Projektant ochrony odgromowej powinien prowadzić konsultacje ze wszystkimi stronami zaangażowanymi w projektowanie i budowę obiektu.
Nowoczesne budynki powstające w naszym otoczeniu są coraz wyższe, mają coraz ciekawsze kształty i zawierają wewnątrz coraz więcej zintegrowanych systemów elektrycznych, elektronicznych i teleinformatycznych. Pomimo że Polska nie zalicza się do krajów, w których liczba dni burzowych w roku przekracza magiczną liczbę 100, to jednak i te obiekty wymagają zastosowania ochrony odgromowej. Zewnętrzne urządzenie piorunochronne (LPS) obiektu składa się:
– ze zwodów – elementów metalowych służących do bezpośredniego przejmowania wyładowań piorunowych,
– z przewodów odprowadzających – których zadaniem jest przewodzenie prądu pioruna od zwodu do uziomów,
– z układu uziomów – którego zadaniem jest doprowadzenie i rozproszenie w ziemi prądu pioruna.
Projektowanie i późniejsza realizacja urządzenia piorunochronnego dla nowoczesnego dużego obiektu obejmuje wiele dziedzin technicznych i wymaga skoordynowanych działań wszystkich zaangażowanych w jego powstawanie osób. Takie postępowanie jest konieczne, aby osiągnąć założony poziom ochrony, przy minimalnych kosztach i możliwie małym wysiłku. Szczególnie już w projekcie samego obiektu powinno być uwzględnione wykorzystanie jego części metalowych jako naturalnych elementów LPS.
Jednym z częstych błędów jest pozostawianie zagadnień dotyczących ochrony odgromowej obiektu na koniec procesu budowlanego. Utrudnia to lub nawet uniemożliwia wykorzystanie naturalnych elementów, a tym samym przyczynia się do obniżenia estetyki i podniesienia kosztów inwestycji. Nowa norma dotycząca ochrony odgromowej dla budynków (PN-EN 62305) precyzuje tok postępowania przy projektowaniu i wykonywaniu LPS. Projektant ochrony odgromowej powinien prowadzić konsultacje ze wszystkimi stronami zaangażowanymi w projektowanie i budowę obiektu łącznie z jego właścicielem.
W niektórych przypadkach szczególnie ważne jest wyjaśnienie odpowiedzialności różnych stron zaangażowanych w projektowanie i realizację LPS, np. w przypadku gdy wodoszczelność obiektu zostaje naruszona przy montowaniu na dachu elementów LPS lub przy łączeniu przewodów uziemiających pod fundamentem obiektu. W takim przypadku uzgodnienia międzybranżowe i zastosowanie specjalnych przepustów (nieprzepuszczających wody) mogą rozwiązać problem.
Fot. 1. Przykład wodoszczelnego przepustu do połączenia elementów konstrukcyjnych LPS przez ścianę
Fot. 2. Przykład połączeń elementów LPS ze zbrojeniem budynku
Konsultacje przy projektowaniu, a później wykonywaniu LPS są ważne we wszystkich fazach budowy obiektu, ponieważ w wyniku zmian projektowych mogą być wymagane modyfikacje urządzenia piorunochronnego. Konsultacje międzybranżowe są również niezbędne, aby można było uzgodnić sposób i zakres sprawdzenia tych części LPS, które mogą się stać niedostępne dla oględzin po ukończeniu obiektu. W ramach takich konsultacji powinny być określone m.in. miejsca wszystkich połączeń między częściami naturalnymi a urządzeniem piorunochronnym. Po zakończeniu fazy budowy jest prawie niemożliwe określenie rozmieszczenia i struktury stali zbrojeniowej, toteż rozmieszczenie stali zbrojeniowej do celów ochrony odgromowej powinno być bardzo dobrze udokumentowane podczas projektowania oraz realizacji budowy.
Architekci odpowiadający za całość obiektu są zwykle skłonni do organizowania i koordynowania spotkań konsultacyjnych dotyczących projektowania nowych budynków. Zakres tych konsultacji jest w początkowej fazie projektowania szeroki i obejmuje m.in. uzgodnienia z architektem:
a) tras wszystkich przewodów LPS;
b) doboru materiału elementów składowych LPS oraz szczegółów dotyczących wykorzystania metalowych rur, rynien, szyn i podobnych urządzeń;
c) szczegółów dotyczących wyposażania i zamontowania na obiekcie urządzeń, które mogą wymagać koordynacji z przebiegiem LPS (np. systemy alarmowe, kamery monitoringu, obwody radiowe i telewizyjne);
d) koordynacji wprowadzanych do obiektu przewodzących instalacji, które mogłyby mieć wpływ na rozmieszczenie sieci uziomów lub wymagałyby umieszczenia w bezpiecznym odstępie od LPS;
e) doboru materiałów przewodzących przeznaczonych do użycia w obiekcie, szczególnie ciągów metalowych, które mogą wymagać połączenia z LPS, np.: słupów, stali zbrojenia, metalowych urządzeń;
f) wizualnego oddziaływania LPS – prawidłowo wykonane i zaprojektowane LPS nie powinno szpecić obiektu;
g) lokalizacji miejsc łączenia ze stalą zbrojeniową, szczególnie przy wprowadzaniu zewnętrznych części przewodzących (rur, ekranów kablowych itp.);
h) połączenia elementów nowo projektowanego LPS z elementami LPS sąsiednich budynków.
