高层建筑防雷的质量问题

【摘 要】从雷电对建筑物的危害出发,指出了目前高层建筑在防雷措施主要存在的三个方面问题,探讨了在高层建筑物的防雷及接地设计中应采取的几种防雷措施,从而达到安全防雷的目的.

【关 键 词】高层建筑；防雷；质量问题；防雷措施

雷电的产生是一种自然现象,它是由于天空中聚集有大量带不同电荷的雷云,随着雷云的积聚,雷云之间以及雷云和大地之间的电场强度逐渐增强,当达到25KV/cm一30KV/cm时,空气被击穿,开始放电[1],雷云与雷云之间的放电称为打雷,打雷时有很强的闪光和很大的响声,由于在天空中距离地面很远,一般不会对地面建筑物或构筑物造成危害,雷云对大地放电时其电压可达数百万至数千万伏,电流达几十万安,当雷电流流过地面的被击物时,具有极大的破坏性,如会使地面建筑物倒塌、人畜伤亡,对电力、电讯等设备造成损坏.雷电对建筑物的危害主要表现如下几方面：直击雷、侧击雷、雷电感应、雷电波入侵.高层建筑物更易遭受雷击,加之高层建筑正在向智能化发展,大量电子设备和网络系统一旦遭受雷击,损失将很严重,所以防雷系统可靠与否极为重要[2].目前,建筑物的主要防雷方法有富兰克林避雷、防雷电感应和防雷电波入,就必须综合考虑接闪功能、分流影响、均衡电位、屏蔽、合理布线和接地等因素,达到安全防雷的目的.

一、高层建筑防雷质量中存在的主要问题

目前,高层建筑在防雷措施上主要存在三个方面的问题：一是有的房屋采取暗室避雷带,把避雷针安在水泥墙里,这样会造成水泥墙大片水泥脱落,砸伤路人；二是许多铝合金门窗、塑钢门窗在建筑物防侧击雷接地面上技术不够理想,住在屋内的人因此会受到损失,门窗也有可能掉下来；三是大楼电源里具有防雷电波入侵的配电箱没安装,导致电器、电梯等遭受雷击.建筑物的防雷质量即使存在缺陷,不能满足国家有关防雷强制性标准要求,但在短时间内却难以表现出来,只有发生事故,造成巨大人员伤亡和巨额财产损失等严重后果时,才发现问题所在,因此防雷质量要引起足够重视.

二、高层建筑的防雷措施

1.防直击雷措施

高层建筑一般属于一级防雷建筑物或二级防雷建筑物,防直击雷的装置由接闪器、引下线、接地装置三部分组成.

接闪器是吸引和接受雷电流的金属导体,接闪器有避雷针、避雷网（带）等几种形式.在高层民用建筑中接闪器一般采用避雷网（带）这种形式,有时也可采用避雷网（带）和避雷针的组合形式,避雷网（带）应沿屋脊、屋角、屋檐、女儿墙、山墙及突出屋面等易受雷击部位敷设,并根据建筑物的防雷等级在整个屋面组成不同尺寸要求的网格.在设计过程中,避雷网（带）可以暗敷,也可以明敷.暗敷时用的材料一般是利用混凝土的钢筋网焊接而成,明敷时用的材料一般是直径不小于8mm的圆钢或截面不小于48mm2并且厚度不小于4mm的扁钢,在要求较高的场所也可以采用Ф20mm的镀锌钢管.

引下线是将接闪器收到的雷电流引至接地装置的金属导体.高层建筑一般是利用主体结构的柱子或剪力墙中钢筋作暗装引下线,用柱子内钢筋作引下线时应将柱子内两根不小于Ф16mm的对角主筋上下通焊,并且上与接闪器下与接地装置可靠焊接.引下线的数量《建筑物防雷设计规范》规定不少于两根并沿建筑四周均匀或对称布置,但建筑物外轮廓各个角上的柱子内主筋应被利用.一级、二级、建筑物引下线平均间距分别不应大于10m、15m、25m.由于高层建筑物引下线很长,雷电流的电感电压降很大,需要在每隔一定的高度处用均压环将各条引下线在同一高度连接起来,并接到同一高度的屋内金属物体上,以减小其间的电位差,避免发生反击,均压环通常利用圈梁两主筋焊通成闭合回路.

