房建電氣安裝中防雷接地施工方法研究

桑海亮

摘 要：雷電作為一種自然天氣現象，具有瞬時電壓高、電磁輻射強以及電流大等特點。因此，防雷設計是保障建筑以及建筑內部設備安全的重要保障之一，是建筑電氣系統設計及安裝所面臨的重要問題。結合某超高層建筑項目，簡要分析房屋建筑雷擊災害的危害性，論述建筑防雷保護區劃分與保護原則，從避雷網、避雷帶、避雷引下線、接地裝置、接地干線以及等電位聯結幾方面研究房建電氣安裝中防雷接地施工方法。

關鍵詞：防雷接地；防雷保護區；特點；原則；施工方法

中圖分類號：TU856? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）07-0001-03

0 引言

目前，高層以及超高層建筑已經成為城市建筑發展的主流趨勢，其在一定程度上緩解了城市地區的人地矛盾，但是由于建筑物本身高度較大，因此遭受雷擊的風險較高。建筑內部配備的各種設備較多，一旦發生雷擊事故，往往會造成較大損失，因此如何對雷擊災害進行有效防護就成為了迫切需要解決的問題。目前的技術水平尚無法徹底消除雷擊災害的威脅，因此必須結合房屋建筑雷擊災害的特點，采取有效的防護手段，從而最大限度降低雷擊災害的影響，保障房屋建筑安全。

1 項目概況

某大廈項目總建筑面積為15.8944萬m²，建筑高度為155.0 m，建筑地上部分共43層，地下部分共4層，結構設計為鋼筋混凝土框架。大廈內部配備消防報警系統、會議系統、監控系統以及電話交換系統，無線信號全覆蓋。大廈設計使用年限50年，建筑耐火等級為一級，建筑結構安全等級為二級?？紤]到該大廈內部配備大量電子設備，同時還有信息系統以及線路系統，投入使用后人流量較大，因此將防雷等級設計為二類，防止大廈遭受雷擊災害。

2 房屋建筑雷電災害的危害性分析

現代城市建筑造型多樣化，建筑外立面、屋頂設計復雜，建筑物凸出部分較多，因此遭受雷擊的風險較高，尤其是建筑屋檐、屋角、女兒墻、屋脊以及檐角等區域。雷電可以分為直擊雷、球形雷、感應雷、靜電感應雷、電磁感應雷、雷電電磁脈沖以及雷暴日。

雷擊災害對建筑所造成的破壞主要表現在以下4方面：一是雷電直擊建筑物產生的電動力與熱效應。這種瞬間的高溫可以引燃建筑物，建筑物中與雷電通道有直接接觸的金屬構件在高溫作用下可被融化，建筑物中的可燃物發生燃燒會引發火災事故，威脅建筑物中人員、設備的安全[1]。二是雷電流幅值變化過大所產生的強大交變磁場，會導致處于磁場范圍內的管道、導體以及金屬設備等感應出極高的電動勢，產生強大的感應電流。其進入系統中可造成電氣設備、電子設備等發生故障或者損壞，還可能引發火災。三是雷電當中的能量以脈沖的形式順著管線進入室內，可造成建筑物室內設備損壞，甚至威脅人身安全[2]。四是雷電擊中建筑物或者鄰近物體，建筑防雷接地裝置在將雷電流導入大地的過程中，由于受到電阻的影響，可產生數十到數百千伏的高電動勢。這會導致雷電中所蘊含的能量順著金屬管線擴散，從而造成破壞。

3 建筑防雷保護區劃分與保護原則

3.1 劃分保護區

現代建筑中，信息系統以及電力系統是必不可少的部分。這些系統設備精度和靈敏度較高，是建筑優越功能性的重要保障。但是其耐受電壓與工作電壓都相對較低，運行過程中對于電源電壓穩定性的要求極高。一旦發生雷擊事故，這些設備的運行很容易受到干擾，甚至可能導致設備出現損壞，從而影響建筑內部各系統的正常運行[3]。

雷電電磁脈沖傳播過程中其強度隨著能量不斷消耗而降低，在不同空間、不同位置的強度存在較大差異。應根據電磁脈沖的強度以及對建筑物及其相關電子設備造成的危害劃分防雷保護區，不同防雷保護區采取不同的防護措施，從而在確保安全可靠的基礎上盡可能減少投資。

