高层建筑防雷工程设计应注意的问题

1、高层建筑防雷工程设计应注意的问题摘要：高层建筑高度高，内部电子设备多，遭受雷击的概率大，雷击的影响也大大增加，其防雷设计应采用综合防雷的概念，整体考虑外部防雷和内部防雷措施，并结合高层建筑的特点，合理运用接闪、分流、屏蔽、等电位连接、电涌保护等防雷技术。关键词：高层建筑防雷工程设计一、引言高层建筑是指层数较多、高度较高的建筑物，随着我国社会经济的发展，各地的高层建筑不断增加，以中山市为例，十年前，25层以上的建筑物不到十栋，最近十年，25层以上的建筑如雨后春笋般冒了出来，如今已超过100多栋。普通的住宅、办公楼已逐渐向高层建筑发展，可以预见，今后的高层建筑将越来越多。高层建筑高度高，遭受雷击的

2、概率也随高度的增加而增大，高层建筑内往往有大量的电子设备，这些设备抗干扰能力弱，容易受到雷电流的影响，建筑物受到雷击的时候，如果防雷措施不合理，往往造成巨大的损失，本文根据高层建筑防雷设计普遍存在的问题，提出高层建筑防雷设计的意见和方法。二、建筑物雷电防护的基本方法雷击的主要形式有两种：一种称为直击雷，是指雷雨云直接对建筑放电，击毁建筑物并损害其内部的电子设备。二是雷电放电过程中强大的脉冲电流在放电通道周围形成瞬变的电磁场，使邻近的导体产生电磁感应而形成高电压。高电压沿金属管线入侵建筑物以至发生闪击现象，通常称为“感应雷”。根据雷电对建筑物的破坏途径，一般把建筑物的雷电防护分为外部防雷和内部防

3、雷两部分，外部防雷目的是为了防止建筑物及外部设施遭受直接雷电；内部防雷则是为了保护室内人员和设施的安全。外部防雷通常包括接闪器、引下线和接地装置。接闪器包括接闪杆、接闪带和接闪网等，直接安装在被保护的建筑物上或设置在建筑物上面及近旁。接闪器的作用是拦截雷电从而保护建筑物，接闪器的保护范围采用滚球法确定，即以给定半径的球体从地面滚过建筑物，球体只能接触地面和接闪器，而不能触及受保护的建筑物或其他受保护的空间（图1）。图1不同滚球半径的防雷保护滚球的半径hr根据建筑物不同类别区别对待：第一类防雷建筑物：hr=30m，第二类防雷建筑物：hr=45m，第三类防雷建筑物：hr=60m。可见，高度超过30

4、m的第一类防雷建筑物、高度超过45m的第二类防雷建筑物和高度超过60m第三类防雷建筑物，仅在天面安装接闪器还不能保护整栋建筑物，需要在建筑物外围增加防侧击雷措施，防止雷电从侧面袭击。建筑物的防雷引下线的作用是把接闪器拦截到的雷电流引导至接地装置，高层建筑一般利用结构柱内的钢筋作防雷引下线，沿建筑物四周均匀或对称分布，第一类建筑物引下线间距不应大于12m，第二类建筑物引下线间距不应大于18m，第三类建筑物引下线间距不应大于24m。接地装置用于泄放雷电流进入大地，并在引下线之间起等电位的作用，是埋入土壤或混凝土基础中作散流的金属体，现代建筑的接地装置通常采用自然接地体，利用建筑结构中的基础钢筋，包

5、括桩钢筋、承台钢筋、地梁钢筋等焊接连通成一个整体作为接地装置。内部防雷措施包括屏蔽、等电位连接、安装电涌保护器等。现代防雷技术的一个重要概念是防雷区（lpz），根据雷电电磁环境的不同，将建筑物划分为不同的防雷区（lpz），在不同的防雷区的交界面上，电磁环境有明显的变化，lpz的序号越大，其内部的电磁强度也就越小。（图2）图2建筑物雷电防护区（lpz）划分其中lpz0a区是建筑物外部的直击雷区域，该区域内的物体可受直接雷击，并传导全部的雷电流，是暴露区域，雷电产生的电磁场没有衰减；lpz0b区亦在建筑物外部，但区内的各种物体受到接闪器的保护，一般不可能遭受大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，区

6、内的电磁场强度没有得到衰减；lpz1区内的物体不会遭受直接雷击，雷电电磁场强度得到衰减；lpz2区是具有比lpz1区更多屏蔽要求的空间。划分防雷区可以根据不同区内雷电电磁脉冲的强度采取进一步的屏蔽措施，确定等电位连接点的位置，选用和安装不同的电涌保护器，确定电子设备的安全位置。三、高层建筑防雷工程设计应注意的问题1、查阅相关建筑施工图，了解项目的基本概况，进行防雷设计前，要对建筑物有一个总体的了解，查阅相关图纸，必要时还要进行现场勘查：（1）查看总规划平面图，主要了解项目的四置情况和周围的防雷环境；（2）查阅建筑设计说明，了解项目的使用性质、建设规模和结构；（3）查看立面图，对建筑物楼层、高度

