高层建筑物的外部防雷措施浅析

　　摘要：本文通过从高层建筑的特点出发，结合对《建筑物防雷设计规范》（GB50057-942000年版）有关规定的理解，从接闪器、引下线、接地装置等方面探讨高层建筑的外部防雷措施。
　　关键词：高层建筑，外部，防雷装置
　　
　　1．高层建筑的特点
　　高层建筑通常是指10层及10层以上的住宅建筑或其它高度超过24m的公共建筑。这些建筑物有以下两个特点：高度高，容易遭受直接雷击，特别是当期高度超过100m时，预计遭受的雷击次数与它的高度成正相关；高层建筑也是人员密集的场所，建筑物内配置的设备多且复杂，特别是广泛采用以集成电路为核心如电子计算机之类的电子设备，这些设备的元器件集成度高，耐冲击电压低、抗电磁脉冲干扰能力着，一旦遭受损坏，不仅造成的直接经济损失大，而且由此产生的社会影响也大。
　　2．建筑物的外部防雷
　　高层建筑的外部防雷主要是指防直击雷和防侧击雷，其作用是保护建筑物本身不遭受雷击，主要由接闪器、引下线和接地装置组成。
　　2.1接闪器
　　接闪器是防直击雷接受雷电流的金属导体，其形式有避雷网（带）、避雷针、金属屋面等。避雷网（带）应沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女儿墙等易受雷击部位敷设，并按建筑物的防雷等级在整个屋面组成不同尺寸要求的网格，根据雷击建筑物部位的规律，在建筑物设避雷针（网、带），就能可靠吸强雷和弱雷。屋面避雷网（带）一般采用热镀锌的圆钢或扁钢及热镀锌件，敷设应平正顺直、固定可靠，搭焊长度应满足规范要求。避雷网（带）在经过沉降缝或伸缩缝时应做煨弯补偿处理，避雷带在女儿墙敷设时，一般敷设在女儿墙的中间，当女儿墙宽度较大时，应将避雷带移向女儿墙的外侧，因为女儿墙的外沿易受雷击。并在阳角和楼面突出位置安装避雷短针。
　　2.1.1在绝大部分高层建筑中楼面上都有安装避雷高针（有些是起装饰作用的金属圆柱，可以看成是一根避雷高针）。避雷针是防雷装置中接闪器的一种，在防雷设计、审核、检测中经常需要计算它的保护半径，以确定建（构）筑物是否在其保护范围内。《建筑物防雷设计规范》（GB50057-942000年版）中规定用滚球法来确定避雷针的保护范围。滚球法是以hr（按一、二、三类防雷标准分别取30、45、60m）为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物，或只触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不触及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护。
　　2.1.2现代高层建筑中也有在屋面上利用金属栏杆做避雷网（带），其材质主要采用钢管或不锈钢管。金属栏杆必须与引下线可靠连通。突出屋面的金属物体可不装接闪器，但应和屋面防雷网（带）相连；在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，并与屋面防雷装置相连。由于高层建筑露天设备较多，如冷却塔、卫星接收器、航空障碍灯、排烟口、广告牌及与这些设备相关的金属管道等，因此屋面所有金属构件管道都应与避雷装置连接。这些设备与构筑物若不在接闪器保护范围的，应局部加设避雷针或避雷带。例如，建筑屋顶上有一冷却塔，需要防雷保护，首先采用避雷网（带）保护屋面，然后将屋面作为地面，用滚球法确定避雷针的高度。
　　2.2引下线
　　引下线的作用是将避雷网（带）与接地装置连接在一起，使雷电流构成通路，通常利用主体结构的柱主筋作暗装引下线。引下线的数量及布置直接影响分流效果。引下线数量多且间距较小时，雷电流在局部区域分布也就较均匀，引下线上电压降减小，反击危险也相应减少。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于规范的要求，应尽可能增加引下线的数量，适当减少引下线间距。由于高层建筑物引下线很长，雷电流的电感应压降很大，需要在每隔一定的高度处用均压环将各条引下线在同一高度连接起来，并接到同一高度的屋内金属物体上，以减小其间的电位差，避免发生反击。均压环通常利用圈梁两主筋焊通成闭合回路。
　　2.3接地装置
　　建筑直击雷防护应把接闪器、引下线、接地装置作为一个整体来考虑。在防雷设施中利用柱子和基础的主筋作为引下线和接地装置，具有经济实用、安全可靠和有利于雷电流散流等优点。用建筑物桩基础和地下层建筑物中的金属结构物作为接地体，这种接地体称为自然接地体，是将地梁内的主筋和基础钢筋焊接起来，并要把各段地梁的钢筋焊接成一个闭合环路，使各个基础连成一个接地体，而且要把各段地梁的钢筋形成一个很好的水平接地极，综合成一个完整的接地系统。
　　2.4高层建筑的接地装置大多以建筑物基础作接地极,其优点是：
　　2.4.1接地电阻低。在混凝土基础内,钢筋纵横交错,彼此经焊接或绑扎后,与导电性混凝土紧密接触,使整个基础变成具有巨大表面积的等位散流面,它有很高的稳定性与疏散电流的能力,因而使接地电阻很低。若高层建筑的基础全部包在防水层内,则可利用护坡桩作接地极,实测数据表明,每个护坡桩的接地电阻通常都在1Ω以下。
　　2.4.2电位分布均匀,均压效果好。利用桩基及承台钢筋作接地极,使整个建筑物地下如同敷设了均压网,从而使地面电位分布均匀,减少跨步电压对人的危害。
　　2.4.3节约钢材,减少投资。利用基础作接地极的作法是：将作为引下线的钢筋与承台主筋焊接,承台主筋与桩基主筋焊接,非引下线位置的桩基钢筋与承台钢筋相互绑扎。这样的接地装置非常可靠。为了便于进出管线的接地,还应在室外坪下0.8m处沿建筑物四周外沿预埋一些钢板或铁块,或用40×4的镀锌扁钢围上一圈,这些预埋件或扁钢应与作为引下线的钢筋焊接。
　　2.4.4防侧击雷
　　侧面雷击的保护一般不需专设接闪器，是将窗框架、栏杆、表面装饰物等较大的金属物连到建筑物的钢构架或钢筋体上进行接地。其次，金属门窗、栏杆等金属物利用均压环就近与防雷装置连接。通常以上，将各层（或隔几层）圈梁内的周边主筋焊通，成为均压环，并与防雷引下线相连，然后将金属门窗的框架、金属栏杆、表面装饰物等较大金属物与均压环连接，达到防侧击雷的要求。幕墙结构应自上而下与建筑物结构的防雷装置可靠连接。当幕墙与屋面女儿墙平齐时，其所有金属主构架必须与避雷带（网）进行可靠连接，还必须与高层建筑的均压环进行可靠连接，在幕墙底部亦应与防雷装置连接。在实际施工中，往往忽略幕墙底部与防雷装置的连接，应特别注意。
　　参考文献
　　[1]GB50057-94建筑物防雷设计规范．1994．10-12
　　[2]苏邦礼．崔秉球．吴望平．苏宇燕．《雷电与避雷工程》．中山大学出版社．1996．133-140

《高层建筑物的外部防雷措施浅析》

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