农村自建住宅防雷方案研究——以遂宁市农村某三层住宅楼为例

王少琨，曾琪，罗声悦

（1.四川职业技术学院建筑与环境工程系，四川遂宁629000；2.重庆市防雷中心，重庆江北400000）

农村自建住宅防雷方案研究
——以遂宁市农村某三层住宅楼为例

王少琨1，曾琪1，罗声悦2

（1.四川职业技术学院建筑与环境工程系，四川遂宁629000；2.重庆市防雷中心，重庆江北400000）

我国农村住宅的建造者普遍缺乏防雷设计与施工相关的专业知识，专业防雷公司又不愿承接此类小工程，导致农村自建住宅的防雷安全问题异常突出.本文以遂宁市典型的农村自建三层住宅楼为例，设计了一套川东地区农村自建住宅普遍适用的防雷方案，此方案符合国家标准，成本低廉，具有农村自建住宅的防雷特色.

农村；自建住宅；防雷

长期以来，我国农村一直是受雷击侵害最严重的地区之一，每年都有大量人员伤亡和财产损失.受经济条件限制，大部分农村地区住宅的防雷设施不完善甚至未安装任何防雷设施[1]，造成这种情况的原因可归纳为三个方面：（1）成本因素：大部分农村的建筑不具备防雷设施，最主要的原因是户主不愿意承担过高的防雷工程费用；（2）观念因素：防雷的观念在农村地区并未深入人心，很多人存在侥幸心理，觉得雷电不会击中自家住宅；（3）防雷知识匮乏：农村的居民往往缺乏专业的防雷知识，不清楚雷电产生的原因，更不知道如何防范雷击.

因此要降低农村地区的雷灾事故数量，首先需加大防雷知识宣传的力度.其次，根据农村地区建筑的实际情况，设计一套成本低廉且符合国家标准的防雷方案.本文以一幢位于遂宁市境内，长15m、宽10m、高10.5m的农村三层自建住宅楼为例，从设计、预算和施工三个方面对其防雷方案进行讨论.

1 建筑物防雷类别的确定

根据G B50057-2010，建筑物年预计雷击次数应按下式确定：

式中N为建筑物年预计雷击次数，单位为次/a；k为校正系数；Ng为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度，单位为次/k m2/a；A e为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积，单位为k m2.

1.1 校正系数（k）的取值：

大部分农村建筑位于较低洼的地区，应该取值为1.但考虑到个别农村自建住宅位于河边、湖边、山坡下或土山顶部等处，遭受雷击风险可能性大一些，因此本项目取k=1.5.

1.2 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度（Ng）的计算

式中Td为年平均雷暴日，单位为d/a.

根据有关资料，川东地区几个主要城市的年雷暴日见表1.

表1 川东主要城市的年雷暴日

从表1数据可知，川东地区七个主要城市的平年年雷暴日次数为36.2d/a，最大年雷暴日次数为41.9d/a.为了保证防雷设计的安全性和计算的方便，本项目取Td=42d/a.

将Td=42d/a带入(2)式中可得

1.3 与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（Ae）的计算

绝大多数农村自建住宅的高度远远小于100m，因此适用公式

本项目长度L=15m，宽度W=10m，高度H=10.5m，因此带入公式可得A e=8.63*10-3K m2.

综上所述，将计算出的K、Ng和A e值分别带入(1)式中，可得N=1.5*4.2*8.63*10-3=0.054369次/a.根据G B50057-2014第3.0.4条，本项目为第三类防雷建筑物.

2 防雷设计

根据第三类防雷建筑物的相关技术要求，进行防雷设计时应兼顾外部防雷和内部防雷两方面因素.

2.1 外部防雷设计

①屋面防雷措施：建筑物的外部防雷措施为在屋面布置接闪网、接闪带或接闪杆.本项目宜选择围绕屋顶四周布置一圈接闪带.

②引下线设置：由于农村自建建筑大部分是砖混结构，没有从地基到屋顶通长焊接的主筋，应设专用引下线.本项目的长度和宽度分别为15m和10m，按第三类防雷建筑物技术要求应布置的引下线数量为2根.

③接地装置：若建筑的基础内有钢筋，可采用基础内钢筋网作为自然接地装置，但应满足公式S≥1.89k c2，由于本项目引下线为2根，分流系数kc应取值0.66，可得S≥0.82，即基础内钢筋总表面积应大于等于0.82㎡.因农村自建住宅基础中钢筋网的总表面积一般达不到0.82㎡，所以应采用人工地网.由于环形地网可有效降低跨步电压对人的危害，同时减少被雷击时由于地面电位梯度大产生对设备高电压反击的危险[3]，因此本项目在距离建筑四周1m以外做一圈环形人工地网.

④接地电阻：根据国家标准，第三类防雷建筑物的接地电阻值应该小于或等于10欧姆.但由于川东地区土壤以紫红色沙土、泥岩为主，电阻率较低，前文中所设计的环形人工地网基本能达到此电阻要求.其次，农村地区建筑的防雷工程应以系统的观点进行设计，不应盲目追求低接地电阻值，以免防雷工程成本过高，超过户主承受能力.

2.2 内部防雷设计

①等电位措施：等电位连接具有很重要的作用，可减少各设备之间、各系统之间的电位差，保持任何情况下各系统、设备间电位相对稳定[4].本项目应在一楼设置总等电位连接端（M EB），各楼层分设局部等电位连接端（LEB），并且在卫生间增设局部等电位连接端.建筑物内所有大尺寸金属构件需与LEB进行连接，LEB再与M EB连接，最后将M EB通过专线与人工地网进行电气连通.

