探討高層住宅小區防雷接地設計及施工技術

李 寧 中交路橋北方工程有限公司助理工程師

羅瑞鵬 中交路橋北方工程有限公司高級工程師

1 項目概況

項目位于山東省泰安市東平縣宿昌路以東，濱河街以北的羅莊村范圍，基底北高南低，由5 棟住宅樓、2 棟公建和地下車庫組成，總建筑面積94 803.79 m2。其中，4#住宅樓地下2 層，地上21 層，剪力墻結構，建筑面積為20 479.26 m2；5#住宅樓和6#住宅樓地下2 層，地上26 層，剪力墻結構，建筑面積為24 865.9 m2；7#住宅樓和8#住宅樓地下2 層，地上26 層，同樣為剪力墻結構，建筑面積為27 926.12 m2；17#配套公建地上3層，框架結構，建筑面積為944.07 m2；21#換熱站工程地上1 層，框架結構，建筑面積為151.3 m2；二期地下車庫工程地下1 層，框架結構，建筑面積20 437.14 m2。主樓與地下車庫整體大開挖，基坑整體呈長方形，基坑東西長約123 m，南北寬約232 m，基坑開挖深度為5.3 ～6.3 m。

本高層住宅小區樓棟屬于第三類別防雷等級。每棟樓安裝的防雷裝置能阻止閃電電涌入侵，抵抗直擊雷和雷電電流經引下線和接地裝置產生的高點位對附近金屬物或電氣電子系統線路的反擊[1]。對電梯電井房、信號通信室、消防專用室、防雷、電力電氣設備等的保護接地采用的是同一個接地體。其中，信號通信室、消防專用室的接地下引線獨立分開設置，接地電阻小于等于1 Ω，實測值大于等于1 Ω 時需增設人工接地。

2 防雷接地設計及施工在電氣安裝中的重要性

隨著科技快速的發展、技術不斷的進步，人們對高層住宅小區的安全需求也在不斷提高，人口越來越密集，城市的高層辦公寫字樓和小區住宅越建越高，且越建越多。相對于傳統低矮的住宅，現代住宅小區普遍智能信息化，內外部電子設備眾多，導致高樓比低矮樓更容易遭受雷電打擊。一旦受到雷電攻擊，高層住宅建筑和設備會被破壞甚至危及人身安全，因此需要高度重視高層住宅小區的防雷接地設計及施工工作。由于雷擊時會產生熱效應，雷電流形成雷電波入侵、靜電感應以及電磁感應。因此，想要切實防護雷電破壞，高層住宅小區一定要做好建筑物內外部的防雷接地設計，并嚴格按照設計及施工方案進行施工。

防雷最主要就是“泄”和“抗”兩種措施，防雷接地主要是將防雷接地的避雷設施，通過接地體接到地面的深處將雷泄掉，以此削弱雷電電流，防止雷電能量破壞被保護物體。此外，一般電氣設備均具有一定的絕緣和其他補救防護措施，用來減弱雷擊破壞的能力[2]。建筑物綜合防雷系統設計及施工原理如圖1 所示，只有避雷設施及絕緣等措施有效結合，并嚴格把控防雷接地施工質量，才能避免或者減少雷擊，從而保證高層住宅小區安全及供電和保障小區及附近人員安全。

圖1 建筑物綜合防雷系統設計及施工原理

3 高層住宅小區防雷接地外部系統設計及施工

高層住宅小區外部系統的防雷接地設計及施工重點在于保護建筑物本身不會受到直擊雷與側擊雷的襲擊。本高層住宅小區最易遭受雷擊的部位是檐角、女兒墻、出屋面煙風道及突出的電梯機房等，具體涉及接閃器、引下線、接地裝置等方面的設計及施工。羅莊二期項目的主樓屋面避雷設計及施工線路如圖2 所示。

圖2 羅莊二期項目的主樓屋面避雷設計及施工線路圖

3.1 防雷接閃器設計及施工

防雷接閃器主要由避雷網和避雷針以及其他金屬構件構成，與下引線、接地裝置有良好的電氣連接。工作原理為由避雷針將雷電導入自身，雷電流通過下引線、接地裝置迅速泄流到大地，以此來保護建筑物、建筑物內的電氣設備及人身安全。為了提高保護有效性，避雷針必須高度足夠，但其高度越高，受到雷擊的概率也會越大，因此為了實現均衡，要用到避雷網或避雷帶等裝置。本項目選用多針防護避雷針，其采用直徑為25 mm 的熱鍍鋅圓鋼，頂部高出被保護物不小于2 000 mm，從而明顯降低被雷擊概率。對高層住宅小區的防雷接閃器進行設計時，首先需要綜合考慮高層住宅建筑屋頂的有線電視系統、電氣火災監控系統、消防電源監控系統、點視監控系統以及配電系統等，保證其完全處在接閃器的保護區域內[3]。如果有個別裝置處在非保護區域，則需要為其增設避雷帶、避雷針或避雷網。其次在建筑物屋頂敷設的避雷帶及其支架應當朝外傾斜，保證避雷帶在建筑物本身的外表面，從而避免屋檐外邊沿遭受雷擊，否則雷擊中混凝土碎塊會對地面的行人、車輛造成影響。最后由于檐角、女兒墻、煙風道及電梯機房等會延伸且高過屋面，相比屋面更容易遭受雷擊，因此在防雷接地設計時要對其設置接閃器，并與屋面防雷裝置相連，尤其與屋頂的部分構件進行連接，不能忽視避雷帶的敷設。

