山地建筑防雷設(shè)計

黃麗霞

(上海中森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司，上海 200062)

0 引言

隨著社會的不斷進步和經(jīng)濟技術(shù)水平的不斷提高，山地建筑規(guī)模日趨擴大，功能類型日趨多樣化。本次設(shè)計包含條形住宅、塔樓住宅、庭院式住宅、商業(yè)街等不同類型的多層及低層建筑，且地理位置處于雷災(zāi)多發(fā)區(qū)。由于山地建筑的特點，信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，建筑物遭受雷擊的可能性增大，雷擊造成的損害更為嚴重，因此構(gòu)建穩(wěn)定可靠的防雷系統(tǒng)是保證山地建筑物安全的重要問題。

1 防雷裝置

防雷裝置由三部分組成，即接閃器、引下線和接地裝置。

(1)接閃器:攔截閃擊的接閃桿、接閃帶、接閃線、接閃網(wǎng)以及金屬屋面、金屬構(gòu)件等。

(2)引下線:用于將雷電流從接閃器傳導(dǎo)至接地裝置的導(dǎo)體。

(3)接地裝置:接地體和接地線的總和，用于傳導(dǎo)雷電流并將其流散入大地。

1.1 接閃器

(1)接閃桿一般用鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制成，圓鋼截面不得小于176 mm2。其直徑滿足:桿長1 m以下時，圓鋼不應(yīng)小于12 mm，鋼管不應(yīng)小20 mm;桿長1～2 m時，圓鋼不應(yīng)小于16 mm，鋼管不應(yīng)小25 mm;煙囪頂上的桿，圓鋼不應(yīng)小于20 mm，鋼管不應(yīng)小40 mm。

(2)接閃帶一般用圓鋼或扁鋼制成，其尺寸滿足:圓鋼直徑不應(yīng)小于8 mm，扁鋼截面不應(yīng)小于50 mm2，扁鋼厚度不應(yīng)小于4 mm。

(3)接閃器應(yīng)鍍鋅或涂漆，在腐蝕性較強的場所，還應(yīng)適當加大接閃器的截面或采取其他防腐措施。

(4)接閃桿的接閃端宜做成半球狀，其最小半徑宜為4.8 mm，最大半徑宜為12.7 mm。

(5)除存儲易燃、易爆物品的建筑外，建筑物的金屬屋面可用作接閃器。

1.2 引下線

(1)一般情況，利用建筑構(gòu)件內(nèi)鋼筋作引下線。

(2)建筑物的引下線間距亦根據(jù)不同的防雷分類進行核算，一般第三類防雷建筑物間距不小于25 m，第二類防雷建筑物間距不小于18 m。

1.3 接地裝置

(1)利用建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地體。

(2)當接地電阻無法滿足要求時，增設(shè)人工接地體。人工接地體一般用圓鋼、角鋼、鋼管、扁鋼等制成并敷設(shè)在地下。按照敷設(shè)形式的不同，人工接地體又分為垂直埋設(shè)和水平埋設(shè)兩種。

2 防雷設(shè)計的具體措施

2.1 防直擊雷的設(shè)計措施

直擊雷的定義為閃擊直接擊于建(構(gòu))筑物、其他物體、大地或外部防雷裝置上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力者。直擊雷一般作用于建筑物頂部的突出部分或高層建筑的側(cè)面(稱側(cè)擊雷)。

建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)為

式中:N——建筑物預(yù)計雷擊次數(shù)，次/a;

k——校正系數(shù)，在一般情況下取1;

Td——年平均雷暴日，根據(jù)當?shù)貧庀笈_(站)資料確定，d/a;

Ae——與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積，km2。

本次設(shè)計校正系數(shù)取值1.5，年平均雷暴日取值60.8 d/a。預(yù)計年雷擊次數(shù)如表1所示。

表1 預(yù)計年雷擊次數(shù)

根據(jù)上述結(jié)果，除塔樓住宅劃為第三類防雷建筑物，其余建筑均劃為第二類防雷建筑物。

防直擊雷的主要措施是裝設(shè)接閃器。設(shè)計中采用φ10 mm熱鍍鋅圓鋼作為接閃帶，沿天溝、檐口、屋脊、女兒墻等部位敷設(shè)，并充分利用裝設(shè)在建筑物上的金屬欄桿作為接閃帶，在商業(yè)、庭院式住宅、條形住宅的屋面組成不大于10 m×10 m或12 m ×8 m的網(wǎng)格，在塔樓住宅的屋面組成不大于20 m×20 m或24 m ×16 m的網(wǎng)格。

