民用建筑物防雷设计及施工的构造要点

王力宁

1 概述

随着社会经济的发展,建筑物的规模不断扩大、建筑高度也不断的增加,特别是现代家电器具日趋增多,这些对建筑防雷都带来不利影响,也为雷电防护提出了大量新的问题。我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备及雷击事件时有发生。因此,建筑物的防雷设计与构造就显得尤为重要。

2 防雷设计构造要点

2.1 确定建筑物的防雷等级

对建筑物防雷类别的划分,除了由建筑物的功能定性外,第二、三类防雷建筑,还取决于建筑物的年预计雷击次数。民用建筑物防雷按规定划分为第二类和第三类防雷等级。

2.2 确定保护范围

在防雷装置中,只对避雷针和避雷线确定其空间保护范围,避雷针、避雷线的保护范围与布局形式和高度有关。避雷针、避雷线的布局形式取决于被保护物的结构尺寸(高度和面积),通常有单支、双支、三支等高、双支不等高避雷针和单根、两根平行等高、两根平行不等高避雷线等布局形式。

2.3 合理的构造措施

常用的构造措施有:1)防直击雷。a.接闪器采用避雷针、避雷带(网),或两者混合的方式,还宜利用建筑物的金属屋面作为接闪器,但应符合规范要求。b.引下线应优先利用建筑物钢筋混凝土柱或剪力墙中的主钢筋,还宜利用建筑物的消防梯、钢柱、金属烟囱等作为引下线。c.接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。有钢筋混凝土地梁时,应将地梁内钢筋连成环形接地装置;没有钢筋混凝土地梁时,可在建筑物周边无钢筋的闭合条形混凝土基础内,用-40×4镀锌扁钢直接敷设在槽坑外沿,形成环形接地。当将变压器和柴油发电机的中性点工作接地、电气保护接地和弱电系统工作接地等共用接地装置时,接地电阻值应不大于1 Ω。2)防侧击雷。a.钢构架和钢筋混凝土的钢筋应互相连接;b.应利用钢柱或钢筋混凝土柱内钢筋作为防雷装置引下线;c.应将30 m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置相连;d.竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端应与防雷装置连接;e.没有组合柱和圈梁的建筑物,应每隔三层在外墙内敷设一圈φ 12的镀锌圆钢做均压环,有组合柱和圈梁时,利用圈梁的钢筋做均压环。将建筑物的各种竖向金属管道每隔三层与均压环连接一次。均压环应与防雷装置引下线连接。3)防雷电感应和雷电波侵入。a.建筑物内的设备外壳、管道、构架等主要金属物,应就近接到防雷接地装置或电气设备的保护接地装置上。b.平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮的长金属物,其净距小于100 mm时应采用金属线跨接,跨接点的间距不应大于30 m;交叉净距小于100 mm时,其交叉处亦应跨接。4)防雷电波入侵。a.低压线路宜全线采用电缆直接埋地引入,在入户端将电缆金属外皮或保护钢管接到防雷接地装置上;若为架空线应换接50 m电缆进户,线缆换接处应装设避雷器,若采用架空线引入时,引入处应装设避雷器。b.架空和埋地的金属管道,应在进出建筑物处与防雷接地装置相连。工程上防雷常用构造见图1,图2。

3 工程实例

3.1 设计及构造要点

某住宅小区,总建筑面积80 000 m2,最高层数12层,最高建筑高度38 m。其中6号楼为6层,框架结构,桩基础,防雷类别为第三类防雷建筑。

本工程防雷与接地系统主要包括:利用基础底板做接地极,室外地面-1 m敷设-40×4的环形均压带,利用结构钢筋做避雷引下线,屋面敷设φ 12和-25×4作为避雷带。接地系统要求总接地电阻小于1 Ω。屋面采用小于20 m×20 m或24 m×16 m的避雷网保护,将建筑物外圈的金属栏杆和金属门窗等较大的金属物体与防雷装置连接。整个防雷接地系统形成一个法拉第笼,能有效防止雷电与户外无线电波等对建筑和建筑内设备的影响和干扰。防雷电波侵入措施凡进入建筑物的各种线路及管道,包括水管、强电线路穿管、弱电线路穿管等,尽可能全线埋地引入,并在入户处将电缆金属外皮、钢管、金属管道等与总等电位接地端子联结。整个电源采用TN-S系统供电,屋顶所有不带电的设备外壳均用两根以上连接线(φ 12镀锌圆钢)与屋顶避雷装置连接,电梯轨道等从建筑物底一直到顶的金属物体除底端应与总等电位接地端子联结,机房内电机机座等金属不带电部分均应接地,连接线采用φ 12镀锌圆钢暗敷。敷设的长金属管道、长构架、电缆金属外皮净距小于100 mm时,按规范要求进行跨接。

