建筑防雷综合论述

建筑防雷综合论述摘要：在人类生存的环境中有许多自然灾害，如地震、暴雨、冰雹、水灾、旱灾、火灾、雷击等等。对此，人们总是想方设法进行防御，或减轻它们所造成的损失。雷击就是严重的自然灾害之一。但就我国而言，过去防雷设计在整个建筑设计中所占的比重很小。电气设计人员不重视，其他专业的设计人员更不重视，但雷击所造成的损失却无法轻视。如1989年山东黄岛油库遭受雷击并引起大火，损失惨重。

关键字：建筑防雷防雷装置安全隔离距离等电位连接前言在人类生存的环境中有许多自然灾害，如地震、暴雨、冰雹、水灾、旱灾、火灾、雷击等等。对此，人们总是想方设法进行防御，或减轻它们所造成的损失。雷击就是严重的自然灾害之一。但就我国而言，过去防雷设计在整个建筑设计中所占的比重很小。电气设计人员不重视，其他专业的设计人员更不重视，但雷击所造成的损失却无法轻视。如1989年山东黄岛油库遭受雷击并引起大火，损失惨重。就防雷历史而言，我国建国初期大多是按照日本的45°～60°保护角确定避雷针的保护范围，用三叉小针铜避雷针、铜引下线和1m×1m铜板作为接地装置。50年代初期，引进苏联技术，采用抛物线或折线计算法，用铁管或镀锌元钢做避雷针，用镀锌元钢做引下线，地下打入3～5m长的镀锌铁管或钢材作接地极，以致现在的避雷带和避雷网均采用镀锌钢筋或扁钢。

80年代以前，我国没有建筑物防雷规范，建筑电气设计人员只能凭自己的认识设计避雷针。自1957年北京市两大雷击事故发生以后，我国大量的古建筑物和群众集中的公共场所才开始安装避雷装置。1957年7月6日明十三陵长陵棱恩殿遭受雷击，劈掉西部吻兽，劈裂两根直径1.17m，高14.3m的大楠木柱子，死一人，伤三人；1957年7月8日中山公园内的一棵大树落雷，雷电流感应至附近的配电线路，然后传到中山公园音乐堂，烧毁了配电室、舞台和观众厅大顶棚。为此，北京市领导召开了紧急会议，决定对北京市重要古建筑物和人员众多的影剧院安装避雷针并指定由笔者负责设计。此后，从天安门开始，到劳动人民文化宫三大殿、景山万春亭、北海公园白塔，以至鼓楼、天坛祈年殿、颐和园排云殿、智慧海、十三陵长陵棱恩殿、明楼、戒台寺等30多处古建筑物和中山公园音乐堂等重要影剧院都相继安装了避雷装置。1957年，笔者将过去积累的雷击事故调查和设计经验进行了总结，写出了“民用建筑物防雷保护”研究报告并且于1958年9月在建工部设计局于武汉召开的“全国电气设计人员交流大会”上，作了报告，发表了防雷观点和设计方法。报告中提出的雷击规律、防雷标准、保护方式、设计要点、屋顶板内钢筋作接闪装置的理论以及详细的设计实例和数十种做法大样得到了与会代表的一致赞同，以后被广泛采用。1958年底，北京市建筑设计院研究室、中国科学院电工研究所和清华大学高压教研室共同成立了“北京建筑物防雷研究小组”。1962年5月出版的《民用建筑物防雷保护》和1980年9月出版的《建筑物防雷设计》就是在笔者1957年研究报告和小组研究成果的基础上写出来的。书中突出的观点是建筑物防雷设计的六项重要因素，即接闪功能、分流影响、屏蔽作用、均衡电位、接地效果和合理布线。现在看来，国内外的标准和规范都离不开这六要素，有的单位还把它们作为设计原则。笼式避雷网和等电位连接早在1958年就在人民大会堂的设计和工作实践中采用了，而国际上戈尔德（G.H.Golde）于1997年才在《雷电》一书（国际名著）中谈到等电位连接的做法，所以我国的防雷研究和实践并不落后。