高層建筑物防直擊雷接閃器可否暗敷

摘要:高層建筑物，從建筑物本身和其周邊設(shè)施、人員的安全考慮應(yīng)該明敷專設(shè)接閃器。

關(guān)鍵詞: 高層建筑物;明敷;接閃器

引言

最近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，高層建筑物在各地猶如雨后的春筍，層出不窮。

但是，讓我們覺得苦惱的是，大部分新建樓房的單位都要求接閃器做成暗敷式的(接閃器埋到灰里)。經(jīng)了解，主要有三方面原因:1、有些設(shè)計(jì)部門在設(shè)計(jì)時(shí)要求的;2、開發(fā)商力求建筑物的美觀而要求的;3、有些施工單位非常愿意做的。對(duì)建筑物是否安裝暗敷式接閃器我查閱了《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94，并沒有明確肯定或否定。但規(guī)范中第3.3.5條和3.4.3條規(guī)定中，是否可以理解為接閃器可以做成暗敷的?我又查閱了國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)《防雷與接地安裝》也沒有暗敷接閃器的安裝做法。這樣一來，到底高層建筑物的接閃器應(yīng)該安裝明敷還是暗敷就成了一個(gè)可爭議的問題。

1分析

高層建筑物的防直擊雷，從立面上看，可分為三部分，見圖1。建筑物地面以上等于滾球半徑的部位(當(dāng)將建筑物視為一孤立物體，四周無其他物體時(shí))，一半徑等于相應(yīng)該球半徑的球體沿建筑物周圍滾動(dòng)，球體的一點(diǎn)接觸地面，則球體在距地面為其半徑以下的部分不可能接觸到建筑物。所以，規(guī)范允許這部分可不采取防側(cè)擊的措施。

美國高層建筑物的數(shù)量在世界上是首位，根據(jù)其80年代初期的資料，認(rèn)為高避雷針和高層建筑物在其頂點(diǎn)及屋頂以下的側(cè)面有遭到雷擊的記載，因此希望考慮其它高層建筑物上部側(cè)面的防雷保護(hù)。這類雷擊事故是輕微的，因?yàn)?第一，側(cè)擊雷具有短的吸引半徑(即小的滾球半徑hr)，其相應(yīng)的雷電流也是小的;第二，高層建筑物的建筑結(jié)構(gòu)通常能夠耐受這類辦雷電流的側(cè)擊;第三，建筑物遭受側(cè)擊雷損壞的記載尚不多，這點(diǎn)可證實(shí)前兩點(diǎn)的真實(shí)性。因此，對(duì)于高層建筑物上部側(cè)面雷擊的保護(hù)不需另設(shè)專門接閃器，而利用建筑物本身的鋼構(gòu)架、鋼筋及其它金屬物。

屋頂部分的防直擊雷措施，根據(jù)《規(guī)范》表5.2.1的規(guī)定(見下表)。布置接閃器時(shí)，可單獨(dú)或任意組合采用滾球法、避雷網(wǎng)。

接閃器布置

由于建筑物高，雷閃擊中建筑物屋頂周邊的雷電流可能會(huì)很大。因大雷電流對(duì)應(yīng)大的滾球半徑，大雷電流通常從上空接近于垂直向下進(jìn)行。如200m高的建筑物，取其高度作為滾球半徑，其相對(duì)應(yīng)的雷電流約為(200/9.4)3/2=98kA。也就是說，在距建筑物屋頂周邊200m范圍內(nèi)大于98kA雷電流的雷擊，可能性極大地將擊到建筑物屋頂周邊上。為此，高層建筑物的屋頂防直擊雷，首先宜沿屋頂周邊設(shè)避雷帶，其安裝位置宜略為突出屋頂外沿。從美化建筑物立面著眼，也宜在屋頂周邊裝設(shè)與建筑立面協(xié)調(diào)的金屬欄桿，其布置位置也宜突出屋頂外沿。當(dāng)然，如果在屋頂周邊有符合《規(guī)范》要求的其他明設(shè)金屬物，宜利用其作為接閃器。

