風荷載對永州地區(qū)接閃器選型的影響

■宋定滿閆輝夏康旎

（1永州市氣象局 湖南永州425000；2南京信息工程大學濱江學院 江蘇南京211800）

風荷載對永州地區(qū)接閃器選型的影響

■宋定滿1閆輝1夏康旎2

（1永州市氣象局 湖南永州425000；2南京信息工程大學濱江學院 江蘇南京211800）

接閃器是外部防雷裝置的重要組成部分，接閃器的運行穩(wěn)定直接影響了接閃及雷電流的泄放。風壓、腐蝕、機械外力等因素會對接閃器造成損壞，直接影響整個防雷裝置的有效運行，雷雨天氣時就會對人民的生命財產安全構成威脅?；诖耍芯匡L荷載對接閃器的影響，分析永州地區(qū)基本風壓對接閃器型材規(guī)格和設計安裝的要求是十分必要的。通過對風荷載的分析，得出接閃器選用的材料和尺寸要求，提高接閃器運行的穩(wěn)定性，有益于保障人民生命財產安全。

接閃器風荷載材料尺寸

0　前言

自富蘭克林造出第一根避雷針以來，防雷技術一直在不斷發(fā)展。由于避雷針把雷電引入地下的引下線少，尚難保證超高建筑物頂部免遭雷電的側擊，于是科學家研制出優(yōu)越性更大的避雷帶和避雷網等防雷設施。近20年來，又發(fā)展到直接利用建筑物的鋼筋混凝土構件中的鋼筋作為接地裝置，這種做法更加經濟、美觀、安全。

接閃器由攔截閃擊的接閃桿、接閃帶、接閃線、接閃網以及金屬屋面、金屬構件等組成。其作用是利用其高出被保護物的突出部位把雷電引向自身，承受直接雷擊，達到保護建構筑物的目的。永州市接閃器設計和施工多見不規(guī)范之處，造成后期整改難度加大，造成人力和資源的浪費。有的接閃器由于風荷載的影響發(fā)生傾斜甚至斷裂，為了避免后期整改，規(guī)范防雷安全工作，研究風荷載對接閃器選型的影響對指導永州各縣區(qū)防雷接閃器設計和施工工作有重要意義。

1　風荷載的計算

眾所周知，雷電具有極大的破壞性，其電壓高達數百萬伏，瞬間電流可高達數十萬安培。雷擊所造成的破壞性后果體現于下列三種層次：①設備損壞，人員傷亡；②設備或元器件壽命降低；③傳輸或儲存的信號、數據（模擬或數字）受到干擾或丟失，甚至使電子設備產生誤動作而暫時癱瘓或整個系統(tǒng)停頓。目前，世界上各種建筑、設施大多數仍在使用傳統(tǒng)的避雷針防雷。用避雷針防止直接雷擊損害實踐證明是經濟和有效的。接閃器一般都有一定的高度，有的接閃器屬于高聳結構，受風荷載的影響較大，因此計算和分析其風荷載尤為重要。對永州市各縣區(qū)最大風速數據進行統(tǒng)計如表1。

表1　永州市各縣區(qū)50年一遇最大風速統(tǒng)計

基本風壓是以當地比較空曠平坦的地面上離地10m高統(tǒng)計所得的50年一遇10min平均最大風速為標準，按基本風壓=最大風速的平方/1600確定的風壓值。由此公式計算出永州市各縣區(qū)基本風壓W0。

表2　永州市各縣區(qū)基本風壓

2　風荷載對接閃器材料及尺寸的要求

接閃器由攔截閃擊的接閃桿、接閃帶、接閃線、接閃網以及金屬屋面、金屬構件等構成。其中接閃桿、避雷塔屬于高聳結構，受風荷載的影響較大，下面主要對這兩種接閃器的允許風壓進行分析。

2.1避雷線塔型材規(guī)格分析

國際建筑標準設計圖集D501-1～4防雷與接地安裝中對接閃器的設計有：GFL系列鋼結構避雷針塔、GFW系列鋼結構避雷線塔、GH系列環(huán)形鋼管桿避雷針、ZG系列鋼筋混凝土環(huán)形桿避雷針、BXT系列環(huán)形鋼管桿避雷針等。幾種接閃器基于基本風壓的考慮主要分成了0.4 kN/㎡和0.7 kN/㎡兩種類型[1]。通過對永州各縣區(qū)基本風壓分析，零陵大于0.4 kN/㎡應選擇基本風壓設計為0.7 kN/㎡的接閃器，寧遠、江永和新田三個縣的基本風壓雖然小于0.4 kN/㎡，但是已經十分接近。為了安全因素考慮在寧遠、江永和新田三個縣的接閃器選型中還是選用基本風壓設計為0.7 kN/㎡的接閃器較為合理，其他縣區(qū)選擇0.4 kN/㎡的接閃器已經符合安全要求。

