農(nóng)村自建住宅防雷方案研究
——以遂寧市農(nóng)村某三層住宅樓為例

王少琨，曾琪，羅聲悅

（1.四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系，四川遂寧629000；2.重慶市防雷中心，重慶江北400000）

農(nóng)村自建住宅防雷方案研究
——以遂寧市農(nóng)村某三層住宅樓為例

王少琨1，曾琪1，羅聲悅2

（1.四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系，四川遂寧629000；2.重慶市防雷中心，重慶江北400000）

我國農(nóng)村住宅的建造者普遍缺乏防雷設(shè)計(jì)與施工相關(guān)的專業(yè)知識，專業(yè)防雷公司又不愿承接此類小工程，導(dǎo)致農(nóng)村自建住宅的防雷安全問題異常突出.本文以遂寧市典型的農(nóng)村自建三層住宅樓為例，設(shè)計(jì)了一套川東地區(qū)農(nóng)村自建住宅普遍適用的防雷方案，此方案符合國家標(biāo)準(zhǔn)，成本低廉，具有農(nóng)村自建住宅的防雷特色.

農(nóng)村；自建住宅；防雷

長期以來，我國農(nóng)村一直是受雷擊侵害最嚴(yán)重的地區(qū)之一，每年都有大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失.受經(jīng)濟(jì)條件限制，大部分農(nóng)村地區(qū)住宅的防雷設(shè)施不完善甚至未安裝任何防雷設(shè)施[1]，造成這種情況的原因可歸納為三個方面：（1）成本因素：大部分農(nóng)村的建筑不具備防雷設(shè)施，最主要的原因是戶主不愿意承擔(dān)過高的防雷工程費(fèi)用；（2）觀念因素：防雷的觀念在農(nóng)村地區(qū)并未深入人心，很多人存在僥幸心理，覺得雷電不會擊中自家住宅；（3）防雷知識匱乏：農(nóng)村的居民往往缺乏專業(yè)的防雷知識，不清楚雷電產(chǎn)生的原因，更不知道如何防范雷擊.

因此要降低農(nóng)村地區(qū)的雷災(zāi)事故數(shù)量，首先需加大防雷知識宣傳的力度.其次，根據(jù)農(nóng)村地區(qū)建筑的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一套成本低廉且符合國家標(biāo)準(zhǔn)的防雷方案.本文以一幢位于遂寧市境內(nèi)，長15m、寬10m、高10.5m的農(nóng)村三層自建住宅樓為例，從設(shè)計(jì)、預(yù)算和施工三個方面對其防雷方案進(jìn)行討論.

1 建筑物防雷類別的確定

根據(jù)G B50057-2010，建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)應(yīng)按下式確定：

式中N為建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，單位為次/a；k為校正系數(shù)；Ng為建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度，單位為次/k m2/a；A e為與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積，單位為k m2.

1.1 校正系數(shù)（k）的取值：

大部分農(nóng)村建筑位于較低洼的地區(qū)，應(yīng)該取值為1.但考慮到個別農(nóng)村自建住宅位于河邊、湖邊、山坡下或土山頂部等處，遭受雷擊風(fēng)險(xiǎn)可能性大一些，因此本項(xiàng)目取k=1.5.

1.2 建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度（Ng）的計(jì)算

式中Td為年平均雷暴日，單位為d/a.

根據(jù)有關(guān)資料，川東地區(qū)幾個主要城市的年雷暴日見表1.

表1 川東主要城市的年雷暴日

從表1數(shù)據(jù)可知，川東地區(qū)七個主要城市的平年年雷暴日次數(shù)為36.2d/a，最大年雷暴日次數(shù)為41.9d/a.為了保證防雷設(shè)計(jì)的安全性和計(jì)算的方便，本項(xiàng)目取Td=42d/a.

將Td=42d/a帶入(2)式中可得

1.3 與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（Ae）的計(jì)算

絕大多數(shù)農(nóng)村自建住宅的高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于100m，因此適用公式

本項(xiàng)目長度L=15m，寬度W=10m，高度H=10.5m，因此帶入公式可得A e=8.63*10-3K m2.

綜上所述，將計(jì)算出的K、Ng和A e值分別帶入(1)式中，可得N=1.5*4.2*8.63*10-3=0.054369次/a.根據(jù)G B50057-2014第3.0.4條，本項(xiàng)目為第三類防雷建筑物.

2 防雷設(shè)計(jì)

根據(jù)第三類防雷建筑物的相關(guān)技術(shù)要求，進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時應(yīng)兼顧外部防雷和內(nèi)部防雷兩方面因素.

2.1 外部防雷設(shè)計(jì)

①屋面防雷措施：建筑物的外部防雷措施為在屋面布置接閃網(wǎng)、接閃帶或接閃桿.本項(xiàng)目宜選擇圍繞屋頂四周布置一圈接閃帶.

