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高層建筑物的防雷技術分析
摘要: 隨著經濟的發展和城市人口的增長,建筑的高層化和智能化已成為城市發展的一種趨勢。由建筑物年預計雷擊次數公式N=KNgAe(詳見GB50057-94)可知,高層建筑比一般建筑遭雷擊的概率要大得多,而一旦遭受雷災,損失將非常嚴重,后果會不堪設想。可見,高層建筑防雷系統的可靠性極為重要。
Abstract:
Key words :

      隨著經濟的發展和城市人口的增長,建筑的高層化和智能化已成為城市發展的一種趨勢。由建筑物年預計雷擊次數公式N=KNgAe(詳見GB50057-94)可知,高層建筑比一般建筑遭雷擊的概率要大得多,而一旦遭受雷災,損失將非常嚴重,后果會不堪設想。可見,高層建筑防雷系統的可靠性極為重要。
      雷電的形成有多種原因,以負極性下行先導放雷為主。一般來說雷電的破壞形式有三類:直擊雷,即雷直接擊在建筑物和設備上而發生的機械效應和熱效應,一般建筑物易受直擊雷的部位多為屋檐、屋脊、屋角、檐角、女兒墻,還有雷電側擊高層建筑的問題;感應雷,即雷電流產生的電磁效應和靜電效應;雷電波侵入,雷電流沿電氣線路和管道引入建筑物內部,危及設備安全。
      在防雷保護設計中,一般采用三級保護措施:
      (1) 將絕大部分雷電流直接引入地下基礎接地裝置泄散;
      (2) 阻塞沿電源線或數據、信號線引入的過電壓
      (3) 限制被保護設備浪涌過電壓幅值。
       2. 高層建筑物的防雷
      建筑物防雷系統是由避雷針、避雷網(帶)或混合組成的接閃器,主體結構的柱、梁、板鋼筋或外接引下線組成的引下裝置,及利用基礎自然接地體(樁基、地梁、承臺或底板鋼筋)或人工接地體組成的接地裝置合成,整個建筑形成一個法拉第籠,將雷電流引入大地。以下對高層建筑具體的防雷措施進行探討。

 2.1 接地裝置
      現代高層建筑的防雷接地、電氣設備的保護接地和工作接地都是合在一起的,組成綜合接地系統,接地電阻通常要求小于4Ω(鑒于目前高層建筑智能化設施日益增加,設計時接地電阻不宜大于1Ω)。因為高層建筑的鋼筋混凝土基礎埋地深,與大地的接觸面積大,其接地電阻比一般人工接地所得到電阻低得多,容易滿足上述要求。考慮到大部分高層建筑的基礎均做了防水處理,致使接地電阻增大,應盡量在建筑物周邊做圈式接地,周圈式接地可避開防水處理層,同時由于接地體埋在基礎的外邊,也具有均衡電位的效果,提高了安全性。某酒店及辦公為一體的高層綜合大樓就是遇到這種情況,加上大地土壤電阻率偏高,基礎完工測試接地電阻無法滿足設計要求,后采用上述方法處理,效果顯著。在大地土壤電阻率高的地區,當一般做法的聯合接地體的接地電阻值難以滿足要求時,可以采用向外延伸接地體、改良土壤(換土、采用降阻劑)、深埋電極以及外引等方式。
      2.2 接閃器
      接閃器有避雷針、避雷帶(網)、消雷器等幾種,采用何種方式應根據建筑物的造型及避雷效果而定。目前一般高層建筑較多采用避雷針、明裝避雷帶和暗裝避雷網相結合的方式,接閃器的布置應符合下面要求。
      建筑物30m以上部分,每兩層在外圍用扁鋼做暗敷水平避雷帶(可兼做均壓環及金屬預埋件);樓頂可利用梁、板內鋼筋相互焊接成尺寸不大于10*10m暗裝避雷網。此外,高層建筑的屋頂的金屬旗桿、廣告牌、鋼爬梯、風冒、透氣管、水管、設備等必須與就近的避雷帶、避雷網焊接。利用不銹鋼欄桿樓梯的上人屋面女兒墻,可在其下暗敷扁鋼與支架和引下線焊接牢靠,欄桿間和支架也應焊接。

塔樓頂采用避雷針時,為了降低避雷針的高度,增強防雷效果,可采用半導體少長針消雷裝置(一般用于35m以上的建筑)及避雷針。
      2.3 引下線及均壓環
      高層建筑柱主筋和梁板鋼筋可直接利用作為引下線和均壓環,但應注意意引下線、接地裝置、均壓環和接閃器間必須牢固可靠地連接。當建筑物高度超過30m時,每三層沿建筑物四周設置均壓環,30m以上外墻欄桿、金屬門窗等較大金屬物通過預埋件與均壓環或引下線相連;建筑物內的各種豎向金屬管道每三層要與均壓環連接一次,平行或交叉的管道間也應跨接。
高層建筑室外玻璃幕墻、大型復合金屬板及不銹鋼金屬面材的應用增強了建筑的藝術效果,但同時也對防雷提出了要求。由于幕墻的面板是裝在金屬龍骨架由支座固定在主體結構預埋件上,支座是與預埋件焊接的,所以只需將該處的圏梁或柱與支座預埋件、引下線可靠連接即可滿足要求。
      2.4 電氣部分
      由于高層建筑在結構上已形成等位體,雷擊對電氣設備的損害主要是感應雷造成的。感應雷通過以下途徑入侵:
      (1)雷電的地電位反擊電壓通過接地體入侵;
      (2)由通信信號線路入侵;
      (3)由交流供電電源線路入侵。
      為防止雷電波侵入,在建筑物內供電線路的各部位逐級安裝電涌保護器,以消除雷擊過電壓;進入建筑物的各種線路及金屬管道應全線埋地引入,在入戶端將電纜的金屬外皮、鋼皮及金屬管道應與接地裝置連接;進出建筑物的各種金屬管道及電氣設備的接地裝置,應在進出處與防雷接地裝置連接。

室外安裝有空調主機及其支架的高層住宅,應在窗洞口下方30 cm~50cm處預先埋設密封性良好的金屬分線盒,盒內敷設鍍鋅扁鐵。扁鐵的一端與主體內均壓環或鋼筋引下線焊接,另一端與帶銅接線端子的10mm2以上的多股導線相連接,待使用時,將盒子內的導線引出連接到空調室外機及其支架。
      固定在建筑物上的彩燈、航空障礙燈及其它用電設備的線路則采用置于接閃器保護內、線路外穿鋼管及配電箱裝設過電壓保護器等措施保護。
      3. 結束語
      高層建筑的防雷是一個復雜的系統工程,對建筑物的安全使用,電氣設備的正常運行有著至關重要的作用,在設計施工中除了嚴格遵守規范外,還應積極采用可靠的新技術以更有效地消除雷害。

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