浅谈高层建筑的防雷设计

孙寿祥

摘要：伴随着我国社会的飞速发展，建筑物的规模不断增大，建筑物中各种各样的信息化设备愈趋增多，我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件频繁发生，因此，做好高层建筑的防雷设计迫在眉睫。本文重点探讨了高层建筑的内部防雷设计和外部防雷设计要点。

关键词：高层建筑；内部防雷；外部防雷；设计要点

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

最近几年，我国高层建筑如雨后春笋般出现，而且高层建筑内越来越多的装备了各种信息化设备，这些设备耐过电压能力较低，雷电高电压以及雷电电磁脉冲侵入所产生的热效应和电磁效应均会干扰甚至永久性损坏设备乃至整个系统，从而导致高层建筑雷电灾害事故频发[1]。高层建筑防雷主要分为内部防雷和外部防雷两部分，高层建筑综合防雷设计要点，应将内部防雷设计与外部防雷设计进行有机统一，以使高层建筑防雷安全高效。

一、高层建筑内部防雷设计

高层建筑的内部防雷装置主要包括：防反击、防雷电感应和防雷电波侵入等。优良的建筑内部防雷能极大的降低高层建筑物内部雷电流及其所导致的电磁效应,且能最大程度上防止接触电压、反击、跨步电压等二次雷害以及雷电电磁脉冲等所产生的危害。一般来说，高层建筑的内部防雷大多采取屏蔽、等电位联结和装避雷器(过压保护器)等有效措施[2]。

1.1屏蔽设施

屏蔽的主要目的是使高层建筑内部的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲等危害。可利用钢筋混凝土结构内的钢筋，即建筑物内地板、顶板、墙面、及梁、柱内的钢筋，使其构成一个六面体的网笼，即笼式避雷网；当钢筋密度不够时，可按各种设备的不同需要增加网格的密度，从而实现屏蔽。一般来说，屏蔽不仅能解决分流与等电位等问题，还能最大程度上防御雷电电磁脉冲危害。

1.2 等电位联接

等电位联接的主要做法如下：①使每层外墙的门窗和金属栏杆等与均压环连通（确保每一构件大于两处）；②玻璃幕墙的钢龙骨和支架等与均压环连通成等电位防止侧击雷；③架空或埋地进出建筑物的所有金属构件、金属管道、电缆金属外皮及其保护钢管等在进出建筑物处与防雷接地装置作等电位联接；④各管道井及各电梯井所在处，均由基础接地主钢筋网焊接引出一个40×4的镀锌扁钢与金属管道及电梯导轨作等电位联接；⑤把接闪装置与梁板柱和基础可靠地焊接、绑扎或者搭接起来，与此同时，将多种金属管线与金属设备与之卡接或焊接起来，确保整个高层建筑成为优良的等电位体。

1.3 合理布线

现代建筑内拥有照明、动力、电话和电视及各种微机设备的网络线路,当防雷装置接闪时为保证这些非防雷系统的电气线路不受影响,首先应采用穿金属管布线,它对防止雷电反击的能力强,对防各种电磁脉冲也具有较好的屏蔽能力。对雷电流分布及其波形的初步认识,使我们知道在大楼中部雷电电磁场强度最弱,而其外部钢筋柱子附近却最大,所以电气线路的主干线的垂直部分要集中于高层建筑物的中心部位,避免靠近作为引下线柱筋的位置,缩小干扰的范围。穿线钢管和线槽要与各楼层的等电位连接板和接地母线相联接,达到良好的屏蔽效果。有时除了考虑布线的位置和屏蔽外,还需要在线路上加装过电压保护器。所以一定要注意电气设计和防雷设计的协调工作做到统一考虑。

二、高层建筑外部防雷设计

高层建筑的外部防雷主要是指防直击雷和侧击雷,其作用是保护建筑物本身免遭雷击,主要由接闪器、引下线和接地装置组成,即常规的避雷装置。从立面上看主要分为三部分，具体见下图1所示[3]。

图1 高层建筑外部防雷

2.1 接闪器的设计

高层建筑外部防雷大多采用避雷线或避雷针等作为接闪器，其位于高层建筑顶部，主要作用在于引雷或截获闪电，即将引入的雷电流通过优良的接地装置安全迅速的泄入大地。高层建筑接闪器的设计大多采用网格法与滚球法：用一40×4的镀锌扁钢在高层建筑顶部，沿着楼梯间、女儿墙和电梯机房屋顶周边暗敷，且焊接连通成环状以作为避雷连接线，避雷短针和避雷连接线焊接连通以作为防雷接闪器。

2.2 接地装置的设计

接地装置一般位于地下一定深度之处，其作用主要是将雷电流流散至大地中去。各种建筑物的接地装置不尽相同，按照相关规范，钢筋混凝土结构的建筑物应利用基础内部的钢筋作为接地装置。当规范中规定的条件不能满足或者基础包裹于防水卷材层内部时，可做周圈式的接地装置，但务必将周圈式的接地装置预先埋在基础槽最外边以远离建筑物3m以外；而对木结构或者砖混结构建筑物而言，则务必做独立引下线且采取独立的接地方式；如果土壤电阻率较大，且使用的接地极较多时也可做周圈式的接地装置，以降低接地装置的冲击阻抗，从而改善高层建内部的地电位分布，降低跨步电压；当采用独立式的接地方式时，则以钻孔深埋接地极效果最佳（接地极可采取2～3mm厚，0.25m左右长的铜板，再用编织扁铜线把各接地极连接起来）。

2.3 引下线的设计

引下线应当上连接接闪器，下连接接地装置，中间和各层均压环均相互焊接连通，其主要作用是将接闪器截获的雷电流引至接地装置。在设计切忌注意引下线要尽可能短，并最大程度上利用高层建筑物内四个角的主筋以作为引下线；而在30 m以上的部位，每隔两层沿高层建筑物周边敷设一道水平避雷带和每根引下线相焊接；如果引下线较长，则务必在高层建筑中间部位提高均压环以减小引下线电感电压降；高层建筑30m以上部分的金属门窗、金属栏杆、金属构件以及较大金属装饰件则均应当与防雷装置相连接，实际施工时，把引下线与楼层主梁连接，由主梁和圈梁的钢筋引出到预埋件，然后，把预埋件焊一条和金属门窗连接起来。

三、结论

高层建筑防雷设计包括外部防雷设计和内部防雷设计,两者缺一不可。防雷工程是一项系统工程,其系统由接闪、分流、均压、屏蔽、布线和接地六要素组成,建筑物的防雷设计必须将外部防雷装置和内部防雷装置作为整体统一考虑。只有这样才能提高建筑物防雷的可靠性。

参考文献：

[1]何莹. 高层建筑物的防雷保护[J]. 辽宁建材. 2008(05).

[2]周毅. 高层建筑的防雷设计与施工[J]. 中国高新技术企业. 2010(15).

[3]柴刚. 高层建筑综合防雷电技术措施[J]. 科技资讯. 2010(10) .