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摘要：本文通过对GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》高层建筑物外部防雷相关条款的解读，分析高层建筑物防雷特点及特殊地形对建筑物防雷的影响，确定高层建筑物防侧击部位，提出了高层建筑物应采取的防雷措施。对坐落在山坡地形上的建筑使用修正公式来确认防侧击雷部位。
关键词：防雷；高层建筑；防侧击雷；等效高度；防雷措施
GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》（以下简称《雷规》），是以IEC 62305系列标准[雷电防护]为主要依据，在GB50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》的基础上重新修订而成的，《雷规》改动最大、最难于理解的当属高层建筑物防侧击部分。如何采取防侧击雷措施？金属栏杆、金属门窗是否需要接地？均压环应该怎样设置？上述这些问题是防雷图纸审核人员和防雷检测人员需要掌握的重点内容之一。
1 如何理解防侧击的部位
1.1《雷规》规定：第一类防雷建筑物，高度超过30米的建筑物，建筑物高度超出30米的部位应采取防侧击雷。第二类、第三类防雷建筑物，高度超过60米的建筑物，其上部占高度20%并且超过60米的部位应采取防侧击雷，而其余部位不需要采取防侧击措施。例如100米的高层建筑物，只要在80-100米之间高度范围内设置防侧击雷；70米的高层建筑物，也只要在60-70米之间高度范围内设置防侧击雷。IEC的解释是，随着高层建筑物雷击点的高度降低，闪击侧边的概率迅速降低，只需考虑建筑物高度超过60米的20%部位，而低于60米的建筑物，闪击侧边的概率可以忽略不计。
1.2《雷规》规定：对水平突出外墙的物体，当有建筑物防雷类别所对应的滚球半径大小的球体从屋顶周边接闪带外向地面垂直下降接触到突出外墙的物体时，应采取相应的防雷措施。我们应理解为，用建筑物防雷类别所对应的滚球半径高度作为分割线，把高层建筑物分成上下两部分，其上部分，想象有个建筑物防雷类别所对应滚球半径大小的球体在屋顶周边接闪带外向下垂直下降，当有突出外墙的物体挡到时，突出外墙的物体应采取相应的防雷措施；而其下部分，设想在建筑物防雷类别所对应的滚球半径高度上有一水平接闪带，用滚球法计算，突出外墙的物体不在滚球半径保护范围内的，应采取相应的防雷措施。这个方法，又称“垂直下降法”，是一个全新的保护范围计算方法。但《雷规》只对第二、第三类防雷建筑物有要求。
2 对《雷规》防侧击雷措施的理解
第一类防雷建筑物防侧击措施：从30米高度起每隔不大于6米的距离沿建筑物四周设水平接闪带，并应与引下线相连。30米及以上外墙上栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。
第二、第三类防雷建筑物防侧击措施：防侧击部位应按屋顶的保护措施处理，并符合对本类防雷建筑物的要求。
1）接闪器应布置防侧击部位各表面的尖物、墙角、边缘、设备以及显著突出的物体上；重点在墙角、边缘和显著突出的物体上；这里的墙角是指外墙壁的内角，边缘是指外墙壁的外角，显著突出物是指阳台、观景平台、设备平台等。
2）布置在建筑物垂直边缘处的外部引下线、最小尺寸符合本规范要求的外部金属物可利用其作为接闪器。
3）符合本规范要求的钢筋混凝土内钢筋、建筑物金属框架，当其作为引下线或与引下线连接时均可利用作为接闪器。
3 防侧击雷的具体措施和施工方案
在需要侧击部位利用建筑物柱筋和梁筋作为暗敷接闪网格（符合本类防雷建筑物接闪网格规格要求），在建筑物垂直边缘和显著突出的物体上明装接闪带或接闪杆，同时利用建筑物栏杆、门窗等外部金属物作为接闪器，并与引下线、接地装置做等电位连接。
《雷规》规定：引下线平均间距，二类建筑物不大于18米，三类建筑物不大于25米；接闪网格尺寸，二类不大于10m×10m或者8m×12m，三类不大于20m×20m或者24m×16m。目前高层建筑物广泛采用钢构架或钢筋混凝土结构，一般建筑物层高3米左右，柱子间距为4-6米。防雷施工中，在需要防侧击雷的起始高度设置首道均压环，并向上每隔一层或二层设置一道均压环，两根引下线中间加焊一个柱子，组成暗敷接闪网格，在墙角或边缘和显著突出物体处布置接闪杆，同时将栏杆、门窗等金属连接到接闪网格上，并与引下线、接地装置做等电位连接，就能满足建筑物防侧击雷的要求。
