高层建筑防侧击雷技术探讨

陈超 钟鸣峻 谭永池

肇庆市气象局 广东 肇庆 526000

1 雷击与滚球法模型

高层建筑是现代建筑的主要发展趋势，由于层数较高，体积较大，更容易遭受雷击，常见的高层建筑雷击有两种形式，一种是建筑物天面直接遭受雷击，这种叫作直击雷，一种是从建筑物侧面遭受雷击，被称为侧击雷。滚球法是根据雷电的闪击距离来对雷击的部位进行定位的一种方法，可以用来确定防护装置包括避雷针以及避雷网的安装位置。当雷电先导到闪击位置之前，并不知道闪击位置，但是可以基本确定雷电产生影响的范围。建筑物上的接闪器会形成若干上行先导，然后在最容易击穿的路径上放电，雷电闪击的距离和先导头部的电荷量之间有一定关系，雷电的先导头部电荷量是星辰放电电流的主要决定因素，通常来讲，雷电闪击的距离与雷电幅值之间的关系可以使用下面的公式表示：

（其中R 为雷电闪击时的距离，单位为米，I是雷电电流值，单位为A）：

滚球法的实质就是设置一个半径为h的滚球，让该球沿着可能遭受到雷击的部位进行滚动，当球体在滚动的过程中接触到闪接器或者是与闪接器具有同等功能的金属物，或者是只接触闪接器或者是地面，但是在此过程中，建筑物所需要保护的部位并没有与滚球进行接触，就能获得较好的保护效果，如图1所示在建筑物中的D、C、A三处设置有接闪器保护装置，通过接闪器的单独布置或者组合布置就能够实现建筑物防来自于侧面的雷击[1]。

图1 滚球法确定建筑易受雷击部位

2 高层建筑防雷击措施

2.1 外墙装饰防雷击措施

（1）保温外墙。建筑外墙是防止雷电侧击的重要部分，根据上述原理可知，在建筑外墙设计过程中应该要注意两点：第一，要对《建筑物防雷设计规范》进行了解，对于高层建筑而言，从30m起，在间隔不大于6m的位置，应该要沿着建筑物的四周装设水平接闪器，并且要采用可靠的连接方式与引下线进行连接。由于高层建筑的层数很高，所以在30m及以上部分的外墙栏杆、门窗以及金属物件的设计过程中，要尽量与防雷装置连接起来。为了提高抗雷击水平，每隔六米要设置一个均压环，均压环可以利用房屋圈梁内的两条主筋焊接而成，注意要形成闭合圈，而且闭合圈要与引下线进行连接。水平接闪器要和同一个高度内的均压环进行连接，对于设置了外墙保温设施的高层建筑，尤其是没有窗户的整体保温墙面，应该要尽量减小水平接闪器与均压环之间的平行距离。由此可见，在对均压环进行设置的时候应该要尽量接近墙面位置。

图2 高层建筑防侧击雷方法

（2）玻璃外墙装饰。由于很多新型建筑技术的应用，使得建筑物类型越来越丰富，比如有的建筑物外墙采用部分或者全玻璃装饰，这类建筑物的防雷措施应该重点在玻璃幕墙的金属构架上。由于建筑物的外墙为大面积玻璃幕墙，为了保证玻璃的安全性，金属构件较多，结构复杂，在安装金属构件的时候，构架与构架之间必须要设置金属片跨接，才能形成更好的电气连接效果，使得整个外墙的金属构架形成一个完整的、统一的、相互导通的电气整体。对于这类建筑墙面，可以将防雷设施的预埋件和玻璃幕墙上的金属构架连接起来，确保两者之间有良好的接触面和足够多的螺栓固定点，螺栓固定点不能少于2个。在建筑物主体工程施工过程中必须要确保预埋件与均压环焊接牢固，防止脱落，焊接的长度要符合防雷规范要求，并且与引下线进行连接。对金属构架的预埋件进行连接的时候必须要对绝缘层进行处理，使用金属垫片对螺栓进行固定。

