高层建筑防雷技术探讨

摘要：本文阐述了雷电活动的基本规律，探讨了高层建筑的特点及高层建筑防雷设计及高层建筑基础接地体的应用，供大家参考。

关键词：高层建筑；防雷设计；探讨

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

近年来，高层建筑越来越多，加上高层建筑正在向智能化发展，特别是现代家电器具日趋增多，大量电子设备和网络系统一旦遭受雷击，损失将很严重，这些对建筑防雷都带来不利影响，也为雷电防护提出了大量新的问题。我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备及雷击事件时有发生，防雷系统可靠与否极为重要，因此建筑物的防雷设计与施工就显得尤为重要。

1 雷电活动的基本规律

雷电活动的强弱通常是由平均雷暴日来表示，它的活动强度是因地区而异的。我国年平均雷暴日大致可分为四个区域：西部地区年平均雷暴日一般在15天以下；长江以北地区年平均雷暴日一般在15～40天之间；长江以南地区年平均雷暴日可超过80天；海南省是我国雷电活动最强烈的地区，年平均雷暴日高达120～130天。所谓雷暴，定义为积雨云、云中、云间或云地之间产生的放电现象，表现为闪电兼有雷电，有时亦可只闻雷声而不见闪电。就地区活动规律来看，雷电活动是自北向南逐渐加强的。就广东省情况来看，过去30年，广东省雷暴日每年都保持在80天左右，雷暴持续的时间之长堪居全国之首。对比山区、平原、海岛及海边的雷暴情况，根据气象资料对雷暴和雷害事故多年的统计数字表明：山区﹥平原﹥海岛及海边。在山区、雷击部位的累计率规律一般是山脚﹥山坡﹥山顶。单就一个建筑物来看，屋角与檐角的雷击率最高。而屋脊与屋檐的雷击率则与屋坡度有关，坡度越大，屋脊的雷击率也越大，而屋檐的雷击率则越小。

N=K*Ng*Ae

建筑物年预计雷击次数

（K：校正系数，Ng雷击大地密度，Ae建筑物截收相同雷击次数的等效面积）

2 高层建筑的特点及高层建筑防雷设计

资料表明，雷云的最低高度一般在距地面20米以上，就50～100米高层建筑而言，不但其顶部高耸入云，而且其中部也深入雷云之中。因此，要使高层建筑免遭雷击，不但高处设防，侧面雷击也不可忽视。根据高层建筑结构特点，其基础是向下纵伸，内部有大量钢筋。这就给防雷设计创造了有利条件，可直接用作避雷网带、引下线、接地装置。当建筑物顶部防雷装置落雷时，大量的电荷将沿着防雷引下线，并通过防雷接地装置流入地中。雷电流最大峰值可达200千安以上，而其延续时间仅几十微秒。此时，将在防雷引下线的电感与电阻和接地装置的电阻上，产生很大的电压降。经理论计算与模拟量可以验证，在引下线上每米电位差可达一万伏以上。当建筑物高度超过100米时，顶部防雷装置同接地装置之间的电位差可达100万伏以上，容易引起引下线和与其相连的金属部件，同与其相邻的金属体之间产生反击放电。与此同时，强大而波形陡度很大的雷电流通过引下线时，对其周围导体能产生电磁感应。在这种情况下，非屏蔽的导体接近防雷引下线时便容易引起高电位，对导体反击放电而导致绝缘击穿。若是采用有屏蔽层的导线（如铁管穿线），并将此屏蔽层同防雷引下线实行等电位连接。当雷电流分流通过此屏蔽层时，将会在屏蔽层内的导体上感应出互感电势，其数值正好等于屏蔽层上的电压降，只要屏蔽层同导体的一端是等电位连接的，便可使导线绝缘两侧电位差正好等于零，从而使绝缘免遭击穿。故高层建筑物内电气线路应采用铁管配线。如果采用电缆，则宜采用有屏蔽的电缆，或将电缆敷设在封闭的金属线槽内。除有特殊要求的接地外，各种接地应与防雷接地共用接地装置。在高层防雷设计中，由于雷电流的散流途径长，从接闪器到引下线到接地装置的电位梯度大。因此为了均衡电位，降低电位梯度，应对高层建筑30米以上部分，应每隔一层设均压环。将引下线与水平层内的圈梁内的钢筋结成闭合通路。同时还须将建筑物内的钢筋砼结构中全部钢筋连接成统一的导电系统，即构成一个大的法拉第笼，再接到接地装置上，便可构成一个安全可靠的暗装笼式防雷网，这个防雷网对雷电来说，就可以起到均压和屏蔽作用。