另外，考虑引下线均压分流作用，建议在建筑物地下室最底层、±0.0m层、转换层及滚球半径高度层增设均压环。同时将外墙内、外竖直敷设的金属管道及金属物（包括供热管、电井中金属线管和电梯等）的顶端和底端与防雷装置等电位连接，与引下线一道参与雷电分流作用，降低接触电压、跨步电压的影响。
4 地形对防雷建筑物高度的影响
对于以山地为主的地区，座落在山坡上建筑物，地形的影响是不可忽略。如果不考虑地形的影响因素，对建筑物进行防雷设计和施工，其建筑物的防雷设施是不完善的。
根据滚球法的定义，几何学原理，再用图解法和公式推导，得到如下的修正公式：
H1=hr（1-sinα）/cosα
H2=hr（cosα+sinα-1）/cosα
式中hr为滚球半径，H1是建筑物±0.0m基础地面到等效滚球半径的实际高度，H2是滚球与大地接触点到建筑物±0.0m基础地面的距离，α是地面坡度角（0≤α≤30°）。
我们用上面的修正公式，对处于坡地上的防雷建筑物高度进行修正，考虑了地形的影响因素，这时建筑物±0.0m基础地面，就是防雷意义上的高度H2（建筑物的等效高度=H2+建筑物的自身高度）。
例如：二类防雷建筑物，自身高度60米，地形坡度角为16°，计算结果：
H1=hr（1-sinα）/cosα=33.91米，H2=hr（cosα+sinα-1）/cosα=11.09米。如果不考虑地形因素，该建筑物是不需要防侧击雷措施的；当考虑地形的影响，并通过上述计算，建筑物自身高度等效于防雷高度71.09米，需要在建筑物自身高度的48.91米及以上采取防侧击雷措施。
5 结论
总之，高层建筑物（包括第一类防雷建筑物），在建筑物防侧击雷的部位采取防侧击措施外，同时用“垂直下降法”，确定水平突出外墙物体应采取的防侧击雷措施；对特殊地形的建筑物，还要考虑地形的影响因素，用修正公式计算出地形的影响程度，调整建筑物防侧击部位，并采取相应防护措施。在建筑物外墙内、外竖直敷设的金属管道及金属物顶端和底端与防雷装置等电位连接，使建筑物的防雷措施更符合经济合理、安全可靠的要求。
参考文献：
[1] GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》
[2]林维勇. 对新《雷规》的解释. 《建筑电气》2012年第一期
作者简介：
余昌松，男，1957年10月出生，籍贯浙江省淳安县，大学专科毕业，工程师职称，从事建筑物防雷领域。
关键词：防雷；高层建筑；防侧击雷；等效高度；防雷措施
GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》（以下简称《雷规》），是以IEC 62305系列标准[雷电防护]为主要依据，在GB50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》的基础上重新修订而成的，《雷规》改动最大、最难于理解的当属高层建筑物防侧击部分。如何采取防侧击雷措施？金属栏杆、金属门窗是否需要接地？均压环应该怎样设置？上述这些问题是防雷图纸审核人员和防雷检测人员需要掌握的重点内容之一。
1 如何理解防侧击的部位
1.1《雷规》规定：第一类防雷建筑物，高度超过30米的建筑物，建筑物高度超出30米的部位应采取防侧击雷。第二类、第三类防雷建筑物，高度超过60米的建筑物，其上部占高度20%并且超过60米的部位应采取防侧击雷，而其余部位不需要采取防侧击措施。例如100米的高层建筑物，只要在80-100米之间高度范围内设置防侧击雷；70米的高层建筑物，也只要在60-70米之间高度范围内设置防侧击雷。IEC的解释是，随着高层建筑物雷击点的高度降低，闪击侧边的概率迅速降低，只需考虑建筑物高度超过60米的20%部位，而低于60米的建筑物，闪击侧边的概率可以忽略不计。
1.2《雷规》规定：对水平突出外墙的物体，当有建筑物防雷类别所对应的滚球半径大小的球体从屋顶周边接闪带外向地面垂直下降接触到突出外墙的物体时，应采取相应的防雷措施。我们应理解为，用建筑物防雷类别所对应的滚球半径高度作为分割线，把高层建筑物分成上下两部分，其上部分，想象有个建筑物防雷类别所对应滚球半径大小的球体在屋顶周边接闪带外向下垂直下降，当有突出外墙的物体挡到时，突出外墙的物体应采取相应的防雷措施；而其下部分，设想在建筑物防雷类别所对应的滚球半径高度上有一水平接闪带，用滚球法计算，突出外墙的物体不在滚球半径保护范围内的，应采取相应的防雷措施。这个方法，又称“垂直下降法”，是一个全新的保护范围计算方法。但《雷规》只对第二、第三类防雷建筑物有要求。
