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浅谈高层建筑物防雷措施 提交日期：2003-03-15 浏览: 321 浅谈高层建筑物防雷措施 提要：高层建筑防雷问题，是设计和施工中的一项重要内容。本人参与过多项高层建筑工程，在防雷系统组织施工中，将外部防雷装置与内部防雷装置组成统一的防雷接地系统，提高建筑物防雷的可靠性。 关键词：引下线避雷带均压环接地网法拉第笼 A brief talk on some the lighting measures in the high architecture Zhang Lixin(Beijing China Raiway Construction Engineering Company 100039) Abstract:The lighting problem of the high architecture is an important content in design and construction.I have compeled some the high architecture engineerings.the extenal lighting device and the internall lighting device organizes a the unites of the lighting earthing system i the lighing system of the organization construction in order to raise the reliable lighting of the architecture. Keywords:Falling Wire Lighting Tape equioptential circuit Earthing Network Faradays Cover 一、雷电 雷电存在于自然界，是大气中自然放电的现象。由于电云负电的感应，使附近地面积累正电荷，地面与雷云之间形成强大的电场。当某处积累的电荷密度很大，激发的电场强度达到空气游离状态的临界值时，雷云便开始向下梯级式放电，逐渐接近地面物体达到一定的距离时，地面物体在强电场作用下产生尖端放电，形成雷云方向逐渐向上先导放电，二者汇合形成雷电通路后随之放电，发出强烈的闪电和雷击。 1.雷电流的基本性质 1749年美国科学家富兰克林Franlin研究雷电，发明避雷针至今。国内外防雷工作者对高层建筑的防雷研究取得了许多成果，并对雷电的探索也不断深入。雷电的破坏作用主要是雷电流引起的：一是雷直击在建筑物上生成的热效应作用和电动力作用，二是雷电流产生的静电感应作用和电磁感应作用。 图1雷电流示波图 由图1所示可以看出，开始雷电流急剧增加，雷电陡度=di/dt,很快达到最大值，以后随着雷电流逐渐衰减，随之下降，造成雷电流的剧烈变化。 在高层建筑的设计和施工中，为了防止雷击事故的发生，必须要了解防雷接地装置上可能出现的最大电位，在设计和施工中采取相应的措施防止雷击事故的发生，一般来说我国高层建筑物(含钢结构的建筑)的防雷接地引下线长约一百米左右，雷电流通过时单根引下线的全部电压隆：UFJ=i*Rch+Lo*1*di/dt公式中： i雷电流千安Rch接地装置的冲出电阻欧姆 Lo单位长茺的电感，约为1.5微亨/米1引下线的长度米 UFJ电压降千负di/dt雷电流的陡度千伏/微秒 从上述公式我们可以看出，在防雷接地装置中，接地电阻阻值越小，则瞬间内冲击接地电压降就越小，高层建筑物遭受雷击的危险性就越小。所以在高层建筑的设计和施工中，利用建筑物基础地板钢筋做自然接地体，能够很好地起到降低接地电阻的作用。高层建筑物的防雷原理，实际上是通过避雷带引雷，并通过引下线泄流进入大地。