裝配式木結構建筑防雷設計分析

段新美

（山東省建筑設計研究院有限公司，山東 濟南 250000）

我國的建筑行業發展迅速，其智能建筑也得到重視，在進行建筑工程中，其中的防雷措施也非常之重要。特別在我國南方，經常會有雷雨天氣，因此在對建筑工程進行建設之前，設計中的防雷設計要做好，只有合理的、科學的進行了防雷技術，這樣在建筑安全上才能夠更進一步提升保障。

一、木結構建筑雷擊破壞機理

近些年木結構建筑遭受雷擊破壞的事故仍有發生，主要原因一是安裝防雷裝置易造成木結構建筑原貌和自身構件破壞，或難以安裝施工等(如復雜吻獸構件位置處安裝接閃器等)，部分木結構建筑尚未安裝防雷裝置;二是木結構建筑屋頂樣式多、組成部分復雜，頂部常有多個屋脊、房檐、翹角等，防雷裝置的保護范圍往往不夠，部分屋頂構件處于保護范圍之外;三是即便按照防雷規范要求安裝了防雷裝置，由于其有一定的攔截失效概率，按現行雷電防護標準，直擊雷防護的雷電流幅值范圍為5.4—200kA，而自然雷電流幅值可能小于或大于上述范圍，由此可能造成雷電對木結構建筑物的繞擊，仍可能擊中木結構建筑自身，進而造成木結構建筑破壞。當前許多研究分析了雷電對木結構建筑破壞的原因和方式，但對木結構建筑構件雷擊破壞機理分析和探索較少。未來應加強木結構建筑構件雷擊破壞過程、內在機理、影響因素等方面研究，進而研究在木結構建筑維護中采取哪些技術方法減少或避免雷擊破壞。

二、防雷技術分類

（一）分流

將從室外引入到室內的導線，利用避雷泄流裝置并接到接地線之間的方法稱之為分流技術。在雷電天氣還沒有出現之前，避雷泄流裝置對線路的正常工作是不會產生影響的，一旦雷電擊中線路，雷電中將會有強大的過電壓出現，并以線路為媒介進入到室內，此時可以第一時間啟動避雷裝置，確保在短時間內的電阻下降，并實現閃電分流，還有一部分的閃電流泄放進入大地，以確保室內電子電器設備的安全。通常情況下，開展多級分流之前需要結合設備承載能力和實際需要，以將殘壓降到最低。

（二）攔截

現階段，在攔截中應用的優化后避雷針主要包括兩種，分別是以先導放電為原理的避雷針和抗阻限流為原理的避雷針，前者的主要特點是對電子技術進行利用，以對上行放電進行主動引發，進而降低放電電壓和電流幅度，實現對雷擊點進行控制，將側擊雷出現的概率降到最低;后者的特點則是可以適當增加阻抗或者感抗值，進而降低電流幅度，減少雷電電磁效應，將因電磁脈沖造成的干擾降到最低。

（三）屏蔽

選用屏蔽技術，需注意以下幾方面的內容:①對于結構來說，通常都是選用建筑結構的鋼筋作為引下線，其屏蔽效果較好，而機房則不需要另外建造金屬屏蔽室，需在樓宇中間的位置處作為機房位置，若是機房設置在樓宇邊緣部位，應確保設備與窗口之間有一定的距離，進而降低電磁脈沖輻射;②在設置電線的過程需選擇屏蔽電纜，若是缺少屏蔽層，應在金屬管道內橫穿電纜線，之后則是將地線分別與金屬管或屏蔽層進行連接，否則防雷屏蔽效果將會大打折扣。

（四）均壓

在設計防雷系統的過程中，應保證建筑物中的管線、各種類型電氣設備與引下線之間有一定的安全絕緣距離，避免雷電閃擊出現。若是受到環境因素的影響，使得這些設備之間不能保持安全距離，需要連接設備中對應的金屬制部件和接地系統;若是金屬裝置不能連接接地系統，可以利用地電位平衡器進行連接。若是閃電電流通過，建筑物中的金屬裝置可以始終保持等電位狀態，避免出現旁側閃絡放電。