②引下線設(shè)置：由于農(nóng)村自建建筑大部分是磚混結(jié)構(gòu)，沒有從地基到屋頂通長焊接的主筋，應(yīng)設(shè)專用引下線.本項(xiàng)目的長度和寬度分別為15m和10m，按第三類防雷建筑物技術(shù)要求應(yīng)布置的引下線數(shù)量為2根.

③接地裝置：若建筑的基礎(chǔ)內(nèi)有鋼筋，可采用基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋網(wǎng)作為自然接地裝置，但應(yīng)滿足公式S≥1.89k c2，由于本項(xiàng)目引下線為2根，分流系數(shù)kc應(yīng)取值0.66，可得S≥0.82，即基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋總表面積應(yīng)大于等于0.82㎡.因農(nóng)村自建住宅基礎(chǔ)中鋼筋網(wǎng)的總表面積一般達(dá)不到0.82㎡，所以應(yīng)采用人工地網(wǎng).由于環(huán)形地網(wǎng)可有效降低跨步電壓對人的危害，同時減少被雷擊時由于地面電位梯度大產(chǎn)生對設(shè)備高電壓反擊的危險(xiǎn)[3]，因此本項(xiàng)目在距離建筑四周1m以外做一圈環(huán)形人工地網(wǎng).

④接地電阻：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，第三類防雷建筑物的接地電阻值應(yīng)該小于或等于10歐姆.但由于川東地區(qū)土壤以紫紅色沙土、泥巖為主，電阻率較低，前文中所設(shè)計(jì)的環(huán)形人工地網(wǎng)基本能達(dá)到此電阻要求.其次，農(nóng)村地區(qū)建筑的防雷工程應(yīng)以系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不應(yīng)盲目追求低接地電阻值，以免防雷工程成本過高，超過戶主承受能力.

2.2 內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)

①等電位措施：等電位連接具有很重要的作用，可減少各設(shè)備之間、各系統(tǒng)之間的電位差，保持任何情況下各系統(tǒng)、設(shè)備間電位相對穩(wěn)定[4].本項(xiàng)目應(yīng)在一樓設(shè)置總等電位連接端（M EB），各樓層分設(shè)局部等電位連接端（LEB），并且在衛(wèi)生間增設(shè)局部等電位連接端.建筑物內(nèi)所有大尺寸金屬構(gòu)件需與LEB進(jìn)行連接，LEB再與M EB連接，最后將M EB通過專線與人工地網(wǎng)進(jìn)行電氣連通.

②浪涌保護(hù)器（S PD）選擇：鑒于農(nóng)村自建住宅的配電系統(tǒng)一般比較簡單，可設(shè)置一級浪涌保護(hù)器進(jìn)行保護(hù).結(jié)合川東地區(qū)具體的雷暴情況，本項(xiàng)目可選擇一臺8/20波形60K A的S PD進(jìn)行保護(hù).

③電磁屏蔽：由于農(nóng)村家庭一般無特別貴重與精密的電氣設(shè)備，因此本項(xiàng)目不考慮電磁屏蔽的措施.

3 防雷工程預(yù)算

防雷工程費(fèi)用一般由直接費(fèi)、間接費(fèi)、利潤、費(fèi)規(guī)和稅金五部分組成.[5]但本項(xiàng)目的防雷工程為戶主自行施工，因此僅考慮直接費(fèi)和人工費(fèi)兩項(xiàng).

根據(jù)防雷設(shè)計(jì)要求，可列出本項(xiàng)目的防雷預(yù)算清單如表2所示，預(yù)算總價為2215.60元.

表2 預(yù)算清單

4 施工過程

由于本項(xiàng)目的防雷設(shè)計(jì)較簡單，并且采用人工地網(wǎng)和專用引下線，因此可以等建筑主體施工完成后再進(jìn)行防雷施工，依次進(jìn)行如下的施工工序.

4.1 人工地網(wǎng)施工

環(huán)繞建筑物四周1m以外挖一圈0.8m深的溝，然后將12根熱鍍鋅角鋼以每隔5m的間距打入溝槽中.角鋼之間用熱鍍鋅扁鐵連接，角鋼和熱鍍鋅扁鋼連接處上、下兩側(cè)施焊，焊接長度應(yīng)大于熱鍍鋅扁鋼寬度的2倍.在引下線位置附近分別用熱鍍鋅扁鋼預(yù)留出2個接頭后，覆土回填溝槽.

4.2 引下線的安裝

每隔1m在墻上安裝引下線固定支架，完工后將熱鍍鋅扁鋼進(jìn)行安裝固定.引下線與地網(wǎng)連接處進(jìn)行焊接，由于均為熱鍍鋅扁鋼，焊接長度宜為寬度的2倍.

