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摘要：电闪雷鸣是一种常见的自然现象，但是直到今天人们尚未完全掌握和利用它。建筑物，特别是高层建筑物因为高度高，容易落雷，如果没有可靠的防雷系统，极易对建筑及建筑内的设备造成损坏或火灾，对人员造成伤害。本文在此从雷电的形成及分类出发，提出了在实际的设计施工过程中应该注意的几个要点问题。
关键词：雷电；建筑防雷；设计；安装
Abstract: Lightning flashes and thunder rumbles is a common natural phenomenon, but until today, people have not yet fully grasp and use it. Buildings, especially high-rise buildings because of high, easy to mine, if there is no lightning protection system is reliable, easy for construction equipment and building damage or fire, causing injury to personnel. This article from the formation and classification of lightning, puts forward some key problems should be paid attention to in the design and construction of the actual.
Key words: architectural design; lightning; lightning protection; installation
中图分类号：TU2 文献标识码：文章编号:
前言：在人类生存的环境中有许多自然灾害，如地震、暴雨、冰雹、水灾、旱灾、火灾、雷击等等。对此，人们总是想方设法进行防御，或减轻它们所造成的损失。雷击就是严重的自然灾害之一。
就防雷历史而言，我国建國初期大多是按照日本的45°～60°保护角确定避雷针的保护范围，用三叉小针铜避雷针、铜引下线和1m×1m铜板作为接地装置。50年代初期，引进苏联技术，采用抛物线或折线计算法，用铁管或镀锌元钢做避雷针，用镀锌元钢做引下线，地下打入3～5m长的镀锌铁管或钢材作接地极，以致现在的避雷带和避雷网均采用镀锌钢筋或扁钢。一、雷电的形成与种类分析1、雷电的形成 由于空中运动的云层受到高能射线或高空电离层带电粒子的作用逐渐积累了大量电荷，当带电云层接近地面时通过潮湿的空气都会发生巨大的电脉冲放电。雷云放电，有时是在云层与云层之间；有时是在雷云与大地之间发生。雷电的形成，常与当地地形、大气气流、温湿度和地球纬度有关。一般山区比平原多；沿海比腹地多；温湿度高比温湿度低地区多；低纬度比高纬度地区多。 2、雷电的种类 雷云放电时，具有放电时间短(μS级)、放电电流极大（几十至几百kA）、感应电压极高（可达几十kV）等特点。雷电的种类主要有以下几种：直击雷、感应雷和雷电波。 2.1直击雷：强大的雷电流经过建筑物或地面设备这些物体入地，在瞬间产生很大的机械振动力和高温高热使物体遭到破坏。当雷电流通过物体时，必然有电阻或电感存在，所以就产生很大的电压降和感应电压，使绝缘破坏、产生火花、引起燃烧、爆炸等。2.2感应雷：是在雷击发生附近电磁感应的结果。2.3雷电波：雷云放电时会产生一股冲击波，这种冲击波常沿着架空线缆或管道传播，对设备造成冲击破坏作用。二、高层建筑防雷接地合理设计
1、接闪带和接闪网
屋顶的接闪带、接闪网应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。一般来说，高层建筑物的屋顶防直击雷，可沿屋顶周边外墙外表面或屋檐边垂直面上或其外处布设接闪带，屋顶中间设置接闪网，同时经过伸缩缝时应有补偿连接装置。屋面接闪网网格尺寸应严格按照建筑物防雷等级设置;如若暗敷，应注意埋设的深度，按照经验，一般为天面水平层下30~50mm，宜做在防水层上保温层下，埋设太深则无较好接闪效果。但对于斜屋面盖瓦的高层住宅，其接闪器布置和安装时就要注意屋檐、檐脚、屋角等靠建筑物顶外围处的接闪带是不允许暗敷的;一般来说，高层建筑也不能利用屋顶周边混凝土内的钢筋作为接闪器。虽然“新设计规范”没有明确提出高层建筑不能暗敷接闪器，但《建筑物防雷装置检测技术规范》(GB/T21431-2008)第5.2.2.8 条中明确指出“高层建筑物不应利用建筑物女儿墙内钢筋作为接闪器”。
