高層建筑物防直擊雷避雷帶明敷與暗敷的討論

1、高層建筑物防直擊雷避雷帶明敷與暗敷的討論聶新宇 劉鳳姣（湖南省防雷中心，湖南 長沙，410007）【摘要】 針對高層建筑物的特點,安全性要求高及極易受雷擊的危害方式,通過對其防直擊雷的外部防雷裝置之一的明敷和暗敷避雷帶(接閃器)的討論,提出從建筑物本身和其周邊設(shè)施、人員的安全考慮應(yīng)該明敷避雷帶，從而達到高層建筑物有效防止直擊雷的效果.【關(guān)鍵詞】 高層建筑物 防直擊雷 明敷 暗敷 引言近年來，高層建筑物大量拔地而起，高層建筑物受雷電的危害較大，比一般建筑物遭雷擊的概率要大得多，高層建筑物一旦遭受雷災(zāi)，損失往往非常嚴重，建筑物遭破壞、設(shè)備損壞、人員傷亡等大幾率存在,按照國家的防雷技術(shù)規(guī)范要求,建筑

2、物均安裝了包括接閃器、引下線和接地裝置的外部防雷裝置。避雷帶是現(xiàn)在普遍采用的接閃器,對建筑物的雷電防護起到重要的保護作用，它起著"擋箭牌"的作用,只有正確安裝好接閃器,才能起到快速分流的作用,最大限度保護建筑物免遭直接雷擊。目前避雷帶的使用有明設(shè)和暗敷兩種。下面就分別對高層建筑物明敷和暗敷避雷帶的效果談?wù)勛约阂稽c看法和見解.一、關(guān)于高層建筑物避雷帶明敷：明敷避雷帶作為高層建筑物中常見的防直擊雷的裝置,對于保護高層建筑物避免遭受直接雷擊是積極有效的主要措施.按照<<建筑物防雷設(shè)計規(guī)范>>GB50057-94(下面簡稱“規(guī)范”)附錄二中對具體明確部位的規(guī)

3、定,在建筑物的屋脊、屋角、屋檐、屋檐角、邊沿和女兒墻、屋頂構(gòu)架、飄板、屋面梯屋頂、水池頂四周等所有易受雷擊的部位全部采用敷設(shè)金屬接閃器的方式。屋頂部分的防直擊雷措施,根據(jù)規(guī)范表的規(guī)定(見下表)。布置接閃器時,可單獨或任意組合。由于建筑物高，雷閃擊中建筑物屋頂周邊的雷電流可能會很大。根據(jù)IEC62305第一部分附錄A.4條中, LPS的截取效率取決于雷擊電流參數(shù)的最低值并與滾球半徑有關(guān)。對直接雷電閃擊保護區(qū)的幾何邊界可以用滾球半徑來決定。根據(jù)電氣幾何模型，滾球半徑（與首次短沖擊的峰值相關(guān)。在IEEE一個工作組的報告（傳輸線纜雷擊性能估測，1992）中給出了這個關(guān)系：式中：R滾球半徑（m）I峰值電

4、流（kA）對于已知的滾球半徑r,可以假定,峰值大于對應(yīng)的最小峰值電流I的所有雷閃都會被自然或安裝的接閃器所截收.假定200米高的建筑物，取其高度為保護滾球半徑，根據(jù)以上的關(guān)系反推,它相對應(yīng)的雷電流約為I=(Hr/10)1.54=100.8KA;也就是說在距高層建筑物屋頂周邊200m范圍內(nèi)大于100.8 KA雷電流的雷擊，極大可能將擊到高層建筑物屋頂周邊上，由于明敷避雷帶比女兒墻混凝土表面高出1020cm,以及迎面先導(dǎo)的作用，采用滾球法就可確定明敷設(shè)避雷帶的保護范圍，同時明敷設(shè)避雷帶接閃后由多根引下線及時泄散電流,室內(nèi)設(shè)備上的反擊電壓相對較低,避免高層建筑物遭受直擊和感應(yīng)雷擊.特別是對于高層建筑

5、物女兒墻外沿及女兒墻陽臺屋檐. 因此高層建筑物天面的屋頂周邊和坡屋頂?shù)耐辜共糠址笤O(shè)的避雷帶, 其安裝位置要突出屋頂外沿, 從美觀裝飾的角度也可在層頂周邊裝設(shè)與建筑立面協(xié)調(diào)的金屬欄桿或其它明設(shè)金屬物作好避雷網(wǎng)帶或可以與樓房頂?shù)难b飾結(jié)合起來，可以與房屋的外形較好的配合，即美觀防雷效果又好，特別是大面積的建筑，它的保護范圍大而有效。天面的突出物體不在網(wǎng)帶的保護范圍內(nèi)時, 要安裝單支或多支避雷針進行保護, 做好等電位連接。高層建筑物的避雷帶通常采用鍍鋅圓鋼或其他具有裝飾效果的圓鋼或鋼管制作, 避雷帶的規(guī)格要符合規(guī)范要求, 避雷帶與引下線必須作良好的電氣連通的焊接.二、關(guān)于高層建筑物避雷帶暗敷及幾點不合