（3）金属外墙装饰。复合铝板是一种新型建筑外墙材料，质量低，防水、保温效果较好，如果建筑物的外墙采用复合铝板，其防雷设计重点在支架上，因为铝板的支架都是金属结构，所以在进行支架安装的时候要确保金属支架形成一个统一的整体，然后通过每一层的外墙面的预埋件和均压环以及引下线焊接起来，形成良好的电气导通路径，当发生侧击雷的时候，雷电流可以从墙面被击中的部位通过引下线导入到大地，减小对墙面的损坏。

（4）非金属外墙装饰。当前很多建筑物采用瓷砖、涂料等非金属材质进行装饰，这些材料一般很少引起雷击，最容易遭受侧击雷损害的部位是阳台的金属栏杆、金属门窗等。因此对于这类装饰墙面，主要是对金属部分进行处理，可以参照金属门窗防雷措施进行设计。

2.2 高层建筑外墙及附属设施防雷击措施

（1）空调。对于外墙空调安装部分的防雷击措施，一种思路是当高层建筑物外墙空调安装时，要事先设计对空调室外机做好接地螺栓对设计，必须使用专门的接地螺栓，对室外机进行安装连接，使得在建筑外墙上设置的空调支架和室外机连接起来。另一种防护的方法是让钢筋混凝土平台中的防雷接地系统与室外机连接起来，并不是只利用室外机外壳固定孔进行连接固定。在空调安装平台的设计过程中要对接地螺栓进行实事先设计，根据实际情况确定螺栓的位置；最后是高层建筑空调安装施工中，必须要对安装工艺进行规范，最好有具体的施工标准进行考核监督。

（2）金属门窗与合金防护窗。金属门窗、金属衣架等都是很容易遭受雷电侧击危害的部位，对于这些设施，必须要连接到建筑物主体的防雷系统内的均压环，进行等电位处理，以达到防侧击雷的效果。对建筑物主体的金属部位的防护思路，具体为下列做法：在建筑主体施工时就在外墙金属框窗的位置事先埋好接地埋件，接地埋件的一端要焊接到均压环上，同时焊接施工要有严格的要求，必须符合现行的防雷规范要求。当进行金属门窗框架的安装时，接地埋件的另一端通过铆钉和金属门窗框架的镀锌扁钢紧固，并且需要先做好金属门窗、扁钢等接触面部分的绝缘处理，然后再做铆钉的加固处理（每一面至少包含2个以上的铆钉），接地处理方式为两点接地，使得金属门窗成为接闪器，防止雷电侧击危害。最后要对施工过程进行管理，确保连接过程稳定、可靠。

（3）塑钢门窗。塑钢门窗也是当前建筑物中门窗使用的主要材质，其成本比金属低，但是塑钢门窗本身不具备作为防雷电侧击的接闪器的条件，因此在对塑钢门窗进行设计的时候，为了提高防雷效果，要事先做好防止雷电侧击的接闪器设置。在建筑外墙中，30m以上的地方和阳角位最接近建筑物的地方可以设置F线，然后设计接闪器，将接闪器牢牢固定在高度相同的均压环预埋件上，形成接闪点阵，对雷电侧击危害进行预防[2]。

3 结束语

综述，对高层建筑物进行防雷施工，必须要遵循建筑防雷的相关规范和标准对不同的外墙部分做好相应的防雷击措施，布置接闪器、屏蔽、接地等，都需要可靠的防雷措施，保障防雷效果。

[1] 周国军,梁忠武,尹娟,等.基于GB50057的侧击雷电流特征分析[J].气象科技,2017,45(04):761-764.

[2] 赵杰.高层建筑金属门窗雷电侧击防护的探讨[C].浙江省气象学会、江苏省气象学会、上海市气象学会.第八届长三角气象科技发展论坛论文集.上海:浙江省气象学会、江苏省气象学会、上海市气象学会,2011:3.