Podobnie uzgodnienia wymagają kwestie dotyczące wykorzystania konstrukcji obiektu i jego wyposażenia. W tym przypadku konsultacje powinny dotyczyć m.in.:
– sposobu położenia i liczby podstawowych mocowań urządzenia piorunochronnego, jakie ma zapewnić budowniczy;
– wszystkich mocowań ustalonych przez projektanta LPS i przewidzianych do zainstalowania przez prowadzącego prace budowlane;
– rozmieszczenia przewodów LPS, jakie mają być ułożone pod obiektem;
– liczby i rozmieszczenia słupów oraz sposobu mocowań, jakie powinny być wykonane w obiektach z ram stalowych w celu przyłączenia uziomów i innych części LPS;
– ustalenia, czy metalowe pokrycia obiektu można wykorzystać jako naturalne elementy LPS oraz metody zapewnienia ciągłości galwanicznej połączeń między poszczególnymi częściami pokryć metalowych;
– koordynacji piorunochronnego układu uziemień obiektu z połączeniem wyrównawczym elektroenergetycznych telekomunikacyjnych urządzeń usługowych wchodzących do budynku;
– konstrukcji przewidywanych do użycia na dachu i ścianach w celu określenia odpowiednich metod mocowania przewodów urządzenia piorunochronnego (utrzymanie wodoszczelności obiektu);
– przygotowania w obiekcie otworów umożliwiających swobodne prowadzenie przewodów odprowadzających urządzenia piorunochronnego – jeżeli są takie potrzeby;
– przygotowania połączeń z ramami stalowymi, markami zbrojenia i innymi przewodzącymi częściami obiektu;
– częstości sprawdzania części LPS, które staną się niedostępne, np. ukryte w betonie marki stalowego zbrojenia;
– lokalizacji miejsc połączeń ze stalą zbrojeniową.
Fot. 3. Wykonanie dodatkowej statki uziemiającej połączonej ze zbrojeniem obiektu
Fot. 4. Wykonanie punktu umożliwiającego proste połączenie instalacji wyrównawczej z konstrukcją obiektu
Przeprowadzenie takich konsultacji przy projektowaniu, a później wykonywaniu LPS pozwala na minimalizację kosztów wykonania LPS, a jednocześnie zapewnia uzyskanie wymaganej klasy ochrony dla obiektu.
Nowoczesne obiekty budowlane zawierają często części z betonu zbrojonego, które są wykonywane na miejscu. W wielu innych przypadkach części obiektu mogą się składać z prefabrykowanych elementów betonowych lub z części stalowych.
Zbrojenie stalowe w obiektach żelbetowych odpowiadających wymaganiom może być użyte jako naturalny element LPS spełniający wymagania dotyczące przewodów odprowadzających oraz sieci uziomów.
Wzajemnie połączona stal zbrojeniowa w fundamentach betonowych odpowiadająca wymaganiom w zakresie przekroju i grubości pokrycia lub inne odpowiednie metalowe struktury podziemne powinny być wykorzystywane jako uziomy. Jeżeli jako uziom jest wykorzystywane metalowe zbrojenie w betonie, to szczególnie należy zadbać o wzajemne połączenia, aby zapobiec mechanicznemu rozłupywaniu betonu.
Fundament dużych obiektów i instalacji przemysłowych jest zwykle zbrojony. W obiektach takich pręty zbrojenia: fundamentu, płyty fundamentowej i ścian zewnętrznych w strefie poniżej powierzchni gruntu, tworzą doskonały uziom fundamentowy. Pręty zbrojenia fundamentu i zakopanych ścian mogą być wykorzystane jako uziom fundamentowy. Metoda ta zapewnia nie tylko dobre uziemienie, ale pozwala również zminimalizować koszty.
W uzupełnieniu wzajemnego łączenia prętów zbrojeniowych za pomocą drutu wiązałkowego zaleca się – w celu zapewnienia dobrych połączeń – zainstalowanie dodatkowej metalowej sieci oczkowej, która powinna być również powiązana ze stalą zbrojeniową. Przykład takiej sieci oczkowej pokazano na fot. 3.
Przewody zaciskowe do przyłączenia zewnętrznych przewodów odprowadzających lub elementów konstrukcyjnych, wykorzystywanych jako przewody odprowadzające oraz do przyłączenia uziomów zewnętrznych, powinny być w dogodnych punktach wyprowadzone z betonu. Jeżeli w ramach konsultacji ustalone zostały wcześniej miejsca wykonania takich wypustów, to w trakcie wykonywania ścian można zamontować wypust uziemiający. Pozwala to w gotowym już obiekcie na sprawny montaż szyn wyrównawczych i pewny dostęp do konstrukcji obiektu.
