且在施工阶段，建筑电气也是较难处理的一部分。其中建筑电气包括三部分，即供配电、照明和电力系统。而在建筑电气设计之初，设计人员首先要对建筑电气的施工和安装有着较高的技术经验，以免设计之后在安装过程中遇到较多困难。并且在施工过程中要对建筑电气设计施工图进行仔细阅读，深入了解施工图纸中的内容，及早发现施工图纸中的错误，以免在后期施工中影响施工进度，确保工程施工质量[1-3]。之后再进行电气安装进度计划和施工方法的研究，根据相关建筑的图纸进行仔细比对，深入了解其他类似项目的施工方法，为本工程提供技术经验和施工经验，避免出现施工错误，降低工程施工成本。在具体施工过程中，电气安装人员应和其他专业人员进行商讨，了解整个施工过程中遇到的问题并进行分析，把电气安装过程中可能遇到的问题及时找出，并根据这些问题选择最优施工方案。

在当前电气设计和施工过程中，由于前期准备工作做得不到位，以至于在施工结束后电气工程经常遇到质量问题，影响用户的正常使用。因此电气设计人员应和结构设计人员、施工人员在设计前期和设计中期进行探讨，对建筑电气的组成和使用功能等进行综合处理，以免结构主体施工完毕后才发现电气管线等布置不合理等现象。

1 综合处理方案

1.1 防雷设计

1.1.1 防雷引线设计

混凝土结构是当前高层建筑设计的必选结构，其中混凝土结构又分为框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等结构形式。混凝土结构由混凝土和钢筋组合制作而成，混凝土结构中的钢筋在防雷方面可作为避雷设施的导电设备，如框架柱、构造柱和剪力墙等构件中的钢筋都可以作为防雷引线。而在构件中选取防雷引线的钢筋也有较多要求，如钢筋连接时需采用焊接、绑扎或机械连接的方式。但是为增强钢筋的导电性能，一般采用搭接焊接的方式进行连接，并且一般选取圆钢作为防雷引线，增强钢筋的导电性能，大量理论和实践证明采用圆钢并且进行搭接焊接时导电性能最好，即避雷效果最佳。

1.1.2 接闪器的设计

由于社会的进步和发展，人们的审美观也逐渐提高。因此在这个追求“美”的时代，人们追求建筑“美”的要求也与日俱增。为增强建筑的美观性，如今许多建筑都采用薄壳或曲面屋面。尽管采用这种建筑形式带来建筑美观性，但是同时也增加建筑结构的复杂性，同时也增加此类建筑的防雷设计难度。由于防雷装置都在建筑物的最高位置，比防雷装置位置稍微低点的构件也具有较强的导电性，对于这些构件也应设置避雷设施。避雷设施都为金属构件，并且直接和建筑构件中的钢筋相连接，因此在避雷装置和构件连接处需做好防水处理，确保建筑物混凝土和钢筋的耐久性。也正因为此，目前绝大多数高层建筑物都采用混凝土屋面。因为混凝土屋面采用的是双层双向配筋，钢筋绑扎点也较多，可以作为避雷引线的最佳介质。最终可知选用建筑物自身的钢筋作为接闪器则必须将建筑物钢筋精密焊接加工，并且混凝土不能有破损以免给用户带来触电事故。但是纯钢结构或构筑物进行防雷处理时必须在结构外部制作一定的导电通路，如广告牌和金属架等钢结构构筑物。

1.2 合理设计电气系统

再进行电气设计时，电气设计人员应和结构设计人员进行综合设计，根据结构设计图纸判断电气设计图纸的准确性和合理性，如对机电开关柜的基础型钢预埋和各种电气管线的预埋、电气设备的预留空洞等对结构的影响，在结构设计图纸中找寻适当点进行预埋和穿管，将电气设备等的预留孔、预埋和安装对结构影响降为最低。电气工程施工过程中，应综合电气设计人员、施工人员和结构设计人员、施工人员等对图纸进行审核，及时发现问题并解决，以免造成电气预留孔或管道等漏忘等情况。另外根据结构设计图纸，深入了解结构各个构件的连接方式，并在电气设计中合理利用这些连接方式，降低工程造价和施工难度，对结构各构件达到高效利用。因此在进行电气设计时和结构设计进行综合协调设计极为重要。对建筑图纸进行准确精细设计是结构能够顺利、安全施工的基础，在设计时做到协调处理，同时电气设计人员也应具有一定的结构设计理念和极强的责任心，才能在不损害结构稳定性的前提下进行最优电气设计。

