論高層建筑的防雷技術(shù)

張曉軍,魏亦菲（遼寧省防雷技術(shù)服務(wù)中心,沈陽(yáng)　110166）

論高層建筑的防雷技術(shù)

張曉軍,魏亦菲
（遼寧省防雷技術(shù)服務(wù)中心,沈陽(yáng)110166）

摘要：隨著城市人口的不斷增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑的智能化、高層化已成為城市發(fā)展的一大趨勢(shì)。雷電屬于是一種自然現(xiàn)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(lái)的后果也不堪設(shè)想，因此高層建筑防雷技術(shù)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(duì)直擊雷的防護(hù)技術(shù)，最后提出直擊雷防護(hù)技術(shù)的改進(jìn)措施，希望能為高層建筑的防雷實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；直擊雷；防雷技術(shù)；改進(jìn)措施

在高層建筑中，可靠的防雷技術(shù)、正確的防雷措施及防雷設(shè)計(jì)施工等是確保人身安全、防止建筑物發(fā)生電氣火災(zāi)的重要環(huán)節(jié)。隨著近幾年高層建筑防雷設(shè)計(jì)及施工技術(shù)等的持續(xù)深入，高層建筑防雷工作面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，在本文研究中筆者將簡(jiǎn)要探討高層建筑施工中預(yù)防直擊雷的技術(shù)及施工等提出相應(yīng)的措施，以推動(dòng)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(dǎo)體達(dá)到靜電平衡的基礎(chǔ)上，只要高壓電源放電，附近的等電勢(shì)導(dǎo)體內(nèi)部的電勢(shì)就為零，不存在電場(chǎng)，籠的表面均勻分布著電荷，外部電場(chǎng)對(duì)籠內(nèi)的導(dǎo)體就不會(huì)產(chǎn)生影響，得到源自靜電屏蔽的保護(hù)，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(jié)構(gòu)、金屬門(mén)窗、柱梁板鋼筋等就連接成一個(gè)法拉第籠，一旦高層建筑遭受雷擊，法拉第籠就變成一個(gè)等電勢(shì)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(duì)直擊雷的防護(hù)技術(shù)

傳統(tǒng)的防雷系統(tǒng)由接閃器、引下線、接地裝置組成，主要是通過(guò)在高層建筑屋面裝設(shè)一個(gè)接閃器，把雷擊電流導(dǎo)入到接地極里，電流就流向大地，以此來(lái)預(yù)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(wù)必要采取有效的直擊雷防護(hù)措施。一類建筑必須具備架空避雷線或避雷網(wǎng)，避雷網(wǎng)的網(wǎng)格不能比6m*4m或5m*5m大，同時(shí)要獨(dú)立安裝避雷針，應(yīng)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?qū)ΨQ對(duì)分布在建筑四周，間距不得超過(guò)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(wǎng)，以及獨(dú)立安裝的避雷針等的支柱、接地裝置、關(guān)聯(lián)的電纜和管道等金屬網(wǎng)之間的距離必須要比3m大。二類建筑防護(hù)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(yīng)、接地裝置、電氣設(shè)備等的接地是共同使用同一個(gè)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(shí)，避雷網(wǎng)的網(wǎng)格應(yīng)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(hù)直接雷的改進(jìn)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(shè)計(jì)安裝一個(gè)接閃器，該接閃器由避雷帶和新型的避雷針混合而成，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的接閃器設(shè)備會(huì)在引雷之后發(fā)生二次雷擊效應(yīng)，還會(huì)引發(fā)電位反擊效應(yīng)。所以，我們?yōu)榱四茏畲笙薅葴p少電磁輻射場(chǎng)以及雷電流的陡度，選用的接閃器、避雷針等應(yīng)當(dāng)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(gè)普通的避雷針尖端加上高脈沖電壓系統(tǒng)，引發(fā)自發(fā)電暈效果，從而形成一個(gè)上行的先導(dǎo)，更好地吸引雷電流，把來(lái)電流通過(guò)泄放通道準(zhǔn)確地泄放出來(lái)，如法國(guó)生產(chǎn)的依麗達(dá)消雷器。這種新型的、能提前放電的避雷針把傳統(tǒng)避雷針存在的缺陷克服掉了，等同于把傳統(tǒng)避雷針的高度加大，其保護(hù)角自然也被加大，因而其保護(hù)范圍更大、保護(hù)作用更可靠。

