引言： 近年來，高層建筑物大量拔地而起，高層建筑物受雷電的危害較大，比一般建筑物遭雷擊的概率要大得多，高層建筑物一旦遭受雷災(zāi)，損失往往非常嚴(yán)重，建筑物遭破壞、設(shè)備損壞、人員傷亡等大幾率存在，因此必須增強(qiáng)防雷意識，加強(qiáng)防雷設(shè)計，科學(xué)防御，確保建筑物、設(shè)備和生命財產(chǎn)的安全。只有通過對其進(jìn)行綜合防雷設(shè)計，才可能將雷電災(zāi)害降低到最低程度。一般10層以上的居住建筑物和高度超過24?m的其他用途建筑物均為高層建筑；無論是住宅或公共建筑，其總高度大于100?m?者，均為超高層建筑。高層建筑物結(jié)構(gòu)類型主要包括磚石結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。高層建筑物的內(nèi)部設(shè)施包括高層建筑物中給排水設(shè)備、電力、弱電線路、電子信息設(shè)備以及垂直交通（如電梯）等

雷電會引起建筑物的損壞，人員傷亡，對電力，電訊等設(shè)備造成危害。雷電的破壞作用歸納起來有兩種：一是直擊雷在建筑物上產(chǎn)生熱效應(yīng)作用和電動力作用；二是雷電流產(chǎn)生的靜電感應(yīng)作用和電磁感應(yīng)作用以及雷電波入侵作用。

直擊雷是雷電直接擊在建筑物上。由于雷擊時放電電壓很高、電流強(qiáng)大,在強(qiáng)大的雷電流通道上,將物體水分受熱汽化膨脹,而產(chǎn)生強(qiáng)大的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng),從而使建筑物遭受到破壞,并可能會引起火災(zāi)。

感應(yīng)雷有三種情況,第一種情況是指當(dāng)雷云來臨時。地面上的一切物體,尤其是導(dǎo)體,由于靜電感應(yīng),都聚集起大量與雷電極性相反的束縛電荷,在雷云對地或另一雷云閃擊放電時,云中的電荷就會變成自由電荷,從而產(chǎn)生出很高的靜電電壓其電壓幅值可達(dá)幾萬至上百萬伏,這種過電壓往往會造成建筑物內(nèi)的導(dǎo)線,接地不良的金屬導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電而引起電火花,從而引起火災(zāi),爆炸,危及人身安全或?qū)╇娊y(tǒng)造成危害。第二種情況是,在雷電閃擊時,由于雷電流的變化率大而在雷電流的通道附近就形成一個很強(qiáng)的感應(yīng)磁場,而對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成干擾,破壞,又或者使周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流,以致產(chǎn)生大量的熱而引起災(zāi)。這些危害并不是雷電直接對建筑物放電造成的,因而稱為二次雷或感應(yīng)雷。另外,當(dāng)架空線遭受直擊雷或產(chǎn)生感應(yīng)雷,其高電位便會沿導(dǎo)線侵入變配電所或屋內(nèi),這種雷電波也會對電氣設(shè)備造成危害或使屋內(nèi)金屬設(shè)備放電,而危及其他設(shè)備。實際上,這種破壞也多數(shù)是由于雷電感應(yīng)而造成的。

根據(jù)有關(guān)雷電測試的資料數(shù)據(jù)確定,雷云的最低高度一般在距地面20米以上這樣,就50-100米高層建筑而言,不但其頂部高聳入云,而且其中部也伸入雷云中。由于雷電流的最大峰值能達(dá)到幾十千安,以至上百千安,雷電通道的溫度可達(dá)到6000-10000度,甚至更高,雷電閃擊時只有幾微秒到幾十微秒。但其強(qiáng)大的雷電電流將給建筑物造成破壞,同時有可能引起火災(zāi)。因此要使高層建筑免遭雷擊,完善的防雷接地設(shè)計和保質(zhì)的防雷施工是必不可少的。

?建筑物防雷工程是一個系統(tǒng)工程,必須綜合考慮將外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施作為整體來統(tǒng)一考慮。外部防雷主要指防直擊雷和側(cè)擊雷,其作用是保護(hù)建筑物本身不受雷擊.主要是裝置由接閃器，引下線和接地裝置構(gòu)成以及防側(cè)擊雷。

??接閃器是防直擊雷接受雷電流的金屬導(dǎo)體,其形式有避雷網(wǎng)(帶)、避雷針、金屬屋面等。避雷網(wǎng)(帶)應(yīng)沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女兒墻等易受雷擊部位敷設(shè),并按建筑物的防雷等級在整個屋面組成不同尺寸要求的網(wǎng)格,見表1。

