建筑中防雷接地系统设计[论文]

建筑中防雷接地系统的设计探讨
【摘要】建筑物的防雷对于人员安全以及建筑设备等保护具有重要意义,本文通过分析当前建筑防雷装置出发,提出了高层建筑
防雷系统设计措施,并给出其具体实施措施,为同行提供参考。

【关键词】建筑防雷防雷接地接地系统防雷设计
1 专设避雷带防雷装置缺陷分析
根据建筑防雷设计规范和建筑电气设计技术规程等的规定,一般住宅属三类防雷建筑物。

因此,人们普遍认为,住宅建筑的重要程度、使用性质、雷击可能性大小、雷击所造成后果的严重程度等都不高,所以对住宅建筑的防雷末认真研究。

一般都沿用在屋面上或屋顶的挑檐上或女儿墙上突起设避雷带,沿墙引下外设引下线,离
墙设接地极来防直击雷。

这种防雷方法,当然具有一定的保护范围,并有一定防雷效果,但也存在严重缺陷。

因为使用经验证明,把避雷带设在住宅建筑易受雷击的部位,是有目的的在落雷时,让避雷带
去接闪雷击,表面看来这应该说是正确的,但实际上,住宅建筑易受雷击的部位装上避雷带后,反而使不易受雷击的部位,成了雷闪的
绕击对象。

所以,避雷带的保护范围,实际上不是以个明确的保护区,因此也不能实现有效的防雷保护的。

就避雷带保护装置而言,它本身就是引雷带。

当雷击避雷带时,强大的雷电流通过引下线人地,使整个避雷系统产生高电位,导致避
雷带和引下线对其附近的设施或设备跳火反击,引起火灾甚至人身
伤亡事故,同时,泄人大地的强大雷电流,还在接地带、接地极周围造成小可忽视的跨步电压危害。

由于避雷带一般设于屋顶的桃馅上、突出物上或女儿墙上,带间间距很大——按规程规定,二类防雷建筑物为10mx30m,三类防雷建筑物为10mx(30—40)m;这种接闪器对雷闪提供了直击带间屋面的良好穿透性通路。

从物理的观点来检视,落雷时,将一个也不会击在避雷带上,而会直接击在带间的屋面钢筋网上!要防止雷闪绕过避雷带直击屋面的这种“穿透性”,必须使避雷带的间距,小到接近于建筑的屋面钢筋网尺寸。

但没有这样的实际例子,因为这显然是很不经济的。

即使侥幸没有造成雷闪穿透,由于避雷带防雷系统与住宅建构筑物的金属体没有电气连接,避雷带受到雷击时,住宅建(构)筑物的金属体因强大的雷电流磁场的感应而带广高电位,也会对屋内的设备或人员产生电击,造成财产损失或人员伤亡。

既然进雷带的雷闪穿透性很大,又与住宅建(构)筑物的金属体没有电气连接,那么,一旦落雷时,依靠避雷带保护的住宅建筑,就难幸免雷击或反击。

此时,如果屋面钢筋网到基础钢筋之间的连接点,绑扎得丰靠,形成厂电气连接,那问题就不大了。

但土建施工不是专业的防雷施工,很有可能形不成雷电流的泄放通路,那么落雷一到,危险立见。

避雷带防雷系统是人工专没的防舌装置,接闪器和引下线裸露十外,接地极埋于土壤中,不管怎样防腐,防雷接地装置受到腐蚀是绝对的。

所以其系统装置容易断、脱或增大接地电阻,使其防雷更加不可靠。

2 通过采取金属体作防雷装置设计
现代住宅基本上都是多层或高层建筑,基础一般设地梁,有的设桩基,并用构造柱直通屋顶,每屋设圈梁,屋顶为刚性屋面、刚性挑据或女儿墙,高层住宅一般为框架结构,这样的住宅,是用垂直和水平的钢筋分割包围起来的,也就是被垂直和水平的导线包围起来了。

这实际上一幢楼就形成了一个“法拉第笼”。

如果把这样的法拉第笼的垂直和水平钢筋互相连接成电气通路,那就是实用的法拉第笼了。

这样一旦雷击“法拉第笼”时,整幢件宅都将处于等电位下;而且雷电流泄放于基础深部,其接地电阻低(多层或高层住宅,不管是采用构造性还是框架结构,其基础的并联电阻都小于1欧姆,电位分布均匀、均压效果好,所以其跨步电压的危险性就不足为害了。

雷电流是一种冲击电流,波头时间极短,仅2.6x10-6所以按雷电流波形重复5次放电计算其热效应,按钢筋与混凝土接触的表面积的允许雷电流密度,对温度值要求不超过80℃的混凝土构件,不大于72ka人m2,无温度值要求的不大于87ka／m2。

