智能建筑防雷設(shè)計(jì)與施工幾點(diǎn)問題的思考

邢松森+張皓+張家富

摘 要：本文分析了智能建筑接閃器、引下線、接地裝置、防雷等電位連接、防側(cè)擊、電涌保護(hù)器設(shè)計(jì)與施工存在的問題，探討防雷與接地系統(tǒng)的好壞對(duì)樓宇及自動(dòng)化設(shè)備的影響，提出設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)，為進(jìn)一步完善智能建筑物雷電防護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：接閃器；引下線；接地裝置；防雷等電位連接；防側(cè)擊；電涌保護(hù)器

城市智建筑物極容易遭到雷電的危害，因而此類建筑的防雷及接地技術(shù)越來越引起人們的重視。然而，由于防雷技術(shù)規(guī)范沒有詳細(xì)的規(guī)定，有些條款籠統(tǒng)模糊，難以界定，影響防雷裝置的設(shè)計(jì)和施工。本文就目前智能建筑防雷方面存在的問題進(jìn)行分析，提出一些處理方法，供防雷同行參考。

1 接閃器

高層及超高層智能建筑物接閃帶應(yīng)明敷或直接利用建筑物屋面的鋼構(gòu)架作為接閃器，并與接閃網(wǎng)或樓板的鋼筋焊接連通。接閃帶應(yīng)沿女兒墻外墻外表面或屋檐邊垂直面敷設(shè)，在轉(zhuǎn)角處保護(hù)不到的情況下，設(shè)置接閃短針保護(hù)，接閃帶在變形縫處應(yīng)加設(shè)補(bǔ)償器，穿墻體時(shí)加保護(hù)管，不等高接閃器之間連接成回路。接閃網(wǎng)格有明網(wǎng)和暗網(wǎng)兩種，網(wǎng)格越密，接閃和屏蔽性能越好。網(wǎng)格的尺寸視建筑物防雷類別確定，一般高層建筑物可使用不大于10m×10m的網(wǎng)格，如有特殊要求則以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)。施工人員在接閃桿施工時(shí)，應(yīng)預(yù)埋好地腳螺栓和底板，將引下線焊接在底板上，清除藥皮刷防銹漆。接閃針應(yīng)垂直安裝牢固，垂直度允許偏差為3/1000。

2 引下線

智能建筑通常利用鋼筋混凝土柱或剪力墻內(nèi)的鋼筋作防雷引下線，引下線隨土建結(jié)構(gòu)柱施工，依據(jù)施工圖中標(biāo)注的引下線的具體位置，用色標(biāo)示意，直至建筑物封頂處。當(dāng)鋼筋直徑為16mm及以上時(shí)，可利用2根主鋼筋作為1組引下線，當(dāng)鋼筋直徑為10mm及以上時(shí)，可利用4根主鋼筋作為1組引下線，由于高層建筑混凝土柱內(nèi)主筋直徑一般都超過16mm，因此利用對(duì)角或?qū)ΨQ的2根主鋼筋作為引下線就足夠了。高層建筑高度高，鋼筋長(zhǎng)，鋼筋接續(xù)點(diǎn)多，若采用綁扎連接，接觸電阻就很大，不利于雷電流的快速流散，作為引下線的鋼筋宜進(jìn)行跨接焊接，搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于跨接鋼筋直徑的6倍。為了便于接地電阻測(cè)試和檢查，在距地面1.8m下設(shè)置預(yù)留測(cè)試端子。另外，施工人員應(yīng)按每層軸線標(biāo)明每根柱子的位置及鋼筋焊接根數(shù)，對(duì)引下線進(jìn)行定位標(biāo)識(shí)，防止漏焊或錯(cuò)焊。

3 接地裝置

在施工圖設(shè)計(jì)中，接地電阻幾乎千篇一律要求達(dá)到≤1.0Ω，若未達(dá)到要求，補(bǔ)設(shè)人工接地體，忽略了由于項(xiàng)目所處地質(zhì)條件和土壤電阻率的高低不同，設(shè)計(jì)的接地電阻應(yīng)不同。《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010第4.3.6條規(guī)定：“共用接地裝置的接地電阻應(yīng)按50HZ電氣裝置的接地電阻確定，不應(yīng)大于按人身安全所確定的接地電阻值”，該條款對(duì)一定土壤電阻率條件下環(huán)形接地體所包圍面積的等效圓半徑以及補(bǔ)加接地體的計(jì)算作了具體的規(guī)定，事實(shí)上，對(duì)于不同的土壤電阻率，當(dāng)基礎(chǔ)接地體滿足所包圍面積的等效圓半徑的情況下，可不計(jì)及沖擊接地電阻，也不必增設(shè)人工接地體。因此，應(yīng)對(duì)智能建筑物所在地的土壤電阻率進(jìn)行測(cè)試，避免因增設(shè)人工接地體而造成浪費(fèi)，增加施工難度。

