朱奎榮, 馬金福

(湖州市氣象局, 浙江 湖州 313000)

0 引 言

建筑物的防雷裝置屬于建筑電氣的一部分,由于相關技術人員對防雷設計規(guī)范或防雷設施安裝工藝的理解程度不同,導致建筑物的屋面防雷設計和施工中出現一些不合理或不符合相關規(guī)范要求的情況,從而增加了建筑物的防雷風險。本文結合相關防雷設計規(guī)范,對屋面防雷措施中的常見問題進行了分析。

1 屋面金屬物體接地的問題

1.1 存在問題

為確保屋面金屬物體(包括屋面用電設備)在遭受雷擊時能將雷電流迅速釋放,GB 51348—2019《民用建筑電氣設計規(guī)范》的第11.3.2條第3款以及GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》的第4.3.2條第2款均規(guī)定了第二、第三類防雷建筑物的屋面金屬物體應和屋面防雷裝置相連。但在實際設計與施工中,屋面金屬物體基本是與接閃器直接相連的。

屋面金屬物體與防雷裝置的連接方式,要保證雷擊金屬物體或接閃器時,雷電流能快速釋放及充分分流,以減少雷電流對金屬物體及與之相關聯(lián)人員、設備的危害。而屋面金屬物體與接閃器直接相連的連接方式雖然符合規(guī)范要求,但存在以下安全隱患。

(1) 在金屬物體上易產生過高的電壓降。當雷擊金屬物體時,雷電流沿金屬物體的接地線進入接閃器,再經接閃器的引下點分流,進入建筑物的金屬構架后流入大地。較長的釋放通道以及較少的引下分流點使得雷電流在金屬物體上產生較高的電壓降,極易造成人員傷亡或設備損壞。

(2) 通過金屬物體進入室內的雷電流可能過大。當雷擊接閃器時,根據接閃器的閉合情況及引下線根數等條件,流經連接到接閃器的屋面金屬物體的最大雷電流可按總雷電流的44%或66%計算[1],較大的雷電流通過金屬物體進入室內,極易造成人員傷亡或設備損壞。

1.2 解決方案

張小青[2]利用計算機編程對復雜結構的建筑物防雷系統(tǒng)的雷電暫態(tài)響應進行計算后,認為雷擊點的位置對防雷系統(tǒng)中暫態(tài)電流分布有明顯的影響。不少學者[2-6]也對雷電流在建筑物的分布情況進行了研究,其結果也證實了雷電流在建筑物頂層分布不均勻的情況確實存在。

分析張小青、李云峰等學者的實驗數據[2-3],其結論可歸納為:① 位于雷擊點附近的導體通過的雷電流最大;② 分流點越多,引下點越多,離雷擊點越遠的導體,通過的雷電流越低;③ 雷電流主要沿外圈導體流動。

根據上述結論,屋面金屬物體的接地點既要遠離接閃器,又要有較多的引下分流通道,故其與建筑物水平結構鋼筋(不與接閃器直接連接的部分)相連接是最優(yōu)方案,理由如下。

(1) 水平結構鋼筋一般處在接閃器的保護范圍內,被雷擊的概率極低。

(2) 當雷擊金屬物體時,雷電流沿金屬物體的接地線就近進入建筑物金屬構架,縮短了雷電流的釋放途徑,而且接地線與屋面鋼筋相互連接,分流點眾多,雷電流能迅速分流,因此能有效降低雷電流在金屬物體上產生的電壓降。

(3) 當雷擊接閃器時,由于金屬物體沒有與接閃器直接相連,不參與雷電流在接閃器的分流,通過金屬物體進入室內的雷電流僅為雷電流沿接閃器進入建筑物金屬構架分流后的一小部分,從而能有效降低沿金屬物體進入室內的雷電流。

2 接閃短桿+暗敷連接敷設方式帶存在的問題

2.1 接閃短桿+暗敷連接帶的敷設方式

建筑電氣設計人員對接閃器的設置方式有其習慣做法,如浙江省某些地市的設計人員常根據浙江省的施工圖集《民用建筑防雷與接地》(2004浙D2)的要求采用接閃短桿+暗敷連接帶的組合方式保護建筑物,接閃短桿+暗敷連接帶示意圖如圖1所示。

