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摘要：文章從高層建筑的特點(diǎn)的出發(fā)，結(jié)合對有關(guān)規(guī)定的理解，探討高層建筑的防雷接地措施。在防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工過程中，將外部防雷裝置與內(nèi)部防雷裝置組成統(tǒng)一的防雷接地系統(tǒng)，提高建筑物防雷的可靠性。...

高層建筑的防雷接地措施

車群轉(zhuǎn)

陜西省第十一建筑工程公司

    雷電會引起建筑物的損壞、人員傷亡，對電力、電訊等設(shè)備造成破壞。雷電的破壞作用歸納起來有兩種：一是直接擊在建筑物上產(chǎn)生熱效作用和電動力作用；二是雷電流產(chǎn)生的靜電感應(yīng)作用和電磁感應(yīng)作用以及雷電波侵入作用。高層建筑更易遭受雷擊，加之高層建筑正在向智能化發(fā)展，大量電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一旦遭受雷擊，損失將很嚴(yán)重，所以防雷系統(tǒng)可靠與否是極為重要的。

    高層建筑防雷是依據(jù)法拉第籠原理采用籠式防雷系統(tǒng)，就是將建筑物層面避雷網(wǎng)(帶)、引下線和接地裝置三部分聯(lián)結(jié)成一個整體的鋼鐵大網(wǎng)籠。從防直擊雷、防測擊雷、防雷電感應(yīng)和防雷電波侵入等方面，綜合考慮接閃功能，、分流影響、均衡電位、屏蔽作用、臺理布線和接地等因素，做到從整體上兼顧建筑物外部防雷和內(nèi)部防雷等功能，達(dá)到安全防雷的目的。

1.建筑構(gòu)的外部防雷

    高層建筑的外部防雷主要是指防直擊雷和防側(cè)擊雷，其作用是保護(hù)建筑物本身不遭受雷擊，主要由接閃器、引下線和接地裝置組成。

    1.1接閃器

    接閃器是防直擊雷接受雷電流的金屬導(dǎo)體，其形式有避雷網(wǎng)(帶)、避雷針、金屬屋面等。避雷網(wǎng)(帶)應(yīng)沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女兒墻等易受雷擊部位敷設(shè)，井按建筑物的防雷等級在整個屋面組成不同尺寸要求的網(wǎng)格。

    根據(jù)雷擊建筑物部位的規(guī)律，在建筑物上裝設(shè)避雷針(網(wǎng)、帶)，就能可靠吸引強(qiáng)雷和弱雷。屋面避雷網(wǎng)(帶)一般采用熱鍍鋅的圓鋼或扁鋼及熱鍍鋅件，敷設(shè)應(yīng)平正順直、固定可靠，搭接長度應(yīng)滿足規(guī)范要求。避雷網(wǎng)(帶) 在經(jīng)過沉降縫或伸縮時應(yīng)做煨彎補(bǔ)償處理，避雷帶在女兒墻敷設(shè)時，一般敷設(shè)在女兒墻的中間，當(dāng)女兒墻寬度較大時，應(yīng)將避雷帶移向女兒墻的外側(cè)處為宣，因?yàn)榕畠簤Φ耐庋匾资芾讚簟?

    現(xiàn)代高層建筑中也有屋面上利用金屬欄桿做避雷網(wǎng)(帶)，其材質(zhì)主要采用鋼管或不銹鋼管，鋼管的壁厚應(yīng)不小于2 5mm，鋼管直線段對接，轉(zhuǎn)角等部位應(yīng)采用圓鋼或角鋼搭接焊，搭接長度應(yīng)滿足規(guī)范要求，欄桿必須與引下線可靠接通。

    突出屋面的金屬物體不裝接閃器，但應(yīng)和屋面防雷網(wǎng)(帶)相連；在屋面接閃器保護(hù)范圍之外的非金屬物體應(yīng)裝接閃器，并與屋面防雷裝置相連。由于高層建筑露天設(shè)備較多，如冷卻塔、衛(wèi)星接收器、航空障礙燈、排煙1：3、廣告牌及與這些設(shè)備相關(guān)的金屬管道等，因此屋面所有金屬構(gòu)件管道都應(yīng)與避雷裝置連接。這些設(shè)各與構(gòu)筑物若不在接閃器保護(hù)范圍的．應(yīng)局部加設(shè)避雷針或避雷帶。例如，建筑屋頂上有一冷卻塔．需要防雷保護(hù)，首先采用避雷網(wǎng)(帶)保護(hù)屋面，然后將屋面作為地面，用滾球法確定避雷針的高度。

