傅劍鋒，彭志春，庹元科

（機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計(jì)研究院，重慶 400039）

0 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)不斷走出國門，在世界各地承接工程項(xiàng)目。國際工程項(xiàng)目常常以英標(biāo)、美標(biāo)等發(fā)達(dá)國家的國家標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)要求，同時，在一些國家雖然沒有國家規(guī)范，但當(dāng)?shù)赝鶗幸恍┝?xí)慣做法。在我院（機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計(jì)研究院）承接的扎維亞4000套住宅項(xiàng)目中，當(dāng)?shù)乇O(jiān)理就提出了按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣做法進(jìn)行防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求 （即本文中方案一的做法）。但該做法存在一些缺陷。故我們以IEC與BS規(guī)范[1-3]為依據(jù)，通過對防雷系統(tǒng)的接閃器、接地系統(tǒng)、引下線三部分進(jìn)行不同方案比較，闡明了最適合該項(xiàng)目的防雷系統(tǒng)。

1 接閃器

民用建筑防雷系統(tǒng)的接閃器常用方案主要有兩種:接閃桿或接閃網(wǎng) （參考規(guī)范條文:IEC 62305-3第5.2.1條，BS EN 62305-3 第5.2.1條）。

1.1 定位方法

本次設(shè)計(jì)的接閃器定位方法:滾球法(參考規(guī)范條文:IEC 62305-3 第E.5.2.2.2條，BS EN 62305-3 第E.5.2.2.2條)。 球體（R=60m）在建筑物周圍滾動，在滾球接觸建筑物的地方，雷擊可能會發(fā)生。在此類點(diǎn)上，要求用接閃器導(dǎo)體進(jìn)行防護(hù)。

1.2 方案一:接閃桿

根據(jù)基于滾球法的計(jì)算以及軟件模擬，本項(xiàng)目4層的住宅樓至少需要在屋頂設(shè)置4根7m的接閃桿,這樣才能完全地對建筑物進(jìn)行保護(hù)，如圖1所示。

圖1 4層住宅樓的雷電保護(hù)

1.3 方案二:接閃網(wǎng)

根據(jù)滾球法原理，該項(xiàng)目的住宅樓需要設(shè)置接閃器保護(hù)的部位主要是樓體邊緣的女兒墻。因此，該方案的接閃器是沿住宅樓屋頂?shù)呐畠簤Π捣?5×4的熱浸鍍鋅扁鋼形成接閃網(wǎng)格，對整個建筑進(jìn)行保護(hù)。

1.4 接閃器方案的比較

1.4.1 建筑效果

方案一各棟住宅樓均需要設(shè)置4根較高的接閃桿，這將對建筑的立面效果產(chǎn)生較大的影響。

方案二的接閃器均隱藏于建筑抹灰層內(nèi)，對建筑立面沒有任何影響。

1.4.2 使用壽命與維護(hù)費(fèi)用

方案一的接閃桿一直暴露在室外空氣中，將長期承受風(fēng)吹日曬，需要專業(yè)人員定期對其進(jìn)行維護(hù)。同時由于住戶大部分不是專業(yè)人員，可能會造成人為的破壞。

方案二的接閃器是隱藏于女兒墻抹灰層內(nèi)的25×4的熱浸鍍鋅扁鋼，遠(yuǎn)大于IEC、BS防雷規(guī)范所要求的50mm2的截面（參考規(guī)范條文:IEC 62305-3第5.6條,BS EN 62305-3第5.6條），同時由于有抹灰層的保護(hù)，其使用壽命較長，維護(hù)費(fèi)用較低。

1.4.3 引雷效果

方案一由于接閃桿直升于高空中，提供了廣闊的引雷空間，該方式的引雷效果很好。

方案二接閃網(wǎng)格敷設(shè)于女兒墻抹灰層內(nèi)，其僅對該建筑周圍的雷電進(jìn)行防護(hù)，而接閃器外部的抹灰層厚度在20mm以內(nèi)，在雷擊過程中，該厚度可以忽略不計(jì)，該方式同樣能達(dá)到接閃要求 （參考規(guī)范條文:IEC 62305-3第5.2.5條,BS EN 62305-3第5.2.5條）。該方案引雷過程中，會擊穿抹灰層，可能有碎石濺落。不過由于本項(xiàng)目建筑高度較低，另外在建筑周圍設(shè)置相應(yīng)警示標(biāo)志，故發(fā)生二次災(zāi)害的可能性還是比較低。

1.5 小結(jié)

綜上所述，方案二優(yōu)于方案一（表1）。

表1 接閃器方案比較

2 防雷系統(tǒng)的接地

防雷系統(tǒng)接地的兩種方案:獨(dú)立接地或者與電力系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)共用接地系統(tǒng)。從防雷的角度來說，IEC與BS等國際規(guī)范均推薦使用共用接地 （參考規(guī)范IEC 62305-3,BS EN 62305-3 第5.4.1條）。

2.1 方案一:獨(dú)立接地

為防雷系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置兩個接地井。

2.2 方案二:與電力系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)聯(lián)合接地系統(tǒng)

防雷系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)共同設(shè)置一個統(tǒng)一的接地系統(tǒng)。

