高層建筑防雷設(shè)計(jì)與施工方案

高層建筑防雷設(shè)計(jì)與施工方案雷電防護(hù)的基本原理雷電及其它強(qiáng)干擾對通信系統(tǒng)的致?lián)p及由此引起的后果是嚴(yán)重的，雷電防護(hù)將成為必需。雷電由高能的低頻成份與極具滲透性的高頻成份組成。其主要通過兩種形式，一種是通過金屬管線或地線直接傳導(dǎo)雷電致?lián)p設(shè)備；一種是閃電通道及泄流通道的雷電電磁脈沖以各種耦合方式感應(yīng)到金屬管線或地線產(chǎn)生浪涌致?lián)p設(shè)備。絕大部分雷損由這種感應(yīng)而引起。對于電子信息設(shè)備而言，危害主要來自于由雷電引起的雷電電磁脈沖的耦合能量，通過以下三個(gè)通道所產(chǎn)生的瞬態(tài)浪涌。金屬管線通道，如自來水管、電源線、天饋線、信號(hào)線、航空障礙燈引線等產(chǎn)生的浪涌；地線通道，地電們反擊；空間通道，電磁小組的輻射能量。其中金屬管線通道的浪涌和地線通道的地電位反擊是電子信息系統(tǒng)致?lián)p的主要原因，它的最見的致?lián)p形式是在電力線上引起的雷損，所以需作為防擴(kuò)的重點(diǎn)。由于雷電無孔不入地侵襲電子信息系統(tǒng)，雷電防護(hù)將是個(gè)系統(tǒng)工程。雷電防護(hù)的中心內(nèi)容是泄放和均衡.高層建筑物外部防雷設(shè)計(jì)與施工一套完整的防雷裝置包括接閃器、引下線和接地裝置。（1）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(yīng)根據(jù)建筑物的造型及避雷效果而定。目前工般高層建筑較多采用避雷金h明裝避雷帶和暗裝避雷網(wǎng)相結(jié)合的方式，接閃器的布置應(yīng)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(yù)埋件）；樓頂可利用梁、板內(nèi)鋼筋相互焊接成尺寸不大于10水11，m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(fēng)冒、透氣管、水管、設(shè)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(yīng)焊接。塔樓頂采用避雷針時(shí)，為了降低避霄針的高度，增強(qiáng)防雷效果，可采用半導(dǎo)體少長針消雷裝置（一般用于ssm以上的建筑）及避雷針。（2） 引下線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(yīng)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(dāng)建筑物高度超過30m時(shí)，每三層沿建筑物四周設(shè)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(yù)埋件與均壓環(huán)或引下線相連；建筑物內(nèi)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(yīng)跨接。高層建筑室外玻璃幕墻、大型復(fù)合金屬板及不銹鋼金屬面材的應(yīng)用增強(qiáng)了建筑的藝術(shù)效果，但同時(shí)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(jié)構(gòu)預(yù)埋件上，支座是與預(yù)埋件焊接的，所以只需將該處的圈梁或柱與支座（3） 接地裝置接地裝置是接地體和接地線的總和。接地裝置向大地泄放雷電流，限制防雷裝置對地電壓不致過高，是防雷裝置的重要組成部分。除獨(dú)立避雷針外，在接地電阻滿足要求的前提下，防雷接地裝置可以和其他接地裝置共用。防雷接地電阻通常是指沖擊接地電阻。沖擊接地電阻一般不等于工頻接地電阻，這是因?yàn)闃O大的雷電流自接地體流入土壤時(shí)，接地體附近形成很強(qiáng)的電場，擊穿土壤并產(chǎn)生火花，相當(dāng)于增大了接地體的泄放電流面積，減小了接地電阻。沖擊接地電阻一般都小于工頻接地電阻。土壤電阻率越高，雷電流越大，以及接地體和接地線越短，則沖擊接地電阻減小越多。就接地電阻值而言，獨(dú)立避雷針的沖擊接地電阻不宜大于10Q；附設(shè)接閃器每根引下線的沖擊接地電阻不應(yīng)大于10Q。為了防止跨步電壓傷人，防直擊雷的人工接地體距建筑物出入口和人行道不應(yīng)小于3m。避雷器是用來防護(hù)雷電產(chǎn)生的過電壓沿線路侵入變配電所或建筑物內(nèi)，以免危及被保護(hù)設(shè)備的絕緣。避雷器是并聯(lián)在被保護(hù)設(shè)備或設(shè)施上，正常時(shí)處在不導(dǎo)通的狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)雷擊過電壓時(shí)，避雷器的火花間隙就被擊穿，或由高阻變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，使過電壓對地放電，切斷過電壓，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的保護(hù)。過電壓終止后，避雷器迅速恢復(fù)不導(dǎo)通狀態(tài)，使線路恢復(fù)正常工作。避雷器的形式主要有閥型避雷器和管型避雷器，應(yīng)用最多的是閥型避雷器，其中包括金屬氧化物避雷器。