智能建筑防雷设计与施工几点问题的思考

邢松森+张皓+张家富

摘 要：本文分析了智能建筑接闪器、引下线、接地装置、防雷等电位连接、防侧击、电涌保护器设计与施工存在的问题，探讨防雷与接地系统的好坏对楼宇及自动化设备的影响，提出设计和施工要点，为进一步完善智能建筑物雷电防护提供科学依据。

关键词：接闪器；引下线；接地装置；防雷等电位连接；防侧击；电涌保护器

城市智建筑物极容易遭到雷电的危害，因而此类建筑的防雷及接地技术越来越引起人们的重视。然而，由于防雷技术规范没有详细的规定，有些条款笼统模糊，难以界定，影响防雷装置的设计和施工。本文就目前智能建筑防雷方面存在的问题进行分析，提出一些处理方法，供防雷同行参考。

1 接闪器

高层及超高层智能建筑物接闪带应明敷或直接利用建筑物屋面的钢构架作为接闪器，并与接闪网或楼板的钢筋焊接连通。接闪带应沿女儿墙外墙外表面或屋檐边垂直面敷设，在转角处保护不到的情况下，设置接闪短针保护，接闪带在变形缝处应加设补偿器，穿墙体时加保护管，不等高接闪器之间连接成回路。接闪网格有明网和暗网两种，网格越密，接闪和屏蔽性能越好。网格的尺寸视建筑物防雷类别确定，一般高层建筑物可使用不大于10m×10m的网格，如有特殊要求则以设计图纸为准。施工人员在接闪杆施工时，应预埋好地脚螺栓和底板，将引下线焊接在底板上，清除药皮刷防锈漆。接闪针应垂直安装牢固，垂直度允许偏差为3/1000。

2 引下线

智能建筑通常利用钢筋混凝土柱或剪力墙内的钢筋作防雷引下线，引下线随土建结构柱施工，依据施工图中标注的引下线的具体位置，用色标示意，直至建筑物封顶处。当钢筋直径为16mm及以上时，可利用2根主钢筋作为1组引下线，当钢筋直径为10mm及以上时，可利用4根主钢筋作为1组引下线，由于高层建筑混凝土柱内主筋直径一般都超过16mm，因此利用对角或对称的2根主钢筋作为引下线就足够了。高层建筑高度高，钢筋长，钢筋接续点多，若采用绑扎连接，接触电阻就很大，不利于雷电流的快速流散，作为引下线的钢筋宜进行跨接焊接，搭接长度不应小于跨接钢筋直径的6倍。为了便于接地电阻测试和检查，在距地面1.8m下设置预留测试端子。另外，施工人员应按每层轴线标明每根柱子的位置及钢筋焊接根数，对引下线进行定位标识，防止漏焊或错焊。

3 接地装置

在施工图设计中，接地电阻几乎千篇一律要求达到≤1.0Ω，若未达到要求，补设人工接地体，忽略了由于项目所处地质条件和土壤电阻率的高低不同，设计的接地电阻应不同。《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第4.3.6条规定：“共用接地装置的接地电阻应按50HZ电气装置的接地电阻确定，不应大于按人身安全所确定的接地电阻值”，该条款对一定土壤电阻率条件下环形接地体所包围面积的等效圆半径以及补加接地体的计算作了具体的规定，事实上，对于不同的土壤电阻率，当基础接地体满足所包围面积的等效圆半径的情况下，可不计及冲击接地电阻，也不必增设人工接地体。因此，应对智能建筑物所在地的土壤电阻率进行测试，避免因增设人工接地体而造成浪费，增加施工难度。

施工方面，应利用钢筋混凝土基础中的钢筋作为接地装置，在有钢筋混凝土地梁时，应将地梁内钢筋连成环形接地装置；无钢筋混凝土地梁时，可在无钢筋的闭合条形混凝土基础内，用≥40×4mm的热镀锌扁钢或符合要求的热镀锌圆钢直接敷设在槽坑外沿，形成环形接地。另外，高层建筑大多采用箱形基础和桩基础，接地网由箱形基础和桩基础内的钢筋组成，施工时必须确保桩基础内的钢筋与柱及承台内的钢筋焊成一体，承台内上、下两层各两根主筋与相对应的地梁上、下两层各两根主筋焊成一体。

4 防雷等电位连接

4.1 防雷等电位环

智能建筑在高度超过45m时，应装设防雷等电位环，习惯上环间垂直距离不大于12m，应能保证建筑物的金属结构和金属设备就近连接到环上，防雷等电位环与引下线作可靠连接。外墙金属门窗、栏杆、扶手等较大金属部件的预埋焊接点不应少于2处，金属门窗和栏杆等加工订货时应要求供货商预留接地端子，以便与均压环进行连接。建筑物屋顶上所有金属突出物，如擦窗机、节日彩灯、航空障碍灯、金属设备和管道等，与屋面防雷接地装置连接。现场施工过程中经常发现，防雷等电位连接环设置的垂直距离过大，未和所有引下线进行连接，部分金属结构未与防雷等电位环连接。另外，以前屋面消防管道大多用法兰盘连接，只要一端接地，整個管道就接地了，新工艺的消防管道大多采用沟槽式连接，每段之间几乎都是绝缘的，消防管道都经过热镀锌处理，高温焊接时势必破坏管道内外壁的镀锌层，时间一长就会出现锈蚀穿孔，这种情况一般都要求采用等电位卡子加导线跨接，既解决了接地问题，又避免焊接破坏镀锌层。

