論高層建筑的防雷技術

張曉軍,魏亦菲（遼寧省防雷技術服務中心,沈陽　110166）

論高層建筑的防雷技術

張曉軍,魏亦菲
（遼寧省防雷技術服務中心,沈陽110166）

摘要：隨著城市人口的不斷增長和經濟的快速發展，建筑的智能化、高層化已成為城市發展的一大趨勢。雷電屬于是一種自然現象，與一般的建筑相比，高層建筑遭受雷擊的概率要大很多，一旦高層建筑遭受雷擊，將面臨慘重的損失，帶來的后果也不堪設想，因此高層建筑防雷技術顯得非常重要。本文首先介紹高層建筑的防雷原理，接著闡述高層建筑對直擊雷的防護技術，最后提出直擊雷防護技術的改進措施，希望能為高層建筑的防雷實踐提供參考。

關鍵詞：高層建筑；直擊雷；防雷技術；改進措施

在高層建筑中，可靠的防雷技術、正確的防雷措施及防雷設計施工等是確保人身安全、防止建筑物發生電氣火災的重要環節。隨著近幾年高層建筑防雷設計及施工技術等的持續深入，高層建筑防雷工作面臨嚴峻挑戰，在本文研究中筆者將簡要探討高層建筑施工中預防直擊雷的技術及施工等提出相應的措施，以推動高層建筑防雷水平的提升。

1　高層建筑的防雷原理

高層建筑防雷主要是基于法拉第籠原理，即在接地導體達到靜電平衡的基礎上，只要高壓電源放電，附近的等電勢導體內部的電勢就為零，不存在電場，籠的表面均勻分布著電荷，外部電場對籠內的導體就不會產生影響，得到源自靜電屏蔽的保護，避免高層建筑遭受雷擊[1]。利該上述原理可知，高層建筑的墻、屋頂、突出結構、金屬門窗、柱梁板鋼筋等就連接成一個法拉第籠，一旦高層建筑遭受雷擊，法拉第籠就變成一個等電勢體，籠的表面把雷電電荷均勻分布掉，高層建筑即可免遭雷電傷害。

2　高層建筑對直擊雷的防護技術

傳統的防雷系統由接閃器、引下線、接地裝置組成，主要是通過在高層建筑屋面裝設一個接閃器，把雷擊電流導入到接地極里，電流就流向大地，以此來預防高層建筑遭受直擊雷。

高層建筑屬于一二類建筑的范疇，務必要采取有效的直擊雷防護措施。一類建筑必須具備架空避雷線或避雷網，避雷網的網格不能比6m*4m或5m*5m大，同時要獨立安裝避雷針，應有的接地裝置也必不可少，且至少要具備2根引下線，均勻或對稱對分布在建筑四周，間距不得超過12m，每一根引下線的沖擊接地電阻必須要比10Ω小[2]。架空的避雷線或避雷網，以及獨立安裝的避雷針等的支柱、接地裝置、關聯的電纜和管道等金屬網之間的距離必須要比3m大。二類建筑防護直擊雷通常是選用跟一類建筑基本相似的措施，但二類建筑的防雷電感應、接地裝置、電氣設備等的接地是共同使用同一個裝置的，且要連接埋地的金屬管理，如果不共地，兩者的地中距離也不能比2m小。同時，避雷網的網格應比12m*8m或10m*10m小，避雷裝置引下線之間的距離不能比18m大。

3　高層建筑防護直接雷的改進措施

3.1要選擇新型避雷針與接閃器

需要在高層建筑的樓頂設計安裝一個接閃器，該接閃器由避雷帶和新型的避雷針混合而成，因為傳統的接閃器設備會在引雷之后發生二次雷擊效應，還會引發電位反擊效應。所以，我們為了能最大限度減少電磁輻射場以及雷電流的陡度，選用的接閃器、避雷針等應當是阻抗型的，或選用能提前放電的避雷針，其原理主要是在一個普通的避雷針尖端加上高脈沖電壓系統，引發自發電暈效果，從而形成一個上行的先導，更好地吸引雷電流，把來電流通過泄放通道準確地泄放出來，如法國生產的依麗達消雷器。這種新型的、能提前放電的避雷針把傳統避雷針存在的缺陷克服掉了，等同于把傳統避雷針的高度加大，其保護角自然也被加大，因而其保護范圍更大、保護作用更可靠。

