装配式木结构建筑防雷设计分析

段新美

（山东省建筑设计研究院有限公司，山东 济南 250000）

我国的建筑行业发展迅速，其智能建筑也得到重视，在进行建筑工程中，其中的防雷措施也非常之重要。特别在我国南方，经常会有雷雨天气，因此在对建筑工程进行建设之前，设计中的防雷设计要做好，只有合理的、科学的进行了防雷技术，这样在建筑安全上才能够更进一步提升保障。

一、木结构建筑雷击破坏机理

近些年木结构建筑遭受雷击破坏的事故仍有发生，主要原因一是安装防雷装置易造成木结构建筑原貌和自身构件破坏，或难以安装施工等(如复杂吻兽构件位置处安装接闪器等)，部分木结构建筑尚未安装防雷装置;二是木结构建筑屋顶样式多、组成部分复杂，顶部常有多个屋脊、房檐、翘角等，防雷装置的保护范围往往不够，部分屋顶构件处于保护范围之外;三是即便按照防雷规范要求安装了防雷装置，由于其有一定的拦截失效概率，按现行雷电防护标准，直击雷防护的雷电流幅值范围为5.4—200kA，而自然雷电流幅值可能小于或大于上述范围，由此可能造成雷电对木结构建筑物的绕击，仍可能击中木结构建筑自身，进而造成木结构建筑破坏。当前许多研究分析了雷电对木结构建筑破坏的原因和方式，但对木结构建筑构件雷击破坏机理分析和探索较少。未来应加强木结构建筑构件雷击破坏过程、内在机理、影响因素等方面研究，进而研究在木结构建筑维护中采取哪些技术方法减少或避免雷击破坏。

二、防雷技术分类

（一）分流

将从室外引入到室内的导线，利用避雷泄流装置并接到接地线之间的方法称之为分流技术。在雷电天气还没有出现之前，避雷泄流装置对线路的正常工作是不会产生影响的，一旦雷电击中线路，雷电中将会有强大的过电压出现，并以线路为媒介进入到室内，此时可以第一时间启动避雷装置，确保在短时间内的电阻下降，并实现闪电分流，还有一部分的闪电流泄放进入大地，以确保室内电子电器设备的安全。通常情况下，开展多级分流之前需要结合设备承载能力和实际需要，以将残压降到最低。

（二）拦截

现阶段，在拦截中应用的优化后避雷针主要包括两种，分别是以先导放电为原理的避雷针和抗阻限流为原理的避雷针，前者的主要特点是对电子技术进行利用，以对上行放电进行主动引发，进而降低放电电压和电流幅度，实现对雷击点进行控制，将侧击雷出现的概率降到最低;后者的特点则是可以适当增加阻抗或者感抗值，进而降低电流幅度，减少雷电电磁效应，将因电磁脉冲造成的干扰降到最低。

（三）屏蔽

选用屏蔽技术，需注意以下几方面的内容:①对于结构来说，通常都是选用建筑结构的钢筋作为引下线，其屏蔽效果较好，而机房则不需要另外建造金属屏蔽室，需在楼宇中间的位置处作为机房位置，若是机房设置在楼宇边缘部位，应确保设备与窗口之间有一定的距离，进而降低电磁脉冲辐射;②在设置电线的过程需选择屏蔽电缆，若是缺少屏蔽层，应在金属管道内横穿电缆线，之后则是将地线分别与金属管或屏蔽层进行连接，否则防雷屏蔽效果将会大打折扣。

（四）均压

在设计防雷系统的过程中，应保证建筑物中的管线、各种类型电气设备与引下线之间有一定的安全绝缘距离，避免雷电闪击出现。若是受到环境因素的影响，使得这些设备之间不能保持安全距离，需要连接设备中对应的金属制部件和接地系统;若是金属装置不能连接接地系统，可以利用地电位平衡器进行连接。若是闪电电流通过，建筑物中的金属装置可以始终保持等电位状态，避免出现旁侧闪络放电。

