多根不等高避雷針在防雷工程中的應(yīng)用

1、多支不等高避雷針在防雷工程中的應(yīng)用作者：高磊2.1現(xiàn)場情況介紹50米，寬15米，屋頂呈雙坡形，有這么一座生產(chǎn)油漆涂料的鋼結(jié)構(gòu)廠房，屋面是彩鋼板。廠房長中間屋脊處高度為 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 buildi ng of workshop該廠房生產(chǎn)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(jù)GB50057-94建筑物防雷設(shè)計(jì)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(yīng)符合下列要求： 金屬板下面有易燃物品時(shí)，其厚度，鐵板不應(yīng)小于4mr”其厚度是不夠的，因?yàn)槿绻?/p>

2、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(jìn)入室內(nèi)，可能點(diǎn)燃或引爆室內(nèi)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(jié)構(gòu)接地良好，因此不需要增設(shè)接地裝置，只需要將接閃器直接連接到鋼架結(jié)構(gòu)上即可。下面是幾種不同的防雷方案，我們將它們進(jìn)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(shè)避雷帶，形成網(wǎng)格。該廠房按照GB50057規(guī)范的規(guī)定屬于第二類防雷建筑，應(yīng)當(dāng)以10mx 7.5m的網(wǎng)格布設(shè)避雷帶，共計(jì)使用避雷帶240米，通過廠房兩邊的鋼架結(jié)構(gòu)接地。避雷帶在屋面上布設(shè)的平面示意圖如圖2-2所示。圖2-2用避雷帶對廠房進(jìn)行保護(hù)Graph

3、2-2 The protecti on of build ing via light ning belt常規(guī)的做法是這樣。但是，這種布設(shè)避雷帶的方法，是不是最經(jīng)濟(jì)最節(jié)省的方法呢？有沒有其它方法，可以在達(dá)到相同防雷效果的前提下，降低工程經(jīng)濟(jì)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(hù)。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(hù)的話，經(jīng)過計(jì)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(jié)構(gòu)上，如圖2-3所示（其計(jì)算過程參考GB5005 94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（2000

4、年版）中附錄四“ 4、矩形布置的四支等高避雷針的保護(hù)范圍”，在此不做贅述）。圖2-3用等高的避雷針對廠房進(jìn)行保護(hù)Graph 2-3 The protect ion of build ing via same-height light ning rods采用這種避雷針的布設(shè)方法，因?yàn)楸芾揍樞枰叱鑫菝嫒锥?，其施工難度較前一個(gè)方案大，經(jīng)濟(jì)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(fēng)險(xiǎn)的原則的。因?yàn)槿绻麖S房內(nèi)有電子信息系統(tǒng)， 這樣高的避雷針，其在引雷入地時(shí)產(chǎn)生的電磁脈沖輻射很容易對其構(gòu)成威脅。所以這

5、種方案是有較大缺 陷的，在實(shí)際工作中很少會(huì)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(shí)，可單獨(dú)或任意組合使用滾球法、避雷網(wǎng)當(dāng) 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(hù)的部位時(shí)，則該部分就得到接閃器的保 護(hù)?！备鶕?jù)這一規(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(jì)算過程我們在 2.5節(jié)中介紹。新的設(shè)計(jì)，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。因?yàn)樵摱提樀拈L度很短，所以可以直接采用扁鋼來

6、制作，接地直接通過廠房的鋼結(jié)構(gòu)接地。其 在屋頂上布設(shè)的平面示意圖如圖2-4所示，其中，點(diǎn)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(jìn)行保護(hù)的示意圖一Graph 2-4 The protectio n of buildi ng via short light ning rods array (1)按照這種方法來布設(shè)避雷帶，所需要耗費(fèi)的避雷帶的數(shù)量為：6 X 15 + 18X 0.5 = 99米，其數(shù)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4.1.1條的規(guī)定：“避雷針宜采用圓鋼或焊