結(jié)構(gòu)鋼筋是否可以作為暗敷接閃器呢?雖然《規(guī)范》沒有不允許利用高層建筑物屋頂結(jié)構(gòu)鋼筋作暗敷接閃器的規(guī)定，但仍不推薦利用高層建筑屋頂周邊混凝土內(nèi)的鋼筋作為接閃器。因?yàn)椋组W擊中屋頂周邊結(jié)構(gòu)鋼筋時(shí)，鋼筋表面的小塊混凝土落到地面的動(dòng)量將比從低層建筑物落到地面的動(dòng)量大許多，從而造成危險(xiǎn)。但是，它們宜與防雷裝置連接，作為屏蔽和后備接閃器之用。

2 避雷帶其它做法

(1)單獨(dú)采用避雷網(wǎng)。首先應(yīng)按《規(guī)范》附錄二的規(guī)定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)避雷帶。然后，在整個(gè)屋面組成不大于表l所規(guī)定的網(wǎng)格。

(2)單獨(dú)采用滾球法。舉個(gè)例子說明之，圖2是屋頂?shù)哪骋黄拭?以最大剖面為準(zhǔn)，左右對(duì)稱)，A為屋頂處的避雷帶或可被利用作接閃器的金屬物，B為需要保護(hù)的突出屋面的物體上最外的一點(diǎn)。先以A、B為圓心，相應(yīng)的滾球半徑hr為半徑，作圓弧交于C點(diǎn)，再以C點(diǎn)，為圓心，hr為半徑，作圓弧交于垂直平分線的O點(diǎn)。然后，用比例尺直接量出OO’的長度、在O’點(diǎn)上立一支避雷針，其長度大于OO’就可以了。

(3) 滾球法和避雷網(wǎng)組合。該例與圖2類同，但屋面比較大(如圖3所示)，低屋面按避雷網(wǎng)布置。先在避雷網(wǎng)上方作一平行于避雷網(wǎng)的水平線，其間距為滾球半徑hr，以B點(diǎn)為圓心，hr為半徑，作弧線交于平行線上C點(diǎn)，再以C點(diǎn)為圓心，hr為半徑作弧線交于垂直平分線的O點(diǎn)。然后，用比例尺直接量出OO′的長度，在O′點(diǎn)上立一支避雷針，其長度大于OO′就可以了。

如果女兒墻上暗敷避雷帶的話，避雷帶最重要的是要固定好，應(yīng)與女兒墻上壓頂內(nèi)鋼筋綁扎或焊接在一起;不應(yīng)無固定地僅敷設(shè)在與壓頂混凝土表面持平的位置。已有反映，若這樣做，當(dāng)遭受雷擊時(shí)暗敷的避雷帶有很長一段將會(huì)脫開。其原因之一，從理論上分析原理是(見下圖):

雷擊點(diǎn)的電流i向兩側(cè)分流，各為i/2。女兒墻上壓頂鋼筋有箍筋互相連接(綁扎或焊接)，若它們與屋面鋼筋或圈梁鋼筋有連接，將形成一些閉合環(huán)路，分流i/2會(huì)在這些環(huán)路感應(yīng)出電流，其在壓頂鋼筋的流動(dòng)方向與i/2的方向相反。因此，專設(shè)避雷帶與壓頂鋼筋之間產(chǎn)生推斥力。故不加固定的專設(shè)暗敷避雷帶會(huì)從壓頂脫開，若要將專設(shè)明敷避雷帶暗敷，必須與其下的壓頂鋼筋綁扎或焊接在一起，建議每隔約0.5m連一次。這樣連接之后，雷電流不僅流過專設(shè)避雷帶也流過壓頂鋼筋。其電流方向相同，產(chǎn)生的是吸引力。按規(guī)范第3.3.5條二款的規(guī)定，當(dāng)女兒墻壓頂鋼筋的截面積總和≥25πmm2(一根直徑φ10鋼筋的截面積)時(shí)可不用另敷設(shè)暗敷專設(shè)避雷帶。當(dāng)壓頂鋼筋為兩根φ8鋼筋(截面積總和=32π>25π)或3根φ6鋼筋(截面積總和=27π25π)時(shí)就滿足上述條件。

3結(jié)論

我們還是提倡不論是高層還是低層建筑物，都應(yīng)該明敷專設(shè)接閃器。這樣做就不會(huì)引起一些不必要的麻煩，能更好地減少建筑物遭受雷擊的損壞，更有效地保護(hù)生命和財(cái)產(chǎn)的安全。

參考文獻(xiàn):

[1]建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范#8226;中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，GB50057-94

[2]蘇邦禮等#8226;雷電與避雷工程#8226;廣州#8226;中山大學(xué)出版社，1996