高層建筑的防雷接地措施

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陜西省第十一建筑工程公司

    雷電會引起建筑物的損壞、人員傷亡，對電力、電訊等設備造成破壞。雷電的破壞作用歸納起來有兩種：一是直接擊在建筑物上產生熱效作用和電動力作用；二是雷電流產生的靜電感應作用和電磁感應作用以及雷電波侵入作用。高層建筑更易遭受雷擊，加之高層建筑正在向智能化發展，大量電子設備和網絡系統一旦遭受雷擊，損失將很嚴重，所以防雷系統可靠與否是極為重要的。

    高層建筑防雷是依據法拉第籠原理采用籠式防雷系統，就是將建筑物層面避雷網(帶)、引下線和接地裝置三部分聯結成一個整體的鋼鐵大網籠。從防直擊雷、防測擊雷、防雷電感應和防雷電波侵入等方面，綜合考慮接閃功能，、分流影響、均衡電位、屏蔽作用、臺理布線和接地等因素，做到從整體上兼顧建筑物外部防雷和內部防雷等功能，達到安全防雷的目的。

1.建筑構的外部防雷

    高層建筑的外部防雷主要是指防直擊雷和防側擊雷，其作用是保護建筑物本身不遭受雷擊，主要由接閃器、引下線和接地裝置組成。

    1.1接閃器

    接閃器是防直擊雷接受雷電流的金屬導體，其形式有避雷網(帶)、避雷針、金屬屋面等。避雷網(帶)應沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女兒墻等易受雷擊部位敷設，井按建筑物的防雷等級在整個屋面組成不同尺寸要求的網格。

    根據雷擊建筑物部位的規律，在建筑物上裝設避雷針(網、帶)，就能可靠吸引強雷和弱雷。屋面避雷網(帶)一般采用熱鍍鋅的圓鋼或扁鋼及熱鍍鋅件，敷設應平正順直、固定可靠，搭接長度應滿足規范要求。避雷網(帶) 在經過沉降縫或伸縮時應做煨彎補償處理，避雷帶在女兒墻敷設時，一般敷設在女兒墻的中間，當女兒墻寬度較大時，應將避雷帶移向女兒墻的外側處為宣，因為女兒墻的外沿易受雷擊。

    現代高層建筑中也有屋面上利用金屬欄桿做避雷網(帶)，其材質主要采用鋼管或不銹鋼管，鋼管的壁厚應不小于2 5mm，鋼管直線段對接，轉角等部位應采用圓鋼或角鋼搭接焊，搭接長度應滿足規范要求，欄桿必須與引下線可靠接通。

    突出屋面的金屬物體不裝接閃器，但應和屋面防雷網(帶)相連；在屋面接閃器保護范圍之外的非金屬物體應裝接閃器，并與屋面防雷裝置相連。由于高層建筑露天設備較多，如冷卻塔、衛星接收器、航空障礙燈、排煙1：3、廣告牌及與這些設備相關的金屬管道等，因此屋面所有金屬構件管道都應與避雷裝置連接。這些設各與構筑物若不在接閃器保護范圍的．應局部加設避雷針或避雷帶。例如，建筑屋頂上有一冷卻塔．需要防雷保護，首先采用避雷網(帶)保護屋面，然后將屋面作為地面，用滾球法確定避雷針的高度。

    1.2引下線

    引下線的作用是將避雷網(帶)與接地裝置連接在一起，使雷電流構成通路，通常利用主體結構的柱主筋或剪力墻中鋼筋作暗裝引下線。引下線的數量及布置直接影響分流效果。引下線數量多且間距較小時，雷電流在局部區域分布也就較均勻，引下線上電壓降減小，反擊危也相應減少。引下線應沿建筑物四周均勻或對稱布置，其間距不應大于規范的要求，應盡可能增加引下線的數量，適當減少引下線間距。由于高層建筑物引下線很長，雷電流的電感應壓降很大．需要在每隔一定的高度處用均壓環將各條}f下線在同一高度連接起來，并接到同一高度的屋內金屬物體上，以減小其間的電位差，避免發生反擊。均壓環通常利用圈梁兩主筋焊通成閉合回路。高層建筑引下線必須保證全長焊通，為避免接錯鋼筋，同一柱內引下線不宜小于兩根主筋，主筋截面不應小于16mm,鋼筋連接處應采用搭接焊，搭焊倍數為圓鋼直徑的6倍，雙面焊，焊縫飽滿、平整，以減少接觸電阻。

    1.3接地裝置

    接地裝置包括接地和接地線。接地裝置的優劣與接地電阻和接地方有關。為便于與各種入戶金屬管道相連，降低跨步電壓，建筑物防雷接地一般采用周圈式接地。防雷接地應盡量利用自然接地體作為接地裝置，只要基礎采用硅酸鹽水泥和周圍土壤的含水量不低于4％，基礎外表面無防腐層或有瀝青材質的防腐層時，可利用基礎內鋼筋作接地裝置．否則應加設人工接地裝置，高層建筑通常利樁基礎、箱形基礎作接地裝置，這些基礎連成的接網有較大的電容，其沖擊抗很小。施工中通常將樁基的拋頭鋼筋與承臺板主筋焊接，并與承臺上作為引下線的柱主鋼筋焊通，再與整個底板內鋼筋或地梁中的鋼筋互相連通，將樁基主筋與地粱主筋接成一個閉合的水平接網，以形成均壓。由于防雷裝置直接裝在建筑物或筑物上，建筑物防雷接地與電氣設備接地等無法隔離。通常建筑物的防雷接地與電氣設備的接地、微電子設各接地均應連接成統一的接地系統，其共用接地電阻按其中最小值選定。一般要求．接地電阻值小于等于l歐姆。

