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        高層建筑物綜合防雷設(shè)計(jì)探討

        2016-12-01 01:36:30魏光龍
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年20期
        關(guān)鍵詞:保護(hù)器高層雷電

        梁 倩,魏光龍

        (1.濰坊市氣象局,山東 濰坊 261000;2.淄博市氣象局,山東 淄博 255000)

        高層建筑物綜合防雷設(shè)計(jì)探討

        梁 倩1,魏光龍2

        (1.濰坊市氣象局,山東 濰坊 261000;2.淄博市氣象局,山東 淄博 255000)

        雷電是一種十分嚴(yán)重的自然災(zāi)害,每年因雷電造成的損失十分巨大,它可以使建筑物遭到破壞,人員遭受傷亡,電力、通訊、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)施無(wú)法工作,嚴(yán)重影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了確保國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全,最大限度避免雷擊造成的直接和間接損失,以《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010等防雷規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),以淄博市某高層建筑物為例,提出建筑物綜合防雷設(shè)計(jì),以期提供有益的防雷設(shè)計(jì)思路。

        高層建筑;防雷;設(shè)計(jì)探討

        1 雷電防護(hù)概述

        自然界中雷的發(fā)生是雷雨云對(duì)大地和建筑物之間發(fā)生的一種猛烈的放電現(xiàn)象。雷電的危害十分巨大,破壞力嚴(yán)重,造成損失無(wú)法估計(jì),為聯(lián)合國(guó)公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一,也是目前中國(guó)十大自然災(zāi)害之一[1]。近年來(lái),社會(huì)經(jīng)濟(jì)、信息技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速,城市高層建筑日益增多,雷電危害造成的損失也越來(lái)越大,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),每年因雷擊造成的損失高達(dá)數(shù)十億元,因此對(duì)雷電災(zāi)害的防御迫在眉睫。雷電分為直擊雷和感應(yīng)雷兩大類(lèi),直擊雷主要是它能以沖擊電流、沖擊波和電磁輻射的方式造成人身傷害、建筑物毀損、電氣設(shè)備不能正常運(yùn)行。感應(yīng)雷的產(chǎn)生是雷雨云之間和雷雨云與大地之間放電時(shí),巨大的沖擊雷電流在周?chē)臻g產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場(chǎng)作用于各種傳輸線(xiàn)路上,感應(yīng)產(chǎn)生過(guò)電壓、過(guò)電流,經(jīng)各種傳輸線(xiàn)路進(jìn)入設(shè)備系統(tǒng)而引起的。這種感應(yīng)雷對(duì)建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成干擾、破壞,又或者使周?chē)慕饘贅?gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而產(chǎn)生大量的熱而引起火災(zāi)。

        雷電防護(hù)理論主要是從雷電危害建筑物的途徑進(jìn)行防護(hù),主要分為外部防雷和內(nèi)部防雷。外部防雷主要包括建筑物安裝的接閃桿、接閃帶、引下線(xiàn)、接地裝置等,通過(guò)直接接閃把直擊雷的能量引入大地來(lái)保護(hù)建筑物免受直擊雷的損壞。內(nèi)部防雷通過(guò)等電位和安裝SPD限制過(guò)電壓和釋放雷電流,來(lái)保護(hù)建筑物內(nèi)部的設(shè)備和人員安全。

        2 高層建筑物防雷設(shè)計(jì)原則

        2.1 可靠性原則

        建筑物的防雷設(shè)計(jì)最應(yīng)考慮的問(wèn)題就是可靠性。建筑物安裝防雷裝置后,并非就萬(wàn)無(wú)一失了,按照規(guī)范設(shè)計(jì)安裝了防雷裝置的防雷安全度也不能達(dá)到100%,因此這就要求我們?cè)诜览自O(shè)計(jì)中首先考慮產(chǎn)品和技術(shù)的安全可靠性,必須符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。雷電防護(hù)技術(shù)是不斷發(fā)展的,在實(shí)際的雷電防護(hù)工程設(shè)計(jì)中,應(yīng)當(dāng)去應(yīng)用那些經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的安全可靠的產(chǎn)品和技術(shù),而不一味追求技術(shù)和產(chǎn)品的先進(jìn)性。

