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【摘要】民用住宅建筑防雷工程是一个系统工程,防雷设计必须具有整体观念、本文就内部防雷措施和外部防雷措施作简要探讨。
[关键词]：民用建筑; 防雷
引言：
民用住宅建筑防雷设计既有普遍性，又有特殊性，必须有整体观念, 应根据其重要 性、实用性、发生雷电事故的可能性和后果, 因地制宜地采取防 雷措施, 做到安全、可靠、技术先进、经济合理、施工维护方便。 民用住宅建筑的防雷工程是一个系统工程, 必须综合考虑, 不 能只采取几样防雷措施或单幢建筑的防雷措施, 不整体考虑将 会在设计中顾此失彼, 造成不良后果。
建筑物的整体观念
民用住宅建筑是小区的组成部分, 其防雷设计应和小区以 及附近的环境相互协调, 而不应与小区以及附近的环境相互独 立, 甚至破坏小区以及附近的环境。民用住宅建筑防雷设计的 整体观念是指对一个小区以及附近的环境做全面的防雷规划, 防雷设施不能违反小区建设规划的要求, 不能与小区建设规划相冲突。
1.1可以利用大树安装避雷针
民用住宅建筑上安装的避雷针杆塔是否影响小区的美观, 所用的避雷针、避雷带或避雷网是否与建筑物的立面相配 以及低矮建筑物能否由高大建筑物或高大烟囱上的避雷装置 所保护等等。值得指出, 利用建筑物附近的大树作为避雷针杆 塔是一个较好的做法。大树最易接闪且越长越高, 有时比建筑 物还高。因此, 避雷针应安装在树顶, 引下线应沿树干设置而且 应与建筑物的防雷装置相结合。这样既节约又美观, 同时还保 护了名贵的树木。利用大树安装避雷针不仅能防直击雷, 而且能防球雷、绕击雷和侧击雷。
1.2距离较近的建筑物尽量共用接地装置
当距离较近时尽量采用共同接地，这样可以为一个小 区内将来综合共用接地创造等电位联结的条件。采用独立接地 方式时要求各地网之间应至少保持近20m 的距离, 同时又应 与各种地下金属管道、电缆金属屏蔽层和各大金属构件保持足 够的距离, 这在现代的大城市, 一座楼房或一个建筑群范围内, 分别做几个互相没有电气联系的地网是相当困难的。
防雷接闪器设计
根据防雷规范, 防直接雷接闪器的设计一般主要采用避雷针、避雷带、网等几种形式或其组合, 只要设计规范, 安装合理, 这些避雷设施便能满足接闪要求。下图2.1便是模拟雷击。
在设计防直接雷接闪器时应整 体考虑如下因素:
2.1 是否与建筑形式相协调
在设计过程中, 应根据不同建 筑形式, 主要是建筑风格、屋顶形式(坡屋顶或平屋顶)等采取不 同措施, 而不应一刀切, 采用一个模式和方法, 避免与建筑不相 协调。比如对建筑外观要求较高的建筑, 应尽量用避雷带暗装, 不会影响建筑外观再比如古建筑, 可沿屋脊、屋角、檐口等明装 避雷带, 而不用避雷针, 因为高的避雷针可能影响建筑外观。
2.2 是否可以利用建筑构件
接闪器应尽量利用建筑构件, 例如轻钢结构屋面应利用轻钢屋面作接闪器, 屋顶造型有金属 构件等宜作接闪器, 欧式建筑的穹顶, 屋面的金属旗杆等都可 利用其做避雷针。这样既可以减少投资, 又可以满足防雷设计 要求。值得注意的是有线电视天线不宜做防雷接闪器。
2.3 与其他专业密切配合
接闪器一般安装在建筑屋顶, 但 建筑屋顶一般装有水箱、电梯间、消防风机、广告设施, 有时还 装有电视、通讯系统的天线。设计接闪器时一方面要使上述设 施处于其保护范围内(金属构件可不单独装接闪器), 另一方面 也要使部分上述设施与避雷针之间保持一定距离。比如避雷针 应当装在高于通讯系统的天线尖端数米, 避雷针与天线之间应 有1.5 倍波长的间隔, 以防止由于避雷针的存在而损坏天线的 辐射图形影响通信效果。突出屋面非金属物在接闪器保护范围 外时应单独加设接闪器, 并和屋面接闪器相连。突出屋面金属物可不单独加接闪器, 但应和屋面接闪器相连。
