高层建筑防雷设计

摘 要：城市化进程的不断加快,使我市高层建筑物占据越来越大的比例.另外,电子产业的快速发展使越来越多的电子设备进入到建筑物中,这就使雷击发生的概率大大增加.本文从雷击对高层建筑的危害及防雷的必要性出发,简述了高层建筑防雷的分类,并探讨了高层建筑物的防雷设计,以确保高层建筑物的安全.

关 键 词：高层建筑；防雷设计；探讨

引言：

高层建筑物指的是高于十层的居住建筑、高度大于24m的公共建筑等.近些年来,高层建筑物的数量逐渐增多,建筑物内的各种信息化设备也逐渐增多,这些设备的集成度较高,耐冲击电压及电磁脉冲干扰能力较差,一旦遭受雷击,将严重威胁到设备及人身的安全,进而带来巨大的经济损失.据统计,高层建筑物发生雷击的概率要远远高于普通建筑物,因此,做好高层建筑的防雷设计工作非常有必要.

1雷击对高层建筑的危害及防雷的必要性

雷电作为大自然中严重的自然灾害之一,是在特定的大气条件下形成的,是地面与云团之间的正负电荷发生强烈放电或爆震的一种天气现象.雷击通常表现为直击雷、球形雷及感应雷三种形式.任意一种表现形式都会产生巨大的雷电流,进而产生较强的破坏力.直接或间接的对建筑物、电气设备等造成一定程度的破坏.相关统计表明,我市每年受雷击的影响而造成的财产损失及人员伤亡众多,因此,高层建筑的防雷设计非常有必要,必须采取科学、合理的防雷措施使雷击对经济及人身安全造成的影响得到最大程度的降低.

2高层建筑防雷的分类

为了减少或避免雷击对建筑物带来财产损失及人身伤害,在对高层建筑进行防雷设计的过程中,应该以建筑物的实际状况为依据,因地制宜的采取科学的防雷保护措施,以建筑物的使用性质、重要性及雷击事故发生的可能性及后果等为依据,并按照防雷要求对其进行分类.相关规范规定,应该将高层建筑物分为第二类或第三类防雷建筑物.对于强雷区或雷电活跃的区域而言,可以适当的使其防雷保护得到增强.通常情况下,以预计雷击的次数为依据对其进行分类.

将预计雷击次数高于0.05次/a的公共建筑物及办公建筑物；年预计雷击次数高于0.25次/a的普通建筑物划分为第二类防雷建筑物.将预计雷击次数不小于0.01次/a,并且不大于0.05次/a的公共建筑；预计雷击次数不小于0.05次/a,且不大于0.25次/a的普通建筑物划分为第三类防雷建筑物.

3高层建筑的防雷设计

高层建筑物的防雷设计工作应该综合考虑内、外部防雷设计,只有这样才能确保建筑物的可靠性及安全性.

3.1外部防雷设计

高层建筑物的外部防雷设计通常包括接闪器、接地体及引下线的设计.

①接闪器的设计

接闪器主要有避雷带、避雷针及避雷网,且大都安装在建筑物的顶端.接闪器的主要作用是截获雷电,并使用良好的接地装置将产生的雷电流快速、安全的送往大地,进而对被保护对象起到保护作用.接闪器设计最常用的方法为网格法及滚球法.在设计的过程中,需要沿着建筑物顶部的楼梯、女儿墙及电梯机房屋顶周围使用-40×4mm的热镀锌扁钢进行暗敷,还要在屋面组成小于12*8m或10*10m的网格.如果建筑物高于45m,首先要将接闪带沿着屋顶的周边进行敷设,接闪带应该装设在屋檐边垂面或外墙外表面上,另外,还必须采取合理的防侧击措施.各个接闪器之间还要相互连接.

②接地装置的设计.