根據基本風壓的設計要求，零陵、寧遠、江永、新田宜選用的桿塔式接閃器型號如下：鋼結構避雷針塔選用GFL2型，鋼結構避雷線塔選用GFW2型，環(huán)形鋼管桿避雷針選用編號段為GH3～4、7～8、15～20、27～32、37～40，鋼筋混凝土環(huán)形桿避雷針選用編號段為ZG3～4、7～8、15～20、27～32、37～40，環(huán)形鋼管桿避雷針選用編號為BXT-2、4。除零陵、寧遠、江永、新田以外的縣區(qū)接閃器在滿足其他因素的同時可以選用《防雷與接地安裝D501-1～4》中設計的任意型號。

2.2接閃桿型材規(guī)格分析

對于接閃桿選用的材料及尺寸，按照熱穩(wěn)定檢驗，只要很小的截面就夠了。所采用材料的尺寸主要考慮機械強度和腐蝕問題[2]。

經計算得出各種型材規(guī)格接閃桿的允許風壓值如表3。

表3　接閃桿允許的風壓

建筑物防雷設計規(guī)范中對于接閃桿的材料給出了4種：圓銅、熱浸鍍鋅鋼、鋁合金、不銹鋼。

將表3中計算得出的允許風壓與永州市各縣區(qū)基本風壓比較可知，2m長直徑15mm的圓銅已經不能滿足零陵、寧遠、江永、新田等縣區(qū)的要求；2m長直徑15mm的鋁合金圓形導體已經不能滿足零陵、寧遠、江永、新田、藍山、江華等多個縣區(qū)的要求。為了安全以及方便管理等角度考慮得出如下結論：永州地區(qū)桿長1m以下時，直徑超過10mm的圓銅、熱浸鍍鋅鋼、鋁合金、不銹鋼都可以制成接閃桿，直徑小于15mm時要增加固定；桿長1m～2m時，只可以把直徑超過15mm的熱浸鍍鋅鋼和不銹圓鋼制成接閃桿，直徑15mm的圓銅和鋁合金制成接閃桿長度不應超過1m。

布置接閃器時，可單獨或任意組合采用接閃桿、接閃帶、接閃網[2]。有些項目的屋頂防雷設計圖中設計避雷帶的同時也設計了避雷短針，建筑物防雷設計規(guī)范中指出當應用于機械應力沒有達到臨界值之處，可采用直徑10mm、最長1m的接閃桿，并要增加固定。根據表3數據，四種材料都滿足風荷載的要求，增加固定方法宜采用3塊規(guī)格為100×50×6mm的加勁肋焊接固定。研究表明，接閃桿的接閃端做成鈍形是有益處的。接閃桿的接閃端宜做成半球狀，其最小彎曲半徑宜為4.8mm，最大宜為12.7mm。

3　結論及探討

3.1結論

通過以上分析和計算得出：永州地區(qū)接閃桿桿長1m以下時，直徑超過10mm的圓銅、熱浸鍍鋅鋼、鋁合金、不銹鋼都可以制成接閃桿，直徑超過10mm且小于15mm時要增加固定，增加固定方法宜采用3塊規(guī)格為100×50×6mm的加勁肋焊接固定；桿長1m～2m時，只可以把直徑超過15mm的熱浸鍍鋅鋼和不銹圓鋼制成接閃桿，直徑15mm的圓銅和鋁合金制成接閃桿長度不應超過1m。很多避雷線塔的設計參數中都標明了基本風壓值，在設計和施工中要根據各縣區(qū)的基本風壓值慎重選擇，確保接閃器的安全和有效性。

3.2探討

接閃器的設計和施工不僅要符合相關的規(guī)范和標準的要求，同時要結合當地實際的環(huán)境狀況和其他多種條件因素；風荷載的地位十分重要，其設計質量直接決定了項目成本的高低以及工程結構的質量。因此，相關單位和工作人員必須堅持實事求是，不斷研究分析各種條件因素對接閃器的影響，確保其安全、穩(wěn)定運行。

[1]D501-1～4防雷與接地安裝.中國計劃出版社.2007.

[2]GB50057-2010：建筑物防雷設計規(guī)范.中國計劃出版社.2011.

P411[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-353-2

宋定滿（1965～），男，工程師，研究方向為防雷技術管理。