高層智能大廈雷擊機理及防雷設計

第２９卷第１期氣象研究與應用Ｖ０１．２９Ｎｏ．１２００８年３月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＭａｒ．２００８文章編號ｌ１６７３—８４１１（２００８）０１—００６９—０３高層智能大廈雷擊機理及防雷設計林卓宏，田軍利（江門市氣象局，廣東江門５２９０３０）摘要：通過提出高層建筑容易遭受雷擊的問題，分析雷電的危害和雷擊機理針對高層建筑自身的特點，對其進行雷擊風險評估，提出綜合防雷設計，并對幕墻及室外空調機等雷擊敏感點的防雷施工提出合理的解決方案。關鍵詞：高層建筑Ｉ雷擊機理；雷擊風險評估Ｉ幕墻防雷，避雷針保護范圍中圖分類號：Ｐ４２７．３２文獻標識碼：ＡＬｉｇｈｔｎｉｎｇＳｔｒｏｋｅＭｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄＬｉｇｈｔｎｉｎｇＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＨｉｇｈ—－ｒｉｓｅＢｕｉｌｄｉｎｇＬＩＮＺｈｕｏ—ｈｏｎｇ，ＴＩＡＮＪｕｎ—ｌｉ（ＪｉａｎｇｍｅｎＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕＪｉａｎｇｍｅｎＧｕａｎｇｄｏｎｇ５２９０３０）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｈｉｇｈ—ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇｉｓｅａｓｉｌｙｓｕｆｆｅｒｅｄｌｉｇｈｔｉｎｇｓｔｒｏｋｅ，ｔｈｅｈａｒｍｆｕｌｎｅｓｓｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇａｎｄｌｉｇｈｔｎｉｎｇｓｔｒｏｋｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈ—ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｔｈｅｌｉｇｈｔｉｎｇｓｔｒｏｋｅｒｉｓｋｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｌｉｇｈｔｎｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｉｎｇｓｔｒｏｋｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｂｊｅｃｔａｒｅａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｌｉｇｈｔｎｉｎｇｓｔｒｏｋｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｌｉｇｈｔｉｎｇｓｔｒｏｋｅｒｉｓｋｅｖａｌｕａｔｉｏｎｌｉｇｈｔｎｉｎｇｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｇｌａｓｓｃｕｒｔａｉｎｗａｌｌ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｒａｎｇｅｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇｃｏｎｄｕｃｔｏｒ由于全球氣候變暖，大氣環(huán)流形勢出現了新特經整理可得：點，夏季雷暴期延長。