论高层建筑的防雷技术

张晓军,魏亦菲（辽宁省防雷技术服务中心,沈阳　110166）

论高层建筑的防雷技术

张晓军,魏亦菲
（辽宁省防雷技术服务中心,沈阳110166）

摘要：随着城市人口的不断增长和经济的快速发展，建筑的智能化、高层化已成为城市发展的一大趋势。雷电属于是一种自然现象，与一般的建筑相比，高层建筑遭受雷击的概率要大很多，一旦高层建筑遭受雷击，将面临惨重的损失，带来的后果也不堪设想，因此高层建筑防雷技术显得非常重要。本文首先介绍高层建筑的防雷原理，接着阐述高层建筑对直击雷的防护技术，最后提出直击雷防护技术的改进措施，希望能为高层建筑的防雷实践提供参考。

关键词：高层建筑；直击雷；防雷技术；改进措施

在高层建筑中，可靠的防雷技术、正确的防雷措施及防雷设计施工等是确保人身安全、防止建筑物发生电气火灾的重要环节。随着近几年高层建筑防雷设计及施工技术等的持续深入，高层建筑防雷工作面临严峻挑战，在本文研究中笔者将简要探讨高层建筑施工中预防直击雷的技术及施工等提出相应的措施，以推动高层建筑防雷水平的提升。

1　高层建筑的防雷原理

高层建筑防雷主要是基于法拉第笼原理，即在接地导体达到静电平衡的基础上，只要高压电源放电，附近的等电势导体内部的电势就为零，不存在电场，笼的表面均匀分布着电荷，外部电场对笼内的导体就不会产生影响，得到源自静电屏蔽的保护，避免高层建筑遭受雷击[1]。利该上述原理可知，高层建筑的墙、屋顶、突出结构、金属门窗、柱梁板钢筋等就连接成一个法拉第笼，一旦高层建筑遭受雷击，法拉第笼就变成一个等电势体，笼的表面把雷电电荷均匀分布掉，高层建筑即可免遭雷电伤害。

2　高层建筑对直击雷的防护技术

传统的防雷系统由接闪器、引下线、接地装置组成，主要是通过在高层建筑屋面装设一个接闪器，把雷击电流导入到接地极里，电流就流向大地，以此来预防高层建筑遭受直击雷。

高层建筑属于一二类建筑的范畴，务必要采取有效的直击雷防护措施。一类建筑必须具备架空避雷线或避雷网，避雷网的网格不能比6m*4m或5m*5m大，同时要独立安装避雷针，应有的接地装置也必不可少，且至少要具备2根引下线，均匀或对称对分布在建筑四周，间距不得超过12m，每一根引下线的冲击接地电阻必须要比10Ω小[2]。架空的避雷线或避雷网，以及独立安装的避雷针等的支柱、接地装置、关联的电缆和管道等金属网之间的距离必须要比3m大。二类建筑防护直击雷通常是选用跟一类建筑基本相似的措施，但二类建筑的防雷电感应、接地装置、电气设备等的接地是共同使用同一个装置的，且要连接埋地的金属管理，如果不共地，两者的地中距离也不能比2m小。同时，避雷网的网格应比12m*8m或10m*10m小，避雷装置引下线之间的距离不能比18m大。

3　高层建筑防护直接雷的改进措施

3.1要选择新型避雷针与接闪器

需要在高层建筑的楼顶设计安装一个接闪器，该接闪器由避雷带和新型的避雷针混合而成，因为传统的接闪器设备会在引雷之后发生二次雷击效应，还会引发电位反击效应。所以，我们为了能最大限度减少电磁辐射场以及雷电流的陡度，选用的接闪器、避雷针等应当是阻抗型的，或选用能提前放电的避雷针，其原理主要是在一个普通的避雷针尖端加上高脉冲电压系统，引发自发电晕效果，从而形成一个上行的先导，更好地吸引雷电流，把来电流通过泄放通道准确地泄放出来，如法国生产的依丽达消雷器。这种新型的、能提前放电的避雷针把传统避雷针存在的缺陷克服掉了，等同于把传统避雷针的高度加大，其保护角自然也被加大，因而其保护范围更大、保护作用更可靠。

3.2强化建筑物的自然屏蔽功能

对于高层建筑具备的钢筋混凝土结构，我们应进行充分的利用，组成一个既经济又可靠的笼式避雷网，并合理增加引下线，进一步加快雷电流的分流速度，尽量降低磁场既有的集中程度。与此同时，我们还要重视加强高层建筑外露的所有金属门窗跟直击雷预防结构之间的连接，以便能加强高层建筑物在预防直击雷方面的自然屏蔽功能。

3.3浇灌混凝土前电气焊接钢筋

在浇筑混凝土之前，应通过电气焊接在高层建筑各个钢筋之间形成一个防直击雷的网。如利用高层建筑立柱内的钢筋和钢柱等，将其作为引下线，把它跟基础钢筋、金属框架和建筑的梁柱钢筋等有机连接为一体，从而形成一个闭合的法拉第笼。同时，建筑物内部竖向的金属管道应每隔3层就连接上圈梁的均压环，并跟防雷引下线相连。电气焊接钢筋的目的是把接地体的承台跟桩筋连接起来，作为均压环、引下线屏蔽网的梁柱连接处必须焊接牢固，切忌绑扎，从而把它变成可靠的、安全的电气通道。如果高层建筑的高度超过了30m，那么金属门窗、墙上的栏杆等金属物都应通过埋铁或直接跟直击雷防护装置连接在一起。

3.4选用环形接地与等电位连接

所谓环形接地网，就是指沿着高层建筑的四周把接地体围成一个闭合的环，接地网就能较均匀地分布界面内的电场，避免人们遭受跨步电压的危害，减少直接雷对高层建筑室内的危害，避免电气设备遭遇高电压反击侵害。所谓等电位连接，就是指把高层建筑内部全部的金属物，包括混凝土里面的钢筋、煤气罐、自来水管等各种金属管道、机械金属物、埋地金属物、金属电缆屏蔽层、防雷接地线、电力系统零线等，统统采用电气连接的方法把它们连接起来，从而把整个高层建筑空间变成一个等电位体。当高层建筑遭直击雷袭击时，其内部跟周围几乎都是等电位的，人不会被电击，内部设备也不会受到高压位的反击。此外，一切跟外界相关的金属线都应连接上过电压保护装置，也就是避雷器，以便形成等电位。实际上该等电位是准等电位，较正常情况下的直击雷的残压、雷电压而言，各个导线之间的电位差是微不足道的，因而通常把该连接叫做等电位连接。采用上述直击雷防护措施，能对直击雷的防止、电压波强度的削弱等非常有效，能大大减小直击雷对高层建筑的破坏程度。然而这些直击雷防护措施并不能把电网中雷电带来的暂态过电压完全消除掉，它能感应到的雷电压脉冲通常都会超过千伏，需在今后的实践中继续改进。

4　结语

影响高层建筑雷电灾害的因素有很多，所以高层建筑在选择防雷技术及措施时应慎重。尤其是对于直击雷的防护，应采取有效的措施，并及时改进，争取把高层建筑遭受直击雷灾害的概率降到最低，尽量减小直击雷产生的危害，不断提高高层建筑防雷水平。

参考文献：

[1]沈凤琴.高层建筑防雷设计与施工技术[J].科技创业家,2014(03):44.

[2]高燕丽.基于高层建筑防雷问题的分析与运用[J].北京农业,2013(27):135.