不同土壤条件下乌鲁木齐市建筑物基础钢筋利用率与接地电阻的关系

摘要：本文利用基础中接地电阻的公式进行推导，得出了不同土壤条件下乌鲁木齐市建筑物基础钢筋利用率与接地电阻的关系公式，并对该公式进行了验证。

关键词：基础钢筋利用率；土壤电阻率；接地电阻；自然接地体

Abstract: In this paper, the grounding resistance of the formula in the basis of derivation, Urumqi, building foundations reinforced utilization and the grounding resistance of the formula obtained under different soil conditions, and the formula.

Keywords: reinforced the basis of utilization; soil resistivity; grounding resistance; natural grounding

中图分类号：TM473文献标识码： A 文章编号：

乌鲁木齐市建筑物特别是高层建筑日益增多，把建筑物混凝土基础中的钢筋用作自然接地体已经非常广泛,但是建筑物基础钢筋的利用率与接地电阻的关系研究还是一个空白。工程中，在设计自然接地体时缺少一个定量的计算而致使许多建筑物的接地设计结果中都需外加人工接地体。为能够给设计部门提供一个参考值,减少一些不必要的人力、物力和财力的损失，针对不同的土壤电阻率，建筑物基础钢筋利用率与接地电阻的关系研究是很必要的。

1自然接地体

自然接地体是指具有兼作接地功能的但不是为此目的而专门设置的与大地有良好接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土中的钢筋、埋地金属管道和设施等的统称 [1] 。

自然接地体优点很多，如耐腐蚀性能好、需要投入资金少、使用性能良好等特点。因此，自然接地体成为建筑物接地的首选方式 [2] 。

1.1建筑物基础用作防雷条件

当建筑物基础内的两根位置为对角的主钢筋作引下线时，其直径要求大于等于12mm。连接钢筋通常采用绑扎法或焊接法，对于引下线和外引连接板之间的连接应该使用焊接 [3]。

建筑物基础内钢筋作为自然接地体时需要注意以下几点内容：

(1) 闭环由桩基和建筑物基础内的钢筋组成，若不存在基础钢筋时， 连接体可以利用40mmx4mm镀锌扁钢进行替代。在条件允许时，在进行施工时可以将有混凝土桩内包含的所有钢筋与闭环连接。

(2)当只有一根钢筋用作接地装置时，其半径不应大于等于5mm。通常在施工时，如前文所述利用基础两根主钢筋作接地体。

(3)建筑物基础内的钢筋作为接地体．则该建筑物基础内的钢筋深度应在地面以下深度不小于0.5m。

(4)当基础钢筋作被用作自然接地体时，接地电阻≤10Ω，但其它接地系统共用接地体时，接地电阻应≤lΩ[4]。

1.2基础钢筋做自然接地体

自然接地体与人工接地体相比，自然接地体表现出了很多的优点，具体论述如下：

制作方便。自然接地体充分利用了基础钢筋和钢筋混凝土柱内的钢筋，通过焊接将二者连接，组成引下线。在需要引出时，直接将钢筋或者扁钢焊接上即可。

节约钢材。自然接地体充分利用了基础和柱内的钢筋，极大的节省了人工接地体需要的额外钢材，因此大量节约了钢材。

安全可靠，不易损坏。自然接地体利用建筑物的基础钢筋，由于基础钢筋在建筑物中起到了至关重要的作用，在设计时对其有特定规范。因此自然接地体安全可靠，不易损坏。

应用范围广。在各种功能的建筑物中均可使用，使用范围广，同时局限性小 [5]。

2接地电阻

接地装置属于隐蔽工程。接地电阻就是土壤中有电流从接地体流入时，所反应出来的电阻值。

2.1建筑物接地电阻的要求

建筑物接地可以根据GB 50057-1994规范来进行划分，一共可以被分为三种：

A方式，基础接地的作用仅仅是防雷接地，要求接地阻值≤10Ω；B方式，防雷接地、低压供电系统的共用接地装置，要求共用接地阻值≤4Ω；C方式，防雷接地与各类电气系统共同使用接地装置，要求共用接地阻值≤1Ω[6-7]。