    1.4防側擊雷

    側面雷擊的保護一般不需專設接閃器，是將窗框架、欄桿、表面裝飾物等較大的金屬物連到建筑物的鋼構架或鋼筋體上進行接地。其次，金屬門窗、欄桿等金屬物利用均壓環就近與防雷裝置連接。通常根據建筑防雷類別，在30m、45m或60m以上，將各層(或隔幾層)圈粱內的周邊主筋焊通，成為均壓環，并與防雷引下線相連，然后將金屬門窗的框架、金屬欄桿、表面裝飾物等較大金屬物與均壓環連接，達到防側擊雷的要求。

    在高層建筑施工中，往往電氣預埋、幕墻、金屬門窗施工不是同一支隊伍．這樣存在交接、配合問題。在主體結構施工中，電氣預埋隊伍進行預埋件的接地連接，而門窗施工隊伍應保證門窗的可靠接地。通常由圈粱主筋引出Φ10圓鋼(或-25×4扁鋼)，圓鋼(或扁鋼)與接地端子板應搭接焊，接地端子板再與固定金屬窗框的鐵板架采用螺栓鎖緊。幕墻主金屬框架與避雷帶或均壓環的連接，一般由建筑裝飾的幕墻旌工單位負責，但土建、裝飾、安裝應積極主動、密切配合。幕墻防雷應保證立柱與立柱、立柱與橫梁之間可靠跨接以及立柱與角碼、角碼與主體結構預埋件與均壓環可靠連接。導線連接應除掉材料表面的保護膜，不同金屬材料連接應采取防電化腐蝕的措施。

    幕墻結構應自上而下與建筑物結構的防雷裝置可靠連接。當幕墻與屋面女兒墻平齊時，其所有金屬主構架必須與避雷帶(網)進行可靠連接，還必須與高層建筑的均壓環進行可靠連接，在幕墻底部亦應與防雷裝置連接。在實際施工中，往往忽略幕墻底部與防雷裝置的連接．這一點應特別注意。

2.建筑物內部防雷

    內部防雷包括防雷電感應，防反擊以及舫雷電波侵入。良好的內部防雷能減少建筑物內的雷電流和所產生的電磁效應，并能防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷電和雷電磁脈沖所造成的危害。內部防雷主要采取等電位聯結、屏蔽等措施。

    2.1等電位聯結

    等電位是用連接導線或過電壓保護器將處在需要防雷空間內的防雷裝置、建筑物的金屬構架、金屬裝置、外來的導體物、電氣和電訊裝置等連接起來。為保證建筑物內部不產生反擊和危險的接觸電壓，跨步電壓，應當使建筑物地面、墻板和金屬管、線路等都處于同一電位，為此鋼筋混凝土建筑物應在各層的適當位置預埋與房屋結構內防雷導體相連的等電位連接板，以便與接地主干線相連。由于電力、電信線路不能直接接到地線上，電涌保護器(SPD)實現了電氣設備、電子設備的等電位聯結。  建筑物等電位聯結干線應從接地裝置有不少于兩處直線連接的接地干線或總等電位箱引出，等電位聯結干線或局部等電位箱間的連接線形成環形網絡，環形網絡應就近與等電位聯結干線或局部等電位箱連接，支線間不應串聯連接。總等電位聯結一般設在地下室或靠近地平面處，將進出建筑物的金屬管道、建筑物鋼筋接地網、所有強弱電電源線、信號線的接地進行聯結。

    高層建筑物內各種金屬導體和管道如金屬門窗、設備的金屬外殼等作等電位連接；電源線、信號線通過電涌保護器實現等電位連接；建筑物各處的均壓環、起到一定電磁屏蔽作用的鋼筋網、各處的電氣以及防雷等電位連接導體形成總等電位聯結，最后與聯合接地系統相連，形成一個理想的“法拉第籠”。

    2.2合理的屏蔽

    建筑物中做屏蔽的主要目的是對微電子設備的防護。對有大量微電子設備房間要采取屏蔽措施，使儀器處于無干擾的環境中。屏蔽的有效性不僅與房間加裝屏蔽網和儀器金屬外殼屏蔽體本身有關，還與微電子設備的電源線和信號線接口的防過電壓、等電位聯結和接地措施有關。

    為了保證非防雷系統的電氣線路在防雷裝置接閃時不受影響，應采用金屬管布線，這樣防止雷電反擊的能力強，對防各種電磁脈沖也具有較好的屏蔽能力。電氣線路的主干線一般集中于高層建筑物的中心部位(其雷電電磁聲強度最弱)，避免靠近做為引下線柱筋的位置．縮小干擾的范圍。穿線鋼管和線槽等都應與各樓層的等電位聯結板和接地母線相連接，達到良好的屏蔽效果。

    用電設各、配電設備、配電線路應采用防雷電波侵入低壓系統的措施，從配電盤引出的線路應穿鋼管，鋼管的一端應與配電盤外殼相連，另一端應與用電設備外殼、保護罩相連，并應就近與屋頂防雷裝置相連。當鋼管因連接設備而中間斷開時應設跨接線，在配電盤內，應在開關電源側與外殼之間裝過電壓保護器。  綜上所述，在高層建筑防雷接地系統的設計和施工中，運用法拉第籠原理，將內部防雷接裝置與外部防雷接地裝置結合起來，綜合考慮接閃、分流、均壓、屏蔽、布線和接地等要素，良好地設計方案和優質的施工．才能真正提高高層建筑防雷的可靠性。

參考文獻：

[1]GB50057--1994，建筑物防雷設計規范

[2]GB50303--2002，建筑電氣工程施工質量驗收規范

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)