3.防雷接地设计
民用住宅建筑防雷接地设计应有整体观念, 应采用共同接地、环形接地和等电位联结, 应尽量少用独立接地, 应尽量用基础钢筋做接地装置而不单独敷设独立接地装置。
3.1独立接地和共同接地
民用住宅建筑防雷接地设计, 应尽量少用独立接地, 应尽量与电源系统、电视系统、网络系统、电话系统等弱电系统共 同接地。采用导体把电气设备与接地装置连接起来, 称为接地。 独立接地是指需要接地的系统分别独立地建立接地网, 且各接 地网之间要求有足够的距离。共同接地是指需要接地的系统共 同地建立接地网或各接地网连接在一起。独立接地这种接地方式在50 和60 年代较多的被采用, 原因是各接地系统之间不会 造成相互干扰, 这一特点在通讯系统中显得尤其重要。但近年 来这种独立的接地方式除非在特别危险的环境下采用, 绝大多 数情况下, 均采用共同接地方式。因为第一, 假设一个建筑工程 内通讯系统、计算机系统和电源系统各系统分别接地, 当发生 雷击的时候各系统接地点的电位可能相差很大。在假定电流冲 击波从交流电源接地中引进, 由于雷瞬时电压可达数十万伏, 这就意味着同一台计算机上电源、通讯线和外壳相接的有关部分就要承担各地网间的这一高电压, 因此造成有关部位的击穿 损坏。对于计算机网络, 调制解调器和网卡将首先被击穿。据有 关方面统计, 在计算机通讯网络中, 各系统采用独立接地时被 雷击损坏的概率远高于共同接地的情况。第二, 由于各地网之 间至少要有近20m 的距离, 在一幢民用住宅建筑范围内, 分别 做几个互相没有电气联系的地网是相当困难的。
3.2环形接地
环形接地网就是将接地装置沿建筑物四周围成一个闭合环。这样的接地网可以使界面以内的电场分布比较均匀, 减 少跨步电压对人的危害, 室内在被雷击时, 可减少由于地面电 位梯度大而产生对设备高电压反击的危险。
3.3等电位联结
电位联结是将建筑物中各电气装置和其它装置外露 的金属及可导电部分与人工或自然接地装置用电气连结的方 法连接起来, 使整个建筑物空间成为一个良好的等电位体, 以 达到减少电位差称为等电位联结。等电位联结有总等电位联 结、局部等电位联结和辅助等电位联结。当遭受雷电袭击时, 建 筑物内部和附近大体上是等电位的, 不会发生内部设备被高电 位反击和人被电击的事故。此外, 在电力线、电话线、电视信号 电缆、电子计算机讯号传输线等, 一切与外界有联系的金属线 都要接上合理的过电压保护装置(避雷器), 且装置要与建筑物 的防雷接地装置直接进行电气连结, 使之成为等电位, 才能在 相线和N 线产生危险电位差时瞬间击穿, 相当于短接, 形成瞬 间等电位, 以达到真正的等电位联结(实际上正常时是准等电 位, 因为正常时各导线之间的电位差和雷击时的残压与雷电压 比较是微不足道的, 所以一般把这样的连接也称为等电位联 结)。 采用等电位联结, 不但可以大大提高建筑物及其内部的设 备防雷能力, 也可以放宽对建筑物接地电阻的要求。这样可减 少建设投资, 减低施工难度, 在干旱、沙漠和山地土壤这些电阻 率高的地区犹为重要。
3.4基础钢筋做接地
基础接地装置应尽量与建筑物的基础共用, 尽量利用钢筋混凝土基础作为接地装置。利用建筑物的基础作接地装 置, 具有经济、美观和有利于雷电流场流散以及不必维护和寿 命长等优点。现在的建筑一般采用钢筋混凝土基础, 较大的楼 宇采用基础接地装置后的接地电阻一般都能满足要求。若较小 的钢筋混凝土建筑, 使用它的柱梁结构的埋地钢筋混凝土做接 地网, 即使它的接地电阻达不到足够小, 需要加埋人工接地装 置补充, 这起码也能够起到减少人工接地装置的数量, 节约投 资, 是一件有益无害的好事。