高层建筑电气设计中的防雷技术

【摘 要】在高层建筑电气设计中,防雷接地设计是一个重要环节.本文简单介绍了建筑物防雷的等级分类,及不同类型的建筑物应当采取的防雷措施.具体分析了高层建筑的几种防雷措施,包括接闪器、引下线、接地装置、防雷电反击措施、防高电位进入措施及基础接地体施工与设计的问题.

【关 键 词】高层建筑；电气设计；防雷；接闪器；引下线；接地装置

一、引言

随着经济发展和社会需要,高层建筑如雨后春笋般不断出现在各个城市各个地区,随着建筑物高度的增加,防雷问题也越来越受到重视.为了满足人们生活的需要,各种类型、各种功能的电气设备越来越多,在使用这些电气时,必然会给高层建筑物带来一定程度的安全问题.所以研究高层建筑电气设计中的防雷技术问题有很重要的意义.

二、建筑物的防雷等级及防雷措施

(一)建筑物的防雷等级

按照建筑物对防雷的要求,根据其使用性质、重要性、发生雷电次数的可能性和后果,可将建筑物防雷等级分为三个级别.

第一类防雷建筑指的是制造、使用或贮存、、起爆药、火工品等大量的建筑物或具有爆炸危险,会因电火花造成爆炸,且会造成人员伤亡和巨大破坏者.

第二类防雷建筑指的是国家级重点建筑物,对国民经济意义重大且装有大量电子设备的建筑物,具有爆炸危险、电火花不易引起爆炸或不至造成人员伤亡和重大破坏者,预计雷击次数大于0.06次/a的重要办公建筑和人员密集的公共建筑物以及预计雷击次数大于0.03次/a的一般建筑物.

第三类防雷建筑指的是没有前两个级别高但是也有一定雷击危险的建筑物.

(二)建筑物的防雷措施

按《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中的一般规定,各类建筑物均应采取防雷电波侵入和防直接雷的措施.

第一类防雷建筑物和第二类防雷建筑物中,有爆炸危险的场所,应有防雷电感应和防雷电波侵入、防直击雷的措施.第二类防雷建筑物除有爆炸危险的场所外,以及第三类防雷建筑物,应采取防雷电波侵入和防直接雷的措施.具体防雷措施参考规范第3.2.1条至3.4.10条.

据研究观测发现,屋顶的坡度能够影响建筑物容易遭受雷击的部位.

建筑物屋面很少会遭受雷击.设计时应分析屋顶的实际情况,确定最易受雷击的部位,然后根据要求在这些部位装设避雷针或避雷带或避雷网进行重点保护.

三、高层建筑物的防雷措施

接闪器是一种金属物体,专门用来接受直接雷击.接闪的金属杆称为避雷针.接闪的金属线称为避雷线,又称架空地线.接闪的金属带、金属网称为避雷带、避雷网.接闪器应该由独立避雷针,架空避雷线或架空避雷网或直接装设在建筑物上的避雷针、避雷带、避雷网中的一种或几种组成.

接闪器要通过接地引下线与接地体（接地装置）相连.

接地体用来向大地引泄雷电流,为埋入地下土壤中的各型接地极的总称.

在国内,目前除仅有的几个高级建筑（如北京长城饭店、广州花园大酒店等）采用E、F放射性避雷系统中的放射电极之外,其他高层建筑多采用避雷带或者避雷网作为接闪器,很少使用避雷针.有些建筑面积高达数万甚至数十万平方米,但宽高比一般也比较大、建筑天面面积相对较小的高层建筑,通常只要在天面四周及水池顶部四周明设避雷带,局部再加些避雷网即可.

在高层建筑中,我国建筑工程施工时常用的方法是利用柱或剪力墙的钢筋作为避雷引下线.这种方法已经写入国标《建筑物防雷设计规范》.规范规定,引下线的截面积不应小于直径为10mm的钢筋的截面积,而高层建筑中主筋截面积在20mm以上的很常见,所以要想达到这一要求并不难.为了安全,通常施工中至少采用截面积16mm的主筋做避雷引下线,一般用两根.施工中,标明引下线位置,防止上下焊接错位.

高层建筑防侧击雷施工时,将避雷引下线与圈梁、大梁链接,再尤其引出至预埋铁件,然后由预埋铁件与金属门窗焊连.但是这道工艺工程量相当大,且存在一定困难,如何解决铝合金门窗接地,尚是防雷设计中一个值得研究和探讨的问题.若建筑物采用的是玻璃幕墙,那就方便得多了.

(三)接地装置

目前,我国的高层建筑接地装置大多是采用以建筑物的深基础作为接地极的方法.这种方法有很多优点,如接地电阻低、电位分布均匀、均压效果好、施工方便、维护工程量少、节省材料等.

高层建筑多是钢筋混凝土做基础,所以凝固后有很多的孔隙,地下水渗入其中,由于是硅酸盐混凝土,使得导电能力增强.又因为混凝土基础中,钢筋密密麻麻、纵横交错,捆绑焊接后直接与导电性硅酸盐混凝土接触,从而使得接地电阻很低.桩基接地,如同使整个建筑物在地下形成了一个大型均压网,均压效果显著.同时,利用主筋接地,节省了大量钢材.

(四)防止雷电反击

在高层建筑施工中,建筑物的结构钢筋实际上都已经跟接地装置或松或紧地连成一体了.但是为了防止雷电反击,还应将建筑物内的一切金属导管和金属构件及支架等均与接地装置相连.垂直敷设的电气线路,可在适当部位装设电压击穿保护装置.最好将各种接地装置都连接成一体.上面的几种方法都是根据等电位原理,使电位均匀,避免建筑物受到雷电反击的危害.

(五)防止高电位引入

雷电波入侵,容易造成室内高电位引入问题.为防止产生此类问题,进入建筑物的架空金属管道应在入户处与接地装置相连接.应尽量采用全电缆进线,若全电缆进线实在有困难,架空线路应在入户前50米外换接电缆进线,换接处需要装设避雷器,同时,避雷器、架空线绝缘子铁脚、电缆外皮均应接地,接地时的冲击电阻要小于等于10Ω.进入建筑物的金属管道或低压直埋电缆线路,应在入口处将电缆外皮、电缆金属进户导管等与接地装置相连接.

(六)基础接地极设计与施工

在施工过程中,高层建筑的基础桩基（不论是挖孔桩、冲孔桩、钻孔桩）都是将一根根钢筋混凝土柱子伸入地下,直达几十米深的岩层.桩基上面做建筑物的承台,把桩基连成一体.承台也是用钢筋混凝土制作的,一般有一米多厚,承台上面是建筑物的剪力墙及柱子,建筑物的地面部分就座落于承台之上.

四、结论

高层建筑的防雷问题直接影响到建筑物的使用安全,威胁到人们的生命和财产安全,所以应当引起足够的重视,由于高层建筑的高度越来越高,建筑越来越多,其防雷设计也存在一定的问题和缺陷,有待业内人士和相关人员进一步的研究和探讨.