而現代化的城市一座座高樓如雨后春筍般拔地而起，造成雷電擊穿空氣的距離Ｊ＝㈥““（１）縮短，因為雷擊的概率與建筑的高度成正比，所以式中：ｈ，——滾球半徑｝Ｊ——與ｈ，相對應的得到保雷擊概率加大。為此對高層建筑防雷設計及施工就護的最小雷電流幅值，即比該電流小的雷電流可能必須提出完善的技術方案。文中針對某高度為１０１ｍ擊到被保護的空間。的酒店主樓防雷設計及施工實際情況，提出高層建而相應防雷裝置電阻電壓降可表示為：筑防雷較完善的設計方案。ＵＲ＝ＪｒＸＲ（２）而電阻電壓降對氣隙擊穿厚度可表示為：１雷電危害的分析出＝Ｌ?。荩遥ǎ常保眰葥衾桌讚魴C理淺析式中：Ｕｎ一雷電流流過防雷裝置時接地裝置上的電當建筑物高度超過滾球半徑的高度時，建筑物阻電壓降（ｋＶ）；Ｅｎ一電阻電壓降的空氣擊穿強度的側面易遭受雷電側擊，因此高層建筑物應采取措（ｋＶ／ｍ）；ｄＲ一雷電流流過防雷裝置時接地裝置上施防側擊雷。通常所說的滾球法是基于以下的雷閃的電阻電壓降空氣擊穿厚度（ｍ）；Ｉ一雷電流電流強模型（電氣一幾何模型）：度（ｋＡ）；Ｒ一防雷裝置的沖擊接地電阻（Ｑ）；ｈｒ＝２１＋３０（１－－ｅ－玉或簡化為：以一１０×Ｉ。瑚為了簡化計算，取空氣的擊穿強度為５００ｋＶ／收稿日期：２００８—０１—１７作者簡介：林卓宏（１９７５一）．男．助理工程師，現主要從事防雷．氣象服務等工作．萬方數據７０氣象研究與應用２９卷ｍ，在該酒店主樓防雷設計是按照第二類建筑物設計，ｈ，為４５ｍ，共用接地系統(tǒng)，故沖擊電阻要求為１．ｏＱ，分別代入（１）一（３）式得到表１的數據。表１雷電流對該樓產生的電阻電壓降及其對氣隙的擊穿厚度從表１可以看出，１０．１ｋＶ的電壓足可擊穿２ｃｍ厚的空氣。而雷電流通道通常可達幾千千伏，混凝土墻的擊穿強度等于空氣擊穿強度，磚墻的擊穿強度為空氣擊穿強度的一半，目前尚未發(fā)現有介電強度比空氣高的建筑材料ｎ］，倘若雷電直接擊在幕墻上后，對型材厚度僅為３－－－３．５ｍｍ幕墻極易被雷電擊穿。如果幕墻立柱沒有散流通道或散流通道太小，不能迅速將雷電流導人大地，就會導致幕墻的炸裂、熔化等機械效應和熱效應的雷害事故，對人的生命安全構成威脅。１．２感應雷的危害感應雷是雷電在雷云之間或雷云對地放電時，在附近的戶外傳輸信號線路、埋地電力線、設備間連接線產生電磁感應并侵入設備，使串聯在線路中間或終端的電子設備遭到損害。感應雷雖然沒有直接雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。感應雷的破壞也稱為二次破壞。雷電流變化梯度很大，會產生強大的交變磁場，使得周圍的金屬構件產生感應電流，這種電流可能向周圍物體放電，如附近有可燃物會引發(fā)火災和爆炸，而感應到正在聯機的導線上就會對設備具有強烈的破壞性。當建筑物防雷裝置接受雷閃時，接閃器和引下線的電位很高，同時，在其附近線路上將感應靜電過電壓，其值可按下式計算：Ｕｉ＝Ｍ×瓦ｄｉ式中：Ｕ，一線路上的感應電壓；Ｍ一與引下線之間的互感系數。由于雷電流變化梯度可達５０ｋＡ／ｐｓ，放電電流可達３００－－－－４００ｋＡ，此時會產生強大的交變磁場，在感應環(huán)路中產生的感應電壓Ｕｉ將遠遠超過電氣設備的安全承受電壓將其擊穿，造成致命的破壞。２高層建筑物的防雷設計原則高層建筑物的防雷設計是一項系統(tǒng)工程。防雷保護措施應作為建筑物的原始設計和施工過程中的一個環(huán)節(jié)，從建筑物的前期準備階段就要重視防雷萬方數據設計工作。２．１雷擊風險評估在進行防雷設計前，要先對該酒店主樓進行建筑物防雷等級評估和建筑物內電子信息系統(tǒng)的防雷等級評估。