6、適的理由： 高層建筑物采用暗敷設(shè)避雷帶，經(jīng)了解,主要有三方面原因:1、有些設(shè)計部門在設(shè)計時要求的;2、開發(fā)商力求建筑物的美觀而要求的;3、有些施工單位出于防腐考慮和施工方便。對建筑物是否安裝暗敷式避雷帶，建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB50057-94并沒有明確肯定或否定。但規(guī)范中第條和3.4.3條規(guī)定中,是否可以理解為接閃器可以做成暗敷的?查閱了國家建筑標準設(shè)計防雷與接地安裝也沒有暗敷避雷帶的安裝做法。 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB50057-94條文說明中第條中,利用屋頂鋼筋做接閃器,其前提是允許屋頂遭雷擊時混凝土?xí)幸恍┧槠撻_以及一小塊防水、保溫層遭破壞。根據(jù)<<建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范

7、>>(GB/T21431-2008)中5.2.2.8條的規(guī)定,當?shù)蛯踊蚨鄬咏ㄖ锢梦蓓斉畠簤?nèi)或防水層內(nèi)、保溫層內(nèi)的鋼筋做暗敷接閃器時，要對該建筑物周圍的環(huán)境進行檢查，防止可能發(fā)生的混凝土碎塊墜落等事故隱患。高層建筑物不應(yīng)利用建筑物女兒墻內(nèi)鋼筋作為暗敷避雷帶。2010年4月,長沙夢潔家紡公司廠房屋面因避雷帶暗敷,造成屋面炮臺的東南角遭雷擊出一個大窟窿.2010年8月17日凌晨4點多，長沙潤沁園小區(qū)上空電閃雷鳴，突然一陣雷聲轟鳴,一幢25層高的住宅屋頂上的西北角的女兒墻(頂層平臺屋面避雷帶為暗敷，且四角未留設(shè)接閃器，)被擊出長約50厘米的口子, 水泥碎塊從天而降，所幸因事發(fā)在凌晨,

8、沒有造成人員傷亡（見下圖）。 高層建筑物屋頂避雷帶敷設(shè)最好不要采用暗敷。首先，暗敷導(dǎo)致避雷帶起不到應(yīng)有的接閃效果（因為暗敷避雷帶的敷設(shè)要求高，防雷2003年第4期刊載的建筑物女兒墻暗式避雷帶敷設(shè)技術(shù)研究一文提出“ 專設(shè)暗敷避雷帶與其下壓頂鋼筋綁扎或焊接一起, 暗敷厚度2cm”）造成雷擊屋頂時導(dǎo)致避雷帶覆蓋層混凝土的炸裂，,造成局部保溫、防水層的破壞，同時因雷閃擊中屋頂周邊結(jié)構(gòu)鋼筋時,鋼筋表面的小塊混凝土落到地面的動量將比從低層建筑物落到地面的動量大許多,從而引起高空墜物傷人傷物,導(dǎo)致引發(fā)二次事故,其后果不堪設(shè)想。其次，暗敷將增加雷電流通道的介質(zhì)常數(shù)，造成側(cè)閃發(fā)生或其它問題發(fā)生，包括雷電流強行沿

9、暗敷的避雷帶入地，則發(fā)生女兒墻的墻體損壞！再次,當建筑物暗敷避雷帶時，即使在建筑物雷擊率最高部分加裝避雷短針，但是因雷擊的不確定性，避雷短針的數(shù)量、高度決定了它的保護范圍，過多或過高不如安裝避雷帶，過少或過低作用不大。最后, 暗敷避雷帶保護范圍不足。目前在中國的防雷市場上廣泛使用的提前放電避雷針, 其宣傳資料稱提前放電避雷針發(fā)出來的上行先導(dǎo)可以提前行至離避雷針數(shù)十米甚至上百米處與雷云的下行先導(dǎo)接閃, 從而擴大了接閃器的保護范圍?？梢? 提前放電避雷針作用類似于提高了避雷針的高度, 因此擴大了保護范圍。而且對于提前放電避雷針功效還有待驗證。由提前放電避雷針的保護范圍功效深入考慮暗敷避雷帶, 如果

10、暗敷避雷帶能保護的到與之等高的物體, 只能說明暗敷避雷帶具有提前放電避雷針的功能, 但卻與國家標準相違背。因此高層建筑物屋頂結(jié)構(gòu)鋼筋宜與防雷裝置連接,作為屏蔽和后備接閃器之用。三、暗敷避雷帶不是接閃器本人認為暗敷避雷帶不是接閃器, 而是引下線, 其理由主要是根據(jù)建筑物防雷設(shè)計規(guī)范附錄八的名詞解釋:接閃器是直接截受雷擊的避雷針、避雷帶線、避雷網(wǎng), 以及用作接閃的金屬屋面和金屬構(gòu)件等。從條文可以看出, 接閃器是直接截受雷電的, 而暗敷避雷帶從保護范圍來看并不能保護到屋角屋檐, 眾多的雷擊事例也說明雷電都是擊在混凝土上而不是直接擊在暗敷避雷帶上, 裝設(shè)暗敷避雷帶的作用充其量只是減輕雷擊造成的混凝土崩塌的危害, 雷電擊中混凝土后, 一部分能量轉(zhuǎn)換為熱能和機械能, 而另一部分能量還是以電能的形式通過暗敷避雷帶導(dǎo)入地下, 暗敷避雷帶沒有直接接閃, 但參與了雷電流的泄流, 這不是引下線功能么？四、結(jié)論 因此,從國家強制性的技術(shù)規(guī)范、高層建筑物避雷帶暗敷的后備接閃作用、高層建筑物避雷帶暗敷本身存在的雷擊隱患和引發(fā)的多起雷擊事故來看,我們還是提倡高層建筑物都應(yīng)該采用明敷避雷帶。這樣做就不會引起一些不必要的麻煩,能更好地減少建筑物遭受雷擊的損壞,更有效地保護生命和財產(chǎn)的安全。參考文獻:1 <&l