2.2不同土壤条件对接地电阻的影响

土壤条件是接地电阻测量重要的影响因素，尤其当土壤湿度变化较大时，其对接地电阻的影响更大。在同一地区的不同时期进行测量，测量数据偏差较大。

因此对接地电阻测量时，应选择大地导电能力最差时进行。所谓导电能力最差即在大地较为干旱时，因为这时由于大地干旱导致的土壤含水率最小，可以得到精确可信的数值。

3不同土壤条件下基础接地中接地电阻的计算

假设当土壤电阻率均匀，此时可以认为混凝土和土壤二者的电阻率相等,则求其单根钢筋时的接地电阻公式[8]为

其中ζ为土壤电阻率；

H为钢筋长度；

γ为钢筋半径。

当土壤电阻率不能假设成为均匀土壤的电阻率时，需要利用双层土壤模型来近似的表示实际土壤。此时单根钢筋的接地电阻的测量公式[9]为

式中

r为钢筋半径，m：

l为单根钢筋的长度，m；

hup为土壤ρ1ρ2的分界面到地面的深度，即上层土壤的厚度，m；

ρ1为上层土壤电阻率，Ω•m；

ρ2为下层土壤电阻率，Ω•m。

3.1乌鲁木齐气候和土壤状况

乌鲁木齐市属中温带大陆性干旱气候，该气候的主要特征为：温差大，寒暑变化剧烈；降水少，且随高度垂直递增；冬季时常会有逆温层。年平均降水量为194mm，七八月气温最高，一月气温最低。极端气温最高47.8℃，最低-41.5℃。

作者根据对乌鲁木齐市土壤温度、湿度和接地电阻连续两年不间断监测得知：土壤温度和湿度在不同月份变化较大，土壤温度和湿度的差别，会导致相同地区接地电阻数值相差较大。

因此，在测量接地电阻时应当充分考虑不同时期的土壤电阻率对接地电阻的影响。

3.2乌鲁木齐市不同土壤中建筑物基础钢筋利用率与接地电阻的关系

基础钢筋利用率即为在接地网的建设中对基础钢筋的使用情况，可以理解为接地网使用的基础钢筋的数量与基础钢筋总量之比。公式为

其中 w为基础钢筋利用率； m为接地装置中基础钢筋数量； M为基础钢筋总量。

则根据本文前部分叙述，土壤电阻率不均匀时，基础钢筋利用率与接地电阻的关系为

式中 ；

M为基础钢筋总量；

为钢筋利用率

r为钢筋半径，m：

l为单根钢筋的长度，m；

hup为土壤ρ1ρ2的分界面到地面的深度，即上层土壤的厚度，m；

ρ1为上层土壤电阻率，Ω•m；

ρ2为下层土壤电阻率，Ω•m。

4结论

利用上述公式对接地电阻进行计算，所得的接地电阻与作者监测数据进行对比，所得数据如下表

接地电阻计算值（Ω） 接地电阻实测值（Ω） 相对误差

1 22.1 22.7 -2.6%

2 57.9 56.7 2.1%

3 95．9 94.4 1.6%

根据相对误差分析得知：计算数值与测量数据相近，因此证明了公式的正确性。从而，解决了乌鲁木齐市在不同土壤条件下，建筑物基础钢筋利用率与接地电阻关系的问题。并且该计算方法简单易行，且精度较高，并为设计自然接地体时的定量的计算提供了依据，为以后的工程应用提供了参考。

参考文献

[1]周圣军. 建筑物自然接地体设计常见问题与防雷设计[J].低压电器，2009（16）：1-3.

[2]刘文琛.自然接地体在实践中的应用[J].气象研究与应用，2009,31（z1）:171-172.

[3]郁硕彦. 高层建筑电气工程中接地系统的探讨[J]. 中国高新技术企业,2008(11):82-84.

[4]姜艳兰.高层建筑防雷接地方式的探讨[J].吉林建筑工程学院学报,2003(01).

[5]徐龙成。自然接地体接地技术与应用[J]. 中国科技信息, 2007(17):80-81.

[6]中华人民共和国机械工业部．GB 50057—1994建筑物防震设计规范[S]．2000年版．北京：中国计划出版社,2001．

感谢《乌鲁木齐地区不同季节土壤温湿度变化对接地电阻的影响》课题组。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。