雷擊風險評估結果為：該酒店主樓為第二類防雷建筑物，雷電防護等級為Ｂ級。２．２等電位連接及屏蔽在連接網絡方面，需要考慮的是等電位連接和屏蔽的效果，為此充分利用建筑物中的已有結構。接閃器除滿足功能要求外還要注意與建筑物的美學相統(tǒng)一，且必須與鋼筋混凝土柱及剪力墻中的鋼筋互相連接。將建筑物內每層的地板、頂板、墻面、梁、柱內的鋼筋焊接成一個整體，使其構成一個六面體的網籠（在本項目的設計中，為增強屏蔽效果，我們要求網格為５ｍ×５ｍ），即籠式避雷網，從而實現對建筑物內電子設備的屏蔽。由于結構構造的不同，墻內和樓板內的鋼筋有疏有密，鋼筋密度不夠時，則應按不同需要增加網格的密度，滿足建筑物的防雷要求。信息系統(tǒng)機房內的金屬部件應采用Ｓ型（星型）結構，且僅以一點（按基準點ＥＲＰ）連接方式并入建筑物的共用接地系統(tǒng)構成等電位連接網絡。２．３直擊雷防護設計因為該樓為第二類防雷建筑物，高度為１０１ｍ，超出國家規(guī)范的滾球保護半徑（４５ｍ），在設計時在充分考慮基點的選擇。在利用女兒墻上設置避雷帶，利用玻璃幕墻的上封口即頂部女兒墻的鋁質蓋板作為滾球的基點，把避雷帶（暫定避雷帶凈高０．１５ｍ）作為無數根避雷短針的集合，根據滾球法的計算對外墻的保護半徑。，．。＝ＪＩｌ?（２?ｈ，－－ｈ）＝０．１５×（２×４５—０．１５）＝３．６８ｍ也就是說只要避雷帶離外墻距離不大于３ｍ就可以完全保護，而實際上設計避雷帶離外墻距離為０．１５ｍ，然后根據主樓美觀特征，在周邊增設６根不１期林卓宏，田軍利：高層智能大廈雷擊機理及防雷設計７１銹鋼立柱，既可以作為裝飾物使用，也作為加強防間的線路長度不宜小于５ｍ，否則應采取相應措施。直擊雷用的避雷針，從而對主樓天面達全保護。電源ＳＰＤ的通流量要求總配電開關處應不小于另外，在主樓頂部設５ｍ×５ｍ的避雷網，突出屋８０ＫＡ（８／２０弘ｓ），在各層配電箱及電梯機房配電箱應面的物體（風機、水泵、冷卻塔、中央空調室外機不小于４０ＫＡ（８／２０ｔ比ｓ）的ＳＰＤ，在重要設備前不小等金屬構筑物）須跟避雷帶等作好充分連接。于１０ＫＡ（８／２０ｔｌｓ）的ＳＰＤ，采用不少于二級的防護２．４側擊雷防護設計措施。且殘壓應滿足設備最低要求。側擊雷防護設計必須達到以下幾個方面的要２．５．２信號ＳＰＤ設計和安裝要求求：信息系統(tǒng)（監(jiān)控、報警、廣播、計算機、通訊、（１）該酒店主樓防雷是按二類防雷建筑物設電視等系統(tǒng)）的線路應安裝信號電涌保護器。信息計，考慮到地處廣東的多雷區(qū)，為了防止側擊雷，在系統(tǒng)機房不宜設計在頂一層和底層。第六層起設均壓帶。在玻璃幕墻安裝過程中，將幕３結束語墻豎向立柱、橫向梁和建筑物防雷網接通，連成一個防雷整體，把玻璃幕墻遭受的巨大雷電能量通過現在，高層建筑防雷設計已遠遠超出傳統(tǒng)的概建筑物的接地裝置迅速釋放，保護幕墻和建筑物免念和范疇，是一項系統(tǒng)工程，如果忽視了任何一個遭雷電破壞。細小的環(huán)節(jié)，都會為以后建筑物的安全使用造成隱（２）玻璃幕墻的上封口即頂部女兒墻的鋁質蓋患。因此，各相關人員應及時溝通、協商，全面考板是雷擊率較高的部位，應將蓋板與女兒墻避雷帶、慮各方面的因素，使防雷工程做到安全可靠、技術引下線相連作為直接接受雷擊的裝置，起到引雷作先進、經濟合理。用的接閃器。其作用是接受雷電流，并把雷電流與參考文獻：建筑物防雷裝置導通送入大地達到避雷作用。［１］楊少杰，等．雷電損害風險評估的方法與實踐［Ｊ］．