根據建筑物不同空間、不同位置雷電電磁脈沖的強度變化，可以將防雷保護區劃分為L₁、L₂、L₃……L_n區，不同防雷保護區以幕墻、外墻以及設備間等為間隔。在本項目中，將大廈外部空間劃分為L₁區，此區域完全暴露在雷電的攻擊范圍內，最容易直接遭受到雷電災害的威脅。將缺少防雷保護措施保護的區域劃分為L₂區，此區域內各種物體都有可能被雷電擊中，并且可以通過所有雷電流。將處于避雷網、避雷帶等防護措施保護的范圍劃分為L₃區，包括衛星信號接收裝置、風機機組等。此區域雖然暴露在雷電的攻擊范圍內，但是由于存在多種防雷設施，因此被雷電擊中的風險相對較小[4]。將建筑物未直接暴露在雷電攻擊范圍的區域劃分為L₄區，主要包括建筑物內部的電子設備以及相關物體。此區域不會被雷電直接擊中，受到雷電災害的威脅相對較低。

3.2 分級保護

各防雷保護區基本防護原則為分級保護，即根據各分區設備或者物體的重要性或者敏感度，制定針對性防護措施[5]。具體措施是先計算出各防雷保護區內雷電電磁脈沖的強度，然后按照實際需要在防雷保護區交界位置安裝避雷器。在本項目中，在L₁和L₂區交界位置安裝B級防雷器，在L₂和L₃區交界位置安裝C級防雷器，在L₃和L₄區交界位置安裝D級防雷器。各防雷保護區界面位置采用等電位聯結，從而達到泄放感應過電壓、雷電流，減少電磁干擾的目的，確保建筑物及其內部電子設備的安全。

4 房建電氣安裝中防雷接地施工方法研究

4.1 避雷網

本項目中，除風機管道、機房頂部以及屋頂女兒墻區域采用避雷帶進行防雷保護外，屋面剩余區域全部暗敷避雷網進行防護。避雷網采用直徑為10 mm的熱鍍鋅圓鋼進行制作，規格為10 m×10 m，采用暗敷的方式鋪在屋面找平層內。

避雷網施工時，要先根據施工圖紙在現場確定并標記基準點的位置，然后以圖紙中的行列線為準標出列線和行線，確保避雷網敷設準確。在屋頂全部金屬管道、風機以及相關金屬構件的位置預留出連接點，方便后續施工中與避雷網進行連接。將制作好的避雷網敷設在屋面找平層，敷設完成后與所有連接點進行連接。

4.2 避雷帶

本項目防雷等級設計為二級，女兒墻距離屋頂面的高度為1.5 m，采用直徑為10 mm的熱鍍鋅圓鋼進行連通，采用25×4 mm的熱鍍鋅扁鋼支架進行固定。女兒墻和支架底部采用壓頂扁鐵進行焊接，要求高出女兒墻0.15 m，壓頂扁鐵與引下線以焊接的方式連通。避雷帶制作采用的是直徑為10 mm的熱鍍鋅圓鋼，圓鋼之間采用雙面施焊，搭焊長度要求為6倍圓鋼直徑。焊接完成后應徹底清理焊渣，檢查無明顯咬肉以及夾渣的情況，并在焊接位置涂刷瀝青，以達到防腐的效果[6]。支架安裝制作好后進行拉拔試驗，確認質量合格才能開始安裝。

安裝時先從支架兩端開始，采用細鐵絲找直，然后安裝剩余支架，要求支架間水平間距控制在1.0 m，遇轉彎位置間距控制在0.5 m。采用滿焊連接女兒墻與支架底部，焊接位置涂刷銀粉漆。避雷帶安裝完成后必須檢查是否牢固、平直，不能出現彎曲或者高低起伏的情況，必須與建筑物保持高度一致，全長偏差應控制在10 mm以內。處理沉降縫與伸縮縫時必須保留余量，并在兩端1.0 m的位置增加固定措施。彎曲位置要求不低于90°，同時彎曲半徑不低于10倍圓鋼直徑。

4.3 避雷引下線

由于本項目防雷等級設計為二級，按照規范避雷引下線的間距不超過17.0 m，但是建筑獨立柱的間距為8.4 m，因此隔柱安裝避雷引下線，間距設計為16.8 m，避雷引下線的數量為19根。安裝避雷引下線時，引下線與樁基四角的鋼筋進行焊接，然后分別與2根柱主筋進行焊接，柱主筋選擇為對角線主筋中的第二根。

需要注意的是，必須以焊接的方式連接，不允許綁扎連接，跨接線選擇直徑為12 mm的圓鋼。建筑每層用于接地的主筋需要涂刷黃色漆進行標記，防止安裝時出現錯誤。避雷引下線安裝完成后必須由質檢員、監理人員聯合進行檢查并做好相關記錄，確保安裝質量合格[7]。

4.4 接地裝置

本項目中，接地裝置采用的是共同接地體，即將底板內結構主筋焊接為網格作為整個接地系統共用的接地體，要求共同接地體的電阻不低于0.5 Ω。若測試階段電阻不滿足設計標準，必須采用人工接地體的方式增加電阻，確保滿足設計標準。安裝施工時，以大廈基礎底板的鋼筋作為接地極，以焊接的方式將底板上下2根直徑在25 mm以上的鋼筋焊接為環形，同時選取2根直徑在25 mm以上的主軸鋼筋交叉焊接構成接地網，將避雷引下線與接地網進行焊接，從而形成電氣通路。

