隨著經濟的發(fā)展和城市人口的增長,建筑的高層化和智能化已成為城市發(fā)展的一種趨勢,。由建筑物年預計雷擊次數(shù)公式N=KNgAe(詳見GB50057-94)可知,,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,損失將非常嚴重,后果會不堪設想,??梢姡邔咏ㄖ览紫到y(tǒng)的可靠性極為重要,。
雷電的形成有多種原因,,以負極性下行先導放雷為主。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備上而發(fā)生的機械效應和熱效應,,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,,還有雷電側擊高層建筑的問題,;感應雷,即雷電流產生的電磁效應和靜電效應,;雷電波侵入,,雷電流沿電氣線路和管道引入建筑物內部,危及設備安全,。
在防雷保護設計中,,一般采用三級保護措施:
(1) 將絕大部分雷電流直接引入地下基礎接地裝置泄散;
(2) 阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號線引入的過電壓,;
(3) 限制被保護設備浪涌過電壓幅值,。
2. 高層建筑物的防雷
建筑物防雷系統(tǒng)是由避雷針、避雷網(wǎng)(帶)或混合組成的接閃器,,主體結構的柱,、梁、板鋼筋或外接引下線組成的引下裝置,,及利用基礎自然接地體(樁基,、地梁、承臺或底板鋼筋)或人工接地體組成的接地裝置合成,,整個建筑形成一個法拉第籠,,將雷電流引入大地。以下對高層建筑具體的防雷措施進行探討,。
2.1 接地裝置
現(xiàn)代高層建筑的防雷接地,、電氣設備的保護接地和工作接地都是合在一起的,組成綜合接地系統(tǒng),,接地電阻通常要求小于4Ω(鑒于目前高層建筑智能化設施日益增加,,設計時接地電阻不宜大于1Ω)。因為高層建筑的鋼筋混凝土基礎埋地深,,與大地的接觸面積大,,其接地電阻比一般人工接地所得到電阻低得多,容易滿足上述要求,??紤]到大部分高層建筑的基礎均做了防水處理,致使接地電阻增大,,應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的外邊,,也具有均衡電位的效果,,提高了安全性。某酒店及辦公為一體的高層綜合大樓就是遇到這種情況,,加上大地土壤電阻率偏高,,基礎完工測試接地電阻無法滿足設計要求,后采用上述方法處理,,效果顯著,。在大地土壤電阻率高的地區(qū),當一般做法的聯(lián)合接地體的接地電阻值難以滿足要求時,,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,。
2.2 接閃器
接閃器有避雷針,、避雷帶(網(wǎng))、消雷器等幾種,,采用何種方式應根據(jù)建筑物的造型及避雷效果而定,。目前一般高層建筑較多采用避雷針、明裝避雷帶和暗裝避雷網(wǎng)相結合的方式,,接閃器的布置應符合下面要求,。
建筑物30m以上部分,,每兩層在外圍用扁鋼做暗敷水平避雷帶(可兼做均壓環(huán)及金屬預埋件),;樓頂可利用梁、板內鋼筋相互焊接成尺寸不大于10*10m暗裝避雷網(wǎng),。此外,,高層建筑的屋頂?shù)慕饘倨鞐U、廣告牌,、鋼爬梯,、風冒、透氣管,、水管,、設備等必須與就近的避雷帶、避雷網(wǎng)焊接,。利用不銹鋼欄桿樓梯的上人屋面女兒墻,,可在其下暗敷扁鋼與支架和引下線焊接牢靠,欄桿間和支架也應焊接,。
塔樓頂采用避雷針時,,為了降低避雷針的高度,增強防雷效果,,可采用半導體少長針消雷裝置(一般用于35m以上的建筑)及避雷針,。
2.3 引下線及均壓環(huán)
高層建筑柱主筋和梁板鋼筋可直接利用作為引下線和均壓環(huán),但應注意意引下線,、接地裝置,、均壓環(huán)和接閃器間必須牢固可靠地連接。當建筑物高度超過30m時,,每三層沿建筑物四周設置均壓環(huán),,30m以上外墻欄桿、金屬門窗等較大金屬物通過預埋件與均壓環(huán)或引下線相連,;建筑物內的各種豎向金屬管道每三層要與均壓環(huán)連接一次,,平行或交叉的管道間也應跨接。
高層建筑室外玻璃幕墻、大型復合金屬板及不銹鋼金屬面材的應用增強了建筑的藝術效果,,但同時也對防雷提出了要求,。由于幕墻的面板是裝在金屬龍骨架由支座固定在主體結構預埋件上,支座是與預埋件焊接的,,所以只需將該處的圏梁或柱與支座預埋件,、引下線可靠連接即可滿足要求。
2.4 電氣部分
由于高層建筑在結構上已形成等位體,,雷擊對電氣設備的損害主要是感應雷造成的,。感應雷通過以下途徑入侵:
(1)雷電的地電位反擊電壓通過接地體入侵;
(2)由通信信號線路入侵,;
(3)由交流供電電源線路入侵,。
為防止雷電波侵入,在建筑物內供電線路的各部位逐級安裝電涌保護器,,以消除雷擊過電壓,;進入建筑物的各種線路及金屬管道應全線埋地引入,在入戶端將電纜的金屬外皮,、鋼皮及金屬管道應與接地裝置連接,;進出建筑物的各種金屬管道及電氣設備的接地裝置,應在進出處與防雷接地裝置連接,。
室外安裝有空調主機及其支架的高層住宅,,應在窗洞口下方30 cm~50cm處預先埋設密封性良好的金屬分線盒,盒內敷設鍍鋅扁鐵,。扁鐵的一端與主體內均壓環(huán)或鋼筋引下線焊接,,另一端與帶銅接線端子的10mm2以上的多股導線相連接,待使用時,,將盒子內的導線引出連接到空調室外機及其支架,。
固定在建筑物上的彩燈、航空障礙燈及其它用電設備的線路則采用置于接閃器保護內,、線路外穿鋼管及配電箱裝設過電壓保護器等措施保護,。
3. 結束語
高層建筑的防雷是一個復雜的系統(tǒng)工程,對建筑物的安全使用,,電氣設備的正常運行有著至關重要的作用,,在設計施工中除了嚴格遵守規(guī)范外,還應積極采用可靠的新技術以更有效地消除雷害,。