桑海亮

摘 要：雷電作為一種自然天氣現(xiàn)象，具有瞬時(shí)電壓高、電磁輻射強(qiáng)以及電流大等特點(diǎn)。因此，防雷設(shè)計(jì)是保障建筑以及建筑內(nèi)部設(shè)備安全的重要保障之一，是建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝所面臨的重要問題。結(jié)合某超高層建筑項(xiàng)目，簡要分析房屋建筑雷擊災(zāi)害的危害性，論述建筑防雷保護(hù)區(qū)劃分與保護(hù)原則，從避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷引下線、接地裝置、接地干線以及等電位聯(lián)結(jié)幾方面研究房建電氣安裝中防雷接地施工方法。

關(guān)鍵詞：防雷接地；防雷保護(hù)區(qū)；特點(diǎn)；原則；施工方法

中圖分類號：TU856? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)成為城市建筑發(fā)展的主流趨勢，其在一定程度上緩解了城市地區(qū)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(fēng)險(xiǎn)較高。建筑內(nèi)部配備的各種設(shè)備較多，一旦發(fā)生雷擊事故，往往會(huì)造成較大損失，因此如何對雷擊災(zāi)害進(jìn)行有效防護(hù)就成為了迫切需要解決的問題。目前的技術(shù)水平尚無法徹底消除雷擊災(zāi)害的威脅，因此必須結(jié)合房屋建筑雷擊災(zāi)害的特點(diǎn)，采取有效的防護(hù)手段，從而最大限度降低雷擊災(zāi)害的影響，保障房屋建筑安全。

1 項(xiàng)目概況

某大廈項(xiàng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土框架。大廈內(nèi)部配備消防報(bào)警系統(tǒng)、會(huì)議系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及電話交換系統(tǒng)，無線信號全覆蓋。大廈設(shè)計(jì)使用年限50年，建筑耐火等級為一級，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級?？紤]到該大廈內(nèi)部配備大量電子設(shè)備，同時(shí)還有信息系統(tǒng)以及線路系統(tǒng)，投入使用后人流量較大，因此將防雷等級設(shè)計(jì)為二類，防止大廈遭受雷擊災(zāi)害。

2 房屋建筑雷電災(zāi)害的危害性分析

現(xiàn)代城市建筑造型多樣化，建筑外立面、屋頂設(shè)計(jì)復(fù)雜，建筑物凸出部分較多，因此遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)較高，尤其是建筑屋檐、屋角、女兒墻、屋脊以及檐角等區(qū)域。雷電可以分為直擊雷、球形雷、感應(yīng)雷、靜電感應(yīng)雷、電磁感應(yīng)雷、雷電電磁脈沖以及雷暴日。

雷擊災(zāi)害對建筑所造成的破壞主要表現(xiàn)在以下4方面：一是雷電直擊建筑物產(chǎn)生的電動(dòng)力與熱效應(yīng)。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(gòu)件在高溫作用下可被融化，建筑物中的可燃物發(fā)生燃燒會(huì)引發(fā)火災(zāi)事故，威脅建筑物中人員、設(shè)備的安全[1]。二是雷電流幅值變化過大所產(chǎn)生的強(qiáng)大交變磁場，會(huì)導(dǎo)致處于磁場范圍內(nèi)的管道、導(dǎo)體以及金屬設(shè)備等感應(yīng)出極高的電動(dòng)勢，產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電流。其進(jìn)入系統(tǒng)中可造成電氣設(shè)備、電子設(shè)備等發(fā)生故障或者損壞，還可能引發(fā)火災(zāi)。三是雷電當(dāng)中的能量以脈沖的形式順著管線進(jìn)入室內(nèi)，可造成建筑物室內(nèi)設(shè)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(dǎo)入大地的過程中，由于受到電阻的影響，可產(chǎn)生數(shù)十到數(shù)百千伏的高電動(dòng)勢。這會(huì)導(dǎo)致雷電中所蘊(yùn)含的能量順著金屬管線擴(kuò)散，從而造成破壞。

3 建筑防雷保護(hù)區(qū)劃分與保護(hù)原則

3.1 劃分保護(hù)區(qū)

現(xiàn)代建筑中，信息系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)是必不可少的部分。這些系統(tǒng)設(shè)備精度和靈敏度較高，是建筑優(yōu)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(yùn)行過程中對于電源電壓穩(wěn)定性的要求極高。一旦發(fā)生雷擊事故，這些設(shè)備的運(yùn)行很容易受到干擾，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)損壞，從而影響建筑內(nèi)部各系統(tǒng)的正常運(yùn)行[3]。