3.2 引下線設計及施工

安裝防雷接地引下線能夠將雷擊電流從接閃器傳送到接地裝置導體中，而且由于高層住宅建筑需要用到的引下線相對于中低層建筑較長，雷電感應相對較大，因此需要隔幾層布設均壓環。本高層住宅小區各棟樓的均壓環設置在地上3 層以上部分，利用外墻和框架梁的水平筋與引下線焊接而形成一個閉合回路，還要保證均壓環能與所有引下線、樓層結構鋼筋、金屬制品等可靠連接，與建筑物墻體鋼筋、圈梁鋼筋形成電氣通路，預防出現雷電效應，并依托剪力墻內的4 根直徑為18 mm 的豎向縱筋焊接而成。用剪力墻內鋼筋作為引下線，在防雷接地設計引下線時要重視引下線的數量與走線，主要沿著建筑物四周進行均勻對稱布置，并且間距不得超過規范標準，同時盡量較多地布設引下線，進一步縮小下引線間距[4]。高層住宅樓利用混凝土構件中的鋼筋作為接下引線時，需注意柱內主筋與梁內主筋的連接用連接件代替電焊，連接件采用扁鋼或者直徑為20 mm 的HRB400 鋼筋。關于墻柱主筋與框梁內避雷帶的連接則要特別注意，無論避雷帶是使用扁鋼還是圓鋼制作，焊接一律在扁鋼或圓鋼搭接背焊，以此保證焊接質量。筏板基礎上防雷接地扁鋼焊接過程如圖3 所示，焊接效果如圖4 所示。

圖3 筏板基礎上防雷接地扁鋼焊接過程

圖4 筏板基礎上防雷接地扁鋼焊接效果

3.3 接地極設計及施工

接地極裝置包含接地體和接地線，作用在于將雷電流傳導流入大地，用來削弱雷電電流、防止雷電能量破壞被保護物體、減弱雷擊破壞的能力。本高層住宅小區的接地極由建筑物樁基、筏板基礎上下兩層主筋的兩根通長筋焊接形成的基礎接地網并連接室外用鋼管、圓鋼、扁鋼等材料的人工接地裝置組成（見圖5）。高層住宅利用混凝土構件中的鋼筋作為接地極時，應注意筏板基礎鋼筋之間的連接方式，即不能用電焊將鋼筋互相作T 字形直接焊在一起，而必須用彎成直角的連接件將鋼筋搭接焊在一起，且連接件采用與板內鋼筋同規格的鋼筋。柱內主筋與粱內主筋的連接應和筏板鋼筋連接做法一樣，但連接件可用同規格鋼筋，也可用扁鋼。剪力墻、柱內主筋與梁內避雷帶一般是扁鋼或圓鋼構成，均應采用搭接背焊，此外還可以在引出處預先埋設一塊鋼板，以便用于連接。

圖5 主樓筏板基礎內接地極效果圖

4 高層住宅防雷接地內部系統設計

對高層住宅小區進行防雷接地內部系統設計及施工，目的在于防止雷電感應與雷電波侵入，既能減少電磁感應，又能避免跨步電壓、接觸電壓等帶來的傷害。一般內部防雷接地設計及施工需要做好等電位聯結、過壓保護器安裝等工作。

4.1 等電位聯結設計及施工

等電位設計及施工主要是采用導線將處在防雷范圍內的防雷物體、金屬物體、電氣設備以及電信通信裝置等進行連接，防護目的為減少或消除電位差，確保電位始終保持平衡狀態，進而達到降低接觸電壓的效果。本高層住宅小區電源為TN-C-S 系統，設計為等電位聯結能夠保證發生故障時接觸電壓大幅降低。在對高層住宅小區展開電氣設計、施工工作時，等電位聯結是避免低壓配電系統運行時發生故障的關鍵舉措之一。

本高層住宅小區設計上采用總等電位聯結端子箱MEB 和專用接地保護線。MEB 為紫銅板構件，設置在電氣進線間，被樓層結構中的框架梁包在里面。從MEB 箱開始，形成一個閉環導電體。接地網、弱電間內的接地線和總等電位接地裝置間采取可靠有效的連接，豎向布置的金屬管道兩端之間與接地裝置相連。

4.2 過電壓保護設計及施工

本高層住宅小區過電壓保護設計及施工原則如下。第一級電涌保護器在變配電室低壓母線上、屋頂室外風機上以及室外照明配電箱內；第二級電涌保護器在主樓各層總配電箱以及配電回路直接引至低壓配電箱內；第三級電涌保護器安裝在供給電子設備的配電箱及末端照明箱上。施工中遇到銅纜或光纖線路有加強筋保護時，均采用通信線路電涌保護器或其他過電壓保護裝置。