4.5 均壓環

為預防側擊雷，更好地疏散電流，在大廈外圍配備均壓環防護系統。大廈一層設置1道均壓環，超過45 m以上部分，每3層設置1道均壓環，每道均壓環均和避雷引下線進行連接，以發揮均流的作用。大廈外墻上的金屬構件、幕墻龍骨以及門窗等均和均壓環連接。所有均壓環與大廈外圈梁中的主筋以焊接的方式連接，安裝完成后的均壓環應與建筑墻體、樓板、梁、柱主筋以及金屬構件一體連接[8]。

由于大廈外圍采用的玻璃幕墻，因此避雷引下線與均壓環的連接位置需要預留出接地點，接地點采用熱鍍鋅接地扁鋼。大廈玻璃幕墻安裝施工時，其鋼龍骨與承重梁需要與預留的接地點進行連接，要求牢固可靠。

4.6 接地干線

鋪設接地干線時，要設置斷接卡子，便于檢測接地電阻。在跨越門口的位置接地干線全部敷設在面層中。沿墻體明敷時，選擇40×4 mm的扁鋼作為支持件，其水平間距控制在1.0 m，水平彎曲部分間距控制在0.5 m，垂直彎曲部分采用氣焊煨制的方式，在確?？煽康幕A上盡量做到美觀。

施工時，明敷的接地干線不能影響到相關設備后續拆卸、維修。建筑物入口位置的接地干線必須在醒目位置標注黑色符號，明敷接地干線全部相間涂刷黃綠漆。建筑物外墻體水平敷設的接地干線，與地面的距離控制在0.3 m，實際安裝施工時以50 mm線作為基點，同時接地干線與墻體的間隙不能低于10 mm。若接地干線需要跨越伸縮縫，則應當設置補償裝置。

4.7 等電位聯結

本項目中，為有效保護大廈內部電子設備、電力設備等不受雷電侵害，配置了等電位接地系統，具體包括局部等電位、縱向金屬管線等電位連接以及總等電位。其中總等電位MEB箱安裝在-2層配電室，選擇60 mm×60 mm的熱鍍鋅扁鋼，將其與大廈1層均壓環、底板鋼筋分別進行焊接。在連接強電豎井和配電室的橋架中敷設1條接地干線，實現強電豎井與配電室的聯通。采用40 mm×40 mm的熱鍍鋅扁鋼進行制作，要求接地干線與電纜橋架的連接點至少2處。弱電豎井中接地線底端和接地網牢固連接，同時在每層設置等電位聯結端子板。接地干線和總等電位的連接點不低于2處，分別從均壓環和底板的接地裝置中引出，等電位箱和等電位的聯結線要構成環形網路。

局部等電位處理的區域包括大廈水泵間、衛生間、電梯井、機房以及熱交換站等，選擇40 mm×40 mm擴大熱鍍鋅扁鋼，以焊接的方式將LEB箱與總等電位、底板接地網分別連接。在金屬管道進入大廈的位置全部做等電位聯結，聯結點從戶外人工接地極與均壓環引出，聯結點安裝專用的接地卡子，嚴禁直接焊接在管道上。

總等電位箱與局部等電位箱均采用的是暗裝的方式，其中局部等電位箱安裝時箱體底邊與地面的距離控制在0.3 m，大廈電信間、電控室等空間需要從局部等電位箱引入接地干線，材料選擇直徑為12mm的熱鍍鋅圓鋼與40 mm×40 mm的扁鋼。總等電位箱安裝時 箱體底部與地面的距離控制在0.5 m，箱內接地干線從墻體或者柱內主筋引出，二者進行可靠焊接。箱體上下端各開1排敲落孔，每排10個，間距為50 mm，孔徑為20 mm。

金屬管道等電位聯結主要涉及進戶管道、豎直管道。其中進戶管道等電位聯結干線從外墻的水平主筋上引出，水平主筋必須與引下線或者垂直主筋采用跨接線進行焊接，跨接線選擇直徑為12 mm的熱鍍鋅圓鋼。豎直管道間隔3層和接地鋼筋進行連接，接地鋼筋的選擇宜遵循就近原則[9]。

5 結束語

建筑防雷接地保護系統是建筑安全性的重要保障，對于保護建筑本身及建筑內部設備安全，避免遭受雷電危害至關重要。本項目結合大廈防雷保護設計以及實際需求，采用分區防護的形式，通過避雷帶、避雷網、避雷引下線、接地干線、均壓環以及接地裝置等實現雷電災害防護功能，有效提升了大廈整體安全性。

參考文獻

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