但有些钢筋混凝土确实不能作为 接地装置, 如防水水泥、铝酸盐水泥、矾土水泥、以及异丁硅酸 盐水泥等, 以人造材料水泥做成的钢筋混凝基础也不能做接地 装置。 需要强调的一点是, 各钢筋之间必须构成电气连接, 一般 采用牢固的焊接, 使之成为可靠的电气通道, 一般结构的钢筋 经过绑扎不容易达到电气连接的要求, 不宜用绑扎的方法。利 用基础作接地装置时, 对地梁的处理是很重要的一个环节。地 梁内的主筋应该和柱基础主筋连接起来, 并将各段地梁的钢筋 连成一个环路, 这样才能将各个基础连成一个联合接地装置, 而且地梁的钢筋可以形成一个很好的水平地环, 综合成一个完 整的接地系统。
4.防雷引下线设计
防雷引下线的设置根据防雷类别, 采取不同间距, 一般二 類防雷建筑按小于18m 距离设计, 三类防雷建筑按小于25m 距离设计, 采用镀锌圆钢、扁钢、柱主筋或其组合, 均可满足要 求, 但同时也应整体考虑, 考虑与其他部分的关系。比如, 许多 弱电设备和其他设备均须与防雷引下线保持一定的安全距离, 可否在设计引下线时主动让路, 避开设备间、弱电间、人行通道 等位置, 故而避免雷电反击和其他一些问题的产生, 这对提高 弱电设备和其他设备的可靠性, 设备间设备及线路布置等都大 有裨益。
5.结束语
民用住宅建筑是居住小区的一部分, 其防雷设计是住宅电气设计的重要组成部分, 是住宅建筑设计的重要一环, 其设计工作的好坏, 直接影响到住宅建筑工程的质量, 对于保护人民生命、财产安全, 提高住宅的使用功能具有重要意义。
参考文献：
[1] 王时熙.建筑防雷综述[J].现代职业安全，2009（12）：122-125.
[2] 赵超. 防雷设施在城市建筑中的应用[J]. 黑龙江科技信息，2009（33）：
[3] 周龙海，马俊贵.民用建筑物防雷设计施工中的几个问题[J].山东气象，200（3）：38-39.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
[关键词]：民用建筑; 防雷
引言：
民用住宅建筑防雷设计既有普遍性，又有特殊性，必须有整体观念, 应根据其重要 性、实用性、发生雷电事故的可能性和后果, 因地制宜地采取防 雷措施, 做到安全、可靠、技术先进、经济合理、施工维护方便。 民用住宅建筑的防雷工程是一个系统工程, 必须综合考虑, 不 能只采取几样防雷措施或单幢建筑的防雷措施, 不整体考虑将 会在设计中顾此失彼, 造成不良后果。
建筑物的整体观念
民用住宅建筑是小区的组成部分, 其防雷设计应和小区以 及附近的环境相互协调, 而不应与小区以及附近的环境相互独 立, 甚至破坏小区以及附近的环境。民用住宅建筑防雷设计的 整体观念是指对一个小区以及附近的环境做全面的防雷规划, 防雷设施不能违反小区建设规划的要求, 不能与小区建设规划相冲突。
1.1可以利用大树安装避雷针
民用住宅建筑上安装的避雷针杆塔是否影响小区的美观, 所用的避雷针、避雷带或避雷网是否与建筑物的立面相配 以及低矮建筑物能否由高大建筑物或高大烟囱上的避雷装置 所保护等等。值得指出, 利用建筑物附近的大树作为避雷针杆 塔是一个较好的做法。大树最易接闪且越长越高, 有时比建筑 物还高。因此, 避雷针应安装在树顶, 引下线应沿树干设置而且 应与建筑物的防雷装置相结合。这样既节约又美观, 同时还保 护了名贵的树木。利用大树安装避雷针不仅能防直击雷, 而且能防球雷、绕击雷和侧击雷。
1.2距离较近的建筑物尽量共用接地装置
当距离较近时尽量采用共同接地，这样可以为一个小 区内将来综合共用接地创造等电位联结的条件。采用独立接地 方式时要求各地网之间应至少保持近20m 的距离, 同时又应 与各种地下金属管道、电缆金属屏蔽层和各大金属构件保持足 够的距离, 这在现代的大城市, 一座楼房或一个建筑群范围内, 分别做几个互相没有电气联系的地网是相当困难的。
