多根不等高避雷針在防雷工程中的應用

1、.多支不等高避雷針保護范圍的計算及其應用- 多支不等高避雷針在防雷工程中的應用 作者：高磊 2.1 現(xiàn)場情況介紹有這么一座生產油漆涂料的鋼結構廠房，屋面是彩鋼板。廠房長50米，寬15米，屋頂呈雙坡形，中間屋脊處高度為6米，兩邊屋檐處高度為5米，其外部形狀如圖2-1所示。 圖2-1 廠房示意圖 Graph 2-1 The building of workshop該廠房生產并貯存油漆涂料等易燃易爆品，其屋面的彩鋼板厚度為0.5毫米。根據GB50057-94建筑物防雷設計規(guī)范（2000年版）中4.1.4條的規(guī)定：“金屬屋面的建筑物宜利用其屋面作為接閃器，并應符合下列要求： 金屬板下面有易燃物品時，其

2、厚度，鐵板不應小于4mm”，其厚度是不夠的，因為如果接閃的話，0.5毫米的彩鋼板很容易被雷電流擊穿，溶化的鋼水進入室內，可能點燃或引爆室內的易燃易爆品，因此需要另外安裝接閃器以代替彩鋼板的屋頂接閃。該廠房的鋼架結構接地良好，因此不需要增設接地裝置，只需要將接閃器直接連接到鋼架結構上即可。下面是幾種不同的防雷方案，我們將它們進行比較：2.2 用避雷帶的防雷方案一般最常規(guī)的做法，是在該廠房屋面上布設避雷帶，形成網格。該廠房按照GB50057規(guī)范的規(guī)定屬于第二類防雷建筑，應當以10m×7.5m的網格布設避雷帶，共計使用避雷帶240米，通過廠房兩邊的鋼架結構接地。避雷帶在屋面上布設的平面示意

3、圖如圖22所示。 圖2-2 用避雷帶對廠房進行保護Graph 2-2 The protection of building via lightning belt常規(guī)的做法是這樣。但是，這種布設避雷帶的方法，是不是最經濟最節(jié)省的方法呢？有沒有其它方法，可以在達到相同防雷效果的前提下，降低工程經濟成本并提高防雷安全度呢？我們再試著探討一下其它的防雷方案，比如說，用等高避雷針來做防護。2.3 用等高避雷針的防雷方案在本文中的例子，如果用等高避雷針來保護的話，經過計算，比較合適的方法是在廠房的四角及兩邊的中間位置分別樹立一支8.4米高的避雷針（包括廠房高度），安裝在廠房的鋼結構上，如圖23所示（其計算

4、過程參考GB5005794建筑物防雷設計規(guī)范（2000年版）中附錄四“4、矩形布置的四支等高避雷針的保護范圍”，在此不做贅述）。 圖2-3 用等高的避雷針對廠房進行保護 Graph 2-3 The protection of building via same-height lightning rods 采用這種避雷針的布設方法，因為避雷針需要高出屋面三米多，其施工難度較前一個方案大，經濟成本相比前一種方案要高；而且這種避雷針使得廠房的最高高度增加了不少（從6米增加到了8.4米），防雷安全度降低，是不符合防雷工程防止或降低雷擊風險的原則的。因為如果廠房內有電子信息系統(tǒng)，這樣高的避雷針，其在引雷

5、入地時產生的電磁脈沖輻射很容易對其構成威脅。所以這種方案是有較大缺陷的，在實際工作中很少會這樣做。2.4 用多支不等高避雷針的防雷方案按照GB50057中5.2.1條的規(guī)定：“布置接閃器時，可單獨或任意組合使用滾球法、避雷網當球體只觸及接閃器，或只觸及接閃器和地面，而不觸及需要保護的部位時，則該部分就得到接閃器的保護?！备鶕@一規(guī)定，我們嘗試使用多支避雷針短針排成的陣列來防雷。其計算過程我們在2.5節(jié)中介紹。新的設計，取消廠房縱向三條50米長的避雷帶，保留橫向六條15米長的避雷帶，然后在每條15米長避雷帶的兩端及中間位置，將制作避雷帶使用的鍍鋅扁鋼向上翹起0.5米，作為避雷短針使用，排成陣列。