（4） 接地電阻測試檢測接地電阻，不僅要檢測建筑物的接地電阻值，還要注意均壓措施、露出地面部分的施工工藝、隱蔽工程施工是否符合規(guī)范要求；測量鋁門窗接地電阻值時(shí)，應(yīng)注意按測量儀器使用說明書有關(guān)事項(xiàng)進(jìn)行，即陰雨天不測；土建基礎(chǔ)周圍水泥砂漿地面較多時(shí)深測；測試導(dǎo)線與鋁門窗夾層處應(yīng)輕輕打磨掉氧化層或噴涂層，選在與防雷引線連接一側(cè)邊框的較隱蔽處。接地電阻測試儀型號(hào)采用zC”B9，儀表必須經(jīng)專業(yè)計(jì)量。在測試前，先將檢流計(jì)的指針調(diào)零，再將倍率標(biāo)準(zhǔn)桿置于最大倍數(shù)，慢搖，同時(shí)調(diào)整測量標(biāo)度盤，使檢流計(jì)為零，加速搖到1zC0r/min左右，再調(diào)到平衡后，讀標(biāo)度盤的刻度，乘倍率就得所測的電阻值。注意電流探針的接線長度為4%o,電位探測的接線長度為20m。（5） 電氣部分由于高層建筑在結(jié)構(gòu)上已形成等位體，雷擊對電氣設(shè)備的損害主要是感應(yīng)雷造成的。感應(yīng)雷通過以下途徑人侵：（1）雷電的地電位反擊電壓通過接地體人侵；（2）由通信信號(hào)線路入侵；（3）由交流供電電源線路人侵。高層建筑內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)（1）等電位聯(lián)接在做等電位連接時(shí)，每層外墻的金屬欄桿、門窗等與均壓環(huán)連通（每一構(gòu)件不少于兩處）；玻璃幕墻的支架、鋼龍骨等（每層、多點(diǎn)）與均壓環(huán)連通成等電位，以防側(cè)擊雷；架空或埋地進(jìn)出建筑物的所有金屬管道、金屬構(gòu)件、電纜金屬外皮及其保護(hù)鋼管等，在迸出建筑物處（通過與由基礎(chǔ)接地主鋼筋網(wǎng)焊接引出的28x20.0x6預(yù)埋鋼板相連通）與防雷接地裝置作等電位聯(lián)結(jié)；各管道井及各電梯井所在處，均由基礎(chǔ)接地主鋼筋網(wǎng)焊接引出-zIOx4鍍鋅扁鋼與金屬管道及電梯導(dǎo)軌作等電位聯(lián)結(jié)；把接閃裝置與梁、板、柱和基礎(chǔ)可靠地焊接、綁扎或搭接在一起，同時(shí)再把各種金屬設(shè)備和金屬管線與之焊接或卡接在一起，使整個(gè)建筑物成為良好的等電位體。（2） 屏蔽設(shè)施屏蔽的主要目的是使建筑物內(nèi)的通信設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)、精密儀器以及自動(dòng)控制系統(tǒng)免遭雷電電磁脈沖的危害?？衫娩撁锘炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋，即建筑物內(nèi)地板、頂板、墻面、及梁、柱內(nèi)的鋼筋，使其構(gòu)成一個(gè)六面體的網(wǎng)籠，即籠式避雷網(wǎng)；當(dāng)鋼筋密度不夠時(shí)，可按各種設(shè)備的不同需要增加網(wǎng)格的密度，從而實(shí)現(xiàn)屏蔽。良好的屏蔽不僅使等電位和分流這兩個(gè)問題迎刃而解，而且對防御雷電電磁脈沖也是最有效的措施。此外，建筑物的整體屏蔽還能防球雷、側(cè)擊和繞擊雷的襲擊。（3） 合理布線為了防止防雷裝置接閃時(shí)電子設(shè)備等管線不受影響，應(yīng)將這些電線穿于金屬管內(nèi)，以^現(xiàn)可靠的屏蔽；線路的主干線的垂直部分設(shè)置在高層建筑物的中心部位，避免靠近用作引下線的柱筋；在管線較長或橋架等設(shè)施較長的路線上，需兩端接地；應(yīng)注意電源線、天線和屋頂高處的彩燈及航空障礙燈等線路的引人做法；還應(yīng)在需要的線路上加裝避雷器、壓敏電阻等浪涌保護(hù)器。（4） 因靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)等高電壓引入的綜合防護(hù)對高壓雷電的第一級(jí)設(shè)防，降低雷電高壓脈沖幅值，應(yīng)輸電網(wǎng)金具接地法，通過光纜高電壓擊穿空氣，并通過金具對地放電；將相線與地線并聯(lián)電容，架空電線引入的地方設(shè)保護(hù)電容器；也可采用變壓器隔離法，讓輸人端的電壓達(dá)到一定值，變壓器達(dá)到磁飽和，失去變壓器的功能。而對電源系統(tǒng)的保護(hù)，應(yīng)使低通濾波器與兩級(jí)壓敏電阻相互配合;或是使用電源避雷器時(shí)，將電源系統(tǒng)的有效值換算成峰值，考慮到電源系統(tǒng)的波動(dòng)，一般為10%；為了考慮避雷器的安全，其本身應(yīng)留出15%的余地。防雷措施雷電種類、建筑物的防雷類別等直接決定了所應(yīng)采取的防雷措施及防雷性能參數(shù)要求。（1）建筑物的防雷類別第一類防雷建筑物是指制造、使用或儲(chǔ)存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量危險(xiǎn)物質(zhì)，遇電火花會(huì)引起爆炸，從而造成巨大破壞或人身傷亡的建筑物。高層建筑不屬于第1類防雷建筑物。