3.2強(qiáng)化建筑物的自然屏蔽功能

對(duì)于高層建筑具備的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，我們應(yīng)進(jìn)行充分的利用，組成一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又可靠的籠式避雷網(wǎng)，并合理增加引下線，進(jìn)一步加快雷電流的分流速度，盡量降低磁場(chǎng)既有的集中程度。與此同時(shí)，我們還要重視加強(qiáng)高層建筑外露的所有金屬門(mén)窗跟直擊雷預(yù)防結(jié)構(gòu)之間的連接，以便能加強(qiáng)高層建筑物在預(yù)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(yīng)通過(guò)電氣焊接在高層建筑各個(gè)鋼筋之間形成一個(gè)防直擊雷的網(wǎng)。如利用高層建筑立柱內(nèi)的鋼筋和鋼柱等，將其作為引下線，把它跟基礎(chǔ)鋼筋、金屬框架和建筑的梁柱鋼筋等有機(jī)連接為一體，從而形成一個(gè)閉合的法拉第籠。同時(shí)，建筑物內(nèi)部豎向的金屬管道應(yīng)每隔3層就連接上圈梁的均壓環(huán)，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(tái)跟樁筋連接起來(lái)，作為均壓環(huán)、引下線屏蔽網(wǎng)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(guò)了30m，那么金屬門(mén)窗、墻上的欄桿等金屬物都應(yīng)通過(guò)埋鐵或直接跟直擊雷防護(hù)裝置連接在一起。

3.4選用環(huán)形接地與等電位連接

所謂環(huán)形接地網(wǎng)，就是指沿著高層建筑的四周把接地體圍成一個(gè)閉合的環(huán)，接地網(wǎng)就能較均勻地分布界面內(nèi)的電場(chǎng)，避免人們?cè)馐芸绮诫妷旱奈：Γ瑴p少直接雷對(duì)高層建筑室內(nèi)的危害，避免電氣設(shè)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(nèi)部全部的金屬物，包括混凝土里面的鋼筋、煤氣罐、自來(lái)水管等各種金屬管道、機(jī)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(tǒng)零線等，統(tǒng)統(tǒng)采用電氣連接的方法把它們連接起來(lái)，從而把整個(gè)高層建筑空間變成一個(gè)等電位體。當(dāng)高層建筑遭直擊雷襲擊時(shí)，其內(nèi)部跟周圍幾乎都是等電位的，人不會(huì)被電擊，內(nèi)部設(shè)備也不會(huì)受到高壓位的反擊。此外，一切跟外界相關(guān)的金屬線都應(yīng)連接上過(guò)電壓保護(hù)裝置，也就是避雷器，以便形成等電位。實(shí)際上該等電位是準(zhǔn)等電位，較正常情況下的直擊雷的殘壓、雷電壓而言，各個(gè)導(dǎo)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(hù)措施，能對(duì)直擊雷的防止、電壓波強(qiáng)度的削弱等非常有效，能大大減小直擊雷對(duì)高層建筑的破壞程度。然而這些直擊雷防護(hù)措施并不能把電網(wǎng)中雷電帶來(lái)的暫態(tài)過(guò)電壓完全消除掉，它能感應(yīng)到的雷電壓脈沖通常都會(huì)超過(guò)千伏，需在今后的實(shí)踐中繼續(xù)改進(jìn)。

4　結(jié)語(yǔ)

影響高層建筑雷電災(zāi)害的因素有很多，所以高層建筑在選擇防雷技術(shù)及措施時(shí)應(yīng)慎重。尤其是對(duì)于直擊雷的防護(hù)，應(yīng)采取有效的措施，并及時(shí)改進(jìn)，爭(zhēng)取把高層建筑遭受直擊雷災(zāi)害的概率降到最低，盡量減小直擊雷產(chǎn)生的危害，不斷提高高層建筑防雷水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈鳳琴.高層建筑防雷設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2014(03):44.

[2]高燕麗.基于高層建筑防雷問(wèn)題的分析與運(yùn)用[J].北京農(nóng)業(yè),2013(27):135.