三、接地设计

（一）接地要求

接地技术是防雷工程建设的基础环节，将雷电引入大地的过程，只有确保接地设计良好，才能有效降低引下线电压，避免或者降低雷电反击现象的出现。在进行防雷接地的过程中，需要注意以下几点:①为了确保防雷效果，避免单独设置接地，应将保护接地、直流接地、防雷接地等与共用接地网进行连接;②在互相联结的过程中，需优先进行单点接地，之后则是等电位连接。

（二）环形接地体

1.环形人工基础接地体的原则

环形人工基础接地体的原则:建议优先圆钢直径不宜大于12mm;混凝土电阻率取100m;周长≥60m，按60m 考虑。因此，在建筑物基础防腐层下面的混凝土垫层内敷设40mm×4mm 镀锌扁钢做人工环形基础接地体。

2.引下线处补打接地极

当槽形、板形基础钢筋网在水平面的投影面积或成环的条形基础钢筋或人工环形基础接地体所包围的面积符合下列规定时，可不补加接地体:当土壤电阻率小于或等于800Ω·m 时，所包围的面积应大于或等于79m2;当土壤电阻率大于800Ω·m 且小于或等于3000Ω·m 时，所包围的面积应大于或等于按下式计算的值。

四、防闪电感应措施

（一）等电位联结

依据《GB 50057-2016 建筑物防雷设计规范》，应保证金属线的材料笔直，且不宜过长，尽量没有弯曲，这样才能有较好地疏通电流效果，在引线进行安装的过程中，需确保其牢靠稳固。其交叉处也应跨接(基于一类防雷建筑的参数)。若计算采用二类防雷建筑的参数，计算结果如下:(4)

式中:L——平行管道成环路的长度，取30m;di/dt——流经引下线的雷电流的陡度，根据表F.0.1-3 的参量，取150kA/μs;M——2 根间距300mm 平行管道与引下线之间的互感，取0.0191μH/m;EL——电感电压的空气击穿强度，取3000kV/m。将数据代入式(4)得，d=0.029m。对于第二类防雷建筑物，平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物的净距小于300mm，当雷电发生时，所感应的电压仅可能击穿0.029m 的空气间隙。

（二）网壳照明设备的防闪电电涌措施

1.从配电箱引出的配电线路穿钢管保护，可采用SC 镀锌钢管或KBG 薄壁钢管。安装时需要确保镀锌不会遭到破坏，否则就要在焊接处涂抹柏油。在对接地极进行安装的过程中，应符合设计要求，若是安装过程中缺少相关的指示说明，需保证埋设的接地极深度在 0.6mm 以上。在将接地装置安装完成后，为了随时监测和掌握其运行情况，可设置监测点，以将接地装置的作用充分发挥出来。2.在配电箱内应在开关的电源侧装设I 级试验的SPD，其电压保护水平不应大于2.5kV;当灯具为LED 光源时，其电压保护水平不应大于1.5kV。3.SPD 与最远一只灯具的电气距离不大于10m。

五、限制接触电压及跨步电压

IEC 对防接触电压和跨步电压措施的建议:将人可接触到的防雷引下线部分绝缘，采用阻挡物，提高人体接触电阻，敷设等电位均衡线或采用防雷引下线，减少入地电流，从而把接触电压和跨步电压降低到允许值以下。木结构建筑中建议每一根防雷引下线入地处3m 范围内，地面以下300mm，敷设网格为150mm×150mm、3mm 的铁丝网做等电位均衡线。同时，等电位均衡线以下敷设5cm 厚沥青层或15cm 厚砾石层。

结束语

本文结合实际木结构建筑项目，从防雷分类、防直击雷措施、接地措施和防闪电感应措施等方面介绍了木结构建筑防雷设计，提出电气设备和金属管道与木质构件的安全距离、防火隔离措施等要求，可为类似木结构建筑提供参考。