第二類防雷建筑包括：國家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物；國家級(jí)的會(huì)堂、辦公樓、檔案館、大型展覽館、國際機(jī)場，國際性通信樞紐、特大，大型火車站、國際港口客運(yùn)站、國賓館、大型旅游建筑和大型體育場等；國家級(jí)計(jì)算中心、通信樞紐，以及對國民經(jīng)濟(jì)有重要意義的裝有大量電子設(shè)備的建筑物；制造、使用和儲(chǔ)存爆炸危險(xiǎn)物質(zhì)，但電火花不易引起爆炸，或不致造成巨大破壞和人身傷亡的建筑物；有爆炸危險(xiǎn)的露天氣罐和油罐；年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.06次的部、省級(jí)辦公樓及其他重要的或人員密集的公共建筑物；年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.3次的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物；高度超過100M的建筑物。第三類防雷建筑物包括：省級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物和省級(jí)檔案館；省級(jí)大型計(jì)算中心和裝有重要電子設(shè)備的建筑物；19層及以上的住宅建筑和高度超過50m的其他民用建筑物；年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于等于0.012次，等于小于0.06次的部、省級(jí)辦公樓及其他重要的或人員密集的公共建筑物；年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于等于0.06次，小于等于0.3次的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物；年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于等于0.06次的一般性工業(yè)建筑物；考慮到雷擊后果和周圍條件等因素，確定需要防雷的21區(qū)、22區(qū)、23區(qū)火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物；年平均雷暴日大于15d/a的地區(qū)，高度為大于或等于15m的煙囪、水塔等孤立高聳的建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d/a的地區(qū)，高度大于或等于20M的煙囪、水塔等孤立高聳的建筑物。上述年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)是表示建筑物遭受雷擊的可能性的參數(shù)，用N表示。建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N按下式計(jì)算：N=0.024KTD1.3AEx10-6式中，K——校正系數(shù)，一般情況下取K=1；TD——年平均雷暴日（d/a）；AE——建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（m2）.4.各種雷電的防護(hù)措施4.1直接雷的防護(hù)對于高層建筑而言，多屬于第二類或第三類防雷建筑物，均應(yīng)采取防直擊雷的防護(hù)措施。直擊雷防護(hù)的主要措施有裝設(shè)避雷針、架空避雷線、避雷網(wǎng)，第二類和第三類防雷建筑物的直擊雷防護(hù)措施，宜采用裝設(shè)在建筑物上的避雷網(wǎng)或避雷針或由其混合組成的接閃器。4.2感應(yīng)雷防護(hù)對于高層建筑屬于第二類防雷建筑物均應(yīng)采取防感應(yīng)雷的防護(hù)措施，主要有兩方面：靜電感應(yīng)防護(hù)。為了防止靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓，應(yīng)將建筑物內(nèi)的設(shè)備、管道、構(gòu)架、鋼屋架、鋼窗、電纜金屬外皮等較大金屬物和突出屋面的放散管、風(fēng)管等金屬物，均應(yīng)與防雷電感應(yīng)的接地裝置相連。對第二類防雷建筑物可就近接至防直擊雷或電氣設(shè)備的保護(hù)接地裝置上，可不另設(shè)接地裝置。電磁感應(yīng)防護(hù)。為了防止電磁感應(yīng)，平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距小于100mm時(shí)，須用金屬線跨接，跨接點(diǎn)之間的距離不應(yīng)超過30m；交叉相距小于100mm時(shí)，交叉處也應(yīng)用金屬線跨接。此外，長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Q時(shí)，連接處也應(yīng)用金屬線跨接。在非腐蝕環(huán)境，對于不少于5根螺栓連接的法蘭盤可不跨接。防電磁感應(yīng)的接地裝置也可與其他接地裝置共用。4.3雷電侵入波防護(hù)屬于第二類和第三類防雷建筑物的高層建筑物均應(yīng)采取防雷電侵入波的防護(hù)措施。屬于雷電侵入波造成的雷害事故很多，在低壓系統(tǒng)，這種事故占總雷害事故的70%以上。就雷電侵入波的防護(hù)而言，隨防雷建筑物類別和線路的形式不同，措施要求也不一樣。主要措施如低壓線路全線采用電纜直接埋地敷設(shè)，在入戶端應(yīng)將電纜的金屬外皮、鋼管接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上；金屬管道，在進(jìn)出建筑物處，與防雷電感應(yīng)的接地裝置