圖1 接閃短桿+暗敷連接帶示意圖

2.2 接閃短桿+暗敷連接帶與明敷接閃帶的優(yōu)缺點對比

根據GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》、施工圖集《民用建筑防雷與接地》(2004浙D2)和《建筑物防雷設施安裝》(15D501)以及現場實際等情況,對接閃短桿+暗敷連接帶與明敷接閃帶兩種敷設方式在保護范圍、材料成本、焊接要求、施工監(jiān)管、防雷檢測、日常維護、使用安全等進行對比。接閃短桿+暗敷連接帶與明敷接閃帶優(yōu)缺點對比如表1所示。

由表1可知,接閃短桿+暗敷連接帶的敷設方式只在日常維護方面占優(yōu),而明敷接閃帶的敷設方式在保護范圍、材料成本、施工過程、防雷檢測、使用安全等方面均占優(yōu)。故不建議采用接閃短桿+暗敷連接帶的組合方式保護建筑物。

3 接閃器保護范圍存在的問題

3.1 在屋角及檐角處漏設接閃短桿

接閃短桿+暗敷連接帶的示意圖如圖2所示。在實際防雷工程中,存在未將接閃短桿設置在屋角、檐角等易遭雷擊部位的現象。產生該現象的主要原因是:部分設計人員采用接閃帶的設計思維來繪制接閃短桿+暗敷連接帶的敷設圖紙,因此在屋角、檐角處漏設接閃短桿,而施工人員只按圖施工,并未糾正此種錯誤,如圖2(a)所示。

圖2 接閃短桿+暗敷連接帶的示意圖

在接閃帶的設計圖紙中,“×”表示支撐架,在屋角、檐角處是否需要設置支撐架可根據實際情況而定;而在接閃短桿+暗敷連接帶的設計圖紙中,“×”表示接閃短桿,由于屋角、檐角為雷擊率最高的部位,故應在屋角、檐角處設置接閃短桿。

解決方法:① 設計人員轉變設計思維,在屋角、檐角處增加代表接閃短桿的設計圖例,如圖2(b)所示;② 加強施工人員的專業(yè)知識培訓,把好防雷施工的質量。

3.2 接閃帶、接閃短桿未沿女兒墻的外邊緣處設置

接閃器在女兒墻處的示意圖如圖3所示。在實際防雷工程中,存在接閃帶、接閃短桿未沿女兒墻的外邊緣處設置,從而產生接閃器不能完全保護到建筑物的情況。產生該現象的原因是:部分設計人員未詳細計算接閃器的保護范圍,直接將接閃帶、接閃短桿的圖例繪制在女兒墻的中間,而施工人員只按圖施工,并未糾正此種錯誤,如圖3(a)所示。

圖3 接閃器在女兒墻處的示意圖

解決方法:① 增強設計人員的責任心,根據接閃器的保護范圍計算結果來設計接閃器的敷設位置,如圖3(b)所示,或另附圖說明接閃帶、接閃短桿的敷設位置;② 加強施工人員的專業(yè)培訓,把好防雷施工質量。

4 結 語

屋面金屬物體就近與建筑物水平結構鋼筋直接連接,能有效保證雷電流的快速釋放及充分分流,從而減少雷電產生危害,故建議每隔一段距離在屋面預留與建筑物水平結構鋼筋相連接的接地端,方便屋面金屬物體的接地。

明敷接閃帶較之接閃短桿+暗敷連接帶在保護范圍、材料成本、施工過程、防雷檢測、使用安全等方面占優(yōu),故建議在條件允許的情況下采用明敷接閃帶的敷設方式。

設計人員應注意屋角、檐角等易遭雷擊部位的接閃短桿漏設和接閃器未沿女兒墻的外邊緣處設置的問題;施工人員應加強專業(yè)培訓,把好防雷施工質量。