接地装置是将引下线传来的雷电流迅速散给大地的装置.高层建筑通常利用桩基础、箱形基础作接地装置,这些基础连成的接地网有较大的电容,其冲击阻抗很小[2].在设计说明中,对高层接地装置部分的施工要求一般应作如下说明―施工中将桩基的抛头钢筋与承台板主筋焊接,并与承台上作为引下线的柱钢筋焊通,再与整个底板内钢筋或地梁中的钢筋互相通焊,构成一个闭合的水平接地网,以形成均压.在高层建筑中,由于电气接地和防雷接地无法隔开,所以通常将防雷接地和电气接地共用一个接地装置,共用接地电阻值要求≤1Ω.为了测量接地电阻,一般在引下线距地1.8m处设断接卡.

2.防侧击雷措施

由于高层建筑一般比较高,雷电可能从高层建筑物侧部将建筑物击中,侧雷击的保护一般不需专设接闪器.先判断高层建筑是属于一级还是二级防雷建筑物,然后在30m或45m以上将各层（或每隔三层）圈梁内的周边主筋焊通,成为均压环,并与防雷引下线焊接,同时将金属门窗的框架、金属栏杆、表面装饰等较大金属物与均压环连接,达到防侧击雷的目的.

3.防感应雷措施

防感应雷的设计就是对整个高层建筑进行总等电位联结.《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）第3.1.2条规定：“装有防雷装置的建筑物,在防雷装置与其他设施和建筑物内人员无法隔离的情况下,应采取等电位联结”[3].在防雷中,所谓等电位是指需要防雷的空间内发生雷击时,所有各相关部分不存在电位差.当发生雷击时,整个高层建筑物成为一个统一的带电体,各部分电位差比不连接的时候要小得多,特别是各金属物与其附近的金属体之间的电位差近似为零,因此不会发生雷电反击和破坏建筑物的事故.

4.防雷电波入侵措施

雷电波入侵是指室外线路遭受雷击时,雷电波会沿着室外输电线路进入室内,对建筑物内的设备造成损坏.高层建筑物的用电一般是用高压（如10KV）导线从市政电网引入室内变配电室,在变配电室内一般有高压配电柜、变压器、低压配电柜.在进行供配是电设计时,一般只在高压侧装设避雷器（放在高压配电柜中）,但在雷电波入侵时防雷效果并不理想,这是由于雷电波侵入时变压器高压侧和低压侧绕组会引起正变换和逆变换过电压造,而高压侧的避雷器对正变换和逆变换过电压无能为力.所以要求在变压器低压出线上安装一组击穿保险器和低压避雷器,它不仅用来保护变压器的二次绕组,同时还能保护当过电压波从低压侧绕组传到高压侧绕组时不至于使高压绕组绝缘损坏.

若变配电室不在高层建筑物内或高层建筑物直接用低压供电,那么防雷电波入侵的方法是把进入高层建筑物的各种线路等管道尽量全部埋地引入,并在入户端将电缆的金属外皮、钢管与接地装置连接,在电缆与架空线连接处,应装阀式避雷器,并与电缆金属外皮和绝缘子铁脚连在一起接地,进入建筑物的埋地金属管道及电气设备的接地装置,应在入户处与防雷接地装置连接.

5.防电磁干扰

防电磁干扰的主要措施是对高层建筑物中微电子设备和非防雷系统的电气线路进行合理屏蔽.为了适应现代信息社会对建筑物的功能、环境和高效管理的要求,特别是对建筑物应具备网络通信自动化、办公自动化和建筑设备自动化管理的要求,高层建筑物中装设了越来越多的微电子设备,为了使微电子设备不受干扰,必须对这些微电设备进行有效的屏蔽,因此,建筑物内的微电子设备也应远离雷电泄流通道,以尽量减小被感应电磁波的干扰,微电子设备的电源线和信号线接口还应采取防过电压、等电位连接和接地.同时,建筑物内电源及通信等线路的主干线不应设在外墙部位附件,应尽量设在建筑中心部位,并且应将这些电缆、电线穿金属管或在电缆桥架内敷设、并把金属管及电缆桥架与接地网相连,使电缆、电线可靠屏蔽.