7、接鋼管制成， 其直徑不應(yīng)小于下列數(shù)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(huì)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2-5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(fèi)的材料為：避雷帶：50米；圓鋼：18X 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(jìn)行保護(hù)的示意圖二Graph 2-5 The protectio n of buildi ng via short l

8、ight ning 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(dá)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(jì)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(shí)不會(huì)接閃，造成事故，所以只要根據(jù)滾球法的計(jì)算理論，這個(gè)虛擬的滾球接觸不到彩鋼板，就可以認(rèn)為這個(gè)防雷工 程是安全的。2.5多支不等高避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算為了簡化計(jì)算過程，我們假設(shè)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小塊，這樣就把整個(gè)廠房分成了十個(gè)模塊

9、，每個(gè)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(gè)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(gè)角上各有一支避雷針，高出屋頂0.5米。其示意圖如圖 2 6所示。圖2-6 用來進(jìn)行避雷針保護(hù)范圍計(jì)算的房屋模塊Graph 2-6 The model of the buildi ng for the calculati on of protectio n area of light ning rods到了這里，這個(gè)問題就轉(zhuǎn)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(hù)起來的問題。下面是我們應(yīng)用該軟件進(jìn)行計(jì)算的過程：取上圖2-6所

10、示的模塊左下角的一點(diǎn)作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，則這四支避雷針的針尖坐標(biāo)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(gè)頂點(diǎn)，其頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為（0, 0，5），（ 0，7.5，6），（ 10，7.5，6），（ 10，0，5）。因?yàn)槭嵌?jí)防雷建筑，滾球半徑取45米。模塊的頂面是個(gè)斜坡面，其高度從5米到6米，設(shè)計(jì)保護(hù)高度暫定為 5米。接下來依次將這些參數(shù)輸入該軟件的參數(shù)輸入窗體，如圖2-7所示：活需針秦故輛T 根鍛盂針Q0-0Ts氐56.T-10T. 56.5id0E.tV林慮便用與坦毬燈便用的坐標(biāo)璋榕同的鱉標(biāo)系1'個(gè)也點(diǎn)繞，瑜幾董保尸

11、此皿丙上砰1-3戌的電標(biāo)，000*Ta5107,510逮讀羊輪腐_3炭，保護(hù)離理刖 堆絡(luò)科甑純悔人亢甲tnd如囲QF Sfjrt 忌 j： to u m；EIWl&K- "附屮 ttr".*：* « / r t P lrf*«圖2-7軟件輸入界面Graph 2-7 The in put i nteface of the software輸入完畢后進(jìn)行計(jì)算，如圖 2-8所示，是軟件輸出界面:向上向下向左p Uflihl M.*n(a ,r ,b Ako ,?S ,s) 32( 10 '5 b) 3( io n.5i電10申rto(a ,75

12、 ,65) *i-i(a .0 .S5-) Mbf "_?H3(H) ,75 .65)JCW+tl： 轉(zhuǎn)米11三 Bl 書L#G(5pl.BH .-2.141 i17)|fl!5»T. z三岸十r.“粘6點(diǎn)DOI J 139517: DCF"UTtifrf圖2-8 軟件輸出界面Graph 2-8 The output in terface of the software從圖 2-8 中可見，四支避雷針和被保護(hù)物的范圍都被繪制了出來，得出的結(jié)論是“保護(hù)完全” ，其中 雷擊風(fēng)險(xiǎn)最大的一個(gè)點(diǎn)( 4.96 , 3.81 )，在圖上用藍(lán)色的標(biāo)志標(biāo)了出來，這一點(diǎn)也是避雷針的保護(hù)高度 與被保護(hù)物的頂面高度相差最小的地方，但在這里避雷針的實(shí)際保護(hù)高度比被保護(hù)物的頂面高度仍然高 出了 0.06 米，說明整個(gè)被保護(hù)物都位于這四支避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。 我們的軟件還設(shè)計(jì)了這樣的功能， 用戶可以用鼠標(biāo)對界面中的任何一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)擊，在窗體標(biāo)題欄中會(huì)顯示出該點(diǎn)的安全系數(shù)，供用戶參