淺談城市高層建筑雷電的防護措施

淺談城市高層建筑雷電的防護措施

摘要：伴隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市化進程的不斷加快，城市土地資源也越來越稀缺，人們的生存空間不斷被壓縮，為了拓展人類的生存空間，也為了展示自身實力，建筑的高層化和智能化已成為城市發(fā)展的一種趨勢，但是高層建筑比一般建筑遭雷擊的概率要大得多，而一旦遭受雷災(zāi)，損失將非常嚴(yán)重，后果會不堪設(shè)想。本文主要分析了雷電的形成及防雷特點，重點闡述了高層建筑的雷電防護措施。

關(guān)鍵字：高層建筑；雷擊；防雷技術(shù)

一、雷電形成的原因及種類

雷電的形成有多種原因，以負(fù)極性下行先導(dǎo)放雷為主。一般來說雷電的破壞形式有三類：直擊雷，即雷直接擊在建筑物和設(shè)備上而發(fā)生的機械效應(yīng)和熱效應(yīng)，一般建筑物易受直擊雷的部位多為屋檐、屋脊、屋角、檐角、女兒墻，還有雷電側(cè)擊高層建筑的問題；感應(yīng)雷，即雷電流產(chǎn)生的電磁效應(yīng)和靜電效應(yīng)；感應(yīng)雷也稱為雷電感應(yīng)或感應(yīng)過電壓。它分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。一種是指當(dāng)雷云來臨時地面上的一切物體，尤其是導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)，都聚集起大量的雷電極性相反的束縛電荷，在雷云對地或?qū)α硪焕自崎W擊放電后，云中的電荷就變成了自由電荷，從而產(chǎn)生出很高的靜電電壓（感應(yīng)電壓）其過電壓幅值可達到幾萬到幾十萬伏，這種過電壓往往會造成建筑物內(nèi)的導(dǎo)線，接地不良的金屬物導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電而引起電火花，從而引起火災(zāi)、爆炸、危及人身安全或?qū)╇娤到y(tǒng)造成的危害。另一種情況是，在雷電閃擊時，由于雷電流的變化率大而在雷電流的通道附近就形成了一個很強的感應(yīng)電磁場，對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成干擾、破壞，又或者使周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生大量的熱而引起火災(zāi)。雷電波侵入，雷電流沿電氣線路和管道引入建筑物內(nèi)部，危及人身和設(shè)備安全。

二、高層建筑防雷的特點

高層建筑通常是指10層及10層以上的住宅建筑或其它高度超過24m的公共建筑。這些建筑物有以下兩個特點：高度高，容易遭受直接雷擊，特別是高度超過100m時，預(yù)計遭受的雷擊次數(shù)與它的高度成正比，高層建筑也是人員密集的場所，建筑物內(nèi)配置的設(shè)備多且復(fù)雜，特別是廣泛采用集成電路為核心電子計算機之類的電子設(shè)備，這些設(shè)備的元器件集成度高，耐沖擊電壓，電磁脈沖干擾能力差，一旦遭受破壞，不僅造成的直接經(jīng)濟損失大，而且由此產(chǎn)生的社會影響也大。高層建筑的防雷，不僅要做好直擊雷的防護，還要做好雷電波的侵入，雷電感應(yīng)、地電位反擊等方面的防護措施。隨著國民經(jīng)濟的告訴發(fā)展，城市中高層建筑拔地而起，搞好高層建筑的防雷，把雷電造成的損失減少到最低限度，顯得更加重要。