2 对《雷规》防侧击雷措施的理解
第一类防雷建筑物防侧击措施：从30米高度起每隔不大于6米的距离沿建筑物四周设水平接闪带，并应与引下线相连。30米及以上外墙上栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。
第二、第三类防雷建筑物防侧击措施：防侧击部位应按屋顶的保护措施处理，并符合对本类防雷建筑物的要求。
1）接闪器应布置防侧击部位各表面的尖物、墙角、边缘、设备以及显著突出的物体上；重点在墙角、边缘和显著突出的物体上；这里的墙角是指外墙壁的内角，边缘是指外墙壁的外角，显著突出物是指阳台、观景平台、设备平台等。
2）布置在建筑物垂直边缘处的外部引下线、最小尺寸符合本规范要求的外部金属物可利用其作为接闪器。
3）符合本规范要求的钢筋混凝土内钢筋、建筑物金属框架，当其作为引下线或与引下线连接时均可利用作为接闪器。
3 防侧击雷的具体措施和施工方案
在需要侧击部位利用建筑物柱筋和梁筋作为暗敷接闪网格（符合本类防雷建筑物接闪网格规格要求），在建筑物垂直边缘和显著突出的物体上明装接闪带或接闪杆，同时利用建筑物栏杆、门窗等外部金属物作为接闪器，并与引下线、接地装置做等电位连接。
《雷规》规定：引下线平均间距，二类建筑物不大于18米，三类建筑物不大于25米；接闪网格尺寸，二类不大于10m×10m或者8m×12m，三类不大于20m×20m或者24m×16m。目前高层建筑物广泛采用钢构架或钢筋混凝土结构，一般建筑物层高3米左右，柱子间距为4-6米。防雷施工中，在需要防侧击雷的起始高度设置首道均压环，并向上每隔一层或二层设置一道均压环，两根引下线中间加焊一个柱子，组成暗敷接闪网格，在墙角或边缘和显著突出物体处布置接闪杆，同时将栏杆、门窗等金属连接到接闪网格上，并与引下线、接地装置做等电位连接，就能满足建筑物防侧击雷的要求。
另外，考虑引下线均压分流作用，建议在建筑物地下室最底层、±0.0m层、转换层及滚球半径高度层增设均压环。同时将外墙内、外竖直敷设的金属管道及金属物（包括供热管、电井中金属线管和电梯等）的顶端和底端与防雷装置等电位连接，与引下线一道参与雷电分流作用，降低接触电压、跨步电压的影响。
4 地形对防雷建筑物高度的影响
对于以山地为主的地区，座落在山坡上建筑物，地形的影响是不可忽略。如果不考虑地形的影响因素，对建筑物进行防雷设计和施工，其建筑物的防雷设施是不完善的。
根据滚球法的定义，几何学原理，再用图解法和公式推导，得到如下的修正公式：
H1=hr（1-sinα）/cosα
H2=hr（cosα+sinα-1）/cosα
式中hr为滚球半径，H1是建筑物±0.0m基础地面到等效滚球半径的实际高度，H2是滚球与大地接触点到建筑物±0.0m基础地面的距离，α是地面坡度角（0≤α≤30°）。
我们用上面的修正公式，对处于坡地上的防雷建筑物高度进行修正，考虑了地形的影响因素，这时建筑物±0.0m基础地面，就是防雷意义上的高度H2（建筑物的等效高度=H2+建筑物的自身高度）。
例如：二类防雷建筑物，自身高度60米，地形坡度角为16°，计算结果：
H1=hr（1-sinα）/cosα=33.91米，H2=hr（cosα+sinα-1）/cosα=11.09米。如果不考虑地形因素，该建筑物是不需要防侧击雷措施的；当考虑地形的影响，并通过上述计算，建筑物自身高度等效于防雷高度71.09米，需要在建筑物自身高度的48.91米及以上采取防侧击雷措施。
5 结论
总之，高层建筑物（包括第一类防雷建筑物），在建筑物防侧击雷的部位采取防侧击措施外，同时用“垂直下降法”，确定水平突出外墙物体应采取的防侧击雷措施；对特殊地形的建筑物，还要考虑地形的影响因素，用修正公式计算出地形的影响程度，调整建筑物防侧击部位，并采取相应防护措施。在建筑物外墙内、外竖直敷设的金属管道及金属物顶端和底端与防雷装置等电位连接，使建筑物的防雷措施更符合经济合理、安全可靠的要求。
参考文献：
[1] GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》
[2]林维勇. 对新《雷规》的解释. 《建筑电气》2012年第一期
作者简介：
余昌松，男，1957年10月出生，籍贯浙江省淳安县，大学专科毕业，工程师职称，从事建筑物防雷领域。