2.3 接地方案的比較

2.3.1 對建筑其他系統(tǒng)的影響

方案一采用獨(dú)立接地，因?yàn)榉览紫到y(tǒng)與其他系統(tǒng)具有兩個不同接地系統(tǒng)，即具有不同地電位。眾所周知，雷電放電過程中防雷系統(tǒng)將具有非常高的電位，而當(dāng)這個電位足夠高時，（由于防雷系統(tǒng)敷設(shè)于建筑物上，無法保證其有足夠的安全間距）它將對周圍具有不同地電位的系統(tǒng)進(jìn)行反擊，形成電弧。這有可能造成對人員和設(shè)備的傷害，甚至火災(zāi)。

方案二采用共用接地網(wǎng)，建筑的所有設(shè)施都將處于一個相同的電位，在雷電放電過程中，雷電將沿最短的路徑流入大地，而不對其他系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。

2.3.2 安全性

在雷擊瞬間在接地極附近的地面將產(chǎn)生電位的變化Ue，而在這個區(qū)域活動的人兩腿之間將產(chǎn)生一個電位差，即跨步電壓US，如圖2所示。

圖2 不同接地方案的地面電位變化

方案一采用獨(dú)立接地，地面電位變化會比較陡，因而跨步電壓將比較大，有可能對人產(chǎn)生危險(xiǎn)。

方案二采用共用接地系統(tǒng)，由于具有多個接地極以及沿建筑物敷設(shè)的接地環(huán)網(wǎng)，地面電位變化將更加平坦，從而降低了跨步電壓，也減少了人員危險(xiǎn)（參考規(guī)范條文BS6651第16.2條）。

2.4 小結(jié)

綜上所述，方案二優(yōu)于方案一（表2）。

表2 獨(dú)立接地和共用接地比較

3 引下線

防雷系統(tǒng)的引下線設(shè)置的兩種方案:單獨(dú)利用接地導(dǎo)體明敷于建筑外墻接至接地系統(tǒng)或者利用結(jié)構(gòu)鋼筋接至接地系統(tǒng)（參考規(guī)范條文IEC 62305-3第5.3.5條，BS EN 62305-3第5.3.5條）。根據(jù)世界各地大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，英國規(guī)范推薦利用結(jié)構(gòu)鋼筋作為防雷系統(tǒng)的一部分 （參考規(guī)范條文 BS 6651第16.6.3條）。

3.1 方案一:利用接地導(dǎo)體明敷于建筑外墻

利用兩根接地導(dǎo)體明敷于建筑外墻，將接閃器與底樓的接地系統(tǒng)連接在一起。

3.2 方案二:利用結(jié)構(gòu)鋼筋

在建筑外部4個角以及在建筑長邊中部的兩個點(diǎn)，共6處設(shè)置引下線。每個引下線均利用結(jié)構(gòu)柱中2根Φ14的鋼筋，通長可靠連接，并連接至接地網(wǎng)。設(shè)置如圖3所示。

圖3 引下線布置圖

3.3 引下線方案比較

3.3.1 建筑效果

方案一需在建筑立面上敷設(shè)2根連接導(dǎo)體，該方式將對建筑的立面產(chǎn)生不好的效果。

方案二由于利用的是結(jié)構(gòu)鋼筋，是完全隱藏的，因此，對建筑立面沒有任何影響。

3.3.2 使用壽命與維護(hù)費(fèi)用

方案一的引下線一直暴露在室外空氣中，同樣將長期承受風(fēng)吹日曬，時間長了不免會有一些損壞，需要定期維護(hù)。

方案二的引下線采用結(jié)構(gòu)鋼筋，由于有混凝土的保護(hù)，壽命跟建筑物的壽命相同，可以完全免于維護(hù)。

3.3.3 安全性

方案一僅有兩根明敷引下線，該方案僅提供了2個引下通路，雷電流引下相對集中，引下線上將產(chǎn)生較高的電位，具有一定的反擊危險(xiǎn)。

方案二共設(shè)置了6處引下線，同時每處引下線均有2根Φ14鋼筋作為引下線 （參考規(guī)范條文:IEC 62305-3第5.6條，BS EN 62305-3第5.6條），同時結(jié)構(gòu)內(nèi)部眾多相互接觸的鋼筋也為雷電流提供了輔助分流通路 （參考規(guī)范條文BS 6651第16.6.3條）。該方案雷電流引下非常均勻，引下線的電位也相對較低，反擊危險(xiǎn)也相應(yīng)降低。

3.4 小結(jié)

綜上所述，方案二優(yōu)于方案一（表3）。

表3 引下線方案比較

4 總結(jié)

由于海外項(xiàng)目的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求與國內(nèi)的規(guī)范要求有所不同。在項(xiàng)目審批的溝通過程中，就要求設(shè)計(jì)人員以IEC，英標(biāo)，美標(biāo)等國際規(guī)范為依據(jù)，據(jù)理力爭；同時，由于在不發(fā)達(dá)國家有些項(xiàng)目監(jiān)理的技術(shù)背景相差較大，就要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行方案比較時應(yīng)做到更加通俗易懂。本文就以IEC和英標(biāo)為依據(jù)，通過對防雷系統(tǒng)的接閃器、接地系統(tǒng)、引下線三部分進(jìn)行不同方案比較，闡明了最適合該項(xiàng)目的防雷系統(tǒng)。

[1]BS EN 62305-3:2006.Protection against lightning——Part 3:Physical damage to structures and life hazard[S].London，2006.

[2]IEC 62305-3:2006.Protection against lightning——Part 3:Physical damage to structures and life hazard[S].Geneva，2006.

[3]BS 6651:1999.Code of practice for protection of structures against lightning[S].London，1999.