3.2強化建筑物的自然屏蔽功能

對于高層建筑具備的鋼筋混凝土結構，我們應進行充分的利用，組成一個既經濟又可靠的籠式避雷網，并合理增加引下線，進一步加快雷電流的分流速度，盡量降低磁場既有的集中程度。與此同時，我們還要重視加強高層建筑外露的所有金屬門窗跟直擊雷預防結構之間的連接，以便能加強高層建筑物在預防直擊雷方面的自然屏蔽功能。

3.3澆灌混凝土前電氣焊接鋼筋

在澆筑混凝土之前，應通過電氣焊接在高層建筑各個鋼筋之間形成一個防直擊雷的網。如利用高層建筑立柱內的鋼筋和鋼柱等，將其作為引下線，把它跟基礎鋼筋、金屬框架和建筑的梁柱鋼筋等有機連接為一體，從而形成一個閉合的法拉第籠。同時，建筑物內部豎向的金屬管道應每隔3層就連接上圈梁的均壓環，并跟防雷引下線相連。電氣焊接鋼筋的目的是把接地體的承臺跟樁筋連接起來，作為均壓環、引下線屏蔽網的梁柱連接處必須焊接牢固，切忌綁扎，從而把它變成可靠的、安全的電氣通道。如果高層建筑的高度超過了30m，那么金屬門窗、墻上的欄桿等金屬物都應通過埋鐵或直接跟直擊雷防護裝置連接在一起。

3.4選用環形接地與等電位連接

所謂環形接地網，就是指沿著高層建筑的四周把接地體圍成一個閉合的環，接地網就能較均勻地分布界面內的電場，避免人們遭受跨步電壓的危害，減少直接雷對高層建筑室內的危害，避免電氣設備遭遇高電壓反擊侵害。所謂等電位連接，就是指把高層建筑內部全部的金屬物，包括混凝土里面的鋼筋、煤氣罐、自來水管等各種金屬管道、機械金屬物、埋地金屬物、金屬電纜屏蔽層、防雷接地線、電力系統零線等，統統采用電氣連接的方法把它們連接起來，從而把整個高層建筑空間變成一個等電位體。當高層建筑遭直擊雷襲擊時，其內部跟周圍幾乎都是等電位的，人不會被電擊，內部設備也不會受到高壓位的反擊。此外，一切跟外界相關的金屬線都應連接上過電壓保護裝置，也就是避雷器，以便形成等電位。實際上該等電位是準等電位，較正常情況下的直擊雷的殘壓、雷電壓而言，各個導線之間的電位差是微不足道的，因而通常把該連接叫做等電位連接。采用上述直擊雷防護措施，能對直擊雷的防止、電壓波強度的削弱等非常有效，能大大減小直擊雷對高層建筑的破壞程度。然而這些直擊雷防護措施并不能把電網中雷電帶來的暫態過電壓完全消除掉，它能感應到的雷電壓脈沖通常都會超過千伏，需在今后的實踐中繼續改進。

4　結語

影響高層建筑雷電災害的因素有很多，所以高層建筑在選擇防雷技術及措施時應慎重。尤其是對于直擊雷的防護，應采取有效的措施，并及時改進，爭取把高層建筑遭受直擊雷災害的概率降到最低，盡量減小直擊雷產生的危害，不斷提高高層建筑防雷水平。

參考文獻：

[1]沈鳳琴.高層建筑防雷設計與施工技術[J].科技創業家,2014(03):44.

[2]高燕麗.基于高層建筑防雷問題的分析與運用[J].北京農業,2013(27):135.