智能建筑防雷設計與施工幾點問題的思考

邢松森+張皓+張家富

摘 要：本文分析了智能建筑接閃器、引下線、接地裝置、防雷等電位連接、防側擊、電涌保護器設計與施工存在的問題，探討防雷與接地系統(tǒng)的好壞對樓宇及自動化設備的影響，提出設計和施工要點，為進一步完善智能建筑物雷電防護提供科學依據(jù)。

關鍵詞：接閃器；引下線；接地裝置；防雷等電位連接；防側擊；電涌保護器

城市智建筑物極容易遭到雷電的危害，因而此類建筑的防雷及接地技術越來越引起人們的重視。然而，由于防雷技術規(guī)范沒有詳細的規(guī)定，有些條款籠統(tǒng)模糊，難以界定，影響防雷裝置的設計和施工。本文就目前智能建筑防雷方面存在的問題進行分析，提出一些處理方法，供防雷同行參考。

1 接閃器

高層及超高層智能建筑物接閃帶應明敷或直接利用建筑物屋面的鋼構架作為接閃器，并與接閃網(wǎng)或樓板的鋼筋焊接連通。接閃帶應沿女兒墻外墻外表面或屋檐邊垂直面敷設，在轉角處保護不到的情況下，設置接閃短針保護，接閃帶在變形縫處應加設補償器，穿墻體時加保護管，不等高接閃器之間連接成回路。接閃網(wǎng)格有明網(wǎng)和暗網(wǎng)兩種，網(wǎng)格越密，接閃和屏蔽性能越好。網(wǎng)格的尺寸視建筑物防雷類別確定，一般高層建筑物可使用不大于10m×10m的網(wǎng)格，如有特殊要求則以設計圖紙為準。施工人員在接閃桿施工時，應預埋好地腳螺栓和底板，將引下線焊接在底板上，清除藥皮刷防銹漆。接閃針應垂直安裝牢固，垂直度允許偏差為3/1000。

2 引下線

智能建筑通常利用鋼筋混凝土柱或剪力墻內的鋼筋作防雷引下線，引下線隨土建結構柱施工，依據(jù)施工圖中標注的引下線的具體位置，用色標示意，直至建筑物封頂處。當鋼筋直徑為16mm及以上時，可利用2根主鋼筋作為1組引下線，當鋼筋直徑為10mm及以上時，可利用4根主鋼筋作為1組引下線，由于高層建筑混凝土柱內主筋直徑一般都超過16mm，因此利用對角或對稱的2根主鋼筋作為引下線就足夠了。高層建筑高度高，鋼筋長，鋼筋接續(xù)點多，若采用綁扎連接，接觸電阻就很大，不利于雷電流的快速流散，作為引下線的鋼筋宜進行跨接焊接，搭接長度不應小于跨接鋼筋直徑的6倍。為了便于接地電阻測試和檢查，在距地面1.8m下設置預留測試端子。另外，施工人員應按每層軸線標明每根柱子的位置及鋼筋焊接根數(shù)，對引下線進行定位標識，防止漏焊或錯焊。

3 接地裝置

在施工圖設計中，接地電阻幾乎千篇一律要求達到≤1.0Ω，若未達到要求，補設人工接地體，忽略了由于項目所處地質條件和土壤電阻率的高低不同，設計的接地電阻應不同?！督ㄖ锓览自O計規(guī)范》GB50057-2010第4.3.6條規(guī)定：“共用接地裝置的接地電阻應按50HZ電氣裝置的接地電阻確定，不應大于按人身安全所確定的接地電阻值”，該條款對一定土壤電阻率條件下環(huán)形接地體所包圍面積的等效圓半徑以及補加接地體的計算作了具體的規(guī)定，事實上，對于不同的土壤電阻率，當基礎接地體滿足所包圍面積的等效圓半徑的情況下，可不計及沖擊接地電阻，也不必增設人工接地體。因此，應對智能建筑物所在地的土壤電阻率進行測試，避免因增設人工接地體而造成浪費，增加施工難度。

