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【IBE】建筑物防雷设计中的防侧击问题探讨

归档日期:07-22       文本归类:防雷      文章编辑:爱尚语录

  本文以多本防雷规范为依据,并通过实例,对建筑物防直击雷、防侧击、防雷接地等问题进行了分析探讨,总结了防侧击等问题的设计技术要求,并提出了外墙形式防侧击建议做法。

  根据《防雷规范》第2.0.13条术语可知,直击雷是指闪击直接击于建(构)筑物、其他物体、大地或外部防雷装置上,产生电效应、热效应和机械力者。

  《IEC规范》第5.1.1条描述“外部LPS(笔者注:lightning protection system防雷装置)是在没有引起热和机械损坏,也没有触发火灾或爆炸的危险火花的情况下,截获击向建筑物的直击雷(包括建筑物侧边的闪击),把雷电流从雷击点引导到地面并泄放到地球内部”。

  由上述定义可知,建筑物防直击雷应该包括雷电直接击于建筑物屋顶、阳台、侧墙等处的防护措施,可见防侧击只是防直击雷措施的一部分,并无“侧击雷”之说。

  而《民规》第11.3.1条中描述“第二类防雷建筑物应采取防直击雷、防侧击和防雷电波入侵的措施”、第11.4.1条中描述“第三类防雷建筑物应采取防直击雷、防侧击和防雷电波入侵的措施”将防直击雷和防侧击并列有欠妥当。《民规意见稿》第11.3.1条中描述“第二类防雷建筑物外部防雷应采取防直击雷、防侧击的措施”、第11.4.1条中描述“第三类防雷建筑物雷电防护系统包括外部防雷装置和内部防雷装置,外部防雷应采取防直击雷、防侧击的措施”也未调整,希望能引起规范编制组的重视。

  由于建筑物屋顶的防直击雷措施已被电气工程师们熟知,相关规范中的措施、做法也基本相同,就不做过多的探讨。下面重点探讨防直击雷中的防侧击的要求及做法。

  从表1可以看出,《防雷规范》和《IEC规范》主要是强调建筑物上部外墙上的接闪器设置,而《民规》和《防雷验收》主要强调的是防雷等电位连接。几个规范的侧重点不同,宜综合分析各规范相关条款目的,选用经济、合理、美观的防雷措施。

  首先,通过《IEC规范》附图及一栋100m高建筑物防雷示意图来分析一下《防雷规范》中第二类防雷建筑物应采用的防直击雷措施,详见图1~2。

  由图1可看出,《IEC规范》要求建筑高度大于60m的建筑物上部20%部分侧墙要像屋顶一样设置接闪器。

  由图2可知,屋顶和露台等处的接闪器布置都是大家的通用做法,没有什么异议,关键是侧墙处接闪器的设置,要仔细分析一下。如表1中《防雷规范》第4.3.9条要求“在建筑物上部占高度20%并超过60m的部位,各表面上的尖物、墙角、边缘、设备以及显著突出的物体,应按屋顶上的保护措施处理”、“接闪器应重点布置在墙角、边缘和显著突出的物体上”。即要求在建筑物上部侧墙的墙角、边缘和显著突出的物体上按屋顶防雷保护措施设置接闪网。然而很遗憾,《防雷图集》中并未给出侧墙的接闪网做法,故电气设计们大都按照规范要求在设计说明中描述防侧击的做法,未像屋顶一样在图纸上画出侧墙接闪网,施工单位也大都不了了之。

  下面进一步根据建筑物外墙的建筑结构形式来分析一下侧墙的防雷做法,详见表2。

  通过表1可知,相对于《防雷规范》,《IEC规范》还一条另外的规定“对于高于120 m的建筑物,高于此值的所有部分都受到威胁,应加以防护”。我们还是通过1栋200m高建筑物防雷示意图来分析两者的差别,详见图3~4。

