民用建筑物防雷設計及施工的構造要點

王力寧

1 概述

隨著社會經濟的發展,建筑物的規模不斷擴大、建筑高度也不斷的增加,特別是現代家電器具日趨增多,這些對建筑防雷都帶來不利影響,也為雷電防護提出了大量新的問題。我國每年因雷擊破壞建筑物內電氣設備及雷擊事件時有發生。因此,建筑物的防雷設計與構造就顯得尤為重要。

2 防雷設計構造要點

2.1 確定建筑物的防雷等級

對建筑物防雷類別的劃分,除了由建筑物的功能定性外,第二、三類防雷建筑,還取決于建筑物的年預計雷擊次數。民用建筑物防雷按規定劃分為第二類和第三類防雷等級。

2.2 確定保護范圍

在防雷裝置中,只對避雷針和避雷線確定其空間保護范圍,避雷針、避雷線的保護范圍與布局形式和高度有關。避雷針、避雷線的布局形式取決于被保護物的結構尺寸(高度和面積),通常有單支、雙支、三支等高、雙支不等高避雷針和單根、兩根平行等高、兩根平行不等高避雷線等布局形式。

2.3 合理的構造措施

常用的構造措施有:1)防直擊雷。a.接閃器采用避雷針、避雷帶(網),或兩者混合的方式,還宜利用建筑物的金屬屋面作為接閃器,但應符合規范要求。b.引下線應優先利用建筑物鋼筋混凝土柱或剪力墻中的主鋼筋,還宜利用建筑物的消防梯、鋼柱、金屬煙囪等作為引下線。c.接地裝置應優先利用建筑物鋼筋混凝土基礎內的鋼筋。有鋼筋混凝土地梁時,應將地梁內鋼筋連成環形接地裝置;沒有鋼筋混凝土地梁時,可在建筑物周邊無鋼筋的閉合條形混凝土基礎內,用-40×4鍍鋅扁鋼直接敷設在槽坑外沿,形成環形接地。當將變壓器和柴油發電機的中性點工作接地、電氣保護接地和弱電系統工作接地等共用接地裝置時,接地電阻值應不大于1 Ω。2)防側擊雷。a.鋼構架和鋼筋混凝土的鋼筋應互相連接;b.應利用鋼柱或鋼筋混凝土柱內鋼筋作為防雷裝置引下線;c.應將30 m及以上外墻上的欄桿、門窗等較大的金屬物與防雷裝置相連;d.豎直敷設的金屬管道及金屬物的頂端和底端應與防雷裝置連接;e.沒有組合柱和圈梁的建筑物,應每隔三層在外墻內敷設一圈φ 12的鍍鋅圓鋼做均壓環,有組合柱和圈梁時,利用圈梁的鋼筋做均壓環。將建筑物的各種豎向金屬管道每隔三層與均壓環連接一次。均壓環應與防雷裝置引下線連接。3)防雷電感應和雷電波侵入。a.建筑物內的設備外殼、管道、構架等主要金屬物,應就近接到防雷接地裝置或電氣設備的保護接地裝置上。b.平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮的長金屬物,其凈距小于100 mm時應采用金屬線跨接,跨接點的間距不應大于30 m;交叉凈距小于100 mm時,其交叉處亦應跨接。4)防雷電波入侵。a.低壓線路宜全線采用電纜直接埋地引入,在入戶端將電纜金屬外皮或保護鋼管接到防雷接地裝置上;若為架空線應換接50 m電纜進戶,線纜換接處應裝設避雷器,若采用架空線引入時,引入處應裝設避雷器。b.架空和埋地的金屬管道,應在進出建筑物處與防雷接地裝置相連。工程上防雷常用構造見圖1,圖2。