施工方面，應(yīng)利用鋼筋混凝土基礎(chǔ)中的鋼筋作為接地裝置，在有鋼筋混凝土地梁時(shí)，應(yīng)將地梁內(nèi)鋼筋連成環(huán)形接地裝置；無鋼筋混凝土地梁時(shí)，可在無鋼筋的閉合條形混凝土基礎(chǔ)內(nèi)，用≥40×4mm的熱鍍鋅扁鋼或符合要求的熱鍍鋅圓鋼直接敷設(shè)在槽坑外沿，形成環(huán)形接地。另外，高層建筑大多采用箱形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，接地網(wǎng)由箱形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋組成，施工時(shí)必須確保樁基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋與柱及承臺(tái)內(nèi)的鋼筋焊成一體，承臺(tái)內(nèi)上、下兩層各兩根主筋與相對(duì)應(yīng)的地梁上、下兩層各兩根主筋焊成一體。

4 防雷等電位連接

4.1 防雷等電位環(huán)

智能建筑在高度超過45m時(shí)，應(yīng)裝設(shè)防雷等電位環(huán)，習(xí)慣上環(huán)間垂直距離不大于12m，應(yīng)能保證建筑物的金屬結(jié)構(gòu)和金屬設(shè)備就近連接到環(huán)上，防雷等電位環(huán)與引下線作可靠連接。外墻金屬門窗、欄桿、扶手等較大金屬部件的預(yù)埋焊接點(diǎn)不應(yīng)少于2處，金屬門窗和欄桿等加工訂貨時(shí)應(yīng)要求供貨商預(yù)留接地端子，以便與均壓環(huán)進(jìn)行連接。建筑物屋頂上所有金屬突出物，如擦窗機(jī)、節(jié)日彩燈、航空障礙燈、金屬設(shè)備和管道等，與屋面防雷接地裝置連接。現(xiàn)場(chǎng)施工過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，防雷等電位連接環(huán)設(shè)置的垂直距離過大，未和所有引下線進(jìn)行連接，部分金屬結(jié)構(gòu)未與防雷等電位環(huán)連接。另外，以前屋面消防管道大多用法蘭盤連接，只要一端接地，整個(gè)管道就接地了，新工藝的消防管道大多采用溝槽式連接，每段之間幾乎都是絕緣的，消防管道都經(jīng)過熱鍍鋅處理，高溫焊接時(shí)勢(shì)必破壞管道內(nèi)外壁的鍍鋅層，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)出現(xiàn)銹蝕穿孔，這種情況一般都要求采用等電位卡子加導(dǎo)線跨接，既解決了接地問題，又避免焊接破壞鍍鋅層。

4.2 總等電位連接

總等電位連接做法是通過設(shè)置總等電位連結(jié)母排，將配電箱的PE母排、公用設(shè)施的上下水管、熱力管道和建筑物金屬結(jié)構(gòu)等進(jìn)行等電位連接。其作用在于降低接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，消除自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的危險(xiǎn)故障電壓的危害，防止電源線路中的PE線傳導(dǎo)引入故障電壓導(dǎo)致電擊事故，避免接地故障引起的電氣火災(zāi)，減少電位差、電弧、電火花發(fā)生的機(jī)率。高層建筑物的每一電源進(jìn)線都必須做總等電位連接，總等電位連接端子板應(yīng)互相連通。跟蹤檢測(cè)時(shí)會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)沒有按要求在配電房設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)母排，或有設(shè)置，但未按要求進(jìn)行施工，較大金屬構(gòu)件未實(shí)現(xiàn)等電位連接。

4.3 防雷等電位連接

等電位連接內(nèi)各連結(jié)導(dǎo)體間的連接可采用焊接，焊接處不應(yīng)有夾渣、咬邊、氣孔及未焊透情況，也可采用螺栓連接，這時(shí)應(yīng)注意接觸面的光潔、足夠的接觸壓力和面積；在腐蝕性場(chǎng)所應(yīng)采取防腐措施，如熱鍍鋅或加大導(dǎo)線截面等。等電位聯(lián)結(jié)端子板應(yīng)采取螺栓連接，以便檢測(cè)時(shí)拆卸。為保證等電位連結(jié)的順利施工，電氣、土建、水暖等施工和管理人員需密切配合。如浴室局部等電位端子板（LEB）至衛(wèi)生間內(nèi)插座盒、管道、器具等，應(yīng)配合土建工程敷設(shè)導(dǎo)管，檢修時(shí)，應(yīng)由電氣人員在斷開管道前預(yù)先接通跨接線，以保證等電位連結(jié)的始終導(dǎo)通。等電位連接安裝完畢后可用等電位連接測(cè)試儀進(jìn)行導(dǎo)通性測(cè)試，當(dāng)測(cè)得等電位連接端子板與等電位連接范圍內(nèi)的金屬管道等金屬體末端之間的過渡電阻≤3Ω時(shí)，可認(rèn)為等電位連接是有效的，如發(fā)現(xiàn)管道導(dǎo)通不良，應(yīng)作跨接。