6、因為該短針的長度很短，所以可以直接采用扁鋼來制作，接地直接通過廠房的鋼結構接地。其在屋頂上布設的平面示意圖如圖24所示，其中，點劃線段是避雷帶，打叉處是用扁鋼制作的避雷針短針： 圖2-4 用避雷針短針對廠房進行保護的示意圖一 Graph 2-4 The protection of building via short lightning rods array (1) 按照這種方法來布設避雷帶，所需要耗費的避雷帶的數量為： 6×1518×0.599米，其數量只有原來的42，大大降低了工程成本。而且，廠房的最高高度從6米升高為6.5米，也是完全可以接受的?？紤]到GB50057中

7、4.1.1條的規(guī)定：“避雷針宜采用圓鋼或焊接鋼管制成，其直徑不應小于下列數值：針長1m以下：圓鋼為12mm；鋼管為20mm”，最好用12mm的圓鋼制作這18支短針。但即使這樣，其總成本也不會超過原來使用240米避雷帶的一半。還有另外一種做法，只保留廠房長度方向上中間一條50米長的避雷帶，其余避雷帶全部取消，然后在如圖25打叉處的位置上安裝用圓鋼制作的避雷短針。這樣所需要耗費的材料為：避雷帶：50米；圓鋼：18×0.5米9米，成本只有常規(guī)方案的大約四分之一。其平面示意圖如圖25所示：圖2-5 用避雷針短針對廠房進行保護的示意圖二Graph 2-5 The protection of b

8、uilding via short lightning rods array (2) 可見，用避雷針短針和避雷帶組合來防雷，相比普通避雷帶或避雷針在成本上具有較大的優(yōu)勢。但是在具體防雷效果上，是不是也能達到一樣的效果呢？有些同志對此可能心存疑慮，在此我們通過計算來消除他們的疑慮。用避雷帶也好，避雷短針也好，其目的都是為了代替彩鋼板做接閃器，保證其在雷擊時不會接閃，造成事故，所以只要根據滾球法的計算理論，這個虛擬的滾球接觸不到彩鋼板，就可以認為這個防雷工程是安全的。2.5 多支不等高避雷針保護范圍的計算為了簡化計算過程，我們假設先將該廠房沿它的屋脊分成兩部分，再將每一部分沿其長度方向分成均勻的五

9、小塊，這樣就把整個廠房分成了十個模塊，每個模塊的形狀和大小都完全一樣，長10米，寬7.5米，其頂面是個斜坡，高的一條邊，其高度6米，低的一條邊，其高度5米。在模塊頂面的四個角上各有一支避雷針，高出屋頂0.5米。其示意圖如圖26所示。 圖2-6 用來進行避雷針保護范圍計算的房屋模塊Graph 2-6 The model of the building for the calculation of protection area of lightning rods 到了這里，這個問題就轉變成用這屋頂上的四支不等高避雷針是否能把這座屬于第二類防雷建筑的房屋模塊保護起來的問題。下面是我們應用該軟件進行

10、計算的過程：取上圖2-6所示的模塊左下角的一點作為坐標系的原點，則這四支避雷針的針尖坐標分別為（0，0，5.5），（0，7.5，6.5），（10，7.5，6.5），（10，0，5.5），模塊的四個頂點，其頂點坐標分別為（0，0，5），（0，7.5，6），（10，7.5，6），（10，0，5）。因為是二級防雷建筑，滾球半徑取45米。模塊的頂面是個斜坡面，其高度從5米到6米，設計保護高度暫定為5米。接下來依次將這些參數輸入該軟件的參數輸入窗體，如圖27所示： 圖2-7 軟件輸入界面 Graph 2-7 The input interface of the software 輸入完畢后進行計算，如圖

11、28所示，是軟件輸出界面： 圖2-8 軟件輸出界面 Graph 2-8 The output interface of the software 從圖2-8中可見，四支避雷針和被保護物的范圍都被繪制了出來，得出的結論是“保護完全”，其中雷擊風險最大的一個點（4.96 , 3.81），在圖上用藍色的標志標了出來，這一點也是避雷針的保護高度與被保護物的頂面高度相差最小的地方，但在這里避雷針的實際保護高度比被保護物的頂面高度仍然高出了0.06米，說明整個被保護物都位于這四支避雷針的保護范圍之內。我們的軟件還設計了這樣的功能，用戶可以用鼠標對界面中的任何一個點進行點擊，在窗體標題欄中會顯示出該點的安全系數，供用戶參考。采用這種多支不等高的避雷針短針，完全符合