高層建筑雷電防護(hù)工程設(shè)計要點(diǎn)

伍瑞林 周寶琴 周 揚(yáng)

(廣州市防雷設(shè)施檢測所，廣東 廣州 510000)

1 高層建筑雷電防護(hù)工程設(shè)計問題與標(biāo)準(zhǔn)

1.1 常見設(shè)計問題分析

據(jù)我國相關(guān)資料研究，在高層建筑雷電防護(hù)工程設(shè)計過程中常會因?yàn)榉览籽b置設(shè)計的不規(guī)范和不完善，或過分注重建筑物外部LS設(shè)計而忽略其內(nèi)部的LEM設(shè)計，使其雷電防護(hù)工程在設(shè)計階段就存在著缺陷，留下安全隱患。而在防雷裝置設(shè)計過程中最容易出現(xiàn)以下三類問題:一是避雷針安裝不當(dāng)，會引起強(qiáng)烈的感應(yīng)雷和地電位反擊，還會增加雷擊概率。二是引下線數(shù)量設(shè)置不當(dāng)，在無屏蔽網(wǎng)區(qū)域或引下線為5根時，，無論如何放置電子設(shè)備，建筑物都會受到電磁感應(yīng)的干擾而損壞;最終導(dǎo)致防雷設(shè)計失效。三是設(shè)計過程中缺少感應(yīng)雷的防護(hù)措施，雷電電流迅速變化引起強(qiáng)烈的電磁感應(yīng)，所產(chǎn)生電磁能量在接地防護(hù)裝置不完善時難以泄入地下，而產(chǎn)生放電火花，不但會破壞建筑物內(nèi)電器設(shè)備，甚至?xí)鸹馂?zāi)、爆炸、觸電等事故。

1.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化處理

對于上述設(shè)計問題，在新標(biāo)準(zhǔn)中并沒有明確限制建筑物樓層高度，而雷電防護(hù)工程設(shè)計主要通過以下三個部分來應(yīng)對與防范相關(guān)的問題。一是關(guān)于建筑物雷電防護(hù)模式的設(shè)計攔截模式主要有滾球法(RSM)、保護(hù)角法(PAM)和網(wǎng)格法(MM)，而根據(jù)電氣－幾何模型，傳統(tǒng)滾球法(RSM)有較好的理論基礎(chǔ)和大量的實(shí)踐證明，是現(xiàn)行模式中最好的一種。二是選用源于傳輸線路和高層建筑的國際大電網(wǎng)組織(CIGRE)雷電流參數(shù)，有利于進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的雷電防護(hù)工程設(shè)計。三是在安裝設(shè)計防護(hù)裝置，以保證雷電防護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與有效性。

2 高層建筑雷電防護(hù)工程設(shè)計總體結(jié)構(gòu)及七大要素分析

2.1 高層建筑雷電防護(hù)工程設(shè)計總體結(jié)構(gòu)分析

一般在進(jìn)行雷電防護(hù)工程設(shè)計時，要深入探究雷電防護(hù)工程的整體設(shè)計系統(tǒng)。為了更好地解決高層建筑雷電防護(hù)工程設(shè)計中存在的問題，可建立高層建筑綜合防雷系統(tǒng)的防雷運(yùn)作區(qū)域(LPZ)防雷擊電磁脈沖(LEMP)，按照IEC標(biāo)準(zhǔn)將保護(hù)空間劃分為不同的防雷區(qū)域(LZ)。

2.2 高層建筑雷電防護(hù)工程設(shè)計的七大要素分析

根據(jù)以上雷電防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及原理分析，這里筆者歸結(jié)出高層建筑雷電防護(hù)工程設(shè)計的七項(xiàng)重要因素，下面進(jìn)行具體的探討。

2.2.1 接閃功能與接閃器設(shè)計。高層建筑物接閃功能應(yīng)具備裝設(shè)獨(dú)立或架空接閃器(如避雷帶、針、網(wǎng))、耐流耐壓能力、連續(xù)接閃效果造價以及美學(xué)統(tǒng)一性等條件。高層防雷建筑物應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立架空避雷線(網(wǎng))或避雷針，通過滾球法來計算確定避雷針保護(hù)范圍。在設(shè)計時要注意根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，在建筑物的天面，選用合適網(wǎng)格尺寸的避雷網(wǎng)，用導(dǎo)體聯(lián)結(jié)成一個網(wǎng)狀的雷電保護(hù)裝置構(gòu)成避雷網(wǎng)。當(dāng)高層建筑物內(nèi)具有較多的弱電子設(shè)備時，屋面上安裝較小的避雷網(wǎng)格形成最大的電磁屏蔽。