Przykład takiego rozwiązania pokazano na fot. 4.
Na ogół zbrojenie fundamentu jest elektrycznie przewodzące z wyjątkiem przypadków, w których pozostawia się przerwy między różnymi częściami obiektu, aby dopuścić różny stopień jego osiadania. Przerwy pomiędzy przewodzącymi częściami obiektu powinny być mostkowane za pomocą przewodów spełniających wymagania dotyczące przekroju i grubości powłok pokrycia.
Fot. 5. Połączenia wyrównawcze między różnymi elementami konstrukcyjnymi obiektu
Jeżeli obiekt zawiera pewną liczbę części budowlanych ze złączami kompensacyjnymi i możliwością osiadania tych części, a w budynku ma być zainstalowane rozległe wyposażenie elektroniczne, to wzdłuż złączy kompensacyjnych powinny być przewidziane połączenia wyrównawcze między zbrojeniem różnych części budowlanych. Aby zapewnić mało impedancyjne wyrównywanie potencjałów i skuteczne ekranowanie przestrzeni w obiekcie, należy termiczne dylatacje między częściami budowlanymi obiektu mostkować za pomocą elastycznych lub ślizgowych przewodów wyrównawczych. Przykład zastosowania specjalnych mostków do połączeń w fundamencie oraz elementów konstrukcyjnych ścian pokazano na fot. 5.
W trakcie trwania budowy należy dokonywać odpowiednich uzgodnień z wykonawcą robót budowlanych z dostatecznym wyprzedzeniem, aby mieć pewność, że harmonogram prac konstrukcyjnych nie jest przekroczony z powodu zwłoki w instalowaniu LPS przed wylaniem betonu. Podczas budowy należy prowadzić regularnie pomiary, a wykonawca LPS powinien nadzorować konstrukcję. Warto również zwrócić uwagę na to, że nowa norma (PN-EN 62305) dotycząca ochrony odgromowej obiektów budowlanych nakłada na projektanta dodatkowe wymagania w zakresie jakości zastosowanych do budowy LPS elementów.
Rys. Schemat wykonania uziomu fundamentowego w obiekcie budowlanym
W przypadku wykorzystywania jako przewody odprowadzające konstrukcji stalowych do połączeń każdej ze stalowych kolumn z prętami zbrojenia betonu fundamentu należy stosować elementy spełniające wymogi normy PN-EN 50164. Kolejny zapis w normie mówi, że wybierając do budowy LPS elementy spełniające wymogi wieloarkuszowej normy PN-EN 50164, projektant uzyskuje pewność, że uwzględniony zostanie wzrost temperatury oraz wytrzymałość mechaniczna takich elementów. Jednocześnie na końcu punktu normy dotyczącego projektu konstrukcyjnego LPS stwierdzono, że projektant i wykonawca LPS powinni sporządzić wykaz łączących i mocujących przewody uchwytów, które wytrzymują siły elektrodynamiczne od prądów pioruna w przewodach i pozwolą również na rozciąganie i kurczenie się przewodów wskutek pojawiających się wzrostów temperatury.
Jak widać z przytoczonych powyżej zapisów normy, projektant urządzenia piorunochronnego musi zwracać uwagę na elementy stosowane do budowy LPS – powinien zweryfikować właściwości użytych materiałów, aby uniknąć dodatkowych nakładów pracy. Tak więc już na etapie wyboru komponentów powinien wybierać te elementy, które spełniają wymogi normy PN-EN 50164.
Projektanci i wykonawcy LPS, aby oszczędzić sobie pracy oraz ewentualnych późniejszych zastrzeżeń co do odpowiedzialności za wybór elementów niespełniających zapisów normy, powinni do budowy LPS zastosować te elementy, co do których można przedstawić certyfikaty probiercze oraz raporty producentów wykazujące, że materiały te przeszły pomyślnie próby jakości.
Krzysztof Wincencik – DEHN Polska (MAPOIIB)
Józef Kluska – ŚlOIIB
Józef Kluska – ŚlOIIB
Ilustracje – Archiwum firmy DEHN
Literatura
1. PN-EN 62305-1:2008 Ochrona odgromowa – Część 1: Wymagania ogólne.
2. PN-EN 62305-2:2008 Ochrona odgromowa – Część 2: Zarządzanie ryzykiem.3. PN-EN 62305-2:2009/A11:2009 Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia.
4. PN-EN 62305-4:2009 Ochrona odgromowa – Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych.
5. PN-EN 50164-1:2009 Elementy urządzenia piorunochronnego (LPS) – Część 1: Wymagania stawiane elementom połączeniowym (oryg.).
6. PN-EN 50164-2:2002 Elementy urządzenia piorunochronnego (LPC) – Część 2: Wymagania dotyczące przewodów i uziomów (oryg.).
7. Publikacja Blitzplaner – materiały firmy DEHN, wydanie II, 2007.
8. R. Markowska, A. Sowa, Ochrona odgromowa obiektów budowlanych, Medium, Warszawa 2009.