        2.2 實(shí)用性原則

        建筑物的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)該從用戶(hù)的實(shí)際出發(fā)。在保證防雷設(shè)計(jì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況下,盡量做到對(duì)建筑物雷電防護(hù)系統(tǒng)的實(shí)用性,根據(jù)用戶(hù)實(shí)際的角度選擇性能好、可靠性強(qiáng)、價(jià)格合理的防雷產(chǎn)品和技術(shù),既考慮了安全又兼顧成本,為客戶(hù)設(shè)計(jì)好實(shí)實(shí)在在的雷電防護(hù)系統(tǒng)。

        2.3 可維護(hù)性原則

        現(xiàn)當(dāng)今,各種技術(shù)發(fā)展瞬息萬(wàn)變,防雷技術(shù)的發(fā)展也是日新月異,這就要求我們?cè)诜览自O(shè)計(jì)時(shí)要最大限度地適應(yīng)今后技術(shù)發(fā)展的變化。設(shè)計(jì)的防雷系統(tǒng)的應(yīng)當(dāng)是先進(jìn)的、開(kāi)放的、可擴(kuò)充的,能夠滿(mǎn)足日益擴(kuò)充的需要[2]。防雷系統(tǒng)良好的可維護(hù)性才能為未來(lái)系統(tǒng)升級(jí)發(fā)展提供保障。

        3 高層建筑物防雷設(shè)計(jì)依據(jù)

        (1)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010

        (2)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343-2012

        (3)《建筑物的電氣設(shè)施規(guī)范》IEC60364-5-534

        4 高層建筑物直擊雷的防護(hù)設(shè)計(jì)

        該高層建筑共25層,地下1層汽車(chē)庫(kù),地下2層設(shè)備用房,地上一層為營(yíng)業(yè)廳,2~25層為辦公。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè),該高層建筑高度為94.5m,長(zhǎng)59m,寬17.1m。

        4.1 高層建筑物防雷等級(jí)的確定

        高層建建筑物防雷設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行的是確定建筑物的防雷等級(jí),根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-2010)規(guī)定,通過(guò)計(jì)算建筑物的預(yù)計(jì)年雷擊次數(shù)N來(lái)對(duì)防雷類(lèi)別進(jìn)行劃分。

        計(jì)算雷擊大地的年平均密度:

        Ng=0.024Td1.3=0.024× 271.3= 1.742(km2·a)

        式中:Td——年平均雷暴日(d/a),淄博市取27(d/a)[3]。

        計(jì)算建筑物等效面積:

        Ae={LW+2(L+W)·[H(200-H)]1/2+ΠH(200-H)}·10-6

        ={59×17.1+2(59+17.1)·[94.5(200-94.5)]1/2+Π·94.5(200-94.5)}·10-6

        =0.0475(km2)

        計(jì)算建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù):

        N=K·Ng·Ae=1×1.742×0.0475

        =0.0842(次/a)

        式中:K——校正系數(shù),一般情況取1.0。

        按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010,經(jīng)以上公式計(jì)算,該建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)均大于0.05次/a且少于0.25次/a,因此本建筑物應(yīng)劃為第三類(lèi)防雷建筑物,防雷設(shè)計(jì)參數(shù)按第三類(lèi)防雷建筑物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        4.2 外部防雷措施

        (1)接閃器:在屋面設(shè)接閃帶,采用Φ8鍍鋅圓鋼,屋面接閃帶網(wǎng)格不大于20m×20m或24m×16m,接閃帶首先應(yīng)沿屋頂敷設(shè),設(shè)在外墻外表面或屋檐邊垂直面上;突出屋面的金屬物體應(yīng)與屋面防雷裝置相連,突出屋面的非金屬物應(yīng)裝設(shè)接閃器或用接閃帶跨接保護(hù)。所有高出屋面的金屬設(shè)施都要采取與接閃帶連接等可靠避雷措施。

        (2) 防側(cè)擊雷:自首層起,每三層將圈梁內(nèi)鋼筋可靠焊接做均壓環(huán),并與引下線(xiàn)可靠連接;自60米起每層將圈梁內(nèi)鋼筋可靠焊接做水平接閃帶并與引下線(xiàn)可靠連接,60米及以上外墻上的欄桿、門(mén)窗等較大的金屬物與水平避雷帶可靠連接。