因山地整體趨勢由南向北、由東向西逐漸升高，建筑物最高高度為23.25 m，設(shè)計的商業(yè)、庭院式住宅、條形住宅的屋面也呼應(yīng)山體的走勢呈坡狀，并在其屋面種植了綠化。因此，為了考慮建筑屋面的功能要求，敷設(shè)在天溝、檐口、屋脊、女兒墻等部位的接閃帶采用明敷，而敷設(shè)在種植屋面的接閃帶則采用暗敷。接閃帶明敷時采用φ10 mm熱鍍鋅圓鋼制作支持卡子，安裝間距1.0 m，轉(zhuǎn)角處0.3 m，支起高度150 mm，所有接閃器之間應(yīng)互相連接。

2.2 防感應(yīng)雷的設(shè)計措施

感應(yīng)雷一般分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。防感應(yīng)雷的主要措施是將建筑物的金屬框架、金屬門窗等與接地裝置連接，同時將建筑物內(nèi)的金屬設(shè)備、金屬管道及構(gòu)架、電纜的金屬外皮等與接地裝置可靠連接。這樣才能將殘留在建筑物上的電荷引入大地，消除建筑物內(nèi)部出現(xiàn)的高電位。

設(shè)計中采用總等電位聯(lián)結(jié)，在建筑物內(nèi)設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)端子(MEB)箱，將建筑物內(nèi)保護干線、公用設(shè)備金屬總管(自來水管、煤氣管等)、建筑物金屬構(gòu)件進行可靠連接，煤氣管入戶后應(yīng)插入絕緣段，絕緣段兩端應(yīng)跨接火花放電間隙。總等電位母排由紫銅板制成，采用40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼與接地裝置兩處可靠連接。

2.3 防雷電波侵入的設(shè)計措施

雷電波侵入是由于雷電對架空線路、電纜線路或金屬管道的作用，雷電波(即閃電電涌)可能沿著這些管線侵入屋內(nèi)，危及人身安全或損壞設(shè)備。

設(shè)計電子信息系統(tǒng)防雷擊電磁脈沖防護等級為 C級。在低壓電源線路引入(LPZ0A或LPZ0B進入LPZl區(qū))的總配電箱、配電柜處裝設(shè)I級試驗的電涌保護器，并在靠近需要保護的設(shè)備處，即LPZ2區(qū)和更高區(qū)的界面處裝設(shè)Ⅱ級試驗的電涌保護器，同時在信號線路上設(shè)置適配的電涌保護器。電涌保護器的作用是將雷電流引入大地，保護建筑物。

3 防雷接地施工中的注意事項

防雷接地焊接伴隨著施工的全過程，接地焊接一般采用雙面焊。由于地勢的影響，焊接難度增加，也可采用單面焊，當采用搭接焊接時，搭接長度應(yīng)符合規(guī)范要求，保證構(gòu)件之間必須連接成電氣通路。另外，關(guān)于接地電阻值的測試，為了避免在土建完工后再進行補救，而且可能會與其他建筑物發(fā)生沖突，造成人力、物力、財力的重復(fù)損失，應(yīng)在接閃器、引下線以及接地裝置施工完成時及時測定電阻值是否滿足設(shè)計要求，如不滿足，應(yīng)增設(shè)人工接地體。

4 結(jié)語

雷電是自然界最壯觀的大氣現(xiàn)象之一，不僅造成大量的人員傷亡，而且對現(xiàn)代化電子和通信設(shè)施電氣設(shè)備造成破壞，給人類帶來巨大的經(jīng)濟損失。雷電已被列入“聯(lián)合國國際減災(zāi)十年”公布的十種最嚴重的自然災(zāi)害之一。有效的防雷措施能將雷災(zāi)降至人類可承受范圍之內(nèi)，因此在設(shè)計中應(yīng)合理地選擇防雷保護措施。

［1］ GB 50057—2010 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ GB 50343—2012 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ JGJ 16—2008 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］ 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標準設(shè)計研究院.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施(電氣)［M］.北京:中國計劃出版社，2009.

［5］ 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊［M］.3版.北京:中國電力出版社，2005.

［6］ 胡國文，蔡桂龍，胡乃定.現(xiàn)代民用建筑電氣工程設(shè)計與施工［M］.北京:中國電力出版社，2005.