长兄券笔芬者摘主大审动的诞我国国锣第污一崇部土《集建万筑洲物铲防馒雷彻设穴计践规弊范在》衔（网G喜B答J届5名7映－观8洋3俊）吸于乱1蓄9猾8绕3捞年阀1决1龟月岩7崭日裤公缠布霸。攀第洁二宗部油《跟建糖筑罪物疮防补雷撕设花计厦规骂范前》迟（萌G悠B逐5友0候0工5稀7洲－醋9吉4短）呀（藏机拢械攻工旧业鞋部寨设吼计雨研盒究赖院设林量维珠勇巩先回生扒主剂笔葛）描于的1堤9舟9逗4耽年殖4辉月缓1吧8析日我公序布晌。陵该祖部寸规谈范岩吸雨收丈了战许鹊多识国鸦外疗先诊进斧的舒东临西财，因将悲接极闪假器哗保紫护辫范蹈围耽的询计瞒算泡方司法疼改许为当滚矩球庆法胀并逐结炎合抄我宇国及防单雷蓝设给计迁的换实乓际违经淡验估增岸加赠了拼许孟多白新缘条遮款致。布这壶两洁部已规龄范第对勤指躬导携我胡国础建捞筑脱物透防巩雷还设悔计筑起英了欲很桃大允的伟作槽用慰。艰难南7井0晓年止代轰以手前寒，变人蔑们稳听赢到滥的南雷向击庭事崖故令多跪是砌击胞中幅建授筑匪物免或腰大负树辜，追严宜重泰的国造础成蚂了动建果筑览物买烧匠毁竹或刃人返员乔伤功亡疏。搅那忙时画被愚雷岸击绝的青建认筑梁物璃绝晶大毯多牲数帽是合没侵有认安写装既防壁雷裁装绵置禾（最避气雷错针条、泻避腐雷坏带衫或党避秋雷队网平）巴。能现慌在氧听熟到诵的机雷旺击匪事慕故饲相肯对贵少语了丘，克其教原谋因络是辟，嫂六足层子以崖上薯的炼多榆层汗建立筑界物崖和买高遍层冷建铲筑夏物沃都辈安陈装扁了继防乘雷枝装程置悼。摄有幅时删，刑接奉闪粮器纳接救闪滚后果，煮即希使扫是郑微肚电瓜子锋设膝备粱因彩雷光电欢电应磁集脉形冲客感获应示受但损锋，买局刃外间人渡也例不遗知踏道警，扒本所单玻位妻做介些结局洁部跑修道理供也物就黑完钞事筒了尚。用其格实把，蚊现克在加的舍雷言击淡事爪故撑并慕不忌算正少影。搂雷疾击煤建评筑落物秀对循某够一姑栋锣楼公而拍言锻可摊能稍是陆百谎年丝不拍遇到的辈事曲，型但摆防沈雷隔装座置兵接东闪眨则挠是耽较扛常逮见芦的齐，训这盯也遮是娱正拾常的的委。讽惹交接冬闪皱装版置盈接锡闪个后辉，扔建挂筑薄物呆引俱下凝线巴附驰近谋的增设菠备谢会插受兽到蕉雷雪电守流害的昏感桃应凯，狸这疏就迟是伸雷话电武电贤磁蚂脉筝冲戚干贫扰顽。暂9无0亦年兆代率以碗前柿，筋国始际京和善国贴内茫的异规秋范荒都奴没守有乱关役于热雷档电们电笋磁至脉避冲钞的封规暖定浆。吸1葛9交9诉2摩年两国单际筑电征工暮委浪员价会撞建衔筑砖物政防助雷殿专宿委芹会边（德I趴E艳C楼－弹T何C荷/激8纠1椅）圣才篮开的始矛讨牢论鼻这梳个闪问邮题捧。花1先9凑9尊5城年画2非月孙，巩该主机肝构姥发缘布夕了近国节际让标镰准甘《咬雷号电什电浇磁兼脉骨冲哨的没防厉护悦》泰（奔I壮E劲C帅1耳3劳1祝2展－塘1馋.清2容.无3烛）线。哨目恭前读我宅国樱尚秒没什有床类姻似蛋的贤规受定床，侵这词是舟近斥年墓来曲的惧问盛题传。规涂丈随劲着扛电需子暴技请术旋的词飞旅速遍发威展拐，病电榆子纱计胸算核机熟早钞已总步嫁入迫社聚会懒的桥各辅行射各抚业遵。染建算筑宋物疼内笼几凡乎纸无俩不剑设厕有反复添杂德程胳度盼不称同痕的甘微鬼电泼子猫设俩备讯和锁计瞎算秆机弓系倒统债，限民灵用略建骂筑你也条不环例轧外为。啄雷购电售电呼磁田脉轧冲良干咳扰状日饰益洞成晒为夕频三发茂事萄故克。智面坚对钓这萍种居挑货战互，塘设栗计话人构必花须呈转天变万观批念渔，甘把湖雷汇电稻电妖磁到脉旬冲烘防辉护忽当浙作哄防己雷袋设凶计跃的待重社点押。沉这遗不联只阶是鲁电拖气服一孟个残专厌业节的棵事并，厉因不为袋它迫涉闸及痕到穴电绕子流设秒备防的都位塘置庄和邀管谣线黑的忠布纹置锄等守问沙题援。厨各扶个待专梦业沸应璃充童分此协鞭商熟，胆从涛整翻体绝上缘解功决筝防半雷胖设逝计捏上统的泊问择题弓。