高层建筑物综合防雷设计探讨

梁 倩，魏光龙

（1.潍坊市气象局，山东 潍坊 261000；2.淄博市气象局，山东 淄博 255000）

高层建筑物综合防雷设计探讨

梁 倩1，魏光龙2

（1.潍坊市气象局，山东 潍坊 261000；2.淄博市气象局，山东 淄博 255000）

雷电是一种十分严重的自然灾害，每年因雷电造成的损失十分巨大，它可以使建筑物遭到破坏，人员遭受伤亡，电力、通讯、网络系统设施无法工作，严重影响社会经济发展。为了确保国家财产和人民生命安全，最大限度避免雷击造成的直接和间接损失，以《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010等防雷规范标准为依据，以淄博市某高层建筑物为例，提出建筑物综合防雷设计，以期提供有益的防雷设计思路。

高层建筑；防雷；设计探讨

1 雷电防护概述

自然界中雷的发生是雷雨云对大地和建筑物之间发生的一种猛烈的放电现象。雷电的危害十分巨大，破坏力严重，造成损失无法估计，为联合国公布的10种最严重的自然灾害之一，也是目前中国十大自然灾害之一［1］。近年来，社会经济、信息技术特别是计算机网络技术发展迅速，城市高层建筑日益增多，雷电危害造成的损失也越来越大，据不完全统计，每年因雷击造成的损失高达数十亿元，因此对雷电灾害的防御迫在眉睫。雷电分为直击雷和感应雷两大类，直击雷主要是它能以冲击电流、冲击波和电磁辐射的方式造成人身伤害、建筑物毁损、电气设备不能正常运行。感应雷的产生是雷雨云之间和雷雨云与大地之间放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场作用于各种传输线路上，感应产生过电压、过电流，经各种传输线路进入设备系统而引起的。这种感应雷对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏，又或者使周围的金属构件产生感应电流，从而产生大量的热而引起火灾。

雷电防护理论主要是从雷电危害建筑物的途径进行防护，主要分为外部防雷和内部防雷。外部防雷主要包括建筑物安装的接闪杆、接闪带、引下线、接地装置等，通过直接接闪把直击雷的能量引入大地来保护建筑物免受直击雷的损坏。内部防雷通过等电位和安装SPD限制过电压和释放雷电流，来保护建筑物内部的设备和人员安全。

2 高层建筑物防雷设计原则

2.1 可靠性原则

建筑物的防雷设计最应考虑的问题就是可靠性。建筑物安装防雷装置后，并非就万无一失了，按照规范设计安装了防雷装置的防雷安全度也不能达到100%，因此这就要求我们在防雷设计中首先考虑产品和技术的安全可靠性，必须符合国际标准、国家标准和行业标准。雷电防护技术是不断发展的，在实际的雷电防护工程设计中，应当去应用那些经过实践验证的安全可靠的产品和技术，而不一味追求技术和产品的先进性。

2.2 实用性原则

建筑物的防雷设计应该从用户的实际出发。在保证防雷设计符合相关标准的情况下，尽量做到对建筑物雷电防护系统的实用性，根据用户实际的角度选择性能好、可靠性强、价格合理的防雷产品和技术，既考虑了安全又兼顾成本，为客户设计好实实在在的雷电防护系统。

2.3 可维护性原则

现当今，各种技术发展瞬息万变，防雷技术的发展也是日新月异，这就要求我们在防雷设计时要最大限度地适应今后技术发展的变化。设计的防雷系统的应当是先进的、开放的、可扩充的，能够满足日益扩充的需要［2］。防雷系统良好的可维护性才能为未来系统升级发展提供保障。

3 高层建筑物防雷设计依据

（1）《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

（2）《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012

（3）《建筑物的电气设施规范》IEC60364-5-534

4 高层建筑物直击雷的防护设计

该高层建筑共25层，地下1层汽车库，地下2层设备用房，地上一层为营业厅，2～25层为办公。通过现场勘测，该高层建筑高度为94.5m，长59m，宽17.1m。

4.1 高层建筑物防雷等级的确定

高层建建筑物防雷设计首先要进行的是确定建筑物的防雷等级，根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）规定，通过计算建筑物的预计年雷击次数N来对防雷类别进行划分。