接地装置通常包括接地体及接地线,这一环节是防雷成功的关键.其主要作用是顺利的将雷电流流散入大地,并使其能够均匀的分布出去.不同建筑物的接地装置也存在着一定程度的差异,较为常见的接地体有接地线、接地网及接地棒等.如果建筑物结构为钢筋混凝土结构,可以考虑使用其内部的钢筋当作防雷接地网.既能够节约造价,还能够达到较好的防雷效果.如果建筑物结构不是钢筋混凝土结构时,可以选用扁钢、钢管、圆钢等金属体作为人工接地体.接地体的顶面在土壤中埋设的深度应该与相关的设计规定相符合,人工接地体埋设在土壤中的深度最好要大于0.5m.若土壤中的电阻率较大,并且接地体的使用过多时,可以采取周圈式接地装置,不仅能够有效的减少接地装置带来的冲击阻抗,还能够使建筑物内部的地电位分布得到明显改善.当使用人工钢质垂直接地体时,接地体的长度应该为2.5m,人工水平接地体之间的间距应该为5m,若受到地方的制约可以适当对其进行减小.对于楼层之间相互连接的进出线路而言,必须采取铠装、穿钢管等措施,并使其两端作良好的接地,以避免引入高电位自芯线.

③引下线的设计

引下线通常装设在建筑物体内或敷设在其墙壁上.引下线可以选用扁钢、圆钢及建筑物钢筋混凝土中的钢筋等.引下线连接接闪器及接地装置,起到承上启下的重要作用.雷电流经过接闪器截获之后要引入到接地装置.在设计引下线的过程中要使其尽可能的短,选用钢筋混凝土中的钢筋当作引下线,既能够节约钢材,还比较安全.对于框架结构而言,其本身就将柱内钢筋与梁相互连接,从而形成法拉第笼,在避免侧击及平衡室内电位等方面发挥着重要作用.另外,引下线还需要与各层的均压环之间焊接连通.

3.2内部防雷设计

①均衡电位

均衡电位也被称为等电位连接,即保持建筑物内各部位的电位相等.在等电位连接的过程中,要使建筑物内部的金属管线、结构钢筋等相互连接形成一个统一的导电体,以确保建筑物内不会产生跨步电压及接触电压,不仅能够有效的避免电磁脉冲对设备造成干扰,还能够保证设备及人身的安全.可以将每层外墙的门窗、金属栏杆等与均压环相互连通形成等电位,从而有效的预防侧击雷.钢筋混凝土结构建筑物内部的钢筋是绑扎及焊接在一起,因此,其具备等电位的条件.我们可以有针对性的将建筑物的柱、板、梁等与接闪装置之间通过绑扎、焊接等可靠的连接在一起,再将各种金属管线及设备等与之卡接或焊接在一起,使整个建筑物形成一个等电位体,从而有效的防御雷击.

②屏蔽

屏蔽的目的是避免建筑物内部的电子系统受到雷电电磁脉冲的侵害.为了减少或避免雷电电磁脉冲对设备造成干扰,应该在被保护房间及建筑物的外部安装屏蔽装置,并选择合理的屏蔽及敷设路径等措施.使用建筑物中的大尺寸金属构件做等电位连接,并连接防雷装置.如果钢筋的密度不足,需要以设备的不同需要为依据适当的增加网格的密度,进而达到较好的屏蔽效果.良好的屏蔽既能够解决分流及等电位问题,还能够对雷电电磁脉冲起到有效的防御作用.另外,整体对建筑物进行屏蔽还能够有效的防止侧击、球形雷击绕击雷等的袭击.

③合理布线

为了有效的避免防雷装置在接闪过程中对电子设备等管线造成一定程度的影响,应该将其穿入金属管内,从而使其屏蔽作用得到充分发挥；高层建筑物中线路主干线的垂直部分通常设置在其中心位置,要尽量远离柱筋.对于设施相对较长的路线而言,其两端必须作接地处理.还要注意天线、电源线及屋顶高处的航空障碍灯及彩灯等线路的引入方法,如果有必要,还需要加装浪涌保护器.