2、接闪杆
据“新设计规范”第 5.2.2 条和第 5.2.3 条，安装在高层建筑顶的接闪杆宜采用热镀锌圆钢或钢管，接闪端宜做成半球状，其弯曲半径为 4.8~12.7mm。由于时刻会受到自然界空气、风力、雨雪、太阳辐射、接闪电流后的电磁力等各种危害影响，接闪杆应重点考虑风力、冰雪、雷击能量等对其荷载的影响，选用防腐抗氧化、高物理强度、耐高能量的材料，保证构件安装连接牢固，减少装置能量损耗，并定期对其安全性能进行检测，使其长期有效发挥作用。
建筑物顶接闪杆在引雷防护的同时，伴随着很多负面效应(二次效应)，主要包括：产生感应雷、增加雷击概率、地电位反击等，使得周围的电子设备和人员极易受到损害。所以高层建筑物，尤其是对现代智能信息系统的高楼，应尽量少用接闪杆，多采用接闪带、接闪网等作为接闪器。形状不规则或难以安装接闪带的高层建筑，可利用接闪杆进行保护。
3、金属屋面
现代高层建筑为了美观，外墙较多采用金属或玻璃幕墙。幕墙上封口位于女儿墙外侧，属于屋顶周边，非常容易受到雷击，且幕墙与女儿墙之间的封顶金属板(多为铝制盖板)是良好的导电体，一般面积较大，故可利用作为接闪器。高层建筑要利用屋顶金属板作为接闪器，须满足：板间的连接应是持久的电气贯通;金属板无绝缘被覆层(氧化保护膜与保护油漆不属于覆盖层)。参照国际防雷技术标准(IECl024-1.1993)和日本、美国等国的防雷标准，再加上国内外对高层金属幕墙的实施经验，高层建筑顶作为接闪器的铝板厚度应为2.5~3mm 比较适宜。
三、防雷装置在施工中的控制要点
1、基础接地网及引下线
民用建筑中基础接地网作为防雷接地、电力系统接地、防静电接地及各弱电系统接地的共用接地装置，它的施工质量显得尤为重要。基础接地网施工之前必须认真熟悉图纸，特别是底板电气环路的材质、引下线的位置。一般来说出于经济、适用的角度考虑，民用建筑的基础接地网多采取利用桩基及基础梁、底板内的主筋焊接而构成基础接地网的方式。引下线准确定位后利用柱主筋与基础接地网相连作为引下线。基础接地网隐蔽之前必须实测接地电阻，基于引下线接地电阻会因钢筋焊接而增大，故实测电阻不宜大于1欧姆。如达不到接地阻值要求，可采取增加电气环路与桩基的电气连接数量，若仍不能满足阻值要求，可采取增加人工接地的方式来降低阻值。在基础接地网和引下线的焊接施工过程中搭接长度和焊接质量是控制质量的要点。按规范要求基础接地网、引下线的焊接长度必须满足以下要求：①扁钢与扁钢搭接为扁钢宽度的两倍，不少于三面施焊;②圆钢与圆钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊;③圆钢与扁钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊;④扁钢与钢管，扁钢与角钢焊接，津贴角钢外侧两面，或紧贴3/4钢管表面，上下两面施焊。值得提醒的是对于单面施焊并无规范做出焊接长度要求，故施工过程应努力创造双面施焊、三面施焊的必要条件，以保证施工质量符合规范要求。
2、均压环及门窗接地
均压环与门窗接地是防侧击雷的主要措施。均压环及门窗接地的设置高度需根据建筑物的防雷类型而定，民用建筑物应划分为第二类和第三类防雷建筑物，按规范要求需每三层设置一道均压环(关于建筑物防雷类型的划分方法此处不在冗述)每道均压环与门窗接地必须与引下线直接电气连接，焊接的要求与基础接地网、引下线的焊接的要求相同。
3、做好等电位连接做好等电位连接是防止地电位反击，增强设备抗干扰能力的有效方法，1958年，人民大会堂工程采用了彻底的等电位防雷设计，这是我国首次将等电位避雷网应用于工程。人民大会堂是钢筋混凝土框架结构和钢结构相结合的建筑物，又是现浇施工做法，对防雷装置的设计十分有利。其防雷方案是：在各建筑段的屋顶上分别采用明装避雷网、暗装避雷网和四周避雷带相结合的方式，接闪装置均与楼板内的钢筋连接成一体；柱子内的钢筋用作引下线；基础内的钢筋用作接地装置。从基础到梁、板、柱到屋顶的避雷带和避雷网的全部连接点（包括各种管线的连接点）都是焊接的，从而构成一个笼式避雷网，所以我们说它是最彻底的等电位连接工程。1963年，瑞士的波哥（K.Berger）提出，利用建筑物内的结构钢筋作防雷系统时，钢筋之间如有多点绑扎，则不必焊接就可以构成电气导通系统，他还做了试验。所以，我们以后就不全部焊接了，但作为引下线的柱内钢筋，仍必须焊接两根主筋。1974年审查《建筑物防雷设计规范》时，规定为：可以绑扎或焊接。人民大会堂工程是全国最重要的工程，当时是不敢不焊接的。
