山地建筑防雷设计

黄丽霞

(上海中森建筑与工程设计顾问有限公司，上海 200062)

0 引言

随着社会的不断进步和经济技术水平的不断提高，山地建筑规模日趋扩大，功能类型日趋多样化。本次设计包含条形住宅、塔楼住宅、庭院式住宅、商业街等不同类型的多层及低层建筑，且地理位置处于雷灾多发区。由于山地建筑的特点，信息技术的广泛应用，建筑物遭受雷击的可能性增大，雷击造成的损害更为严重，因此构建稳定可靠的防雷系统是保证山地建筑物安全的重要问题。

1 防雷装置

防雷装置由三部分组成，即接闪器、引下线和接地装置。

(1)接闪器:拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属屋面、金属构件等。

(2)引下线:用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的导体。

(3)接地装置:接地体和接地线的总和，用于传导雷电流并将其流散入大地。

1.1 接闪器

(1)接闪杆一般用镀锌圆钢或焊接钢管制成，圆钢截面不得小于176 mm2。其直径满足:杆长1 m以下时，圆钢不应小于12 mm，钢管不应小20 mm;杆长1～2 m时，圆钢不应小于16 mm，钢管不应小25 mm;烟囱顶上的杆，圆钢不应小于20 mm，钢管不应小40 mm。

(2)接闪带一般用圆钢或扁钢制成，其尺寸满足:圆钢直径不应小于8 mm，扁钢截面不应小于50 mm2，扁钢厚度不应小于4 mm。

(3)接闪器应镀锌或涂漆，在腐蚀性较强的场所，还应适当加大接闪器的截面或采取其他防腐措施。

(4)接闪杆的接闪端宜做成半球状，其最小半径宜为4.8 mm，最大半径宜为12.7 mm。

(5)除存储易燃、易爆物品的建筑外，建筑物的金属屋面可用作接闪器。

1.2 引下线

(1)一般情况，利用建筑构件内钢筋作引下线。

(2)建筑物的引下线间距亦根据不同的防雷分类进行核算，一般第三类防雷建筑物间距不小于25 m，第二类防雷建筑物间距不小于18 m。

1.3 接地装置

(1)利用建筑物的钢筋混凝土基础内的钢筋作为接地体。

(2)当接地电阻无法满足要求时，增设人工接地体。人工接地体一般用圆钢、角钢、钢管、扁钢等制成并敷设在地下。按照敷设形式的不同，人工接地体又分为垂直埋设和水平埋设两种。

2 防雷设计的具体措施

2.1 防直击雷的设计措施

直击雷的定义为闪击直接击于建(构)筑物、其他物体、大地或外部防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者。直击雷一般作用于建筑物顶部的突出部分或高层建筑的侧面(称侧击雷)。

建筑物年预计雷击次数为

式中:N——建筑物预计雷击次数，次/a;

k——校正系数，在一般情况下取1;

Td——年平均雷暴日，根据当地气象台(站)资料确定，d/a;

Ae——与建筑物截收相同雷击次数的等效面积，km2。

本次设计校正系数取值1.5，年平均雷暴日取值60.8 d/a。预计年雷击次数如表1所示。

表1 预计年雷击次数

根据上述结果，除塔楼住宅划为第三类防雷建筑物，其余建筑均划为第二类防雷建筑物。

防直击雷的主要措施是装设接闪器。设计中采用φ10 mm热镀锌圆钢作为接闪带，沿天沟、檐口、屋脊、女儿墙等部位敷设，并充分利用装设在建筑物上的金属栏杆作为接闪带，在商业、庭院式住宅、条形住宅的屋面组成不大于10 m×10 m或12 m ×8 m的网格，在塔楼住宅的屋面组成不大于20 m×20 m或24 m ×16 m的网格。

因山地整体趋势由南向北、由东向西逐渐升高，建筑物最高高度为23.25 m，设计的商业、庭院式住宅、条形住宅的屋面也呼应山体的走势呈坡状，并在其屋面种植了绿化。因此，为了考虑建筑屋面的功能要求，敷设在天沟、檐口、屋脊、女儿墙等部位的接闪带采用明敷，而敷设在种植屋面的接闪带则采用暗敷。接闪带明敷时采用φ10 mm热镀锌圆钢制作支持卡子，安装间距1.0 m，转角处0.3 m，支起高度150 mm，所有接闪器之间应互相连接。

2.2 防感应雷的设计措施

感应雷一般分为静电感应雷和电磁感应雷。防感应雷的主要措施是将建筑物的金属框架、金属门窗等与接地装置连接，同时将建筑物内的金属设备、金属管道及构架、电缆的金属外皮等与接地装置可靠连接。这样才能将残留在建筑物上的电荷引入大地，消除建筑物内部出现的高电位。

设计中采用总等电位联结，在建筑物内设置总等电位联结端子(MEB)箱，将建筑物内保护干线、公用设备金属总管(自来水管、煤气管等)、建筑物金属构件进行可靠连接，煤气管入户后应插入绝缘段，绝缘段两端应跨接火花放电间隙。总等电位母排由紫铜板制成，采用40 mm×4 mm热镀锌扁钢与接地装置两处可靠连接。

2.3 防雷电波侵入的设计措施

雷电波侵入是由于雷电对架空线路、电缆线路或金属管道的作用，雷电波(即闪电电涌)可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。

设计电子信息系统防雷击电磁脉冲防护等级为 C级。在低压电源线路引入(LPZ0A或LPZ0B进入LPZl区)的总配电箱、配电柜处装设I级试验的电涌保护器，并在靠近需要保护的设备处，即LPZ2区和更高区的界面处装设Ⅱ级试验的电涌保护器，同时在信号线路上设置适配的电涌保护器。电涌保护器的作用是将雷电流引入大地，保护建筑物。

3 防雷接地施工中的注意事项

防雷接地焊接伴随着施工的全过程，接地焊接一般采用双面焊。由于地势的影响，焊接难度增加，也可采用单面焊，当采用搭接焊接时，搭接长度应符合规范要求，保证构件之间必须连接成电气通路。另外，关于接地电阻值的测试，为了避免在土建完工后再进行补救，而且可能会与其他建筑物发生冲突，造成人力、物力、财力的重复损失，应在接闪器、引下线以及接地装置施工完成时及时测定电阻值是否满足设计要求，如不满足，应增设人工接地体。

4 结语

雷电是自然界最壮观的大气现象之一，不仅造成大量的人员伤亡，而且对现代化电子和通信设施电气设备造成破坏，给人类带来巨大的经济损失。雷电已被列入“联合国国际减灾十年”公布的十种最严重的自然灾害之一。有效的防雷措施能将雷灾降至人类可承受范围之内，因此在设计中应合理地选择防雷保护措施。

［1］ GB 50057—2010 建筑物防雷设计规范［S］.

［2］ GB 50343—2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范［S］.

［3］ JGJ 16—2008 民用建筑电气设计规范［S］.

［4］ 住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施(电气)［M］.北京:中国计划出版社，2009.

［5］ 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册［M］.3版.北京:中国电力出版社，2005.

［6］ 胡国文，蔡桂龙，胡乃定.现代民用建筑电气工程设计与施工［M］.北京:中国电力出版社，2005.