高層建筑物綜合防雷設(shè)計探討

梁 倩，魏光龍

（1.濰坊市氣象局，山東 濰坊 261000；2.淄博市氣象局，山東 淄博 255000）

高層建筑物綜合防雷設(shè)計探討

梁 倩1，魏光龍2

（1.濰坊市氣象局，山東 濰坊 261000；2.淄博市氣象局，山東 淄博 255000）

雷電是一種十分嚴(yán)重的自然災(zāi)害，每年因雷電造成的損失十分巨大，它可以使建筑物遭到破壞，人員遭受傷亡，電力、通訊、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)施無法工作，嚴(yán)重影響社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了確保國家財產(chǎn)和人民生命安全，最大限度避免雷擊造成的直接和間接損失，以《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-2010等防雷規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以淄博市某高層建筑物為例，提出建筑物綜合防雷設(shè)計，以期提供有益的防雷設(shè)計思路。

高層建筑；防雷；設(shè)計探討

1 雷電防護(hù)概述

自然界中雷的發(fā)生是雷雨云對大地和建筑物之間發(fā)生的一種猛烈的放電現(xiàn)象。雷電的危害十分巨大，破壞力嚴(yán)重，造成損失無法估計，為聯(lián)合國公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，也是目前中國十大自然災(zāi)害之一［1］。近年來，社會經(jīng)濟(jì)、信息技術(shù)特別是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，城市高層建筑日益增多，雷電危害造成的損失也越來越大，據(jù)不完全統(tǒng)計，每年因雷擊造成的損失高達(dá)數(shù)十億元，因此對雷電災(zāi)害的防御迫在眉睫。雷電分為直擊雷和感應(yīng)雷兩大類，直擊雷主要是它能以沖擊電流、沖擊波和電磁輻射的方式造成人身傷害、建筑物毀損、電氣設(shè)備不能正常運(yùn)行。感應(yīng)雷的產(chǎn)生是雷雨云之間和雷雨云與大地之間放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場作用于各種傳輸線路上，感應(yīng)產(chǎn)生過電壓、過電流，經(jīng)各種傳輸線路進(jìn)入設(shè)備系統(tǒng)而引起的。這種感應(yīng)雷對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成干擾、破壞，又或者使周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生大量的熱而引起火災(zāi)。

雷電防護(hù)理論主要是從雷電危害建筑物的途徑進(jìn)行防護(hù)，主要分為外部防雷和內(nèi)部防雷。外部防雷主要包括建筑物安裝的接閃桿、接閃帶、引下線、接地裝置等，通過直接接閃把直擊雷的能量引入大地來保護(hù)建筑物免受直擊雷的損壞。內(nèi)部防雷通過等電位和安裝SPD限制過電壓和釋放雷電流，來保護(hù)建筑物內(nèi)部的設(shè)備和人員安全。

2 高層建筑物防雷設(shè)計原則

2.1 可靠性原則

建筑物的防雷設(shè)計最應(yīng)考慮的問題就是可靠性。建筑物安裝防雷裝置后，并非就萬無一失了，按照規(guī)范設(shè)計安裝了防雷裝置的防雷安全度也不能達(dá)到100%，因此這就要求我們在防雷設(shè)計中首先考慮產(chǎn)品和技術(shù)的安全可靠性，必須符合國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。雷電防護(hù)技術(shù)是不斷發(fā)展的，在實際的雷電防護(hù)工程設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)去應(yīng)用那些經(jīng)過實踐驗證的安全可靠的產(chǎn)品和技術(shù)，而不一味追求技術(shù)和產(chǎn)品的先進(jìn)性。

2.2 實用性原則

建筑物的防雷設(shè)計應(yīng)該從用戶的實際出發(fā)。在保證防雷設(shè)計符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，盡量做到對建筑物雷電防護(hù)系統(tǒng)的實用性，根據(jù)用戶實際的角度選擇性能好、可靠性強(qiáng)、價格合理的防雷產(chǎn)品和技術(shù)，既考慮了安全又兼顧成本，為客戶設(shè)計好實實在在的雷電防護(hù)系統(tǒng)。

2.3 可維護(hù)性原則

現(xiàn)當(dāng)今，各種技術(shù)發(fā)展瞬息萬變，防雷技術(shù)的發(fā)展也是日新月異，這就要求我們在防雷設(shè)計時要最大限度地適應(yīng)今后技術(shù)發(fā)展的變化。設(shè)計的防雷系統(tǒng)的應(yīng)當(dāng)是先進(jìn)的、開放的、可擴(kuò)充的，能夠滿足日益擴(kuò)充的需要［2］。防雷系統(tǒng)良好的可維護(hù)性才能為未來系統(tǒng)升級發(fā)展提供保障。

3 高層建筑物防雷設(shè)計依據(jù)

（1）《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-2010

（2）《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343-2012

（3）《建筑物的電氣設(shè)施規(guī)范》IEC60364-5-534

4 高層建筑物直擊雷的防護(hù)設(shè)計

該高層建筑共25層，地下1層汽車庫，地下2層設(shè)備用房，地上一層為營業(yè)廳，2～25層為辦公。通過現(xiàn)場勘測，該高層建筑高度為94.5m，長59m，寬17.1m。

4.1 高層建筑物防雷等級的確定

高層建建筑物防雷設(shè)計首先要進(jìn)行的是確定建筑物的防雷等級，根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-2010）規(guī)定，通過計算建筑物的預(yù)計年雷擊次數(shù)N來對防雷類別進(jìn)行劃分。