但是,经验证明,使钢筋体与外表面之间的混凝土层局部破坏的极限冲击电流密度是175ka／m2。

所以,混凝土承受雷电流的能力是足够大的,利用住宅混凝上构件中的钢筋作避雷装置,是足够安全的。

住宅混凝土中钢筋之间的连接,都是采用金属绑扎线固定的。

这样的连接点,从电气角度来检查,显然接触电阻很大。

但是,整幢住宅的混凝土钢筋,是一个并联网络,使许许多多的绑扎点并联在一
起,结果总电阻值很低,且可以保持稳定。

所以,对利用住宅混凝土中的钢筋防雷装置来说,钢筋间用普通绑扎铁线绑扎连接,是足够接闪和导引雷电流的。

当然,如果用焊接,那就更是锦上添花了。

3 住宅建筑金属体作防雷装置设计
《建筑防雷设计规范》、《建筑电气设计技术规程》等规定,19层及以上的住宅建筑物属二类防雷建筑物,低于19层的住宅,为三类防雷建筑物。

对二类防雷建筑物的防直击雷,—般采取在建筑物易受雷击部位装设避雷带作为接闪器。

引下线外设,也可利用建筑物钢筋混凝土中的钢筋。

对三类防雷建筑物的防直击雷,一般在建筑物易受雷击部位装设避雷带或避雷针。

引下线外设,也可利用住宅钢筋混凝土中的钢筋。

规范规定,“金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器”。

通过利用钢筋混凝土屋面板、梁、柱和基础内的钢筋作为引下线时,钢筋混凝土中的钢筋,由于流过雷电流而温度升高,其温度值对丁需要验算疲劳的构件,不宜超过60℃;对于屋架、托架、屋面梁等,不宜超过80℃。

作接地极的建筑钢筋混凝土基础的水泥,应用硅酸盐作基料的,如硅酸盐水泥、矿渣水泥等,周围土壤的含水率不低于4％,基础内的钢筋与混凝土接触的表面积的允许流散雷电流密度、不超过下列数值:对温度值要求不超过80℃的基础,为72ka／m2,对无温度值要求的基础,为87ka／m2。

构件内钢筋的节点,应绑扎或焊接,各构件之间必须连接成电气通路。

规程主要是实践的总结,而不是对实践的限制。

因此,规程对住宅防雷装置的接闪器。

规定一般用避雷带或避雷针,并只规定“宜”利用建筑物混凝土中的钢筋作引下线和接地极。

这当然是对写有上述规定的规程实施以前的住宅防雷的总结和肯定,而绝不是对利用住宅建筑物金属体作防雷装置的进一步发展的制约。

因此,根据前述避雷带防雷方式的缺陷,败当在规程所肯定的成果的基础上,向住宅防直击雷的全面利用其混凝土中的钢筋迈出发展的步子,去不断求得住宅防直击雷的更完善、更经济、更先进、更可靠。

4 金属体作避雷装置设计实施
通过利用住宅的建筑物金属体作防雷装置,就是利用住宅的刚性屋面钢筋网、挑榜钢筋或女儿墙钢筋作接闪器,利用柱、梁钢筋作引下线,利用地梁、基础钢筋作接地装置。

(1)接闪器。

利用住宅的刚性屋面板的钢筋作接n器,房馆为刚性挑据时,刚性挑搪的钢筋必须与刚性屋面的钢筋网和梁、柱的主筋焊接。

当房搪为女儿墙时,若民面设有压顶圈梁以及圈梁与女儿墙压顶之间设有立筋时,女儿墙压顶筋与立筋、立筋与圈梁、圈梁与柱筋均须焊接。

若女儿墙内未设立筋,则必须在女儿墙内每隔18m 设一根10的立筋,并与压顶筋和圈梁筋、柱筋焊接。

(2)引下线。

利用住宅的柱、梁主筋作引下线,除卜端要勺压项圈梁和女儿墙立筋或挑搪筋焊接外,柱主筋的连接若土建采用对焊最好,无此条件,则应用铁线将搭接部分绑扎牢固,并与各层圈梁主筋连接好,下端与地梁主筋或基础筋焊接c若有钢门、钢窗时,各层的钢门、钢窗府用8圆钢与圈梁主筋焊接或与柱主筋焊接。

(3)接地装置。

利用住宅的地梁钢筋、基础钢筋作接地装置,要求地梁主筋勺杆主筋和基础主筋焊接。

5 结语
文章通过结合笔者的工程实践经验,对建筑防雷接地系统装置设计存在的缺陷进行了深入分析,提出当前可采取的防雷装置设计,为同行提供参考借鉴。

参考文献:
[1]柯伟权.高层建筑防雷系统的设计要点及施工探讨[j].中国新技术新产品,2012,(06):95-182.
[2]王功胜.智能建筑防雷系统的设计[j].中国公共安全(综合版),2012,(01):30-31.
[3]杨祖斌.高层建筑的照明、防雷及接地设计[j].冶金矿山设计与建设,2012,(10):28-34.。