3 工程實例

3.1 設計及構造要點

某住宅小區,總建筑面積80 000 m2,最高層數12層,最高建筑高度38 m。其中6號樓為6層,框架結構,樁基礎,防雷類別為第三類防雷建筑。

本工程防雷與接地系統主要包括:利用基礎底板做接地極,室外地面-1 m敷設-40×4的環形均壓帶,利用結構鋼筋做避雷引下線,屋面敷設φ 12和-25×4作為避雷帶。接地系統要求總接地電阻小于1 Ω。屋面采用小于20 m×20 m或24 m×16 m的避雷網保護,將建筑物外圈的金屬欄桿和金屬門窗等較大的金屬物體與防雷裝置連接。整個防雷接地系統形成一個法拉第籠,能有效防止雷電與戶外無線電波等對建筑和建筑內設備的影響和干擾。防雷電波侵入措施凡進入建筑物的各種線路及管道,包括水管、強電線路穿管、弱電線路穿管等,盡可能全線埋地引入,并在入戶處將電纜金屬外皮、鋼管、金屬管道等與總等電位接地端子聯結。整個電源采用TN-S系統供電,屋頂所有不帶電的設備外殼均用兩根以上連接線(φ 12鍍鋅圓鋼)與屋頂避雷裝置連接,電梯軌道等從建筑物底一直到頂的金屬物體除底端應與總等電位接地端子聯結,機房內電機機座等金屬不帶電部分均應接地,連接線采用φ 12鍍鋅圓鋼暗敷。敷設的長金屬管道、長構架、電纜金屬外皮凈距小于100 mm時,按規范要求進行跨接。

在該樓防雷設計方案中,選用通流量大、抗風強度強、安裝方便、經濟適用等優點的LGZ3040-1A/C型組合形避雷針輔助避雷帶(網)保護。

該小區中心機房的防雷設計,根據GB 50343-2004建筑物電子信息系統防雷技術規范規定按C級設置防雷裝置,與大樓基礎共用接地。同時采取防感應雷及防雷電波侵入措施,以及防雷電干擾的屏蔽措施。設總等電位聯結、局部等電位聯結,安裝相匹配的SPD保護裝置。

3.2 施工要求

1)材料要求。鍍鋅扁鋼、圓鋼、銅排等規格應符合規范要求,鍍鋅良好,材質本身不得有裂紋、褶皺等,各種型材全部由正規廠家進貨并有產品合格證和檢測報告。2)施工工藝要求。鍍鋅扁鋼、圓鋼連接均采用焊接,要求圓鋼雙面焊接,焊接長度不小于6D,扁鋼三面焊接,焊接長度大于扁鋼寬度的2倍,焊縫平整、飽滿,無夾渣、咬肉現象,在混凝土結構外的各焊點應涂瀝青漆兩道以避免腐蝕,屋面避雷帶應涂銀粉漆兩道。銅排采用兩個M8鍍鋅螺絲連接,搭接長度大于銅排寬度的2倍。3)主要施工方法及注意事項。a.接地裝置。本工程采用TN-S系統,要求從低壓配電柜引出的N(工作零線)與PE(保護零線)完全分開。所有配電箱、柜內均分設N線與PE線母排。本工程中所有電氣設備的金屬外殼、配線鋼管、電纜橋架、電氣設備的構件、支架、金屬線盒、電纜鎧裝等均須與PE線可靠聯結,以確保安全。沿豎井利用-50×6銅排敷設各專用接地干線。總配電安裝通流量大于100 kA的SPD保護裝置。b.引下線與均壓環。按設計要求,本工程從地面30 m起每隔三層利用圈梁主筋做均壓環,并與樓板內鋼筋及柱內避雷引下線多點焊接。所有外墻金屬門窗、幕墻鋁框、金屬構件、管道等均應與均壓環作可靠焊接,利用φ 12鍍鋅圓鋼與均壓環焊接連通,一側預留在窗洞旁,以便門窗欄桿等安裝時就近焊接連通,幕墻鋁框的接地將結構施工時的預埋鋼板與接地系統焊接連通。c.避雷帶。在屋頂女兒墻上采用φ 10鍍鋅圓鋼明敷避雷帶與避雷引下線焊接,屋面用水泥墩或支架敷設-25×4避雷帶,屋面上所有的金屬管道、構架、設備金屬外殼利用φ 12鍍鋅圓鋼與避雷帶作就近聯結。d.等電位聯結。通過進線配電箱近旁的總等電位聯結端子板與進線配電箱的PE(PEN)母排、進出入建筑物的金屬水管、煤氣管道、弱電設備、SPD接地等作等電位聯結。做法按等電位聯結安裝圖集02D501-2安裝。

4 結語

建筑防雷系統直接關系到建筑及建筑內設備、人員安全,所以我們在設計、施工時必須加強管理、加強監督,防止因為防雷系統的不合理導致意外事故的發生,特別對容易造成火災事故損失重大或人員傷亡的建筑物及高層建筑物,防雷系統必須符合設計規范及各項施工要求。

[1] GB 50057-94,建筑物防雷設計規范[S].

[2] JGJ 16-2008,民用建筑電氣設計規范[S].

[3] 藍奇勇.住宅建筑的防雷與接地設計探討[Z].2003.

[4] 蘇邦禮.雷電與避雷工程[M].廣州:中山大學出版社,1996.

[5] GB 50343-2004,建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].