高层建筑防雷接线简图

3 高层建筑基础接地体的应用

3.1 在建筑物基础接地体的应用中，存在着各种不同的看法：有些人认为，在基础内的钢筋被砼包住，就不可能与大地导通，这样怎么能够起到接地体的作用呢？事实上，干燥的砼是很好的绝缘体。而含有水分的砼却又是另一种情况。在制造钢筋砼基础的过程中，硅酸盐水泥和水互相作用，干涸后，砼中存在着许多细小的分支毛细管，基础的钢筋砼与含水分的土壤接触时，毛细管将水分吸到砼里，使砼保持较高的含水量，因而降低了砼的电阻率。从砼的电阻率实测值数据可以看出，钢筋砼基础作为接地装置是有利的。但有些钢筋砼基础确实不能作接地装置，象防水水泥、铝酸盐水泥、矾土水泥及异于硅酸盐水泥的人造材料水泥做成的钢筋砼基础，就不能做接地装置。

法拉第笼结构

3.2 在高层建筑混凝土浇灌前，各钢筋之间必须构成电气连接。这里所指的“连接”，并不要求各点都要焊接，而是将建筑物内结构钢筋进行绑扎或可靠的搭接。这种连接点从电气角度出发，似乎是不适宜的。但是，从实践中发现，这些绑扎在电气连接方面很有效。一般情况下，一个完整的建筑物结构中，存在着上千个这种连接点。当雷电流通过这些连接点时，有可能把绑扎在一起的钢筋焊接起来，如点焊一样。当雷电流通过以后，一个这样连接的电阻，下降至几个毫欧的数值。所以钢筋之间用普通铁丝绑扎的连接点，应视作够可靠的。采用基础接地体后的接地电阻能否满足要求呢？通过国内外一些实测接地电阻和试验证明：所有柱子基础的钢筋体，通过基础地梁钢筋连成整体，就可能获得一个相当低的接地电阻。因为雷击是一个波头陡斜的脉冲电流波，这样电流通过基础钢筋接地体，其接地电阻就可以显著地下降。我国国内在广州市几个高层建筑物基础的接地电阻，实测结果为0.2～2.8欧。这就证明自然基础接地体，对建筑物防雷接地电阻的要求，是足够满足的。同时将整个建筑物的所有柱子的基础地梁，连接成一电气通路，更为安全可靠。

3.3 跨步电压的处理问题。所谓跨步电压，即当雷电流经地面雷击点或接地体流入周围土壤时，在它的周围形成了电压降落，这时人站在接地体附近，由于两脚所处电位不同而跨接一定的电位差，因而有电流流过人体，通常称距离为0.8米时，地面电位差为跨步电压。为了降低跨步电压，一般要求接地体，远离人流入口处、人行道等主要通道的距离为3.0米。但采用了暗装防雷网及基础接地，接地体已在建筑上，无法做到这一点，故只有深埋接地体，来达到降低跨步电压的要求。通过计算证明：跨步电压和接地体装置的埋深有直接的关系。实践证明，埋深接地带1.0米以上，跨步电压可以限制在安全范围内。因此规程规定：为降低跨步电压，防止直击雷接地装置，距入口人行道距离小于3.0米时，可将接地带局部埋深1.0米以下，即可把跨步电压降低到安全范围以内。

4 结束语

对于高层建筑物的防雷、避雷问题的施工问题，应当针对每一个不同的高层建筑的特点进行合理布局设计和敲定最后的具体施工方案。所以在对于高层的实际施工过程中，应针对于高层建筑物的实际情况进行探讨，在设计中不但要考虑外部防雷的问题处理，还要考虑施工过程中对于接地体、引下线、接闪器装置、引下线系统装置等的布置，从而确保整个高层防雷问题的施工过程的质量得以保证，谨防相应因安装质量引起的雷电事故发生。

参考文献：

[1] 陈祖训. 浅谈高层建筑的防雷措施[J]. 广西城镇建设, 2009,(08).

[2] 王科耀. 高层建筑防雷接地系统及施工中应注意的问题[J]. 陕西建筑, 2011,(10) .

[3] 朱琼玲, 李明. 高层建筑防雷设计与施工应注意的几个问题[J]. 矿业安全与环保, 2010,(S1).

[4] 田东升. 高层建筑防雷、接地的若干问题[J]. 中外房地产导报, 2011,(17) .

[5] 金百荣. 高层智能建筑及防雷系统研究[J]. 高电压技术, 2008,(05) .