4.3 接閃器的安裝

沿屋面四周外沿，每隔1m設(shè)置一個固定基座，再安裝熱鍍鋅圓鋼.選擇兩處將熱鍍鋅圓鋼與引下線扁鋼進(jìn)行雙面焊接，焊接長度為圓鋼直徑的6倍.

若屋面有永久性的金屬欄桿、旗桿、太陽能熱水器、管道等，均應(yīng)通過熱鍍鋅扁鋼與接閃器焊接連通.

4.4 等電位連接的安裝

在一樓入戶處安裝總等電位連接端子（M EB），可鑲嵌入墻內(nèi)，并用熱鍍鋅扁鋼與地網(wǎng)進(jìn)行連接，連接處應(yīng)焊接，焊接長度為扁鋼寬度的2倍.并將配電箱的P E線與其進(jìn)行連接.

每層樓安裝局部等電位連接端子（LEB），并將該層樓內(nèi)的金屬管道通過暗敷的熱鍍鋅扁鋼與LEB進(jìn)行電氣連接.廁所需設(shè)置單獨(dú)的等電位連接端子，與廁所內(nèi)所有金屬構(gòu)件進(jìn)行電氣連接，特別是噴淋設(shè)備.最后再將LEB通過熱鍍鋅扁鋼與M EB進(jìn)行電氣連通.

4.5 浪涌保護(hù)器的安裝

在室內(nèi)配電箱前端安裝一臺60K A的浪涌保護(hù)器，使用直徑為25mm2的銅導(dǎo)線連接接地排，接地銅導(dǎo)線長度應(yīng)小于0.5m.

5 結(jié)語

農(nóng)村自建住宅安裝防雷設(shè)施是保護(hù)居民免遭雷擊傷害的最有效措施.本項(xiàng)目通過合理的防雷設(shè)計(jì)，在滿足國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的同時，防雷預(yù)算僅為2215.60元，在大部分農(nóng)村居民的可承受范圍內(nèi)，本方案是一套能夠在川東地區(qū)農(nóng)村廣泛適用的防雷方案.

[1]楊暉.農(nóng)村及空曠地區(qū)建構(gòu)筑物低成本防雷設(shè)計(jì)研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2013：12-13.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.G B50057-2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2010.

[3]楊泓.防雷減災(zāi)管理及綜合防雷減災(zāi)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展研究[D].重慶：重慶大學(xué)建筑管理與房地產(chǎn)學(xué)院，2004：17-19.

[4]周道剛.用系統(tǒng)觀點(diǎn)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)[A]//2004年貴州省科學(xué)技術(shù)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文集[C].2004.

[5]李維紅，陳尚德，李韋霖.防雷工程預(yù)算研究[A]//第七屆中國國際防雷論壇論文摘編[C].2008.

Researchon Lightning Protection Schemeof Rural Self-bui lt Residence——A C a se S t udy o f a T h r ee-sto r e y R esi d enti a l B u i l d in g in S u inin g C it y

WANG S h a o ku n1,Z E NGQ i1,L U O S hen gyu e2
(1.S ich ua n V oc a tion a l a n d T echnic a l C ol le g e,S u inin g S ich ua n629000;2.C hon gq in g Li g htnin g Pr otection C ente r,J i a n gb ei C hon gq in g 400000)

C hin a's rura l r esi d enti a l bu i l d e r s ar e g ene ra l l y l a c k o f mine d esi g n a n d const ru ction-r el a te d p r o f ession a l k no w le dg e,p r o f ession a l l i g htnin g p r otection comp a nies ar e r el u ct a nt to u n d e r t ak e s u ch sm a l l p r o j ects,a s a r es u l t,in rura l sel f-bu i l t r esi d enti a l l i g htnin g s af et y p r o blems ar eo u tst a n d in g.t ak in ga t y pic a l rura l sel f-bu i l t th r ee-sto r e y r esi d enti a l bu i l d in g in S u inin g a s a n e xa mple,this p a pe r d esi g ns a l i g htnin g p r otection scheme f o r E a st S ich ua n rura l r esi d enti a l bu i l d in g s.T his p r o j ect con f o r ms to the n a tion a l st a n dard a n d costs l it t le.I t h a s the ch ara cte r istics o f l i g htnin g p r otection in rura l sel f bu i l t ho u sin g.

Rura l;S el f-bu i l t R esi d enti a l;Li g htnin g Pr otection

TU241.4

A

1672-2094（2017）03-0162-03

責(zé)任編輯：張隆輝

2017-03-09

王少琨（1990-），男，四川遂寧人，四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教.研究方向：施工方案與技術(shù).

曾琪（1975-），女，四川遂寧人，四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授.研究方向：化學(xué)分析與檢測.