5 防側(cè)擊措施

高度超過45m 的智能建筑物，當(dāng)滾球半徑45m的球體從屋頂周邊接閃帶向地面垂直下降接觸到突出外墻的物體時(shí)，應(yīng)有防側(cè)擊措施；高于60m的建筑物，上部占高度20%并超過60m的部位，應(yīng)有防側(cè)擊措施，所有金屬欄桿、金屬門窗、金屬構(gòu)件等較大的金屬物直接或通過金屬預(yù)埋件與防雷裝置連接，具體做法參見《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）第4.3.9條規(guī)定。然而，現(xiàn)代高層建筑物外墻多采用通體玻璃幕墻（明框、隱框和半隱框），建筑幕墻的金屬骨架是良導(dǎo)體，若防雷措施設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)，可能會(huì)因雷電的側(cè)擊而破壞，嚴(yán)重的可造成火災(zāi)和人員傷亡事故，因此，幕墻必須形成自身的接閃網(wǎng)，幕墻面積每≤100m2與主體防雷系統(tǒng)作可靠連接。建筑幕墻接地預(yù)埋件必須與等電位連接環(huán)處梁的縱向鋼筋連通，樓層上作為引下線的立柱主筋必須與等電位連接環(huán)連通，幕墻鋁合金材料與接地導(dǎo)線連接應(yīng)滿足防雷等電位連接的要求，《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50303-2015）規(guī)定：“幕墻接地連接處不同金屬間應(yīng)有防電化腐蝕措施”。當(dāng)用銅質(zhì)材料與鋁合金材料連接時(shí)，銅質(zhì)材料外表面應(yīng)經(jīng)熱鍍鋅處理，導(dǎo)線連接接觸面應(yīng)緊密可靠，不可松動(dòng)。幕墻金屬框架與防雷裝置的連接應(yīng)緊密可靠，應(yīng)采用焊接或機(jī)械連接，形成導(dǎo)電通路，連接點(diǎn)水平間距不應(yīng)大于防雷引下線的間距，垂直間距不應(yīng)大于防雷等電位環(huán)的間距。

6 外墻太陽能集熱器防側(cè)擊

部分智能建筑除在建筑物天面設(shè)置太陽能集熱器外，在建筑物外墻的外立面也設(shè)置了太陽能集熱器。此類太陽能集熱器內(nèi)置有電加熱電源線和傳感信號(hào)線直通室內(nèi)，一旦遭受雷擊，玻璃碎塊落地將造成人員傷亡，雷電流可通過熱水器的管道、電源線和信號(hào)線直接進(jìn)入用戶室內(nèi)，導(dǎo)致熱水器和家用電器毀壞，重則引起電擊事故。對(duì)于建筑物外墻的側(cè)立面安裝太陽能集熱器，國(guó)家防雷規(guī)范沒有明確的規(guī)定，往往又是在建筑物主體工程完成后才安裝，設(shè)計(jì)階段未作考慮，此種情況下，太陽能集熱器必須補(bǔ)充直擊雷、防側(cè)擊和雷擊電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)，集熱器金屬構(gòu)架保持電氣連通，頂端和底端與防雷接地裝置進(jìn)行可靠連接；電加熱電源線和傳感信號(hào)線采用鎧裝電纜或穿金屬管敷設(shè)，并做好雙端接地，條件允許時(shí)加裝電源和信號(hào)電涌保護(hù)器（SPD）。

7 電涌保護(hù)器（SPD）設(shè)置及安裝

對(duì)于智能建筑雷擊電磁脈沖防護(hù)，《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010有明確規(guī)定：在電源引入的總配電箱處應(yīng)裝設(shè)Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平值應(yīng)≤2.5kV。每一保護(hù)模式的沖擊電流值，當(dāng)無法確定時(shí)，應(yīng)取≥12.5kA。當(dāng)選用Ⅱ級(jí)試驗(yàn)電涌保護(hù)器時(shí)，每一保護(hù)模式的標(biāo)稱放電電流應(yīng)≥50kA。目前新建建筑物防雷設(shè)計(jì)中絕大部份仍沒有采用新規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，設(shè)備房?jī)?nèi)安裝的電涌保護(hù)器經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)與設(shè)計(jì)參數(shù)不符等情況。

結(jié)束語

現(xiàn)代智能建筑防雷是一個(gè)系統(tǒng)工程，只有對(duì)接閃器、引下線、接地裝置、防雷等電位連接、防側(cè)擊、電涌保護(hù)器設(shè)置等環(huán)節(jié)科學(xué)設(shè)計(jì)和施工，才能真正保證防雷裝置安全可靠有效，減少或避免雷擊事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057-2010[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

[2]王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003：210-214.

[3]梁華.建筑弱電工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[Z].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[4]董振亞.電力系統(tǒng)的過電壓保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1997：74-80.

[5]潘軍，鐘一帆，蒙劍.雷電防護(hù)技術(shù)在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用[J].氣象研究與應(yīng)用，2008，29（3）：49-50.