裝配式木結(jié)構(gòu)建筑防雷設(shè)計(jì)分析

段新美

（山東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

我國(guó)的建筑行業(yè)發(fā)展迅速，其智能建筑也得到重視，在進(jìn)行建筑工程中，其中的防雷措施也非常之重要。特別在我國(guó)南方，經(jīng)常會(huì)有雷雨天氣，因此在對(duì)建筑工程進(jìn)行建設(shè)之前，設(shè)計(jì)中的防雷設(shè)計(jì)要做好，只有合理的、科學(xué)的進(jìn)行了防雷技術(shù)，這樣在建筑安全上才能夠更進(jìn)一步提升保障。

一、木結(jié)構(gòu)建筑雷擊破壞機(jī)理

近些年木結(jié)構(gòu)建筑遭受雷擊破壞的事故仍有發(fā)生，主要原因一是安裝防雷裝置易造成木結(jié)構(gòu)建筑原貌和自身構(gòu)件破壞，或難以安裝施工等(如復(fù)雜吻獸構(gòu)件位置處安裝接閃器等)，部分木結(jié)構(gòu)建筑尚未安裝防雷裝置;二是木結(jié)構(gòu)建筑屋頂樣式多、組成部分復(fù)雜，頂部常有多個(gè)屋脊、房檐、翹角等，防雷裝置的保護(hù)范圍往往不夠，部分屋頂構(gòu)件處于保護(hù)范圍之外;三是即便按照防雷規(guī)范要求安裝了防雷裝置，由于其有一定的攔截失效概率，按現(xiàn)行雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，直擊雷防護(hù)的雷電流幅值范圍為5.4—200kA，而自然雷電流幅值可能小于或大于上述范圍，由此可能造成雷電對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑物的繞擊，仍可能擊中木結(jié)構(gòu)建筑自身，進(jìn)而造成木結(jié)構(gòu)建筑破壞。當(dāng)前許多研究分析了雷電對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑破壞的原因和方式，但對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件雷擊破壞機(jī)理分析和探索較少。未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件雷擊破壞過(guò)程、內(nèi)在機(jī)理、影響因素等方面研究，進(jìn)而研究在木結(jié)構(gòu)建筑維護(hù)中采取哪些技術(shù)方法減少或避免雷擊破壞。

二、防雷技術(shù)分類

（一）分流

將從室外引入到室內(nèi)的導(dǎo)線，利用避雷泄流裝置并接到接地線之間的方法稱之為分流技術(shù)。在雷電天氣還沒(méi)有出現(xiàn)之前，避雷泄流裝置對(duì)線路的正常工作是不會(huì)產(chǎn)生影響的，一旦雷電擊中線路，雷電中將會(huì)有強(qiáng)大的過(guò)電壓出現(xiàn)，并以線路為媒介進(jìn)入到室內(nèi)，此時(shí)可以第一時(shí)間啟動(dòng)避雷裝置，確保在短時(shí)間內(nèi)的電阻下降，并實(shí)現(xiàn)閃電分流，還有一部分的閃電流泄放進(jìn)入大地，以確保室內(nèi)電子電器設(shè)備的安全。通常情況下，開展多級(jí)分流之前需要結(jié)合設(shè)備承載能力和實(shí)際需要，以將殘壓降到最低。

（二）攔截

現(xiàn)階段，在攔截中應(yīng)用的優(yōu)化后避雷針主要包括兩種，分別是以先導(dǎo)放電為原理的避雷針和抗阻限流為原理的避雷針，前者的主要特點(diǎn)是對(duì)電子技術(shù)進(jìn)行利用，以對(duì)上行放電進(jìn)行主動(dòng)引發(fā)，進(jìn)而降低放電電壓和電流幅度，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷擊點(diǎn)進(jìn)行控制，將側(cè)擊雷出現(xiàn)的概率降到最低;后者的特點(diǎn)則是可以適當(dāng)增加阻抗或者感抗值，進(jìn)而降低電流幅度，減少雷電電磁效應(yīng)，將因電磁脈沖造成的干擾降到最低。

（三）屏蔽

選用屏蔽技術(shù)，需注意以下幾方面的內(nèi)容:①對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，通常都是選用建筑結(jié)構(gòu)的鋼筋作為引下線，其屏蔽效果較好，而機(jī)房則不需要另外建造金屬屏蔽室，需在樓宇中間的位置處作為機(jī)房位置，若是機(jī)房設(shè)置在樓宇邊緣部位，應(yīng)確保設(shè)備與窗口之間有一定的距離，進(jìn)而降低電磁脈沖輻射;②在設(shè)置電線的過(guò)程需選擇屏蔽電纜，若是缺少屏蔽層，應(yīng)在金屬管道內(nèi)橫穿電纜線，之后則是將地線分別與金屬管或屏蔽層進(jìn)行連接，否則防雷屏蔽效果將會(huì)大打折扣。

（四）均壓

在設(shè)計(jì)防雷系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)保證建筑物中的管線、各種類型電氣設(shè)備與引下線之間有一定的安全絕緣距離，避免雷電閃擊出現(xiàn)。若是受到環(huán)境因素的影響，使得這些設(shè)備之間不能保持安全距離，需要連接設(shè)備中對(duì)應(yīng)的金屬制部件和接地系統(tǒng);若是金屬裝置不能連接接地系統(tǒng)，可以利用地電位平衡器進(jìn)行連接。若是閃電電流通過(guò)，建筑物中的金屬裝置可以始終保持等電位狀態(tài)，避免出現(xiàn)旁側(cè)閃絡(luò)放電。