7、、造型等形成一个基本的整体认识；（4）对项目所处区域的地理环境、地质条件（土壤电阻率）和雷电活动规律有大概的认识，为设计提供基本的依据。2、确定建筑物的防雷类别依据gb 50057-2010建筑物防雷设计规范对建筑物的分类标准，计算建筑物年预计雷击次数：n = kngae式中n建筑物的预计雷击次数（次/a）；k校正系数，一般k取1.0；ng地面年平均雷击次数次/（km2·a）；ae与建筑物接受相同雷击次数的等效面积（km2）；当建筑物的预计雷击次数均大于0.25次/a，应定为第二类防雷建筑物。3、确定外部防雷措施外部防雷措施是防止雷电直接袭击建筑物，一般在建筑物顶部设置接闪器拦截雷电

8、，实际工程中往往出现建筑装饰与防雷效果的矛盾，防雷设计规范中有利用屋顶女儿墙压顶钢筋作为接闪器（暗敷），这种做法不适合于高层建筑。近年的雷击调查表明，雷击时暗敷接闪器外的水泥块会被击毁坠落造成危险。某一高层建筑天面四周女儿墙用大理石敷面，宽近80cm，而接闪带紧贴女儿墙中央敷设，外沿不能受到保护，一旦发生雷击，碎石可从200多米高空坠落，危及周围的行人和车辆的安全，这样的设计显然是不合理的，高层建筑的防雷接闪器应能保护建筑物外沿，易受雷击部位可结合使用接闪杆，不可采用暗敷接闪器。高层建筑的防侧击雷措施一般采用建筑外墙金属门窗、栏杆接地的方法，对突出墙体不受保护的物体，还应设置接闪器进行保护，具

9、体做法可利用建筑物外围圈梁内钢筋焊接连通，并与所有防雷引下线连通构成均压环，在建筑物外围金属门窗、护栏等地方预留接地端与之连接，均压环宜每层或每二层设计一道，方便金属门窗、护栏接地。通过合理设置防雷引下线，把雷电流均匀地分布在建筑物的外围向大地泄放，引下线的布设应符合规范的要求，并考虑以下因数:（1）引下线应沿建筑物外围均匀布设；（2）建筑物天面转角、易受雷击部位应设置引下线；（3）引下线应以最短路径引至接地装置；（4）引下线应避免接近电梯、线井等位置。建筑物的外部防雷措施对建筑物起到防直接雷击作用外，也是整个综合防雷系统的基础，外部防雷措施布设的接闪器应尽可能捕获击向建筑物的雷电闪击，然后通

10、过分布在建筑物四周的引下线把雷电流引向接地装置，并迅速泄放进入大地，为建筑物内部电子设备的雷电防护提供良好的基础。4、确定内部防雷措施闪电击中防雷设施后，接闪器、引下线附近会产生瞬变电磁场，并在金属导线上产生很高的感应电压，对建筑物内的电子设备带来极大的伤害。屏蔽、等电位连接、安装电涌保护器（spd）是建筑物内部防雷的主要方法。（）屏蔽。高层建筑外部防雷措施把楼层和柱子、剪力墙等建筑物结构钢筋连接成“法拉第笼”并进行接地，对建筑物产生一定的屏蔽，但对电子设备而言，这种保护是不够的，还要对设备及线路进行特别的保护：对进出建筑的线路，应采用铠装电缆或把线路放置在金属槽管内，电子设备机房可以采用金属

11、网格或金属板进行屏蔽。雷击时建筑物的中部、底部电磁环境较好，合理布设线路、机房的位置可提高电子设备的安全。（）等电位连接。在不同雷电防护区的交界面处应做等电位连接，以防止雷电冲击波穿过雷电防护区的界面进入建筑物内。进出高层建筑的管道一般集中在地下室或地面，进行防雷设计时，应认真考虑等电位连接的需要，预留等电位连接端子，地下室的配电房、电梯井、线井，燃气管、水管进出处等位置应预留接地端子做等电位连接，各楼层的线井、电梯井等也应预留等电位接地端子，供楼层接地用。（）电涌保护器（spd）。电涌保护器应安装在建筑物不同防雷区（lpz）界面或设备前端等特定的位置，第一级的安装在线路的入口端，电源系统应设在总配电箱，选用级试验电涌保护器，通信等信号系统设在终端配线箱；电源系统一般应在楼层的分配电箱设第二级，选用级试验电涌保护器，并根据设备的耐压水平确定后续的保护措施。四、结束语高层建筑的内部通常有大量的电气和电