中國電子商情，２００３，（３８５）：８－１７（３）若建筑物外墻上空調外掛機等金屬物所處Ｅ２７蘇邦禮，崔秉球，等．雷電與避雷工程ｌ－Ｍ，］。廣州中山的高度超過滾球半徑的高度時，該金屬物就易遭受大學出版社，１９９９雷電側擊，因此，空調外掛機必須與防雷裝置可靠［３］張茂華．建筑物消防系統(tǒng)防雷設計ＥＪ］．廣東氣象，連接。否則。當雷電流超過接閃器所保護的最小雷２００７，２９（３）：４５—４６電流幅值時，就易將空調擊穿，同時雷電流還會沿１－４３盧敏．付智斌，陳力．試論接認器的保護范圍及其著電源線傳輸，造成屋內其它電子設備的破壞。應用Ｄ］．江西氣象科技，２００２，２５（２）２．５感應雷防護設計［－５３羅鵬．淺談智能建筑雷電電磁脈沖的防護［Ｊ］．江西氣象科技，２００４，２７（３）２．５．１電源ＳＰＤ設計及安裝要求［６３伍秀蓮，黎梓華．智能大夏接地電阻檢測中應注意的問在總配電開關處應設計ＳＰＤ，各層配電箱及重題口］．廣西氣象，２００６，２７（１）：４５—４７要設備配電箱進線或跨越防雷區(qū)的線路安裝電涌保［７７陳秉華．智能建筑接地技術探討［Ｊ］．廣西氣象，２００５．護器并在防雷區(qū)分界處作等電位連接。安裝的ＳＰＤ２６（３）：３９—４１間距應符合規(guī)范的要求，電壓開關型ＳＰＤ與限壓型Ｅ８３秦貽蘭．淺談智能建筑綜合布線系統(tǒng)防雷技術Ｉ－ｊ，］．廣ＳＰＤ之間的線路長度不宜小于１０ｍ，限壓型ＳＰＤ之西氣象，２００６，增刊Ｉ。３１－３２＿‘｝ｑ｝．｛｝—｝—＊—啊—啦—稍—嘲—＊—材—｛｛—喇—啦—稍—｛．—剞—啪—｛｛－．＿｝卜－｛｝＿＿｛量＿■卜—｝＇｛．－．｛．－＿｛．＿１卜一｛｝叫．＿－｛．＿＿｛量．■ｆ＿１卜ｑ｝－＿｛卜＿｛｝斗卜－｛＋＿＿｛｝－．｛｝＿｛｝＿｛卜１卜呻卜Ｉ‘扣■Ｈ卜一｛．＿—＊（上接第８４頁）者之間，要常交流寫作心得，有借鑒、有交流就會Ｄ］．廣西氣象，２００４，（１）有提高，這樣的慢慢積累，時間一長，自然就會有［２］梁毅進．氣象短信的特色及注意的問題［Ｊ］．廣西氣象，所進步。?？?、勤學、多練、認真細致才能編好氣２００４。（３）象短信。用短信之質、短信之韻，留住用戶，贏得［３］袁麗軍，粟華林．探討氣象短信的發(fā)展之路［Ｊ］．廣西用戶一生的信任。氣象，２００６，２７（３）：４９—５０Ｅ４３羅桂湘．論氣象信息的整合傳播ＥＪ３．廣西氣象，２００６，參考文獻：增刊Ｉ：１１６－１１７［１］劉松，劉世學．廣西氣象短信發(fā)布系統(tǒng)的構建及應用萬方數據高層智能大廈雷擊機理及防雷設計作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次數：林卓宏，田軍利，LINZhuo-hong，TIANJun-li江門市氣象局,廣東,江門,529030氣象研究與應用JOURNALOFMETEOROLOGICALRESEARCHANDAPPLICATION2008,29(1)11次參考文獻(8條)1.楊少杰雷電損害風險評估的方法與實踐2003(385)2.蘇邦禮.崔秉球雷電與避雷工程19993.張茂華建筑物消防系統(tǒng)防雷設計[期刊論文]-廣東氣象2007(03)4.盧敏.付智斌.陳力試論接認器的保護范圍及其應用[期刊論文]-江西氣象科技2002(02)5.羅鵬淺談智能建筑雷電電磁脈沖的防護[期刊論文]-江西氣象科技2004(03)6.伍秀蓮.黎梓華智能大夏接地電阻檢測中應注意的問題[期刊論文]-廣西氣象2006(01)7.陳秉華智能建筑接地技術探討[期刊論文]-廣西氣象2005(03)8.秦貽蘭淺談智能建筑綜合布線系統(tǒng)防雷技