計算雷擊大地的年平均密度：

Ng=0.024Td1.3=0.024× 271.3= 1.742（km2·a）

式中：Td——年平均雷暴日（d/a），淄博市取27（d/a）［3］。

計算建筑物等效面積：

Ae=｛LW+2（L+W）·［H（200-H）］1/2+ΠH（200-H）｝·10-6

=｛59×17.1+2（59+17.1）·［94.5（200-94.5）］1/2+Π·94.5（200-94.5）｝·10-6

=0.0475（km2）

計算建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)：

N=K·Ng·Ae=1×1.742×0.0475

=0.0842（次/a）

式中：K——校正系數(shù)，一般情況取1.0。

按照《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-2010，經(jīng)以上公式計算，該建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)均大于0.05次/a且少于0.25次/a，因此本建筑物應(yīng)劃為第三類防雷建筑物，防雷設(shè)計參數(shù)按第三類防雷建筑物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。

4.2 外部防雷措施

（1）接閃器：在屋面設(shè)接閃帶，采用Φ8鍍鋅圓鋼，屋面接閃帶網(wǎng)格不大于20m×20m或24m×16m，接閃帶首先應(yīng)沿屋頂敷設(shè)，設(shè)在外墻外表面或屋檐邊垂直面上；突出屋面的金屬物體應(yīng)與屋面防雷裝置相連，突出屋面的非金屬物應(yīng)裝設(shè)接閃器或用接閃帶跨接保護(hù)。所有高出屋面的金屬設(shè)施都要采取與接閃帶連接等可靠避雷措施。

（2） 防側(cè)擊雷：自首層起，每三層將圈梁內(nèi)鋼筋可靠焊接做均壓環(huán)，并與引下線可靠連接；自60米起每層將圈梁內(nèi)鋼筋可靠焊接做水平接閃帶并與引下線可靠連接，60米及以上外墻上的欄桿、門窗等較大的金屬物與水平避雷帶可靠連接。

（3）引下線：利用建筑物鋼筋混凝土柱子或剪力墻內(nèi)兩根Φ15以上主筋通長焊接作為引下線，引下線上端與接閃帶焊接，下端與接地極焊接， 主筋與底板筋可靠電氣連接。

（4）接地裝置：接地裝置為建筑物基礎(chǔ)地板上下兩層鋼筋通長焊接形成的基礎(chǔ)接地網(wǎng)，基礎(chǔ)鋼筋與防雷引下線鋼筋可靠焊接，室外接地凡焊接處均應(yīng)刷瀝青防腐。

4.3 內(nèi)部防雷措施

（1）防雷電波侵入措施：電纜進(jìn)線處應(yīng)將電纜的金屬外皮、鋼管等與電氣設(shè)備接地相聯(lián)。在變配電室低壓母線上裝一級電涌保護(hù)器（SPD），二級配電箱內(nèi)裝二級電涌保護(hù)器（SPD），末端配電箱及弱電機(jī)房配電箱內(nèi)裝三級電涌保護(hù)器（SPD）。屋頂室外風(fēng)機(jī)、室外照明配電箱內(nèi)裝二級電涌保護(hù)器（SPD）。弱電進(jìn)戶箱應(yīng)裝設(shè)弱電浪（2） 等電位措施：整個防雷系統(tǒng)工程采用等電位聯(lián)結(jié)，應(yīng)將建筑物內(nèi)保護(hù)干線、設(shè)備進(jìn)行總管、建筑物金屬構(gòu)件進(jìn)行聯(lián)結(jié)，防雷接地、變壓器中性點(diǎn)接地、電氣設(shè)備的保護(hù)接地、電梯機(jī)房、消防控制室、弱電機(jī)房等的接地共用統(tǒng)一接地極。凡正常不帶電，而當(dāng)絕緣破壞有可能呈現(xiàn)電壓的一切電氣設(shè)備金屬外殼均應(yīng)可靠接地。為防止人身接觸電的危險，建筑物專用接地線（PE）即TN-S系統(tǒng)配線并進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)，所有進(jìn)出建筑物的給排水總管，強(qiáng)弱電進(jìn)線管等金屬管道均做總等電位聯(lián)接。

涌保護(hù)器（SPD）。從配電室至強(qiáng)電豎井內(nèi)的橋架上敷設(shè)一條熱鍍鋅扁鋼，將配電室接地與強(qiáng)電豎井內(nèi)接地相聯(lián)。電纜橋架及其支架全長應(yīng)不少于兩處與接地干線連接。弱點(diǎn)豎井內(nèi)的接地線其下端應(yīng)與接地網(wǎng)可靠諒解。垂直敷設(shè)的金屬管道及金屬物的底端及頂端應(yīng)與防雷裝置連接。

5 結(jié)語

建筑物的防雷設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，忽略了任何一個細(xì)小的細(xì)節(jié)都對成為建筑物安全的使用的隱患。因此應(yīng)該考慮防雷各方面的因素，內(nèi)外結(jié)合，才能構(gòu)成一套完整的防雷體系，才能使防雷工程做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，確保建筑物安全使用、電氣設(shè)備正常運(yùn)行和人員人身安全。

［1］李宏.基于國民財富損失控制的自然災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)研究［D］.沈陽：東北財經(jīng)大學(xué)，2011.

［2］王功勝.淺談高層建筑物的防雷與接地［J］.廣東電力，2005（02）.

［3］李密，張秀青，王星，馬俊貴.淄博地區(qū)雷擊風(fēng)險評估的實踐與探討［A］.S13 第十屆防雷減災(zāi)論壇——雷電災(zāi)害與風(fēng)險評估［C］. 2012.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.083