防雷接闪器设计
根据防雷规范, 防直接雷接闪器的设计一般主要采用避雷针、避雷带、网等几种形式或其组合, 只要设计规范, 安装合理, 这些避雷设施便能满足接闪要求。下图2.1便是模拟雷击。
在设计防直接雷接闪器时应整 体考虑如下因素:
2.1 是否与建筑形式相协调
在设计过程中, 应根据不同建 筑形式, 主要是建筑风格、屋顶形式(坡屋顶或平屋顶)等采取不 同措施, 而不应一刀切, 采用一个模式和方法, 避免与建筑不相 协调。比如对建筑外观要求较高的建筑, 应尽量用避雷带暗装, 不会影响建筑外观再比如古建筑, 可沿屋脊、屋角、檐口等明装 避雷带, 而不用避雷针, 因为高的避雷针可能影响建筑外观。
2.2 是否可以利用建筑构件
接闪器应尽量利用建筑构件, 例如轻钢结构屋面应利用轻钢屋面作接闪器, 屋顶造型有金属 构件等宜作接闪器, 欧式建筑的穹顶, 屋面的金属旗杆等都可 利用其做避雷针。这样既可以减少投资, 又可以满足防雷设计 要求。值得注意的是有线电视天线不宜做防雷接闪器。
2.3 与其他专业密切配合
接闪器一般安装在建筑屋顶, 但 建筑屋顶一般装有水箱、电梯间、消防风机、广告设施, 有时还 装有电视、通讯系统的天线。设计接闪器时一方面要使上述设 施处于其保护范围内(金属构件可不单独装接闪器), 另一方面 也要使部分上述设施与避雷针之间保持一定距离。比如避雷针 应当装在高于通讯系统的天线尖端数米, 避雷针与天线之间应 有1.5 倍波长的间隔, 以防止由于避雷针的存在而损坏天线的 辐射图形影响通信效果。突出屋面非金属物在接闪器保护范围 外时应单独加设接闪器, 并和屋面接闪器相连。突出屋面金属物可不单独加接闪器, 但应和屋面接闪器相连。
3.防雷接地设计
民用住宅建筑防雷接地设计应有整体观念, 应采用共同接地、环形接地和等电位联结, 应尽量少用独立接地, 应尽量用基础钢筋做接地装置而不单独敷设独立接地装置。
3.1独立接地和共同接地
民用住宅建筑防雷接地设计, 应尽量少用独立接地, 应尽量与电源系统、电视系统、网络系统、电话系统等弱电系统共 同接地。采用导体把电气设备与接地装置连接起来, 称为接地。 独立接地是指需要接地的系统分别独立地建立接地网, 且各接 地网之间要求有足够的距离。共同接地是指需要接地的系统共 同地建立接地网或各接地网连接在一起。独立接地这种接地方式在50 和60 年代较多的被采用, 原因是各接地系统之间不会 造成相互干扰, 这一特点在通讯系统中显得尤其重要。但近年 来这种独立的接地方式除非在特别危险的环境下采用, 绝大多 数情况下, 均采用共同接地方式。因为第一, 假设一个建筑工程 内通讯系统、计算机系统和电源系统各系统分别接地, 当发生 雷击的时候各系统接地点的电位可能相差很大。在假定电流冲 击波从交流电源接地中引进, 由于雷瞬时电压可达数十万伏, 这就意味着同一台计算机上电源、通讯线和外壳相接的有关部分就要承担各地网间的这一高电压, 因此造成有关部位的击穿 损坏。对于计算机网络, 调制解调器和网卡将首先被击穿。据有 关方面统计, 在计算机通讯网络中, 各系统采用独立接地时被 雷击损坏的概率远高于共同接地的情况。第二, 由于各地网之 间至少要有近20m 的距离, 在一幢民用住宅建筑范围内, 分别 做几个互相没有电气联系的地网是相当困难的。
3.2环形接地
环形接地网就是将接地装置沿建筑物四周围成一个闭合环。这样的接地网可以使界面以内的电场分布比较均匀, 减 少跨步电压对人的危害, 室内在被雷击时, 可减少由于地面电 位梯度大而产生对设备高电压反击的危险。
3.3等电位联结