    1.2引下線

    引下線的作用是將避雷網(wǎng)(帶)與接地裝置連接在一起，使雷電流構(gòu)成通路，通常利用主體結(jié)構(gòu)的柱主筋或剪力墻中鋼筋作暗裝引下線。引下線的數(shù)量及布置直接影響分流效果。引下線數(shù)量多且間距較小時，雷電流在局部區(qū)域分布也就較均勻，引下線上電壓降減小，反擊危也相應(yīng)減少。引下線應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不應(yīng)大于規(guī)范的要求，應(yīng)盡可能增加引下線的數(shù)量，適當(dāng)減少引下線間距。由于高層建筑物引下線很長，雷電流的電感應(yīng)壓降很大．需要在每隔一定的高度處用均壓環(huán)將各條}f下線在同一高度連接起來，并接到同一高度的屋內(nèi)金屬物體上，以減小其間的電位差，避免發(fā)生反擊。均壓環(huán)通常利用圈梁兩主筋焊通成閉合回路。高層建筑引下線必須保證全長焊通，為避免接錯鋼筋，同一柱內(nèi)引下線不宜小于兩根主筋，主筋截面不應(yīng)小于16mm,鋼筋連接處應(yīng)采用搭接焊，搭焊倍數(shù)為圓鋼直徑的6倍，雙面焊，焊縫飽滿、平整，以減少接觸電阻。

    1.3接地裝置

    接地裝置包括接地和接地線。接地裝置的優(yōu)劣與接地電阻和接地方有關(guān)。為便于與各種入戶金屬管道相連，降低跨步電壓，建筑物防雷接地一般采用周圈式接地。防雷接地應(yīng)盡量利用自然接地體作為接地裝置，只要基礎(chǔ)采用硅酸鹽水泥和周圍土壤的含水量不低于4％，基礎(chǔ)外表面無防腐層或有瀝青材質(zhì)的防腐層時，可利用基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋作接地裝置．否則應(yīng)加設(shè)人工接地裝置，高層建筑通常利樁基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)作接地裝置，這些基礎(chǔ)連成的接網(wǎng)有較大的電容，其沖擊抗很小。施工中通常將樁基的拋頭鋼筋與承臺板主筋焊接，并與承臺上作為引下線的柱主鋼筋焊通，再與整個底板內(nèi)鋼筋或地梁中的鋼筋互相連通，將樁基主筋與地粱主筋接成一個閉合的水平接網(wǎng)，以形成均壓。由于防雷裝置直接裝在建筑物或筑物上，建筑物防雷接地與電氣設(shè)備接地等無法隔離。通常建筑物的防雷接地與電氣設(shè)備的接地、微電子設(shè)各接地均應(yīng)連接成統(tǒng)一的接地系統(tǒng)，其共用接地電阻按其中最小值選定。一般要求．接地電阻值小于等于l歐姆。

    1.4防側(cè)擊雷

    側(cè)面雷擊的保護(hù)一般不需專設(shè)接閃器，是將窗框架、欄桿、表面裝飾物等較大的金屬物連到建筑物的鋼構(gòu)架或鋼筋體上進(jìn)行接地。其次，金屬門窗、欄桿等金屬物利用均壓環(huán)就近與防雷裝置連接。通常根據(jù)建筑防雷類別，在30m、45m或60m以上，將各層(或隔幾層)圈粱內(nèi)的周邊主筋焊通，成為均壓環(huán)，并與防雷引下線相連，然后將金屬門窗的框架、金屬欄桿、表面裝飾物等較大金屬物與均壓環(huán)連接，達(dá)到防側(cè)擊雷的要求。

    在高層建筑施工中，往往電氣預(yù)埋、幕墻、金屬門窗施工不是同一支隊(duì)伍．這樣存在交接、配合問題。在主體結(jié)構(gòu)施工中，電氣預(yù)埋隊(duì)伍進(jìn)行預(yù)埋件的接地連接，而門窗施工隊(duì)伍應(yīng)保證門窗的可靠接地。通常由圈粱主筋引出Φ10圓鋼(或-25×4扁鋼)，圓鋼(或扁鋼)與接地端子板應(yīng)搭接焊，接地端子板再與固定金屬窗框的鐵板架采用螺栓鎖緊。幕墻主金屬框架與避雷帶或均壓環(huán)的連接，一般由建筑裝飾的幕墻旌工單位負(fù)責(zé)，但土建、裝飾、安裝應(yīng)積極主動、密切配合。幕墻防雷應(yīng)保證立柱與立柱、立柱與橫梁之間可靠跨接以及立柱與角碼、角碼與主體結(jié)構(gòu)預(yù)埋件與均壓環(huán)可靠連接。導(dǎo)線連接應(yīng)除掉材料表面的保護(hù)膜，不同金屬材料連接應(yīng)采取防電化腐蝕的措施。

    幕墻結(jié)構(gòu)應(yīng)自上而下與建筑物結(jié)構(gòu)的防雷裝置可靠連接。當(dāng)幕墻與屋面女兒墻平齊時，其所有金屬主構(gòu)架必須與避雷帶(網(wǎng))進(jìn)行可靠連接，還必須與高層建筑的均壓環(huán)進(jìn)行可靠連接，在幕墻底部亦應(yīng)與防雷裝置連接。在實(shí)際施工中，往往忽略幕墻底部與防雷裝置的連接．這一點(diǎn)應(yīng)特別注意。

