论某高层建筑物的防雷接地

杨 春 霞

(太原市城市规划设计研究院，山西 太原 030002)

论某高层建筑物的防雷接地

杨 春 霞

(太原市城市规划设计研究院，山西 太原 030002)

采用滚球法计算高层建筑防雷时应考虑周边建筑，如果能保护到，则不需要重复做防雷措施，防雷接地要结合具体的结构基础形式，充分利用建筑物自身特点，不能千篇一律，照本宣科。

直击雷，滚球法，接地，基础形式

0 引言

该建筑位于华北地区，建筑类别为一类建筑，建筑高度为66.6 m，地下1层，地上15层；建筑功能：地下室为地下车库、金库(二类)、设备用房和丙类库房，设有变配电室和弱电室。1层～15层为办公，顶层为设备用房及水箱间。

该建筑分为A区和B区，地下车库相连通。地上A区15层，建筑高度为66.6 m，长50.4 m，宽17 m；B区为2层，建筑高度为8.4 m。AB两区相邻两边间距15.5 m。

1 防雷

首先看A区建筑，查资料得当地的平均雷暴日为33.7 d/年。根据GB 50057—2010建筑物防雷设计规范(以下简称《防雷规范》)附录A，建筑物年预计雷击次数按下式计算：

N=k×Ng×Ae

(1)

Ng=0.1×Td

(2)

(3)

代入数据算得等效面积Ae=0.041 5 km2，Ng=3.37 d/年，k取1，代入式(1)算得雷击次数Na=0.139 8次/年。根据《防雷规范》第3.0.3条，第二类防雷建筑物的划分，该建筑为人员密集场所，并且雷击次数大于0.05次/年，所以为二类防雷建筑，应采用第二类防雷建筑的防雷措施。

再看B区建筑，有的设计人员认为像这样的高低类的建筑仅需计算高的建筑防雷次数并采取相应的防雷措施即可，低的建筑尤其是这种高差比较悬殊的一般都按经验不考虑防雷设计，按经验值B区建筑肯定达不到三类防雷。B区建筑的长宽高为，50.4 m，12.3 m，8.4 m。代入式(1)算得B区建筑雷击次数为Nb=0.034次/年。根据《防雷规范》第3.0.4条第二款，人员密集场所，雷击次数大于0.01次/年，小于0.05次/年划为第三类防雷建筑。

通过计算我们发现B建筑达到了三类防雷，并且A建筑的面积远远超过了总面积的30%，那么就可以按规范要求将本建筑定性为二类防雷建筑。那么B建筑是否一定要按三类采取防雷措施,也不一定。下面用滚球法来验算。

根据GB 50057—2010附录D中用滚球法确定接闪器的保护范围，A建筑为二类防雷滚球半径hr=45 m，建筑高度66.6 m大于滚球半径，将h=45 m代入。按比例大小所画示意图如图1所示。

由图1，在B建筑物高度hx=8.4 m处的保护半径rx和地面保护半径r0的计算公式如下:

(4)

(5)

算出rx=18.82 m，r0=45 m。可见用A建筑屋顶的接闪器利用滚球法算出的直击雷保护半径不能完全保护到B建筑。在周围没有高层建筑的前提下，B建筑仍需要按三类防雷进行防直击雷的保护措施。

但是如果周围有高层建筑，好多设计人员做单体建筑的防雷设计的时候，根本不考虑周边的建筑情况，每个建筑物不论高低全部都做防雷，造成不必要的浪费。以本建筑为例，计算周围多远距离有多高建筑就可以不需要做防雷。

如果要将B建筑完全保护到，则滚球保护范围最低点要高于B建筑的顶点。即h>8.4 m。根据式(4)，式(5)，两支等高接闪器的保护范围的计算公式：

(6)

示意图如图2所示。

如果想要B建筑被完全保护，最近的接闪杆，使两等高接闪杆最低点处于B建筑物屋顶的中心点处。以最低点x=0时h0为接闪杆的高度，然后再按单支接闪杆方法计算在hx=8.4 m高度的保护半径能将B建筑完全覆盖。然后将公式反向推导出距离D。

B建筑宽为12.3 m。即rx=12.3/2=6.15 m。代入式(4)：

(7)

由式(7)得h=13.7 m。两支等高接闪杆间距D=2×(15.5+12.3/2)=43.3 m。

再讨论D的最大值，最远多远距离且高度超过45 m的二类防雷建筑能够保护到B建筑，设B的外侧距离两等高接闪杆保护范围边线上的最低点“O”点的距离为x，D=2(27.8+x)保护边线最低处“O”处的假想的接闪杆高度h0=17.2-x,此接闪杆在高度hx=8.4 m的保护半径rx=12.3+x，如图3所示。

根据式(4)和式(6)有以下式子成立：

(8)

算出x=-1.8 m，D=52 m。如果超过这个距离，B将不再受到保护。同理按照上述方法，如果A建筑是三类防雷，周边也是三类防雷建筑(建筑高度大于60 m)，最大距离为68.4 m。