计算雷击大地的年平均密度：

Ng=0.024Td1.3=0.024× 271.3= 1.742（km2·a）

式中：Td——年平均雷暴日（d/a），淄博市取27（d/a）［3］。

计算建筑物等效面积：

Ae=｛LW+2（L+W）·［H（200-H）］1/2+ΠH（200-H）｝·10-6

=｛59×17.1+2（59+17.1）·［94.5（200-94.5）］1/2+Π·94.5（200-94.5）｝·10-6

=0.0475（km2）

计算建筑物年预计雷击次数：

N=K·Ng·Ae=1×1.742×0.0475

=0.0842（次/a）

式中：K——校正系数，一般情况取1.0。

按照《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010，经以上公式计算，该建筑物年预计雷击次数均大于0.05次/a且少于0.25次/a，因此本建筑物应划为第三类防雷建筑物，防雷设计参数按第三类防雷建筑物标准进行设计。

4.2 外部防雷措施

（1）接闪器：在屋面设接闪带，采用Φ8镀锌圆钢，屋面接闪带网格不大于20m×20m或24m×16m，接闪带首先应沿屋顶敷设，设在外墙外表面或屋檐边垂直面上；突出屋面的金属物体应与屋面防雷装置相连，突出屋面的非金属物应装设接闪器或用接闪带跨接保护。所有高出屋面的金属设施都要采取与接闪带连接等可靠避雷措施。

（2） 防侧击雷：自首层起，每三层将圈梁内钢筋可靠焊接做均压环，并与引下线可靠连接；自60米起每层将圈梁内钢筋可靠焊接做水平接闪带并与引下线可靠连接，60米及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与水平避雷带可靠连接。

（3）引下线：利用建筑物钢筋混凝土柱子或剪力墙内两根Φ15以上主筋通长焊接作为引下线，引下线上端与接闪带焊接，下端与接地极焊接， 主筋与底板筋可靠电气连接。

（4）接地装置：接地装置为建筑物基础地板上下两层钢筋通长焊接形成的基础接地网，基础钢筋与防雷引下线钢筋可靠焊接，室外接地凡焊接处均应刷沥青防腐。

4.3 内部防雷措施

（1）防雷电波侵入措施：电缆进线处应将电缆的金属外皮、钢管等与电气设备接地相联。在变配电室低压母线上装一级电涌保护器（SPD），二级配电箱内装二级电涌保护器（SPD），末端配电箱及弱电机房配电箱内装三级电涌保护器（SPD）。屋顶室外风机、室外照明配电箱内装二级电涌保护器（SPD）。弱电进户箱应装设弱电浪（2） 等电位措施：整个防雷系统工程采用等电位联结，应将建筑物内保护干线、设备进行总管、建筑物金属构件进行联结，防雷接地、变压器中性点接地、电气设备的保护接地、电梯机房、消防控制室、弱电机房等的接地共用统一接地极。凡正常不带电，而当绝缘破坏有可能呈现电压的一切电气设备金属外壳均应可靠接地。为防止人身接触电的危险，建筑物专用接地线（PE）即TN-S系统配线并进行总等电位联结，所有进出建筑物的给排水总管，强弱电进线管等金属管道均做总等电位联接。

涌保护器（SPD）。从配电室至强电竖井内的桥架上敷设一条热镀锌扁钢，将配电室接地与强电竖井内接地相联。电缆桥架及其支架全长应不少于两处与接地干线连接。弱点竖井内的接地线其下端应与接地网可靠谅解。垂直敷设的金属管道及金属物的底端及顶端应与防雷装置连接。

5 结语

建筑物的防雷设计是一项复杂的系统工程，忽略了任何一个细小的细节都对成为建筑物安全的使用的隐患。因此应该考虑防雷各方面的因素，内外结合，才能构成一套完整的防雷体系，才能使防雷工程做到安全可靠、技术先进、经济合理，确保建筑物安全使用、电气设备正常运行和人员人身安全。

［1］李宏.基于国民财富损失控制的自然灾害防灾减灾研究［D］.沈阳：东北财经大学，2011.

［2］王功胜.浅谈高层建筑物的防雷与接地［J］.广东电力，2005（02）.

［3］李密，张秀青，王星，马俊贵.淄博地区雷击风险评估的实践与探讨［A］.S13 第十届防雷减灾论坛——雷电灾害与风险评估［C］. 2012.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.083