4.2 总等电位连接

总等电位连接做法是通过设置总等电位连结母排，将配电箱的PE母排、公用设施的上下水管、热力管道和建筑物金属结构等进行等电位连接。其作用在于降低接触电压和不同金属部件间的电位差，消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害，防止电源线路中的PE线传导引入故障电压导致电击事故，避免接地故障引起的电气火灾，减少电位差、电弧、电火花发生的机率。高层建筑物的每一电源进线都必须做总等电位连接，总等电位连接端子板应互相连通。跟踪检测时会经常发现没有按要求在配电房设置总等电位联结母排，或有设置，但未按要求进行施工，较大金属构件未实现等电位连接。

4.3 防雷等电位连接

等电位连接内各连结导体间的连接可采用焊接，焊接处不应有夹渣、咬边、气孔及未焊透情况，也可采用螺栓连接，这时应注意接触面的光洁、足够的接触压力和面积；在腐蚀性场所应采取防腐措施，如热镀锌或加大导线截面等。等电位联结端子板应采取螺栓连接，以便检测时拆卸。为保证等电位连结的顺利施工，电气、土建、水暖等施工和管理人员需密切配合。如浴室局部等电位端子板（LEB）至卫生间内插座盒、管道、器具等，应配合土建工程敷设导管，检修时，应由电气人员在断开管道前预先接通跨接线，以保证等电位连结的始终导通。等电位连接安装完毕后可用等电位连接测试仪进行导通性测试，当测得等电位连接端子板与等电位连接范围内的金属管道等金属体末端之间的过渡电阻≤3Ω时，可认为等电位连接是有效的，如发现管道导通不良，应作跨接。

5 防侧击措施

高度超过45m 的智能建筑物，当滚球半径45m的球体从屋顶周边接闪带向地面垂直下降接触到突出外墙的物体时，应有防侧击措施；高于60m的建筑物，上部占高度20%并超过60m的部位，应有防侧击措施，所有金属栏杆、金属门窗、金属构件等较大的金属物直接或通过金属预埋件与防雷装置连接，具体做法参见《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）第4.3.9条规定。然而，现代高层建筑物外墙多采用通体玻璃幕墙（明框、隐框和半隐框），建筑幕墙的金属骨架是良导体，若防雷措施设计或施工不当，可能会因雷电的侧击而破坏，严重的可造成火灾和人员伤亡事故，因此，幕墙必须形成自身的接闪网，幕墙面积每≤100m2与主体防雷系统作可靠连接。建筑幕墙接地预埋件必须与等电位连接环处梁的纵向钢筋连通，楼层上作为引下线的立柱主筋必须与等电位连接环连通，幕墙铝合金材料与接地导线连接应满足防雷等电位连接的要求，《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303-2015）规定：“幕墙接地连接处不同金属间应有防电化腐蚀措施”。当用铜质材料与铝合金材料连接时，铜质材料外表面应经热镀锌处理，导线连接接触面应紧密可靠，不可松动。幕墙金属框架与防雷装置的连接应紧密可靠，应采用焊接或机械连接，形成导电通路，连接点水平间距不应大于防雷引下线的间距，垂直间距不应大于防雷等电位环的间距。

6 外墙太阳能集热器防侧击

部分智能建筑除在建筑物天面设置太阳能集热器外，在建筑物外墙的外立面也设置了太阳能集热器。此类太阳能集热器内置有电加热电源线和传感信号线直通室内，一旦遭受雷击，玻璃碎块落地将造成人员伤亡，雷电流可通过热水器的管道、电源线和信号线直接进入用户室内，导致热水器和家用电器毁坏，重则引起电击事故。对于建筑物外墙的侧立面安装太阳能集热器，国家防雷规范没有明确的规定，往往又是在建筑物主体工程完成后才安装，设计阶段未作考虑，此种情况下，太阳能集热器必须补充直击雷、防侧击和雷击电磁脉冲防护设计，集熱器金属构架保持电气连通，顶端和底端与防雷接地装置进行可靠连接；电加热电源线和传感信号线采用铠装电缆或穿金属管敷设，并做好双端接地，条件允许时加装电源和信号电涌保护器（SPD）。

7 电涌保护器（SPD）设置及安装

对于智能建筑雷击电磁脉冲防护，《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010有明确规定：在电源引入的总配电箱处应装设Ⅰ级试验的电涌保护器，电涌保护器的电压保护水平值应≤2.5kV。每一保护模式的冲击电流值，当无法确定时，应取≥12.5kA。当选用Ⅱ级试验电涌保护器时，每一保护模式的标称放电电流应≥50kA。目前新建建筑物防雷设计中绝大部份仍没有采用新规范的规定进行设计。另外，设备房内安装的电涌保护器经常会出现与设计参数不符等情况。

结束语

现代智能建筑防雷是一个系统工程，只有对接闪器、引下线、接地装置、防雷等电位连接、防侧击、电涌保护器设置等环节科学设计和施工，才能真正保证防雷装置安全可靠有效，减少或避免雷击事故发生。

参考文献

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