三、高層建筑的防雷裝置

防雷裝置是用于減少閃擊擊于建(構(gòu))筑物上或建(構(gòu))筑物附近造成的物質(zhì)性損害和人身傷亡，由外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置組成。外部防雷裝置主要有以下幾部分組成：接地裝置、引下線及接閃器。1）接地裝置。接地裝置是指埋設(shè)在地下的接地電極與由該接地電極到設(shè)備之間的連接導(dǎo)線的總稱，接地裝置主要包括接地體和接地引線。高層建筑接地多利用基礎(chǔ)自然接地，采取基礎(chǔ)筏板鋼筋與人工接地體等接地裝置組合方式?？紤]到大部分高層建筑的基礎(chǔ)均做了防水處理，致使接地電阻增大，應(yīng)盡量在建筑物周邊做圈式接地，周圈式接地可避開防水處理層，同時由于接地體埋在基礎(chǔ)的外邊，也具有均衡電位的效果，提高了安全性。當(dāng)大地土壤電阻率偏高，一般做法的聯(lián)合接地體的接地電阻值無法滿足設(shè)計要求時，可以采用向外延伸接地體、改良土壤（換土、采用降阻劑）、深埋電極以及外引等方式，以滿足設(shè)計要求。2）引下線。引下線是將接閃桿接受的雷電流引向地下裝置的導(dǎo)線體。高層建筑柱主筋和梁板鋼筋可直接利用作為引下線，但應(yīng)注意意引下線、接地裝置和接閃器間必須牢固可靠地連接。引下線間距為當(dāng)建筑物高度超過30m時，每三層沿建筑物四周設(shè)置均壓環(huán)，30m以上外墻欄桿、金屬門窗等較大金屬物通過預(yù)埋件引下線相連；高層建筑室外玻璃幕墻、大型復(fù)合金屬板及不銹鋼金屬面材的應(yīng)用增強了建筑的藝術(shù)效果，但同時也對防雷提出了要求。3）接閃器。接閃器位于防雷裝置的頂部，其作用是利用其高出被保護物的突出地位把雷電引向自身，承接直擊雷放電。由攔截閃擊的接閃桿、接閃帶、接閃線、接閃網(wǎng)以及金屬屋面、金屬構(gòu)件等組成。采用何種方式應(yīng)根據(jù)建筑物的造型及避雷效果而定。

四、城市高層建筑物防雷分類及防雷措施

4.1城市高層建筑物的防雷分類。城市高層建筑利用現(xiàn)代雷電探測技術(shù)新進展，根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》gb50057-2010，結(jié)合高層建筑人口密度大、智能化水平高、空間布局復(fù)雜性等特點，考慮其對居民安全的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，經(jīng)科學(xué)合理計算，對于一般性城市民用高層建筑物預(yù)計雷擊次數(shù)一般均大于0.3次/a，因此基本上劃分為第二類以上防雷建筑物。故要依據(jù)具體計算的高層建筑物防雷類別標(biāo)準(zhǔn)，合理科學(xué)布置，城市高層建筑物的雷電綜合防護措施。

4.2雷電綜合防護措施。結(jié)合所處地形、地貌、地理等特點加以科學(xué)合理組合接閃器進行天面、側(cè)面、雷電電磁脈沖波等措施綜合防護。關(guān)于雷電綜合防護措施，可以從雷電流防護系統(tǒng)（lps）和雷電電磁脈沖防護系統(tǒng)（lpms）兩個方面進行描述。1）雷電防護系統(tǒng)（lps）。lps由內(nèi)部lps和外部lps構(gòu)成，外部lps的作用是截收建筑物的直擊雷，將雷電流引導(dǎo)泄放入地；內(nèi)部ｌｐｓ的作用是避免建筑物內(nèi)部出現(xiàn)危險火花。外部lps主要由接閃器、引下線、接地裝置構(gòu)成，保證雷電流能夠迅速完全泄放，一般可采用建筑物的自然構(gòu)件作為外部lps，特殊環(huán)境或要求時應(yīng)考慮分離的外部lps；內(nèi)部lps主要包括等電位聯(lián)結(jié)、間隔距離要求、與外部lps電氣絕緣等措施，以防止外部lps與其它部件之間產(chǎn)生危險火花或高電位差。2）雷電電磁脈沖防護系統(tǒng)（lpms）。對于lemp的防護基于雷電防護區(qū)（lpz）的概念，即將被保護系統(tǒng)的空間劃分為lpz，將需要保護的系統(tǒng)設(shè)備置于完善的防護區(qū)內(nèi)。所采取的措施包括空間屏蔽、設(shè)備定位、合理布線、線纜屏蔽、協(xié)調(diào)配合的spd、等電位聯(lián)結(jié)等。雷擊建筑物或附近地面時在lpz內(nèi)部產(chǎn)生磁場，可采用lpz的空間屏蔽措施減??；電子系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)的感應(yīng)浪涌則可采用空間屏蔽或線纜屏蔽的措施減小；合理布線則要使感應(yīng)回路面積最小，并且不應(yīng)使線路貼近lpz的屏蔽層；設(shè)備定位則要將所保護的系統(tǒng)設(shè)備置于磁場環(huán)境最