高层建筑防侧击雷的探讨

摘要：《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010于2011年10月1日实施，与被替代的GB50057-94（2000年版）相比，GB50057-2010对高层建筑，特别是第二类及第三类防雷建筑物防侧击雷的设计规定作了较大的修改。本文通过两个范例分析了GB50057-2010的规定，发现其中存在的容易引发误解和争议的内容及隐患，并提出了初步的解决方法。

关键词：高层建筑；防侧击雷；滚球法；GB50057-2010

中图分类号： TU208 文献标识码： A

1 绪言

随着国内经济的飞速增长，各地高层建筑日益增多，高层建筑采取合适的侧击雷防护也显得尤为重要和迫切。下文将对《建筑物防雷设计规范》的现行版本GB50057-2010在建筑物的侧击雷防护方面进行较为详细的分析。

2 GB50057-2010关于防侧击的规定及其与其他相关规范的异同

对于第一类防雷建筑物的侧击雷防护，相比GB50057-94（2000年版），GB50057-2010在4.2.4条中增加了“当建筑物高度超过30m时，首先应沿屋顶周边敷设接闪带，接闪带应设在外墙外表面或屋檐边垂面上，也可设在外墙外表面或屋檐边垂面外”的要求。此外，GB50057-2010在本条第7款沿用了GB50057-94（2000年版）第3.2.4条第七款的内容：“当建筑物高于30m时，尚应采取下列防侧击的措施：1）应从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平接闪带并应与引下线相连。2）30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物应与防雷装置连接。”

对第二类防雷建筑物而言，GB50057-2010在4.3.1条中也增加了“当建筑物高度超过45m时，首先应沿屋顶周边敷设接闪带，接闪带应设在外墙外表面或屋檐边垂面上，也可设在外墙外表面或屋檐边垂面外”的规定。与第一类防雷建筑物不同的是，GB50057-2010在规定侧击雷防护的4.3.9条中引用了IEC62305-3:2010 Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structure and life hazard的相关内容并做了本地化修改，从而与GB50057-94（2000年版）的第3.3.10条有了较大的区别。本条第1款规定：“对水平突出外墙的物体，当滚球半径45m球体丛屋顶周边接闪带外向地面垂直下降接触到突出外墙的物体时，应采取相应的防雷措施”。第2款又规定：“高于60m的建筑物，其上部占高度20%并超过60m的部位应防侧击，防侧击应符合下列规定：1）在建筑物上部占高度20%并超过60m的部位，各表面上的尖物、墙角、边缘、设备以及显著突出的物体，应按屋顶上的保护措施处理。2）在建筑物上部占高度20%并超过60m的部位，布置接闪器应符合对本类防雷建筑物的要求，接闪器应重点布置在墙角、边缘和显著突出的物体上。3）外部金属物，当其最小尺寸符合本规范第5.2.7条第2款的规定时，可利用其作为接闪器，还可利用布置在建筑物垂直边缘处的外部引下线作为接闪器。4）符合本规范第4.3.5条规定的钢筋混凝土内钢筋和符合本规范第5.3.5条规定的建筑物金属框架，当作为引下线或与引下线连接时，均可利用其作为接闪器。”第3款 的内容“外墙内、外竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端，应与防雷装置等电位连接”，与GB50057-94（2000年版）第3.3.10条第四款大致相同。GB50057-2010删去了GB50057-94（2000年版）第3.3.10条前三款的内容。而国家建筑标准设计图集02D501-2《等电位联结安装》第43页和44页依据其中第三款“应将45m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。”对金属门窗的等电位联结的具体做法做了规定：外墙外侧的栏杆、门窗等较大的金属物通过材料规格合适的连接导体与上、下圈梁或柱内的预埋件作等电位联结。

至于第三类防雷建筑，GB50057-2010在4.4.1条及4.4.8条中，将滚球半径由45m改为60m，其余内容基本与4.3.1条及4.3.9条相同。

3 以图示法来分析GB50057-2010防侧击的规定

图1 空旷地区某孤立高层建筑侧击雷防护的滚球法示意图

图1所示即为一个简单的范例。图中左侧建筑为第二类防雷建筑物，高度120m。依据GB GB50057-2010的说明，半径为45m的球体从空中沿接闪器A外侧下降，会接触到B处，故该处应设相应的接闪器；但不会接触到C、D处，故该两处无需设接闪器。然而，因B、C、D处均位于滚球半径以上，根据滚球法的原理，B处设置如图示的接闪器后，只能降低该接闪器附近的建筑结构遭雷击的可能性，并不能完全保护B处露台的外墙面，更不能保护C处与D处。因而，B、C、D处在任何时候都存在遭受雷电侧击的可能性。而若根据废止的GB50057-94（2000年版）第3.3.10条第三款的要求，按图集02D501-2的做法将45m以上的金属门窗与上、下圈梁或柱内的预埋件作等电位联结，将会降低侧击雷的危害。另外，位于45m到60m之间的G处，若按照4.3.9条第1款的规定，半径为45m的球体从空中沿接闪器A外侧下降，接触到B处后继续下降，将会接触G处，故该处应设相应的接闪器；但若根据4.3.9条第2款及其第1项、第2项的规定，因此处高度低于60m且在建筑物上部其高度的20%（96m）以下，并未要求布置接闪器以防侧击。此时，针对该建筑的情况，45m以上的突出外墙的物体，在未处于已设置于其他突出物上的接闪器保护范围内时，均需采取合适的措施以防侧击。

图2距离较近的两座高层建筑侧击雷防护的滚球法示意图

图2即为另一个简单范例。图中左右两侧各有一座高120m的相似建筑，均为第二类防雷建筑物，两建筑间隔为60m，建筑顶部周边均已敷设接闪带。根据4.3.9条第1款的规定，半径为45m的球体从空中沿接闪器A外侧下降，不会接触到B处，故该处无需设接闪器；而若按照4.3.9条第2款及其第1项、第2项的规定，因此处位于建筑物上部占其高度的20%并超过60m的部位，故应防侧击，并应将各表面上的尖物、墙角、边缘、设备以及显著突出的物体，按屋顶上的保护措施处理；布置接闪器应符合对本类防雷建筑物的要求，接闪器应重点布置在墙角、边缘和显著突出的物体上。此时，B处究竟应不应该设置接闪器以防侧击呢？从滚球法来判断，B处位于两座建筑构成的直击雷保护范围内，但笔者认为B处宜设置接闪器。目前国内外通行的防雷技术规范普遍采用相对科学的滚球法，而滚球法的滚球半径是根据雷电流的大小人为规定的。这就存在一个绕击问题，即比所规定的雷电流小的电流仍有可能穿越接闪器的保护范围而击在物体上的可能性。B处设置接闪器后，能更大程度的保护B处的露台及下方的C、D等处。至于C、D等处需不需要装设接闪器，则应综合平衡损害的容忍值和防雷投入的经济性而定。

4 结束语

《建筑物防雷设计规范》现行版本GB50057-2010在建筑物防侧击雷的规定中引用了IEC62305-3:2010《雷电防护.第3部分:建筑物的物理损害和生命危险》的条文，这体现了国家鼓励采用国际标准和国外先进标准的原则。然而，由于现行标准的配套图集尚未编制完成，项目具体情况的多样性和国外标准可能存在的局限性，对高层建筑的侧击雷防护，应该本着具体问题具体分析的原则，采用作图等方法进行处理，得出科学合理的结论。

参考文献

[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

[2] 国家建筑标准设计图集02D501-2《等电位联结安装》

[3] IEC62305-3:2010 Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structure and life hazard

[4]《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）