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

根據(jù)建筑物不同空間、不同位置雷電電磁脈沖的強(qiáng)度變化，可以將防雷保護(hù)區(qū)劃分為L₁、L₂、L₃……L_n區(qū)，不同防雷保護(hù)區(qū)以幕墻、外墻以及設(shè)備間等為間隔。在本項(xiàng)目中，將大廈外部空間劃分為L₁區(qū)，此區(qū)域完全暴露在雷電的攻擊范圍內(nèi)，最容易直接遭受到雷電災(zāi)害的威脅。將缺少防雷保護(hù)措施保護(hù)的區(qū)域劃分為L₂區(qū)，此區(qū)域內(nèi)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(wǎng)、避雷帶等防護(hù)措施保護(hù)的范圍劃分為L₃區(qū)，包括衛(wèi)星信號接收裝置、風(fēng)機(jī)機(jī)組等。此區(qū)域雖然暴露在雷電的攻擊范圍內(nèi)，但是由于存在多種防雷設(shè)施，因此被雷電擊中的風(fēng)險(xiǎn)相對較小[4]。將建筑物未直接暴露在雷電攻擊范圍的區(qū)域劃分為L₄區(qū)，主要包括建筑物內(nèi)部的電子設(shè)備以及相關(guān)物體。此區(qū)域不會(huì)被雷電直接擊中，受到雷電災(zāi)害的威脅相對較低。

3.2 分級保護(hù)

各防雷保護(hù)區(qū)基本防護(hù)原則為分級保護(hù)，即根據(jù)各分區(qū)設(shè)備或者物體的重要性或者敏感度，制定針對性防護(hù)措施[5]。具體措施是先計(jì)算出各防雷保護(hù)區(qū)內(nèi)雷電電磁脈沖的強(qiáng)度，然后按照實(shí)際需要在防雷保護(hù)區(qū)交界位置安裝避雷器。在本項(xiàng)目中，在L₁和L₂區(qū)交界位置安裝B級防雷器，在L₂和L₃區(qū)交界位置安裝C級防雷器，在L₃和L₄區(qū)交界位置安裝D級防雷器。各防雷保護(hù)區(qū)界面位置采用等電位聯(lián)結(jié)，從而達(dá)到泄放感應(yīng)過電壓、雷電流，減少電磁干擾的目的，確保建筑物及其內(nèi)部電子設(shè)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(wǎng)

本項(xiàng)目中，除風(fēng)機(jī)管道、機(jī)房頂部以及屋頂女兒墻區(qū)域采用避雷帶進(jìn)行防雷保護(hù)外，屋面剩余區(qū)域全部暗敷避雷網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)。避雷網(wǎng)采用直徑為10 mm的熱鍍鋅圓鋼進(jìn)行制作，規(guī)格為10 m×10 m，采用暗敷的方式鋪在屋面找平層內(nèi)。

避雷網(wǎng)施工時(shí)，要先根據(jù)施工圖紙?jiān)诂F(xiàn)場確定并標(biāo)記基準(zhǔn)點(diǎn)的位置，然后以圖紙中的行列線為準(zhǔn)標(biāo)出列線和行線，確保避雷網(wǎng)敷設(shè)準(zhǔn)確。在屋頂全部金屬管道、風(fēng)機(jī)以及相關(guān)金屬構(gòu)件的位置預(yù)留出連接點(diǎn)，方便后續(xù)施工中與避雷網(wǎng)進(jìn)行連接。將制作好的避雷網(wǎng)敷設(shè)在屋面找平層，敷設(shè)完成后與所有連接點(diǎn)進(jìn)行連接。

4.2 避雷帶

本項(xiàng)目防雷等級設(shè)計(jì)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(jìn)行連通，采用25×4 mm的熱鍍鋅扁鋼支架進(jìn)行固定。女兒墻和支架底部采用壓頂扁鐵進(jìn)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(yīng)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(dá)到防腐的效果[6]。支架安裝制作好后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，確認(rèn)質(zhì)量合格才能開始安裝。

安裝時(shí)先從支架兩端開始，采用細(xì)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(zhuǎn)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(xiàn)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(yīng)控制在10 mm以內(nèi)。處理沉降縫與伸縮縫時(shí)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(shí)彎曲半徑不低于10倍圓鋼直徑。

4.3 避雷引下線

由于本項(xiàng)目防雷等級設(shè)計(jì)為二級，按照規(guī)范避雷引下線的間距不超過17.0 m，但是建筑獨(dú)立柱的間距為8.4 m，因此隔柱安裝避雷引下線，間距設(shè)計(jì)為16.8 m，避雷引下線的數(shù)量為19根。安裝避雷引下線時(shí)，引下線與樁基四角的鋼筋進(jìn)行焊接，然后分別與2根柱主筋進(jìn)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(jìn)行標(biāo)記，防止安裝時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。避雷引下線安裝完成后必須由質(zhì)檢員、監(jiān)理人員聯(lián)合進(jìn)行檢查并做好相關(guān)記錄，確保安裝質(zhì)量合格[7]。