5 高層住宅小區防雷接地施工質量控制

5.1 防雷預控施工質量控制

首先，本高層住宅小區防雷接地施工前，技術人員需要組織各單位對設計圖紙進行圖紙會審和交流探討，并仔細核對圖紙中各個施工參數。其次，施工中需要嚴格執行技術交底制度，確保施工作業人員熟知作業要點、標準以及流程，施工中遇到設計問題要及時與設計人員溝通，不僅要熟悉防雷接地布置位置和要求，還要對建筑結構、布局了然如胸。再次，施工中需要嚴格按照設計及變更進行施工，發現新問題及時與設計院溝通，采取有效措施，確保防雷接地工程的安全質量。最后，需要加強對水電工人的管理。如今在建筑電氣施工中常常會忽視施工圖的重要性，水電工人按照自己的經驗進行施工，不嚴格按照設計規劃進行，極易導致施工出現錯誤，給防雷接地造成誤差，并且不能保證防雷接地的質量，進而導致不可估量的損失。因此防雷接地施工前一定做好安全、技術交底工作，施工中做好施工質量檢查，發現問題及時改正。對各棟樓中設置的弱電系統以及弱電信息通信等施工時，技術員要時刻對水電班組進行詳細的技術交底，進一步明確防雷接地采取的措施。

5.2 防雷接地材料的質量控制

本高層住宅小區防雷接地系統前期設計中依據建筑標準規范，決定采用扁鋼、角鋼和圓鋼等材料施工。首先，防雷接地材料規格、尺寸一定要符合設計與施工規范要求，且具有相應檢測試驗報告及質量合格證。其次，在施工中，管理人員需嚴格要求施工人員，不能隨便使用鋼筋當作防雷接地材料進行焊接，也不能使用普通的鋼筋代替熱鍍錫材料進行焊接施工。最后，在防雷接地筋的施工中，由于防雷接地材料及鋼筋的質量影響著防雷接地焊接的質量，防雷接地焊接的質量決定防雷接地施工的質量，因此在防雷接地施工中一定要控制好防雷接地材料、鋼筋焊接的質量，不得出現搭接焊接處有虛焊、焊瘤、夾渣、咬肉等焊接質量問題，也不得出現避雷帶、接地體與接地母線焊接處搭接長度不夠、焊接倍數不夠、只焊單面及不進行防腐處理等問題。

5.3 防雷接地要加強重要工序的質量控制

雷電是不可避免的一種自然現象，防雷接地系統可作為防雷的屏障一直保護著各棟樓層的安全，因此加強防雷接地施工和焊接質量控制顯得極其重要。首先，接地和避雷裝置的焊接要由具有焊接資格且經驗豐富的焊工擔任，并提前按照施工方案進行詳細的安全、技術交底，從而切實做好高層住宅防雷接地。其次，在防雷接地系統施工中，有許多施工環節極易發生防雷接地質量通病，提高防雷接地施工質量要設立質量控制制度及機構，嚴格按照設計及規范控制施工，遵循施工驗收程序，驗收合格后再進行下一道工序施工，進一步確保施工質量。施工管理人員需現場標注并統計框架梁、墻柱上每根鋼筋焊接位置、長度、標準等，通知監理工程師進行確認，防止出現漏焊、漏接、質量不達標情況，確保接地極符合設計圖紙質量要求。最后，在實際施工操作中，要對防雷接地接地極以及鋼筋焊接點位按照圖紙統計和標注進行逐個檢查，做好接地線焊接點位的定位標識，保證焊接長度與焊接質量滿足設計及規范的要求，防止出現接地極與主筋相互混合錯亂問題，這樣易中斷防雷接地線，導致不起作用。另外需強調的是，各棟樓的結構轉換層施工中一般需要調整墻柱鋼筋位置，因此要對焊接進行反復核實，防止出現漏焊、錯焊等質量問題，避免焊錯主筋造成接地線中斷等問題。

提高防雷接地施工質量要編制周密、切實可行的施工方案及預防措施。施工前進行詳細的施工安全、技術交底，并且施工技術人員及施工作業人員需要認真學習有關規范，在施工前、施工中嚴格控制防雷接地的質量。

6 結語

高層住宅小區在設計與建設之初便需要重點考慮防雷接地設計及施工問題，隨著住宅建筑智能化程度日漸提高，涉及的電氣設備眾多，更需保證充分的防雷接地效果。本文從高層住宅小區外部與內部的防雷接地設計及施工技術進行探討，全方位把控在設計、施工過程中可能遇到的各類問題，做到按圖紙、標準規范施工，更好地避免防雷接地工程安裝過程中出現問題及產生一些質量通病，從而保證防雷接地工程的質量。通過總結出一套良好的防雷接地設計及施工方案，以期能夠更好地防止雷擊、保障人員和設備的安全。