蛙否枝则评，条建劝筑悼物菜设船计乡得序再苍好皆，屋也进无世法苏正未常维使懒用州。扔葡容研捕究词建掏筑瑞物堤防梦雷泥应财从眯雷懒击姿事亲故型调狡查英入予手培，烘找示出径雷斯击娇规教律沙，扯然桑后弯，张利氧用请雷企击摄模鞋拟驾实俘验蜓，三对同所锅总仰结新的露规补律顾和校所土提帽出罪的樱解提决峡方健案愿予脱以仔验古证处。掠研籍究挽人蒜员附应帐根三据恐科讨技阁的坚发狐展闷，普不肌断肚吸戴收必新碰东舰西椅对薪满坏足针不例断钱变想化朗的液社嘱会眨需谊要腾，央如普计拣算业机吊的土发碎展愿导质致勇的址对认雷岗电柔电脑磁屿脉牧冲嗓防她扩维的稿需问要弯。叔恳莲下羡面淡将鱼对特防毙雷数设历计艘的石基坑本减原纹则团、掉雷粱击赖规导律壤、晌近奶年霞来胀国晃际帖上叠提御出腾的国新嘱概污念苗以姓及鞭随赢着背科滴技要发伏展冬出蚀现声的粘新碧问即题确分场别败予烛以伏论艇述茫。陕1抓．客雷随电喉电楚磁返脉盗冲午甲菌雷似电酿电默磁璃脉浓冲泼（踏L桶i纵g柱h每t形n打i坟n绢g带E雪l言e邻c哥t悼r示o叫m唇a牛g佛n沫e贷t关i握c妈秧P涛u拍l围s楼e样）绣，摄简各称间L仰E舱M而P联，桨是致天巷空谅打急雷光时庄产涛生馆的么作沸为森干骆扰哥源昏的核强连大蓬闪精电逐流止及裕其窄电恳磁轰场德。谦它故的磁感坦应维范映围雷很年大般，浴对臂建竟筑爪物唯、暑人益身香和壁各榴种坛电费气闻设妨备丛及哭管锻线包都土会膊有作不呜同政程河度怠的塌危薄害译。把这瓣种披危攀害加就尼是检雷捧电裕电棚磁水脉毙冲僵所兰产境生奶的密干施扰戚。厚清国建挡筑利物艺内污的夸雷邀电捡电谨磁梅脉怖冲给干月扰州指柴以苗下从三危种其情秆况默：控渴厉（膀1叨）炼天信空师中权雷老电愚波库的孤电扒磁陡辐零射躬对随建驼筑握物尽内款电贱力应线观路梨和苗电灶子曾设帝备编的描电义磁拳干迎扰弱；宇

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5球雷在国际建筑物防雷标准（IEC/TC－81）和我国的《建筑物防雷设计规范》中，均没有对球雷的防护作出规定。在笔者的调查中，北京地区的球雷事故还是不少的，球状闪电约占闪电统计总数的13.7％。尽管国内外科技人员对球状闪电的形成机理尚无一致的观点，但对其性质、状态和危害还是比较清楚的。球雷（即球状闪电）是一种橙色或红色的类似火焰的发光球体，偶尔也有黄色、蓝色或绿色的。大多数火球的直径在10～100cm左右。球雷多在强雷暴时空中普通闪电最频繁的时候出现。球雷通常沿水平方向以1～2m/s的速度上下滚动，有时距地面0.5～1m，有时升起2～3m。它在空中漂游的时间可由几秒到几分钟。球雷常由建筑物的孔洞、烟囱或开着的门窗进入室内，有时也通过不接地的门窗铁丝网进入室内。最常见的是沿大树滚下进入建筑物并伴有嘶嘶声。球雷有时自然爆炸，有时遇到金属管线而爆炸。球雷遇到易燃物质（如木材、纸张、衣物、被褥等）则造成燃烧，遇到可爆炸的气体或液体则造成更大的爆炸。有的球雷会不留痕迹地无声消失，但大多数均伴有爆炸声且响声震耳。爆炸后偶尔有硫磺、臭氧或二氧化碳气味。球雷火球可辐射出大量的热能，因此它的烧伤力比破坏力要大。下面是一个典型的球雷实例：1982年8月16日，钓鱼台迎宾馆两处同时落球雷，均为沿大树滚下的球雷。一处在迎宾馆的东墙边，一名警卫战士当即被击倒，该战士站在2.5m高的警卫室前，距落雷的大树约3m，树高20多米。球雷落下的瞬间，他只感到一个火球距身体很近，随后眼前一黑就倒了。醒来后，除耳聋外并无其他损伤。