②浪涌保护器（S PD）选择：鉴于农村自建住宅的配电系统一般比较简单，可设置一级浪涌保护器进行保护.结合川东地区具体的雷暴情况，本项目可选择一台8/20波形60K A的S PD进行保护.

③电磁屏蔽：由于农村家庭一般无特别贵重与精密的电气设备，因此本项目不考虑电磁屏蔽的措施.

3 防雷工程预算

防雷工程费用一般由直接费、间接费、利润、费规和税金五部分组成.[5]但本项目的防雷工程为户主自行施工，因此仅考虑直接费和人工费两项.

根据防雷设计要求，可列出本项目的防雷预算清单如表2所示，预算总价为2215.60元.

表2 预算清单

4 施工过程

由于本项目的防雷设计较简单，并且采用人工地网和专用引下线，因此可以等建筑主体施工完成后再进行防雷施工，依次进行如下的施工工序.

4.1 人工地网施工

环绕建筑物四周1m以外挖一圈0.8m深的沟，然后将12根热镀锌角钢以每隔5m的间距打入沟槽中.角钢之间用热镀锌扁铁连接，角钢和热镀锌扁钢连接处上、下两侧施焊，焊接长度应大于热镀锌扁钢宽度的2倍.在引下线位置附近分别用热镀锌扁钢预留出2个接头后，覆土回填沟槽.

4.2 引下线的安装

每隔1m在墙上安装引下线固定支架，完工后将热镀锌扁钢进行安装固定.引下线与地网连接处进行焊接，由于均为热镀锌扁钢，焊接长度宜为宽度的2倍.

4.3 接闪器的安装

沿屋面四周外沿，每隔1m设置一个固定基座，再安装热镀锌圆钢.选择两处将热镀锌圆钢与引下线扁钢进行双面焊接，焊接长度为圆钢直径的6倍.

若屋面有永久性的金属栏杆、旗杆、太阳能热水器、管道等，均应通过热镀锌扁钢与接闪器焊接连通.

4.4 等电位连接的安装

在一楼入户处安装总等电位连接端子（M EB），可镶嵌入墙内，并用热镀锌扁钢与地网进行连接，连接处应焊接，焊接长度为扁钢宽度的2倍.并将配电箱的P E线与其进行连接.

每层楼安装局部等电位连接端子（LEB），并将该层楼内的金属管道通过暗敷的热镀锌扁钢与LEB进行电气连接.厕所需设置单独的等电位连接端子，与厕所内所有金属构件进行电气连接，特别是喷淋设备.最后再将LEB通过热镀锌扁钢与M EB进行电气连通.

4.5 浪涌保护器的安装

在室内配电箱前端安装一台60K A的浪涌保护器，使用直径为25mm2的铜导线连接接地排，接地铜导线长度应小于0.5m.

5 结语

农村自建住宅安装防雷设施是保护居民免遭雷击伤害的最有效措施.本项目通过合理的防雷设计，在满足国家强制性标准的同时，防雷预算仅为2215.60元，在大部分农村居民的可承受范围内，本方案是一套能够在川东地区农村广泛适用的防雷方案.

[1]杨晖.农村及空旷地区建构筑物低成本防雷设计研究[D].成都：电子科技大学，2013：12-13.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.G B50057-2010建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[3]杨泓.防雷减灾管理及综合防雷减灾技术的应用和发展研究[D].重庆：重庆大学建筑管理与房地产学院，2004：17-19.

[4]周道刚.用系统观点进行防雷设计[A]//2004年贵州省科学技术优秀学术论文集[C].2004.

[5]李维红，陈尚德，李韦霖.防雷工程预算研究[A]//第七届中国国际防雷论坛论文摘编[C].2008.

Researchon Lightning Protection Schemeof Rural Self-bui lt Residence——A C a se S t udy o f a T h r ee-sto r e y R esi d enti a l B u i l d in g in S u inin g C it y

WANG S h a o ku n1,Z E NGQ i1,L U O S hen gyu e2
(1.S ich ua n V oc a tion a l a n d T echnic a l C ol le g e,S u inin g S ich ua n629000;2.C hon gq in g Li g htnin g Pr otection C ente r,J i a n gb ei C hon gq in g 400000)

C hin a's rura l r esi d enti a l bu i l d e r s ar e g ene ra l l y l a c k o f mine d esi g n a n d const ru ction-r el a te d p r o f ession a l k no w le dg e,p r o f ession a l l i g htnin g p r otection comp a nies ar e r el u ct a nt to u n d e r t ak e s u ch sm a l l p r o j ects,a s a r es u l t,in rura l sel f-bu i l t r esi d enti a l l i g htnin g s af et y p r o blems ar eo u tst a n d in g.t ak in ga t y pic a l rura l sel f-bu i l t th r ee-sto r e y r esi d enti a l bu i l d in g in S u inin g a s a n e xa mple,this p a pe r d esi g ns a l i g htnin g p r otection scheme f o r E a st S ich ua n rura l r esi d enti a l bu i l d in g s.T his p r o j ect con f o r ms to the n a tion a l st a n dard a n d costs l it t le.I t h a s the ch ara cte r istics o f l i g htnin g p r otection in rura l sel f bu i l t ho u sin g.

Rura l;S el f-bu i l t R esi d enti a l;Li g htnin g Pr otection

TU241.4

A

1672-2094（2017）03-0162-03

责任编辑：张隆辉

2017-03-09

王少琨（1990-），男，四川遂宁人，四川职业技术学院助教.研究方向：施工方案与技术.

曾琪（1975-），女，四川遂宁人，四川职业技术学院副教授.研究方向：化学分析与检测.