三、接地設(shè)計(jì)

（一）接地要求

接地技術(shù)是防雷工程建設(shè)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，將雷電引入大地的過(guò)程，只有確保接地設(shè)計(jì)良好，才能有效降低引下線電壓，避免或者降低雷電反擊現(xiàn)象的出現(xiàn)。在進(jìn)行防雷接地的過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn):①為了確保防雷效果，避免單獨(dú)設(shè)置接地，應(yīng)將保護(hù)接地、直流接地、防雷接地等與共用接地網(wǎng)進(jìn)行連接;②在互相聯(lián)結(jié)的過(guò)程中，需優(yōu)先進(jìn)行單點(diǎn)接地，之后則是等電位連接。

（二）環(huán)形接地體

1.環(huán)形人工基礎(chǔ)接地體的原則

環(huán)形人工基礎(chǔ)接地體的原則:建議優(yōu)先圓鋼直徑不宜大于12mm;混凝土電阻率取100m;周長(zhǎng)≥60m，按60m 考慮。因此，在建筑物基礎(chǔ)防腐層下面的混凝土墊層內(nèi)敷設(shè)40mm×4mm 鍍鋅扁鋼做人工環(huán)形基礎(chǔ)接地體。

2.引下線處補(bǔ)打接地極

當(dāng)槽形、板形基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)在水平面的投影面積或成環(huán)的條形基礎(chǔ)鋼筋或人工環(huán)形基礎(chǔ)接地體所包圍的面積符合下列規(guī)定時(shí)，可不補(bǔ)加接地體:當(dāng)土壤電阻率小于或等于800Ω·m 時(shí)，所包圍的面積應(yīng)大于或等于79m2;當(dāng)土壤電阻率大于800Ω·m 且小于或等于3000Ω·m 時(shí)，所包圍的面積應(yīng)大于或等于按下式計(jì)算的值。

四、防閃電感應(yīng)措施

（一）等電位聯(lián)結(jié)

依據(jù)《GB 50057-2016 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，應(yīng)保證金屬線的材料筆直，且不宜過(guò)長(zhǎng)，盡量沒(méi)有彎曲，這樣才能有較好地疏通電流效果，在引線進(jìn)行安裝的過(guò)程中，需確保其牢靠穩(wěn)固。其交叉處也應(yīng)跨接(基于一類防雷建筑的參數(shù))。若計(jì)算采用二類防雷建筑的參數(shù)，計(jì)算結(jié)果如下:(4)

式中:L——平行管道成環(huán)路的長(zhǎng)度，取30m;di/dt——流經(jīng)引下線的雷電流的陡度，根據(jù)表F.0.1-3 的參量，取150kA/μs;M——2 根間距300mm 平行管道與引下線之間的互感，取0.0191μH/m;EL——電感電壓的空氣擊穿強(qiáng)度，取3000kV/m。將數(shù)據(jù)代入式(4)得，d=0.029m。對(duì)于第二類防雷建筑物，平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長(zhǎng)金屬物的凈距小于300mm，當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，所感應(yīng)的電壓僅可能擊穿0.029m 的空氣間隙。

（二）網(wǎng)殼照明設(shè)備的防閃電電涌措施

1.從配電箱引出的配電線路穿鋼管保護(hù)，可采用SC 鍍鋅鋼管或KBG 薄壁鋼管。安裝時(shí)需要確保鍍鋅不會(huì)遭到破壞，否則就要在焊接處涂抹柏油。在對(duì)接地極進(jìn)行安裝的過(guò)程中，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，若是安裝過(guò)程中缺少相關(guān)的指示說(shuō)明，需保證埋設(shè)的接地極深度在 0.6mm 以上。在將接地裝置安裝完成后，為了隨時(shí)監(jiān)測(cè)和掌握其運(yùn)行情況，可設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以將接地裝置的作用充分發(fā)揮出來(lái)。2.在配電箱內(nèi)應(yīng)在開關(guān)的電源側(cè)裝設(shè)I 級(jí)試驗(yàn)的SPD，其電壓保護(hù)水平不應(yīng)大于2.5kV;當(dāng)燈具為L(zhǎng)ED 光源時(shí)，其電壓保護(hù)水平不應(yīng)大于1.5kV。3.SPD 與最遠(yuǎn)一只燈具的電氣距離不大于10m。

五、限制接觸電壓及跨步電壓

IEC 對(duì)防接觸電壓和跨步電壓措施的建議:將人可接觸到的防雷引下線部分絕緣，采用阻擋物，提高人體接觸電阻，敷設(shè)等電位均衡線或采用防雷引下線，減少入地電流，從而把接觸電壓和跨步電壓降低到允許值以下。木結(jié)構(gòu)建筑中建議每一根防雷引下線入地處3m 范圍內(nèi)，地面以下300mm，敷設(shè)網(wǎng)格為150mm×150mm、3mm 的鐵絲網(wǎng)做等電位均衡線。同時(shí)，等電位均衡線以下敷設(shè)5cm 厚瀝青層或15cm 厚礫石層。

結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際木結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目，從防雷分類、防直擊雷措施、接地措施和防閃電感應(yīng)措施等方面介紹了木結(jié)構(gòu)建筑防雷設(shè)計(jì)，提出電氣設(shè)備和金屬管道與木質(zhì)構(gòu)件的安全距離、防火隔離措施等要求，可為類似木結(jié)構(gòu)建筑提供參考。