1.3 地线的接地形式和安全防护措施

在建筑电气设计时地线的接地形式和防护措施与用户的人身安全有着直接的关联。地线作为建筑电气中必不可少的关键环节，地线的连接好坏不仅影响用户的人身安全，而且与电气设备的运行也有着密切联系。因此如何选取地线的接地方式与建筑内所用设备和室内外环境有关。对于目前综合化的建筑物来讲，基本所有的建筑电气设备都有接地系统，因此在建筑电气设计中对接地系统的优化设计极为重要。如目前广泛使用的荧光灯，在使用时可产生三次谐波并且叠加到中性线中，无疑增大了中性线的电流。在安装时若将中性线连接到设备外壳中则可引起电击反应甚至引起火灾等事故。而在TN-S系统中，若将中性线与保护线都连接到设备外壳中可能引起的危害性更大。因此可知在正常使用时中性线和保护线在一定情况下都有可能带电，将上述两种线路连接到设备外壳中则会将电击事故的影响范围扩大。若将中性线、保护线和直流地线都接到设备外壳中则有可能导致设备不能正常运行。因此在设计之初则应设置直流、交流接地线和安全保护线等，若建筑中存在计算机房或火灾监控系统室等特殊用途房间时则整间房屋需设置防静电系统，以免在正常使用时遇到电磁波干扰。这就要求电气设计人员在设计之初根据建筑的使用用途和房间的实际使用情况设置防静电接地系统和屏蔽接地系统。

在正常施工时将基础内部主筋作为接地线，将结构基础施工作为电气设备安装的起始点。基础施工时土建工作人员应配合设备安装工作人员对基础主筋的接地电阻进行测试，确保工程后期安全使用。

2 电气管线的预埋与结构布置

电气管线预埋时，此项工作是安装工程中的重中之重，由于电气管线根数多，平面布置较为复杂，尤其是在墙体中竖向管线和楼板中的水平线管，此种情况导致墙体或楼板的截面受到一定削弱，影响结构的承载力。

2.1 竖向预埋管线

竖向预埋管线一般铺设于混凝土柱或剪力墙中，在绑扎钢筋时将线管固定与钢筋网内侧，并将两者固定，避免在混凝土浇筑时线管移位。墙体中布置线管主要分为在混凝土墙体中的线管和在填充墙中的线管。

2.2 水平预埋管线

在楼板中预埋线管时，预埋的线管为水平方向的线管。在混凝土楼板中，主要包括装配式楼盖、无梁楼盖、叠合板楼盖和最为常见的混凝土现浇楼盖。无梁楼盖受其截面尺寸较大，在楼板中布置线管对其承载力基本无影响；叠合板是由预制楼板和现浇楼板组合而成，沿两者间缝隙布置线管对承载力也基本无影响。因此仅对装配式楼板和现浇楼板中的线管预制展开分析。

2.2.1 装配式楼板

装配式楼板根据制作工艺和受力特性的不同分为预应力混凝土空心楼板和预制装配式楼板。预制装配式楼板在工厂内直接生产，线管和线槽在工厂内已经提前预留，直接在预留的管线中铺设线路即可。而传统的预应力混凝土空心楼板受制作工艺的影响，楼板中并未进行线管的预埋，楼板安装完成后线管沿预制板拼缝走向，在拼缝时预留20~30mm的缝宽。由于拼缝内线管的存在，导致后续灌缝时此处不易密实。未解决此问题，在实际施工时可将预制板拼缝设置为40~50mm，并在线管附近安装一根直径为12mm的钢筋。

2.2.2 现浇楼板

在现浇楼板中，线管的预埋较为灵活，但布置线管时不能将线管交叉布置，线管的直径不得超过楼板厚度的30%。而在实际施工中，施工单位为了节省成本和提供施工效率，往往将线管进行交叉布置，从而导致在后期使用过程中楼板大面积开裂，施工中的错误做法如图1所示。现浇混凝土楼板中线管的直径越大，对楼板截面的削弱越强。一般的混凝土楼板中出现的裂缝多数是沿预埋线管位置开裂，且线管往往位于跨中部位，此部位弯矩是整个楼板中最大的部位，因此在实际施工时应严格控制预埋线管的直径，减少对混凝土楼板承载力的削弱。

图1 施工中的错误做法

3 结论

随着科技的发展和人民生活水平的日益提高，建筑设计和施工过程中对电气设备工程的要求也越来越高，将电气设备工程和结构设计与施工协调处理，将电气设备工程安装技术进一步提高，降低工程造价，提高工程质量，确保电气设备能够满足后期安全使用和耐久性能。