2.建筑物內(nèi)部防雷

    內(nèi)部防雷包括防雷電感應(yīng)，防反擊以及舫雷電波侵入。良好的內(nèi)部防雷能減少建筑物內(nèi)的雷電流和所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)，并能防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷電和雷電磁脈沖所造成的危害。內(nèi)部防雷主要采取等電位聯(lián)結(jié)、屏蔽等措施。

    2.1等電位聯(lián)結(jié)

    等電位是用連接導(dǎo)線或過電壓保護(hù)器將處在需要防雷空間內(nèi)的防雷裝置、建筑物的金屬構(gòu)架、金屬裝置、外來的導(dǎo)體物、電氣和電訊裝置等連接起來。為保證建筑物內(nèi)部不產(chǎn)生反擊和危險的接觸電壓，跨步電壓，應(yīng)當(dāng)使建筑物地面、墻板和金屬管、線路等都處于同一電位，為此鋼筋混凝土建筑物應(yīng)在各層的適當(dāng)位置預(yù)埋與房屋結(jié)構(gòu)內(nèi)防雷導(dǎo)體相連的等電位連接板，以便與接地主干線相連。由于電力、電信線路不能直接接到地線上，電涌保護(hù)器(SPD)實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備、電子設(shè)備的等電位聯(lián)結(jié)。  建筑物等電位聯(lián)結(jié)干線應(yīng)從接地裝置有不少于兩處直線連接的接地干線或總等電位箱引出，等電位聯(lián)結(jié)干線或局部等電位箱間的連接線形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)就近與等電位聯(lián)結(jié)干線或局部等電位箱連接，支線間不應(yīng)串聯(lián)連接。總等電位聯(lián)結(jié)一般設(shè)在地下室或靠近地平面處，將進(jìn)出建筑物的金屬管道、建筑物鋼筋接地網(wǎng)、所有強(qiáng)弱電電源線、信號線的接地進(jìn)行聯(lián)結(jié)。

    高層建筑物內(nèi)各種金屬導(dǎo)體和管道如金屬門窗、設(shè)備的金屬外殼等作等電位連接；電源線、信號線通過電涌保護(hù)器實(shí)現(xiàn)等電位連接；建筑物各處的均壓環(huán)、起到一定電磁屏蔽作用的鋼筋網(wǎng)、各處的電氣以及防雷等電位連接導(dǎo)體形成總等電位聯(lián)結(jié)，最后與聯(lián)合接地系統(tǒng)相連，形成一個理想的“法拉第籠”。

    2.2合理的屏蔽

    建筑物中做屏蔽的主要目的是對微電子設(shè)備的防護(hù)。對有大量微電子設(shè)備房間要采取屏蔽措施，使儀器處于無干擾的環(huán)境中。屏蔽的有效性不僅與房間加裝屏蔽網(wǎng)和儀器金屬外殼屏蔽體本身有關(guān)，還與微電子設(shè)備的電源線和信號線接口的防過電壓、等電位聯(lián)結(jié)和接地措施有關(guān)。

    為了保證非防雷系統(tǒng)的電氣線路在防雷裝置接閃時不受影響，應(yīng)采用金屬管布線，這樣防止雷電反擊的能力強(qiáng)，對防各種電磁脈沖也具有較好的屏蔽能力。電氣線路的主干線一般集中于高層建筑物的中心部位(其雷電電磁聲強(qiáng)度最弱)，避免靠近做為引下線柱筋的位置．縮小干擾的范圍。穿線鋼管和線槽等都應(yīng)與各樓層的等電位聯(lián)結(jié)板和接地母線相連接，達(dá)到良好的屏蔽效果。

    用電設(shè)各、配電設(shè)備、配電線路應(yīng)采用防雷電波侵入低壓系統(tǒng)的措施，從配電盤引出的線路應(yīng)穿鋼管，鋼管的一端應(yīng)與配電盤外殼相連，另一端應(yīng)與用電設(shè)備外殼、保護(hù)罩相連，并應(yīng)就近與屋頂防雷裝置相連。當(dāng)鋼管因連接設(shè)備而中間斷開時應(yīng)設(shè)跨接線，在配電盤內(nèi)，應(yīng)在開關(guān)電源側(cè)與外殼之間裝過電壓保護(hù)器。  綜上所述，在高層建筑防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工中，運(yùn)用法拉第籠原理，將內(nèi)部防雷接裝置與外部防雷接地裝置結(jié)合起來，綜合考慮接閃、分流、均壓、屏蔽、布線和接地等要素，良好地設(shè)計(jì)方案和優(yōu)質(zhì)的施工．才能真正提高高層建筑防雷的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50057--1994，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范

[2]GB50303--2002，建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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