施工方面，應利用鋼筋混凝土基礎中的鋼筋作為接地裝置，在有鋼筋混凝土地梁時，應將地梁內鋼筋連成環(huán)形接地裝置；無鋼筋混凝土地梁時，可在無鋼筋的閉合條形混凝土基礎內，用≥40×4mm的熱鍍鋅扁鋼或符合要求的熱鍍鋅圓鋼直接敷設在槽坑外沿，形成環(huán)形接地。另外，高層建筑大多采用箱形基礎和樁基礎，接地網(wǎng)由箱形基礎和樁基礎內的鋼筋組成，施工時必須確保樁基礎內的鋼筋與柱及承臺內的鋼筋焊成一體，承臺內上、下兩層各兩根主筋與相對應的地梁上、下兩層各兩根主筋焊成一體。

4 防雷等電位連接

4.1 防雷等電位環(huán)

智能建筑在高度超過45m時，應裝設防雷等電位環(huán)，習慣上環(huán)間垂直距離不大于12m，應能保證建筑物的金屬結構和金屬設備就近連接到環(huán)上，防雷等電位環(huán)與引下線作可靠連接。外墻金屬門窗、欄桿、扶手等較大金屬部件的預埋焊接點不應少于2處，金屬門窗和欄桿等加工訂貨時應要求供貨商預留接地端子，以便與均壓環(huán)進行連接。建筑物屋頂上所有金屬突出物，如擦窗機、節(jié)日彩燈、航空障礙燈、金屬設備和管道等，與屋面防雷接地裝置連接。現(xiàn)場施工過程中經常發(fā)現(xiàn)，防雷等電位連接環(huán)設置的垂直距離過大，未和所有引下線進行連接，部分金屬結構未與防雷等電位環(huán)連接。另外，以前屋面消防管道大多用法蘭盤連接，只要一端接地，整個管道就接地了，新工藝的消防管道大多采用溝槽式連接，每段之間幾乎都是絕緣的，消防管道都經過熱鍍鋅處理，高溫焊接時勢必破壞管道內外壁的鍍鋅層，時間一長就會出現(xiàn)銹蝕穿孔，這種情況一般都要求采用等電位卡子加導線跨接，既解決了接地問題，又避免焊接破壞鍍鋅層。

4.2 總等電位連接

總等電位連接做法是通過設置總等電位連結母排，將配電箱的PE母排、公用設施的上下水管、熱力管道和建筑物金屬結構等進行等電位連接。其作用在于降低接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，消除自建筑物外經電氣線路和各種金屬管道引入的危險故障電壓的危害，防止電源線路中的PE線傳導引入故障電壓導致電擊事故，避免接地故障引起的電氣火災，減少電位差、電弧、電火花發(fā)生的機率。高層建筑物的每一電源進線都必須做總等電位連接，總等電位連接端子板應互相連通。跟蹤檢測時會經常發(fā)現(xiàn)沒有按要求在配電房設置總等電位聯(lián)結母排，或有設置，但未按要求進行施工，較大金屬構件未實現(xiàn)等電位連接。

4.3 防雷等電位連接

等電位連接內各連結導體間的連接可采用焊接，焊接處不應有夾渣、咬邊、氣孔及未焊透情況，也可采用螺栓連接，這時應注意接觸面的光潔、足夠的接觸壓力和面積；在腐蝕性場所應采取防腐措施，如熱鍍鋅或加大導線截面等。等電位聯(lián)結端子板應采取螺栓連接，以便檢測時拆卸。為保證等電位連結的順利施工，電氣、土建、水暖等施工和管理人員需密切配合。如浴室局部等電位端子板（LEB）至衛(wèi)生間內插座盒、管道、器具等，應配合土建工程敷設導管，檢修時，應由電氣人員在斷開管道前預先接通跨接線，以保證等電位連結的始終導通。等電位連接安裝完畢后可用等電位連接測試儀進行導通性測試，當測得等電位連接端子板與等電位連接范圍內的金屬管道等金屬體末端之間的過渡電阻≤3Ω時，可認為等電位連接是有效的，如發(fā)現(xiàn)管道導通不良，應作跨接。