因此引下线本身质量的好坏，直接影响雷电流的散流效果，雷电流散流的越快，建筑物遭受雷击的危险性就越小。所以在高层建筑的设计和施工中，利用建筑物的柱或剪力墙内结构主筋做防雷引下线，并保证每条引下线不少于两根主筋与自然接地体连接，随主体结构工程逐层焊接串联至屋顶与避雷带连接，保证防雷引下线的使用功能。因此高层建筑的设计和施工中必须保证有足够小的接地电阻值和安全可靠的的防雷接地装置。 1989年山东黄岛油库因雷击引起火灾，造成人员和财产的巨大损失。引起国内防雷工作者的重视，促使设计和施工方对建筑物防雷的研究，尤其对高层建筑的防护显得特别重要。我国八十年代前基本上是采用前苏联防雷接地的做法，八十年代后普遍采用英国防雷接地的做法。防雷接地装置的作用是利用大地建立统一的参考电位或屏蔽作用，使电路运行稳定、质量可靠，保证设备和工作人员的安全、避免受雷电流的危害，起着保护建筑物及强、弱电设备的安全运行。 二、防雷接地系统的组成 随着我国城市建设水平的不断提高，我们承揽的高层建筑多与重要市政工程相邻，常在基坑的四周做护坡桩保护四周的设施，防止边坡的坍塌。高层建筑地下部分一般为三层左右，基坑较深。在高层建筑的防雷接地系统设计、施工时，不妨利用护坡桩内的主筋与防雷引下线连拉接，这样做具有经济、实用、便于施工、节约材料的特点。由于护坡桩在基坑下十几米深，因此接地电阻阻值一般可达到1欧姆左右。高层建筑防雷接地系统由内部防雷接地装置和外部防雷接地装置组成，内部防雷接地装置包括：笼式避雷网、专用接地装置，外部防雷接地装置包括：接地网、引下线、避雷带、均压环，以提高建筑物整体防雷的可靠性。 图2接地网平面示意图 1.高层建筑物的外部防雷接地装置 (1)接地网 当发生雷电时，雷电流通过引下线向自然接地体周围大地泄流外散，土壤呈现的电阻称为接地电阻，接地电阻公式：Rd=p*/c，我们从公式可以得出一个结论：当增大接地网的面积，接地电阻将减小。接地网是指水平方向由钢筋绑扎或焊接成的网格，水平钢筋组成的接地网可以近似看成一块独立的平板，它的电容主要由它的面积决定的。附加于这个平板上有限长度的竖向钢筋接地体，其所增加的长度不足以改变其电容，即接地电阻减小不多。只有当这些附加的竖向接地体的长度增加到可以和平板的长、宽尺寸相近时，平板趋近于一个半球时，电容才会有较大的增加，接地电阻才会明显的减小。 另一方面，因为电容所储存的能量不是储存在极板上，而是储存在整个电介质中即整个电场中，电介质中的能量密度与其电容率有关。在大型建筑的基坑内，接地网埋深的尺寸比起接地网的几何尺寸小的多，所增加的储存能量的介质空间是极其有限的，在这个有限空间中的能量密度较小，表明增加接地网的深度对减小接地电阻的作用不大。 在设计利用底板接地网做自然接地体时，不应认为自然接地体埋得越深，接地电阻就越小，应通过地质勘探报告了解周围的土质情况。底板接地网的网格要求请见表1所示。 表1按建筑物的防雷类别布置接地网 建筑物的防雷类别 接地网格的尺寸(mm) 第一类防雷建筑物 55 第二类防雷建筑物 1010 第三类防雷建筑物 2020 在施工中底板接地网与护坡桩的钢筋就近连接，连接点的数量与引下线的数量一致，并且应对齐引下线的位置。在距地坪面负0.8米处用40mm4mm镀锌扁钢与四周护坡桩内的两根主筋连接，形成闭合回路。 (2)引下线 引下线的作用是将避雷带与自然接地体连接在一起，使雷电流构成通路。在高层建筑中利用其柱或剪力墙中的主筋做为引下线，随主体结构逐层串联焊接至屋顶与避雷线连接。为了安全起见每条引下线不应少于两根主筋，主筋的截面不应小于16mm。 在高层建筑的设计、施工中，利用其结构主筋做引下线，本人认为这样做具有经济、实用、易于操作的特点，由于现浇混凝土内的引下线不易氧化，所以具有使用寿命长的特点。按建筑物的防雷类别适当减小引下线的间距，这样做可以迅速分流，降低反击电压，请见表2所示。 