2.2.2 分流影響與引下線設(shè)計。雷電的分流效果直接受到引下線數(shù)量和粗細(xì)的影響，數(shù)量越多，則雷電流越小，其感應(yīng)范圍也相應(yīng)縮小，且相互間距離不小于規(guī)范規(guī)定。對于高層建筑物，應(yīng)根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，選擇合適的引下線間距，間距越小且電位分布較均勻，對雷電感應(yīng)的屏蔽越好;當(dāng)引下線過長時，在建筑物中間部位增設(shè)均壓環(huán)，可起到較好的減小電感電壓降、分流以及降反擊電壓的作用。若高層建筑物內(nèi)具有較多弱電子設(shè)備時，按照建筑物的柱距沿其外圍，每隔6m設(shè)置引下線，焊接每層圈梁鋼筋，使引下線與各樓層的等電位聯(lián)結(jié)母線相連，可減少室內(nèi)金屬物體間的電位差，避免發(fā)生反擊。

2.2.3 均衡電位與等電位連接、電涌保護(hù)器安裝。在防雷電工程設(shè)計時，為了保證高層建筑物內(nèi)無電壓反擊，可按照《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，在高層建筑物各部分空間不同的LEM的嚴(yán)重程度和指明各區(qū)交界處等位置預(yù)留等電位連接板，與房屋防雷裝置相連，使結(jié)構(gòu)鋼筋與各種金屬管線都能連接成統(tǒng)一的等電位導(dǎo)電體，不僅能有效防止雷電電磁脈沖干擾微電子設(shè)備，同時也可以裝上限制瞬態(tài)過電壓和分走電涌電流。對于高層建筑而言，可根據(jù)防雷需要和電子系統(tǒng)類型不同，通過構(gòu)建不同的等位連接網(wǎng)，來有效防止防雷擊電磁脈沖和電壓反擊。對于不超過300kHz的電子模擬系統(tǒng)可采用S星型結(jié)構(gòu);對于電子系統(tǒng)為MHz級的數(shù)字系統(tǒng)，可采用M型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

2.2.4 屏蔽作用與間隔距離、屏蔽設(shè)計。為了使高層建筑物內(nèi)的各電子系統(tǒng)免遭雷電電磁脈沖的破壞，有必要在建筑物、設(shè)備和各種線路(管道)設(shè)計屏蔽，一般應(yīng)在對各項(xiàng)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行耐壓水平調(diào)查后，再將高層建筑內(nèi)部鋼筋、金屬構(gòu)架與地板、門窗等互焊成法拉第籠，再連接地網(wǎng)構(gòu)成初級屏蔽網(wǎng)，再根據(jù)圖1.2所示在防雷區(qū)內(nèi)施行多級屏蔽。設(shè)計時尤其要注意初級屏蔽網(wǎng)的衰減程度和屏蔽層厚度、網(wǎng)孔密度、屏蔽材料以及雷擊點(diǎn)與屏蔽空間的間隔距離，方能有效防衛(wèi)雷電的襲擊。

2.2.5 接地效果與接地裝置設(shè)計。接地裝置可分為自然接地體和人工接地體。在設(shè)計時應(yīng)利用建筑物的基礎(chǔ)構(gòu)造鋼筋作為自然接地體;對于人工接地體，宜敷設(shè)成環(huán)形方式;對獨(dú)立的垂直接地體而言，可用周圈式接地裝置，接地體靠近基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋有利于均衡電位;對木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)建筑物需要獨(dú)立引下線，并采用獨(dú)立接地方式，以鉆孔深埋接地極的效果為最好。在防雷設(shè)計中設(shè)置共用接地裝置時，還應(yīng)在建筑物各樓層設(shè)備安裝位置，設(shè)置接地預(yù)留端子或接地地板，進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)。

3 結(jié)語

建筑物防雷是一個全面的系統(tǒng)工程，在建筑物的設(shè)計階段應(yīng)先研究防雷裝置的形式與位置，;同時按其在建筑物中的不同作用，防雷設(shè)計應(yīng)從接閃功能、分流影響、均衡電位、屏蔽作用、接地效果、合理布線和電涌保護(hù)這七項(xiàng)要素綜合來考慮，使建筑物達(dá)到綜合防雷的目的。

［1］黃彩東.河池鑫亮名都廣場綜合樓高層建筑雷電防護(hù)個例分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2009(9):153－156.

［2］胡如江.建筑物雷電防護(hù)技術(shù)應(yīng)用措施［J］.科技與生活，2011(24):180－181.

［3］伍世民，何耀斌，魏紅.高層建筑雷電防護(hù)裝置檢測要點(diǎn)［J］.大科技，2012(3):338－339.