?根據(jù)雷擊建筑物部位的規(guī)律，在建筑物上裝設(shè)避雷針（網(wǎng)、帶），就能可靠吸引強(qiáng)雷和弱雷。屋面避雷網(wǎng)(帶)一般采用熱鍍鋅的圓鋼或扁鋼及熱鍍鋅件,敷設(shè)應(yīng)平正順直、固定可靠,搭焊長度應(yīng)滿足規(guī)定要求。避雷網(wǎng)(帶)在經(jīng)過沉降縫或伸縮縫時應(yīng)做煨彎補(bǔ)償處理,避雷帶在女兒墻敷設(shè)時,一般敷設(shè)在女兒墻的中間,當(dāng)女墻寬度較大時,應(yīng)將避雷帶移向女兒墻的外側(cè)處為宜,因為女兒墻的外沿易受雷擊現(xiàn)代高層建筑中也有在屋面上利用金屬欄桿做避雷網(wǎng)(帶),其材質(zhì)主要采用鋼管或不銹鋼管,鋼管的壁厚應(yīng)≮ 2.5 mm,鋼管直線段對接,轉(zhuǎn)角等部位應(yīng)采用圓鋼或角鋼搭接焊,搭焊長度應(yīng)滿足規(guī)范要求,欄桿必須與引下線可靠連通。

?突出屋面的金屬物體可不裝接閃器,但應(yīng)和屋面防雷網(wǎng)(帶)相連;在屋面接閃器保護(hù)范圍之外的非金屬物體應(yīng)裝接閃器,并與屋面防雷裝置相連。由于高層建筑露天設(shè)備較多,如冷卻塔、衛(wèi)星接收器、航空障礙燈、排煙口、廣告牌及與這些設(shè)備相關(guān)的金屬管道等,因此屋面所有金屬構(gòu)件管道都應(yīng)與避雷裝置連接。這些設(shè)備與構(gòu)筑物若不在接閃器保護(hù)范圍的,應(yīng)局部加設(shè)避雷針或避雷帶。例如,建筑屋頂上有一冷卻塔,需要防雷保護(hù),首先采用避雷網(wǎng)(帶)保護(hù)屋面,然后將屋面作為地面,用滾球法確定避雷針的高度。

表一接閃器布置

?

引下線的作用是傳導(dǎo)雷電流經(jīng)接地極入地，當(dāng)建筑遭雷擊時，強(qiáng)大的雷電流將經(jīng)過引下線入地，引下線數(shù)量的多少直接影響分流效果，引下線多，每根引下線通過的雷電流就小，其感應(yīng)范圍就小，對微電子設(shè)備影響就小，同時增加引下線的數(shù)量。也有利于屏蔽效果。因此，引下線的設(shè)置間距在滿足規(guī)范的要求情況下，最好適當(dāng)增加引下線的數(shù)量，以有利于微電設(shè)備的保護(hù)。

接地裝置包括接地體和接地線。接地裝置的優(yōu)劣與接地電阻和接地方式有關(guān)。為便于與各種入戶金屬管道相連,降低跨步電壓,建筑物防雷接地一般采用周圈式接地。防雷接地應(yīng)盡量利用自然接地體作為接地裝置,只要基礎(chǔ)采用硅酸鹽水泥和周圍土壤的含水量不低4%,基礎(chǔ)外表面無防腐層或有瀝青質(zhì)的防腐層時,可利用基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋作接地裝置,否則應(yīng)加設(shè)人工接地裝置。高層建筑通常利用樁基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)作接地裝置,這些基礎(chǔ)連成的接地網(wǎng)有較大的電容,其沖擊阻抗很小。施工中通常將樁基的拋頭鋼筋與承臺板主筋焊接,并與承臺上作為引下線的柱鋼筋焊通,再與整個底板內(nèi)鋼筋或地梁中的鋼筋互相連通,將樁基主筋與地梁主筋焊接成一個閉合的水平接地網(wǎng),以形成均壓。由于防雷裝置直接裝在建、構(gòu)筑物上,建筑物防雷接地與電氣設(shè)備接地等無法隔離。通常建筑物的防雷接地與電氣設(shè)備的接地、微電子設(shè)備接地均應(yīng)連接成統(tǒng)一的接地系統(tǒng),其共用接地電阻按其中最小值選定。一般要求,接地電阻值≤ 1Ψ。

現(xiàn)代高層建筑的防雷接地、電氣設(shè)備的保護(hù)接地和工作接地合在一起組成綜合接地系統(tǒng),接地電阻通常要求4Ω(鑒于目前高層建筑智能化設(shè)施日益增加,設(shè)計時接地電阻不宜大于1Ω)因為高層建筑的鋼筋基礎(chǔ)埋地深,與大地的接觸面積大,其接地電阻比一般人工接地所得到的電阻低得多,容易滿足以上要求,考慮到大部分高層建筑的基礎(chǔ)做了防水處理,致使接地電阻增大,所以應(yīng)盡量在建筑物周邊做周圈式接地, 周 圈 式 接 地 可 避 開 防水 處 理 層 。同時,由于接地體埋在基礎(chǔ)的外邊,也具有均衡電位的效果,因而提高了安全性。為防止跨步電壓,當(dāng)防直擊雷的人工接地裝置距建筑物的入口處以及人行道小于3m時,應(yīng)采取局部加大深埋、包絕緣物、敷設(shè)瀝清層，以及做均壓帶等措施。