4.4 接地裝置

本項(xiàng)目中，接地裝置采用的是共同接地體，即將底板內(nèi)結(jié)構(gòu)主筋焊接為網(wǎng)格作為整個(gè)接地系統(tǒng)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，必須采用人工接地體的方式增加電阻，確保滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。安裝施工時(shí)，以大廈基礎(chǔ)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(huán)形，同時(shí)選取2根直徑在25 mm以上的主軸鋼筋交叉焊接構(gòu)成接地網(wǎng)，將避雷引下線與接地網(wǎng)進(jìn)行焊接，從而形成電氣通路。

4.5 均壓環(huán)

為預(yù)防側(cè)擊雷，更好地疏散電流，在大廈外圍配備均壓環(huán)防護(hù)系統(tǒng)。大廈一層設(shè)置1道均壓環(huán)，超過45 m以上部分，每3層設(shè)置1道均壓環(huán)，每道均壓環(huán)均和避雷引下線進(jìn)行連接，以發(fā)揮均流的作用。大廈外墻上的金屬構(gòu)件、幕墻龍骨以及門窗等均和均壓環(huán)連接。所有均壓環(huán)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(huán)應(yīng)與建筑墻體、樓板、梁、柱主筋以及金屬構(gòu)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(huán)的連接位置需要預(yù)留出接地點(diǎn)，接地點(diǎn)采用熱鍍鋅接地扁鋼。大廈玻璃幕墻安裝施工時(shí)，其鋼龍骨與承重梁需要與預(yù)留的接地點(diǎn)進(jìn)行連接，要求牢固可靠。

4.6 接地干線

鋪設(shè)接地干線時(shí)，要設(shè)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(shè)在面層中。沿墻體明敷時(shí)，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(chǔ)上盡量做到美觀。

施工時(shí)，明敷的接地干線不能影響到相關(guān)設(shè)備后續(xù)拆卸、維修。建筑物入口位置的接地干線必須在醒目位置標(biāo)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(shè)的接地干線，與地面的距離控制在0.3 m，實(shí)際安裝施工時(shí)以50 mm線作為基點(diǎn)，同時(shí)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(yīng)當(dāng)設(shè)置補(bǔ)償裝置。

4.7 等電位聯(lián)結(jié)

本項(xiàng)目中，為有效保護(hù)大廈內(nèi)部電子設(shè)備、電力設(shè)備等不受雷電侵害，配置了等電位接地系統(tǒng)，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(huán)、底板鋼筋分別進(jìn)行焊接。在連接強(qiáng)電豎井和配電室的橋架中敷設(shè)1條接地干線，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電豎井與配電室的聯(lián)通。采用40 mm×40 mm的熱鍍鋅扁鋼進(jìn)行制作，要求接地干線與電纜橋架的連接點(diǎn)至少2處。弱電豎井中接地線底端和接地網(wǎng)牢固連接，同時(shí)在每層設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)端子板。接地干線和總等電位的連接點(diǎn)不低于2處，分別從均壓環(huán)和底板的接地裝置中引出，等電位箱和等電位的聯(lián)結(jié)線要構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)路。

局部等電位處理的區(qū)域包括大廈水泵間、衛(wèi)生間、電梯井、機(jī)房以及熱交換站等，選擇40 mm×40 mm擴(kuò)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(wǎng)分別連接。在金屬管道進(jìn)入大廈的位置全部做等電位聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)從戶外人工接地極與均壓環(huán)引出，聯(lián)結(jié)點(diǎn)安裝專用的接地卡子，嚴(yán)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(shí)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?？偟入娢幌浒惭b時(shí) 箱體底部與地面的距離控制在0.5 m，箱內(nèi)接地干線從墻體或者柱內(nèi)主筋引出，二者進(jìn)行可靠焊接。箱體上下端各開1排敲落孔，每排10個(gè)，間距為50 mm，孔徑為20 mm。

金屬管道等電位聯(lián)結(jié)主要涉及進(jìn)戶管道、豎直管道。其中進(jìn)戶管道等電位聯(lián)結(jié)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(jìn)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(jìn)行連接，接地鋼筋的選擇宜遵循就近原則[9]。

5 結(jié)束語

建筑防雷接地保護(hù)系統(tǒng)是建筑安全性的重要保障，對于保護(hù)建筑本身及建筑內(nèi)部設(shè)備安全，避免遭受雷電危害至關(guān)重要。本項(xiàng)目結(jié)合大廈防雷保護(hù)設(shè)計(jì)以及實(shí)際需求，采用分區(qū)防護(hù)的形式，通過避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷引下線、接地干線、均壓環(huán)以及接地裝置等實(shí)現(xiàn)雷電災(zāi)害防護(hù)功能，有效提升了大廈整體安全性。

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