  图3是满足《防雷规范》要求的防雷示意图,图4是满足《IEC规范》要求的防雷示意图。可以发现,图4的防侧击保护范围大很多。因为随着建筑物高度的增加,遭雷击的风险也会明确增加。故建议建筑高度超过150m的建筑物,除应满足《防雷规范》的防侧击要求外,还宜在高于120m的侧墙增设防侧击措施。

  接下来分析《民规》及《民规意见稿》中的防侧击的要求。其防侧击的核心条款是“结构圈梁中的钢筋应每三层连成闭合回路,并应同防雷装置引下线连接”、“当建筑物高度大于或等于250m时,结构圈梁中的钢筋应每层连成闭合环路,并应同防雷装置引下线连接”,即是“均压环”的设置、防雷等电位的连接。按照《防雷规范》和《IEC规范》的规定是属于内部防雷范畴,虽说后续有条文“应将45m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大金属物直接或通过预埋件与防雷装置相连”是外部防雷的要求,但缺失对建筑主体的防侧击要求。

  同时,根据《防雷规范》第4.3.5条有关描述及其条文说明,采用土建施工的绑扎法、螺丝、焊接等也算是较可靠的电气连接,即土建施工时结构圈梁中的钢筋本身已形成闭合回路,电气专业再强调形成闭合回路无必要,还会使施工时增加大量电气连接的工作量,所以《防雷规范》中没有“均压环”的要求。但《民规》中强调结构圈梁中的钢筋与同防雷装置引下线连接是有必要的。

  《防雷规范》第4.3.1条描述“接闪带应设在外墙外表面或屋檐边垂直面上,也可设在外墙外表面或屋檐边垂直面外”。新版图集15D501《建筑物防雷设施安装》也有多种相关做法,如图5。

  针对上述做法,笔者认为:因雷电最容易击向建筑物顶部最外侧的边、角,故接闪带也应布置于建筑物顶部的最外侧,以防止雷电对建筑物的损坏。

  然而笔者近期验收的几个项目,其屋面女儿墙上接闪带还是按老图集做法,设在女儿墙的中间,不满足《防雷规范》要求。当雷电击中建筑物顶部最外侧墙角(边)时,易造成建筑物损坏及建筑碎块高空坠落伤人事故。

  笔者近期遇到一个有四层地下室、筏板基础的大型高层建筑,地下室施工完回填后测试几处接地电阻为(0.90~0.95)Ω,电阻值明显偏高(此项目位于武汉的一个湖边,土壤电阻率应该较低),待建筑主体施工完后,屋顶测试的接地电阻很可能大于1Ω。笔者调研分析后发现,因本项目为筏板基础,无桩基础,地下室外墙和底板外都有一层绝缘防水层,大大提高了基础的接地电阻。后通过地下室四周预留的接地连接板补充了一圈人工接地体才把地下室接地电阻降到0.6Ω以下。

  同时,笔者查阅《防雷规范》第4.3.5条第2款有规定“当基础的外表面有其他类的防腐层且无桩基可利用时,宜在基础防腐层下面的混凝土垫层内敷设人工环形基础接地体。”而现在大部分地下室都有绝缘防水层、保温层,所有当无桩基础时,应特别注意补充人工接地体。

  综合以上分析,笔者建议:(1)建议D500系列标准图集中补充防侧击的具体做法,方便设计和施工人员统一做法。(2)《防雷规范》中宜补强超高层建筑的防雷措施,特别是防侧击要求。(3)《民规》中宜重新梳理区分外部防雷和内部防雷条文,并将防侧击措施作为防直击雷的一部分,而不是二者并列。还宜弱化“均压环”的概念,强调圈梁内钢筋应与防雷引下线)电气设计师宜在设计交底及后期检查验收时,把防雷接地做法落到实处,以免留下安全隐患,并造成不必要的损失。

  文章节选自于《智能建筑电气技术》杂志2018年第5期,《建筑物防雷设计中的防侧击问题探讨》,文章略有删改,版权归《智能建筑电气技术》杂志所有,转载请注明出处。

  作者简介:陈车,本科,中信建筑设计研究总院有限公司机电二院副总工程师,高级工程师。

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