5 防側擊措施

高度超過45m 的智能建筑物，當滾球半徑45m的球體從屋頂周邊接閃帶向地面垂直下降接觸到突出外墻的物體時，應有防側擊措施；高于60m的建筑物，上部占高度20%并超過60m的部位，應有防側擊措施，所有金屬欄桿、金屬門窗、金屬構件等較大的金屬物直接或通過金屬預埋件與防雷裝置連接，具體做法參見《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057-2010）第4.3.9條規(guī)定。然而，現(xiàn)代高層建筑物外墻多采用通體玻璃幕墻（明框、隱框和半隱框），建筑幕墻的金屬骨架是良導體，若防雷措施設計或施工不當，可能會因雷電的側擊而破壞，嚴重的可造成火災和人員傷亡事故，因此，幕墻必須形成自身的接閃網(wǎng)，幕墻面積每≤100m2與主體防雷系統(tǒng)作可靠連接。建筑幕墻接地預埋件必須與等電位連接環(huán)處梁的縱向鋼筋連通，樓層上作為引下線的立柱主筋必須與等電位連接環(huán)連通，幕墻鋁合金材料與接地導線連接應滿足防雷等電位連接的要求，《建筑電氣工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50303-2015）規(guī)定：“幕墻接地連接處不同金屬間應有防電化腐蝕措施”。當用銅質材料與鋁合金材料連接時，銅質材料外表面應經熱鍍鋅處理，導線連接接觸面應緊密可靠，不可松動。幕墻金屬框架與防雷裝置的連接應緊密可靠，應采用焊接或機械連接，形成導電通路，連接點水平間距不應大于防雷引下線的間距，垂直間距不應大于防雷等電位環(huán)的間距。

6 外墻太陽能集熱器防側擊

部分智能建筑除在建筑物天面設置太陽能集熱器外，在建筑物外墻的外立面也設置了太陽能集熱器。此類太陽能集熱器內置有電加熱電源線和傳感信號線直通室內，一旦遭受雷擊，玻璃碎塊落地將造成人員傷亡，雷電流可通過熱水器的管道、電源線和信號線直接進入用戶室內，導致熱水器和家用電器毀壞，重則引起電擊事故。對于建筑物外墻的側立面安裝太陽能集熱器，國家防雷規(guī)范沒有明確的規(guī)定，往往又是在建筑物主體工程完成后才安裝，設計階段未作考慮，此種情況下，太陽能集熱器必須補充直擊雷、防側擊和雷擊電磁脈沖防護設計，集熱器金屬構架保持電氣連通，頂端和底端與防雷接地裝置進行可靠連接；電加熱電源線和傳感信號線采用鎧裝電纜或穿金屬管敷設，并做好雙端接地，條件允許時加裝電源和信號電涌保護器（SPD）。

7 電涌保護器（SPD）設置及安裝

對于智能建筑雷擊電磁脈沖防護，《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057-2010有明確規(guī)定：在電源引入的總配電箱處應裝設Ⅰ級試驗的電涌保護器，電涌保護器的電壓保護水平值應≤2.5kV。每一保護模式的沖擊電流值，當無法確定時，應取≥12.5kA。當選用Ⅱ級試驗電涌保護器時，每一保護模式的標稱放電電流應≥50kA。目前新建建筑物防雷設計中絕大部份仍沒有采用新規(guī)范的規(guī)定進行設計。另外，設備房內安裝的電涌保護器經常會出現(xiàn)與設計參數(shù)不符等情況。

結束語

現(xiàn)代智能建筑防雷是一個系統(tǒng)工程，只有對接閃器、引下線、接地裝置、防雷等電位連接、防側擊、電涌保護器設置等環(huán)節(jié)科學設計和施工，才能真正保證防雷裝置安全可靠有效，減少或避免雷擊事故發(fā)生。

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