2 接地

建筑物内常见的接地系统有电气设备的工作接地、保护接地、电子信息设备信号电路接地、防雷接地等。通常设计中，采用联合接地，就是将电气/信息设备的功能性接地、保护接地以及电磁兼容性接地与建筑物防雷接地采用共用的接地系统，并实施等电位联结措施。此次主要讨论防雷接地，防雷接地优先考虑利用建筑物内基础钢筋作为接地装置。为考虑人身安全，共用接地装置的接地电阻应尽可能小，并根据规范对冲击接地电阻阻值有一定的要求。

本工程基底面积为57.9 m×53.9 m，A建筑主体基础下面为CFG桩，车库和B建筑部分无桩。接地体利用基础外围水平钢筋焊接成圈。并在地下0.8 m处地库四角用40×4镀锌扁钢引出散水外1 m，在出防水层时用石膏做防水处理。室外地坪上0.5 m处做暗装接地电阻测试卡。如接地电阻不满足要求，接人工接地体。

本工程为二类防雷，利用柱内对角两根Φ16钢筋捆绑焊接作防雷引下线，下端与接地网可靠焊接。利用建筑物本身的钢筋作为防雷引下线时，没有根数和间距要求，为防接触电压和跨步电压，采用10根柱子组成的自然引下线。

好多设计人员做防雷接地的时候，做的非常粗糙，甚至不明白接地体的具体做法。下面来分析一下，不同基础形式下的接地体的做法和连接方式：

1)砌体结构的混凝土或灰土刚性条形基础；框架结构的单独

柱基或条形基础筏板基础，柱下条形基础；剪力墙结构的筏形基础或箱形基础，墙下条形基础，以上基础如有地下室，均无防水要求,可直接利用埋入土壤的基础混凝土和其钢筋作为天然的接地体，将残留的雷电流泄入大地。根据《防雷规范》第4.3.6条，第5款，工程的电阻率为1 000 Ω·m，根据式(9):

(9)

算出面积为254.34 m2。而本工程的基底面积远远超过此面积，可不补加接地体。利用基础承台外围一圈4根Φ10以上水平钢筋焊接即可满足接地要求。

2)框架结构的单独柱基条形基础筏板基础，柱下条形基础；剪力墙结构的筏形基础或箱形基础，墙下条形基础，以上基础如有地下室，且有防水要求时，不能直接利用基础作为接地极，需将基础和承台钢筋焊接，并在地下埋深不小于0.8 m处焊接镀锌扁钢穿透防水层引出土壤，如果接地电阻不满足要求，再增加人工接地极。

3)软弱地基或液化地基等在建筑结构需要承受水平荷载或者弯矩，一般采用桩基础。采用桩基础的建筑，如果无防水要求，直接利用基础承台水平钢筋和桩基纵向钢筋焊接作为接地体，如果面积满足要求，不需要增设人工接地体。

4)如果建筑采用灌注桩基础，有地下室并要求做防水防腐处理，此时基础承台不能与大地直接接触，不能作为天然的接地体，由于防水防腐层仅在桩基上门承台敷设，且柱内主筋和桩台板钢筋、桩内主筋焊接。基础桩的埋深足以满足接地极的要求。此时也不需要增设人工接地极。防雷接地利用基础承台梁中下部纵向主筋(4根)及承台梁下管桩(间隔选取)之竖向主钢筋；基础地梁中主筋应互焊(引上、下处)且纵向搭接处焊接；管桩竖向主钢筋互焊后采用2根主钢筋与承台梁接地极连为一体。

5)采用灰土桩或CFG等非灌注桩时，因为桩内无钢筋，无法和基础内的钢筋焊接成通路，不能将电流泄入大地。如果无防水要求，可与无桩基一样，利用基础做天然接地体，如果有地下室且需做防水处理时，需在地下0.8 m处破坏防水层，焊接钢筋或扁铁引出接人工接地极。

3 结语

通过以上防雷和接地的分析，呼吁广大电气设计人员在具体项目当中应结合周边建筑考虑防雷设计(主要是直击雷防护)，以免造成不必要的浪费。在防雷接地中应充分考虑基础结构的形式，不要千篇一律的采用一种接地形式，在基础地梁或承台中盲目焊接水平钢筋也是一种浪费，应根据项目具体情况和结构形式采用合适的经济的接地方式。

[1] GB 50057—2010,建筑物防雷设计规范[S].

[2] 任元会，卞铠生，姚家祎.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2016.

Research of high-rise building lightning protection and grounding

Yang Chunxia

(TaiyuanUrbanPlanningandDesignResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

The surrounding buildings should be considered, when calculating the lightning protection of high-rise buildings by rolling ball method. If they can be protected, there is no need to do duplication lightning protection measures. Lightning proof grounding should combine with specific structure of foundation forms. It should make full use of building features, and avoid of following the same pattern of the books.

direct lightning flash, rolling ball method, earth, foundation form

1009-6825(2017)21-0108-02

2017-05-17

杨春霞(1984- )，女，工程师

TU976.55

A