电位联结是将建筑物中各电气装置和其它装置外露 的金属及可导电部分与人工或自然接地装置用电气连结的方 法连接起来, 使整个建筑物空间成为一个良好的等电位体, 以 达到减少电位差称为等电位联结。等电位联结有总等电位联 结、局部等电位联结和辅助等电位联结。当遭受雷电袭击时, 建 筑物内部和附近大体上是等电位的, 不会发生内部设备被高电 位反击和人被电击的事故。此外, 在电力线、电话线、电视信号 电缆、电子计算机讯号传输线等, 一切与外界有联系的金属线 都要接上合理的过电压保护装置(避雷器), 且装置要与建筑物 的防雷接地装置直接进行电气连结, 使之成为等电位, 才能在 相线和N 线产生危险电位差时瞬间击穿, 相当于短接, 形成瞬 间等电位, 以达到真正的等电位联结(实际上正常时是准等电 位, 因为正常时各导线之间的电位差和雷击时的残压与雷电压 比较是微不足道的, 所以一般把这样的连接也称为等电位联 结)。 采用等电位联结, 不但可以大大提高建筑物及其内部的设 备防雷能力, 也可以放宽对建筑物接地电阻的要求。这样可减 少建设投资, 减低施工难度, 在干旱、沙漠和山地土壤这些电阻 率高的地区犹为重要。
3.4基础钢筋做接地
基础接地装置应尽量与建筑物的基础共用, 尽量利用钢筋混凝土基础作为接地装置。利用建筑物的基础作接地装 置, 具有经济、美观和有利于雷电流场流散以及不必维护和寿 命长等优点。现在的建筑一般采用钢筋混凝土基础, 较大的楼 宇采用基础接地装置后的接地电阻一般都能满足要求。若较小 的钢筋混凝土建筑, 使用它的柱梁结构的埋地钢筋混凝土做接 地网, 即使它的接地电阻达不到足够小, 需要加埋人工接地装 置补充, 这起码也能够起到减少人工接地装置的数量, 节约投 资, 是一件有益无害的好事。但有些钢筋混凝土确实不能作为 接地装置, 如防水水泥、铝酸盐水泥、矾土水泥、以及异丁硅酸 盐水泥等, 以人造材料水泥做成的钢筋混凝基础也不能做接地 装置。 需要强调的一点是, 各钢筋之间必须构成电气连接, 一般 采用牢固的焊接, 使之成为可靠的电气通道, 一般结构的钢筋 经过绑扎不容易达到电气连接的要求, 不宜用绑扎的方法。利 用基础作接地装置时, 对地梁的处理是很重要的一个环节。地 梁内的主筋应该和柱基础主筋连接起来, 并将各段地梁的钢筋 连成一个环路, 这样才能将各个基础连成一个联合接地装置, 而且地梁的钢筋可以形成一个很好的水平地环, 综合成一个完 整的接地系统。
4.防雷引下线设计
防雷引下线的设置根据防雷类别, 采取不同间距, 一般二 類防雷建筑按小于18m 距离设计, 三类防雷建筑按小于25m 距离设计, 采用镀锌圆钢、扁钢、柱主筋或其组合, 均可满足要 求, 但同时也应整体考虑, 考虑与其他部分的关系。比如, 许多 弱电设备和其他设备均须与防雷引下线保持一定的安全距离, 可否在设计引下线时主动让路, 避开设备间、弱电间、人行通道 等位置, 故而避免雷电反击和其他一些问题的产生, 这对提高 弱电设备和其他设备的可靠性, 设备间设备及线路布置等都大 有裨益。
5.结束语
民用住宅建筑是居住小区的一部分, 其防雷设计是住宅电气设计的重要组成部分, 是住宅建筑设计的重要一环, 其设计工作的好坏, 直接影响到住宅建筑工程的质量, 对于保护人民生命、财产安全, 提高住宅的使用功能具有重要意义。
参考文献：
[1] 王时熙.建筑防雷综述[J].现代职业安全，2009（12）：122-125.
[2] 赵超. 防雷设施在城市建筑中的应用[J]. 黑龙江科技信息，2009（33）：
[3] 周龙海，马俊贵.民用建筑物防雷设计施工中的几个问题[J].山东气象，200（3）：38-39.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。