但该警卫室的混凝土顶板外檐和砖墙墙面被击出几个小洞，室内电灯被打掉，电灯的拉线开关被打坏，电话线被打断，估计均为电磁感应的电动力所致。另一处在迎宾馆院内的东南区，距警卫室约100m，也是沿大树滚下。距树2m处有个木板房（仓库），该房在三棵14～16m高大槐树包围之中，球雷沿东侧的大树滚下后钻窗进屋，窗玻璃外有较密的铁丝网，但没有接地，铁丝网被击穿8个小洞，窗玻璃被击穿两个小洞。球雷烧焦了东侧木板墙和东南房角，烧毁了室内墙上挂的两条自行车内胎，烧坏了该室的胶盖闸，室内的电灯线也被烧断。落雷大树下放有十多盘钢筋、8辆铁推车和6个空汽油桶。这此金属物都是招引雷电的条件。防护球雷并不困难，应该在规范或标准中规定相应的措施。就防护球雷措施而言，最好是笼式避雷网，如果达不到笼式避雷网条件，就在建筑物的门窗上安装金属纱网并接地；堵好建筑物墙面上不必要的孔洞；烟囱与出气管上口均要加装铁丝网并接地；储存或损伤易燃易爆物体的仓库和厂房的烟囱和放气管应加装阻火器并接地。对高大树木下的重要建筑物尤其要采取防护球雷的措施。

6雷击规律认识雷击事故的规律非常重要，只有掌握了规律，防雷设计才能取得良好的效果。在雷雨天，天空的雷云与地面上的物体各带不同的电荷，当电荷积累到一定的程度，就会产生电场畸变而发生落地雷击。但如果地上某处没有足够强大的上行先导，则雷电是不会打到该处的。北京紫禁城内的建筑物落较多，其原因在于：紫禁城周围是护城河，河内现在仍有水；通往护城河的古河道有4条：一条是玉河，它流入护城河的西北角；一条是潮白河的支流，它流入护河的东北角；一条是大通河，它流入护城河的正东部；另一条是潞河的支流，它流入护城河的东南角。故宫内各栋建筑物下的基础均潮湿，过去东南部的水位较高，地下不到2m就能见水，可见故宫院内地下的土壤电阻率相对较低；另外院内又有高大的古树。这些即为易发生雷击的内因，这些内因决定着该地区电场易产生电场畸变，瞬间发生的上行先导容易与雷云的下行阶段先导会合，从而形成落地雷。这就是紫禁城范围内的明显雷击规律。笔者自1954年到1988年在北京地区调查过的建筑物雷击事故共有170多处，其中，因雷击引起火灾的占37.7%，导致人员死亡的占6.9%，致伤的占15.4%，球雷雷击事故占13.7%。现将分析总结得出的北京地区总的雷击规律归纳如下：（1）河、湖、池、沼旁边的建筑物易受雷击。如1961年6月21日颐和园昆明湖东边的文昌阁被雷击掉西房角及坡顶瓦，内部电线被感应烧断；1988年8月6日通县永乐店草厂乡黄厂村北部湖力的茅草房落球雷，击死一人。（2）古河道上的建筑物和河流桥上的构筑物易受雷击。如紫禁城内自1954年至1992年共落雷16次（据文献记载，明、清两代共发生过25次火灾，其中写明为雷击所致的5次，未说明原因的也可能是雷击所致）；1988年8月30日卢沟桥中部北侧石狮子的头被击掉。（3）在潮湿地区以及过去是苇塘或坑洼地带的区域上建造的建筑物易受雷击。如1957年7月31日陶然亭地区建工局一公司工棚（该处过去是苇塘）的收音机天线落雷，墙内铁丝被熔化；1965年7月22日北郊土冷库（即几十栋内装冰块以贮藏食物的平房）的老虎窗被雷电击中起火。（4）在四周大片土壤电阻率高，中间局部土壤电阻率低的环境中或在高、低电阻率分界之处建造的建筑物易受雷击。如1981年8月2日八里庄善家坟公安局仓库西墙外大树落雷，雷电入室打碎5个电警棍盒，盒内33根电警棍被感应烧坏（该仓库的西南两面为稻田）。（5）局部漏雨或局部房角新修缮且十分潮湿的建筑物易受雷击。如十三陵长陵棱恩殿落雷（当时该殿西部房角刚刚修缮且很潮湿）。