在该楼防雷设计方案中,选用通流量大、抗风强度强、安装方便、经济适用等优点的LGZ3040-1A/C型组合形避雷针辅助避雷带(网)保护。

该小区中心机房的防雷设计,根据GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范规定按C级设置防雷装置,与大楼基础共用接地。同时采取防感应雷及防雷电波侵入措施,以及防雷电干扰的屏蔽措施。设总等电位联结、局部等电位联结,安装相匹配的SPD保护装置。

3.2 施工要求

1)材料要求。镀锌扁钢、圆钢、铜排等规格应符合规范要求,镀锌良好,材质本身不得有裂纹、褶皱等,各种型材全部由正规厂家进货并有产品合格证和检测报告。2)施工工艺要求。镀锌扁钢、圆钢连接均采用焊接,要求圆钢双面焊接,焊接长度不小于6D,扁钢三面焊接,焊接长度大于扁钢宽度的2倍,焊缝平整、饱满,无夹渣、咬肉现象,在混凝土结构外的各焊点应涂沥青漆两道以避免腐蚀,屋面避雷带应涂银粉漆两道。铜排采用两个M8镀锌螺丝连接,搭接长度大于铜排宽度的2倍。3)主要施工方法及注意事项。a.接地装置。本工程采用TN-S系统,要求从低压配电柜引出的N(工作零线)与PE(保护零线)完全分开。所有配电箱、柜内均分设N线与PE线母排。本工程中所有电气设备的金属外壳、配线钢管、电缆桥架、电气设备的构件、支架、金属线盒、电缆铠装等均须与PE线可靠联结,以确保安全。沿竖井利用-50×6铜排敷设各专用接地干线。总配电安装通流量大于100 kA的SPD保护装置。b.引下线与均压环。按设计要求,本工程从地面30 m起每隔三层利用圈梁主筋做均压环,并与楼板内钢筋及柱内避雷引下线多点焊接。所有外墙金属门窗、幕墙铝框、金属构件、管道等均应与均压环作可靠焊接,利用φ 12镀锌圆钢与均压环焊接连通,一侧预留在窗洞旁,以便门窗栏杆等安装时就近焊接连通,幕墙铝框的接地将结构施工时的预埋钢板与接地系统焊接连通。c.避雷带。在屋顶女儿墙上采用φ 10镀锌圆钢明敷避雷带与避雷引下线焊接,屋面用水泥墩或支架敷设-25×4避雷带,屋面上所有的金属管道、构架、设备金属外壳利用φ 12镀锌圆钢与避雷带作就近联结。d.等电位联结。通过进线配电箱近旁的总等电位联结端子板与进线配电箱的PE(PEN)母排、进出入建筑物的金属水管、煤气管道、弱电设备、SPD接地等作等电位联结。做法按等电位联结安装图集02D501-2安装。

4 结语

建筑防雷系统直接关系到建筑及建筑内设备、人员安全,所以我们在设计、施工时必须加强管理、加强监督,防止因为防雷系统的不合理导致意外事故的发生,特别对容易造成火灾事故损失重大或人员伤亡的建筑物及高层建筑物,防雷系统必须符合设计规范及各项施工要求。

[1] GB 50057-94,建筑物防雷设计规范[S].

[2] JGJ 16-2008,民用建筑电气设计规范[S].

[3] 蓝奇勇.住宅建筑的防雷与接地设计探讨[Z].2003.

[4] 苏邦礼.雷电与避雷工程[M].广州:中山大学出版社,1996.

[5] GB 50343-2004,建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].