表2按建筑物的防雷类别布置引下线 建筑物的防雷类别 引下线间的距离(m) 第一类防雷建筑物 小于18 第二类防雷建筑物 小于20 第三类防雷建筑物 小于25 (3)避雷带 避雷带由避雷线和支持卡子组成，避雷带应设置在建筑物易受雷击的层檐、女儿墙等处，其作用是引雷效应，雷电流通过引下线向大地泄流，避免高层建筑物雷击。 避雷线安装： (a)避雷线应顺直，不应有高底起伏现象。 (b)避雷线弯曲处不得小于90，弯曲半径不得小于圆钢直径的10倍。 (c)避雷线采用镀锌圆钢，直径不应小于12mm。 (d)镀锌圆钢焊接长度为其直径的6倍，并双面焊接。 (e)如遇有变形缝处应做煨弯补偿处理。 支持卡子安装： (a)支持卡子采用404mm镀锌扁钢，卡子埋深不应小于80mm。 (b)卡子顶部一般应距建筑物屋檐、女儿墙等表面100mm。 (c)卡子水平间距不应大于100mm，各间距应一致，转角处两边的卡子距转角中心不应大于250mm。 (d)所有支持卡子应横平竖直，固定牢固。 (4)均压环 在高层建筑的设计和施工中，除了防止雷电的直击外，还应防止侧向雷击，超过30米高的建筑物，应在30米及其以下每隔三层围绕建筑物外廓的墙内做均压环，并与引下线连接。保证建筑物接构圈梁的各点电位相同，防止出现电位差。 (a)均压环采用不小于8mm的镀锌圆钢，或不小于24mm4mm的镀锌扁钢。 (b)均压环沿建筑物的四周暗敷设，并与各根引下线相连结。 (c)外檐金属门、窗、栏杆、扶手、玻璃幕、金属外挂板等预埋件的焊接点不应少于两处，与引下线连接。 (d)搭接长度扁钢2b、圆钢6D、圆钢和扁钢6D。 (注：b为扁钢长度，D为圆钢直径，扁钢搭接应焊3个棱边，圆钢应焊接双面。) 2.高层建筑物的内部防雷接地装置 高层建筑除了采用外部防雷措施外，还应采用内部防雷措施法拉第笼(Faradays cover)俗称笼式避雷网。 笼式避雷网利用建筑物柱、剪力墙内的坚向钢筋迅速分流并疏导雷电流，与板内水平钢筋形成笼网状，在一定程度上屏蔽雷电流产生的电磁感应，还可以达到良好的均压环及等电位作用。现代高层建筑物内重要的强、弱电机房多采用笼式避雷网，因此建议在高层建筑的防雷接地系统的设计和施工中，将内部防雷接地装置与外部防雷接地装置结合起来，构成统一的防雷接地系统，防雷效果将是最理想、安全和可靠的。 弱电机房接地装置 (a)机房内的避雷器、总配线架、设备的金属外壳等均应接在总接地母排上，使弱电系统各回路间相互感应而产生的干扰降低。 (b)机房内总接地装置不应与工频交流接地装置互通，应单独设置接地装置，接地电阻应小于4欧姆，以提高弱电系统传输信号的质量。 三、总结 目前随着计算机、通讯、控制(3C)技术的发展，对防雷接地系统的设计、施工提出了更高的要求。确保弱电系统传输信号的稳定性、设备的抗干扰性。因此必须加强内部防雷与外部防雷，达到提高整体防雷的效果。本人结合近几年所干过的工程提出一些看法，不妥之处请同仁给予指正。 1 大型建筑的防雷接地系统应由内部防雷接地装置和外部防雷接地装置组成，内部防雷接地装置包括：笼式避雷网、专用接地装置，外部防雷装置包括：接地网(自然接地体)、引下线、避雷带、均压环。 2 本人认为，利用基础底板水平钢筋搭接成接地网，与槽边四周的钢筋连接形成闭合环路，组成自然接地体。这样做具有：经济、实用、可降低接地电阻、均衡电位的特点，在防雷接地系统的设计、施工中应充分利用自然接地体，尽量不设置人工接地极。 3 高层建筑引下线的数量影响雷电流分流效果，设计引下线之间的间距请见表2。本人认为高层建筑的接地电阻阻值符合设计要求时，可不设置断接卡子。因为引下线暗敷在现浇混凝土内不易氧化，可延长引下线的使用寿命。尤其是公共设施(如大厦、饭馆等)外装修较为豪华，不设置断接卡子可减去对外装修面的影响，提高外装修的质量。 4 本人认为除烟囱