三、接地設計

（一）接地要求

接地技術是防雷工程建設的基礎環節，將雷電引入大地的過程，只有確保接地設計良好，才能有效降低引下線電壓，避免或者降低雷電反擊現象的出現。在進行防雷接地的過程中，需要注意以下幾點:①為了確保防雷效果，避免單獨設置接地，應將保護接地、直流接地、防雷接地等與共用接地網進行連接;②在互相聯結的過程中，需優先進行單點接地，之后則是等電位連接。

（二）環形接地體

1.環形人工基礎接地體的原則

環形人工基礎接地體的原則:建議優先圓鋼直徑不宜大于12mm;混凝土電阻率取100m;周長≥60m，按60m 考慮。因此，在建筑物基礎防腐層下面的混凝土墊層內敷設40mm×4mm 鍍鋅扁鋼做人工環形基礎接地體。

2.引下線處補打接地極

當槽形、板形基礎鋼筋網在水平面的投影面積或成環的條形基礎鋼筋或人工環形基礎接地體所包圍的面積符合下列規定時，可不補加接地體:當土壤電阻率小于或等于800Ω·m 時，所包圍的面積應大于或等于79m2;當土壤電阻率大于800Ω·m 且小于或等于3000Ω·m 時，所包圍的面積應大于或等于按下式計算的值。

四、防閃電感應措施

（一）等電位聯結

依據《GB 50057-2016 建筑物防雷設計規范》，應保證金屬線的材料筆直，且不宜過長，盡量沒有彎曲，這樣才能有較好地疏通電流效果，在引線進行安裝的過程中，需確保其牢靠穩固。其交叉處也應跨接(基于一類防雷建筑的參數)。若計算采用二類防雷建筑的參數，計算結果如下:(4)

式中:L——平行管道成環路的長度，取30m;di/dt——流經引下線的雷電流的陡度，根據表F.0.1-3 的參量，取150kA/μs;M——2 根間距300mm 平行管道與引下線之間的互感，取0.0191μH/m;EL——電感電壓的空氣擊穿強度，取3000kV/m。將數據代入式(4)得，d=0.029m。對于第二類防雷建筑物，平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物的凈距小于300mm，當雷電發生時，所感應的電壓僅可能擊穿0.029m 的空氣間隙。

（二）網殼照明設備的防閃電電涌措施

1.從配電箱引出的配電線路穿鋼管保護，可采用SC 鍍鋅鋼管或KBG 薄壁鋼管。安裝時需要確保鍍鋅不會遭到破壞，否則就要在焊接處涂抹柏油。在對接地極進行安裝的過程中，應符合設計要求，若是安裝過程中缺少相關的指示說明，需保證埋設的接地極深度在 0.6mm 以上。在將接地裝置安裝完成后，為了隨時監測和掌握其運行情況，可設置監測點，以將接地裝置的作用充分發揮出來。2.在配電箱內應在開關的電源側裝設I 級試驗的SPD，其電壓保護水平不應大于2.5kV;當燈具為LED 光源時，其電壓保護水平不應大于1.5kV。3.SPD 與最遠一只燈具的電氣距離不大于10m。

五、限制接觸電壓及跨步電壓

IEC 對防接觸電壓和跨步電壓措施的建議:將人可接觸到的防雷引下線部分絕緣，采用阻擋物，提高人體接觸電阻，敷設等電位均衡線或采用防雷引下線，減少入地電流，從而把接觸電壓和跨步電壓降低到允許值以下。木結構建筑中建議每一根防雷引下線入地處3m 范圍內，地面以下300mm，敷設網格為150mm×150mm、3mm 的鐵絲網做等電位均衡線。同時，等電位均衡線以下敷設5cm 厚瀝青層或15cm 厚礫石層。

結束語

本文結合實際木結構建筑項目，從防雷分類、防直擊雷措施、接地措施和防閃電感應措施等方面介紹了木結構建筑防雷設計，提出電氣設備和金屬管道與木質構件的安全距離、防火隔離措施等要求，可為類似木結構建筑提供參考。