        (3)引下線(xiàn):利用建筑物鋼筋混凝土柱子或剪力墻內(nèi)兩根Φ15以上主筋通長(zhǎng)焊接作為引下線(xiàn),引下線(xiàn)上端與接閃帶焊接,下端與接地極焊接, 主筋與底板筋可靠電氣連接。

        (4)接地裝置:接地裝置為建筑物基礎(chǔ)地板上下兩層鋼筋通長(zhǎng)焊接形成的基礎(chǔ)接地網(wǎng),基礎(chǔ)鋼筋與防雷引下線(xiàn)鋼筋可靠焊接,室外接地凡焊接處均應(yīng)刷瀝青防腐。

        4.3 內(nèi)部防雷措施

        (1)防雷電波侵入措施:電纜進(jìn)線(xiàn)處應(yīng)將電纜的金屬外皮、鋼管等與電氣設(shè)備接地相聯(lián)。在變配電室低壓母線(xiàn)上裝一級(jí)電涌保護(hù)器(SPD),二級(jí)配電箱內(nèi)裝二級(jí)電涌保護(hù)器(SPD),末端配電箱及弱電機(jī)房配電箱內(nèi)裝三級(jí)電涌保護(hù)器(SPD)。屋頂室外風(fēng)機(jī)、室外照明配電箱內(nèi)裝二級(jí)電涌保護(hù)器(SPD)。弱電進(jìn)戶(hù)箱應(yīng)裝設(shè)弱電浪(2) 等電位措施:整個(gè)防雷系統(tǒng)工程采用等電位聯(lián)結(jié),應(yīng)將建筑物內(nèi)保護(hù)干線(xiàn)、設(shè)備進(jìn)行總管、建筑物金屬構(gòu)件進(jìn)行聯(lián)結(jié),防雷接地、變壓器中性點(diǎn)接地、電氣設(shè)備的保護(hù)接地、電梯機(jī)房、消防控制室、弱電機(jī)房等的接地共用統(tǒng)一接地極。凡正常不帶電,而當(dāng)絕緣破壞有可能呈現(xiàn)電壓的一切電氣設(shè)備金屬外殼均應(yīng)可靠接地。為防止人身接觸電的危險(xiǎn),建筑物專(zhuān)用接地線(xiàn)(PE)即TN-S系統(tǒng)配線(xiàn)并進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié),所有進(jìn)出建筑物的給排水總管,強(qiáng)弱電進(jìn)線(xiàn)管等金屬管道均做總等電位聯(lián)接。

        涌保護(hù)器(SPD)。從配電室至強(qiáng)電豎井內(nèi)的橋架上敷設(shè)一條熱鍍鋅扁鋼,將配電室接地與強(qiáng)電豎井內(nèi)接地相聯(lián)。電纜橋架及其支架全長(zhǎng)應(yīng)不少于兩處與接地干線(xiàn)連接。弱點(diǎn)豎井內(nèi)的接地線(xiàn)其下端應(yīng)與接地網(wǎng)可靠諒解。垂直敷設(shè)的金屬管道及金屬物的底端及頂端應(yīng)與防雷裝置連接。

        5 結(jié)語(yǔ)

        建筑物的防雷設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,忽略了任何一個(gè)細(xì)小的細(xì)節(jié)都對(duì)成為建筑物安全的使用的隱患。因此應(yīng)該考慮防雷各方面的因素,內(nèi)外結(jié)合,才能構(gòu)成一套完整的防雷體系,才能使防雷工程做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理,確保建筑物安全使用、電氣設(shè)備正常運(yùn)行和人員人身安全。

        [1]李宏.基于國(guó)民財(cái)富損失控制的自然災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)研究[D].沈陽(yáng):東北財(cái)經(jīng)大學(xué),2011.

        [2]王功勝.淺談高層建筑物的防雷與接地[J].廣東電力,2005(02).

        [3]李密,張秀青,王星,馬俊貴.淄博地區(qū)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的實(shí)踐與探討[A].S13 第十屆防雷減災(zāi)論壇——雷電災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[C]. 2012.

        10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.083

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