3.1穿越楼层的接地干线应与楼层钢筋网作等电位连接《建筑物电子信息系统防雷技术规范》[GB 50343-2004]5.2 条定: “共用接地装置应与总等电位接地端子板连接，通过接地干线引至楼层等电位接地端子板，由此引至设备机房的局部等电位接地端子板。局部等电位接地端子板应与预留的楼层钢筋接地端子连接。接地干线应在电气竖井内明敷，并应与楼层钢筋等电位连接。”这是因为在高层建筑中往往利用钢筋混凝土柱子中的主筋作为引下线，并且与楼层钢筋网电气连接。如接地干线没有与楼层钢筋等电位连接，当建筑物遭到雷击时，雷电流在引下线上也即在接地干线和楼层地面间会产生很大的电压降，对设备和人身安全带来危险。在一些工程设计中没有提出要求，施工中也没有将接地干线与楼层钢筋作等电位连接，机房等处的局部等电位接地端子板也没有与楼层钢筋接地端子连接。 3.2电话、有线电视、网线等配线箱，进出建筑物的线缆金属屏蔽层要求等电位连接接地 电信、有线电视等设施的设计、安装一般是由专业公司承担，并在土建设计、施工以后进行，验收中发现这些设施未设置单独接地网或采用建筑物公用接地网，缆线的金属外皮或穿线金属管也未作等电位接地处理。因此，在土建设计说明中需对此提出要求，并应在相应位置设置等电位连接箱（带），供专业公司施工时使用。這些工程完工后也应组织防雷方面的验收，否则会给以后留下安全隐患。3.3竖向金属管道等的等电位连接 在《建筑物防雷设计规范》[GB50057-94]中要求进出建筑物金属管道上下应作等电位连接;在《民用建筑电气设计规范》[JGJ/T16-92]中对一、二级防雷建筑物规定：竖向金属管道、配线桥架下部应与接地装置连接;每隔三层与建筑物圈梁作1 次等电位连接，在高层建筑设计、施工中往往被忽略。 3.4配电箱应与楼层等电位连接带或建筑物楼层钢筋网连接 大部分设计中都没有提出这方面要求，施工中往往将供电线路中的PE 线作竖向配电箱（柜）间的连接干线，这样当大楼顶部避雷设施遭雷击时，PE 线、配电箱与楼层间产生很大的电位差，是很危险的。因此，配电箱必须与楼层等电位连接带或建筑物楼层钢筋网连接。
结束语
总之，建筑防雷系统直接关系到建筑及建筑内设备、人员安全。所以我们在设计、施工时必须加强管理、加强监督，防止因为防雷系统的不合理导致意外事故的发生，特别对容易造成火灾事故损失重大或人员伤亡的建筑物及高层建筑物，防雷系统必须符合设计规范及各项施工要求。因为建筑防雷系统一旦出现火灾事故，往往损失重大。所以，建筑防雷系统也是我们消防监督中不可忽视的重点。
关键词：雷电；建筑防雷；设计；安装
Abstract: Lightning flashes and thunder rumbles is a common natural phenomenon, but until today, people have not yet fully grasp and use it. Buildings, especially high-rise buildings because of high, easy to mine, if there is no lightning protection system is reliable, easy for construction equipment and building damage or fire, causing injury to personnel. This article from the formation and classification of lightning, puts forward some key problems should be paid attention to in the design and construction of the actual.
Key words: architectural design; lightning; lightning protection; installation
中图分类号：TU2 文献标识码：文章编号:
前言：在人类生存的环境中有许多自然灾害，如地震、暴雨、冰雹、水灾、旱灾、火灾、雷击等等。对此，人们总是想方设法进行防御，或减轻它们所造成的损失。雷击就是严重的自然灾害之一。
就防雷历史而言，我国建國初期大多是按照日本的45°～60°保护角确定避雷针的保护范围，用三叉小针铜避雷针、铜引下线和1m×1m铜板作为接地装置。50年代初期，引进苏联技术，采用抛物线或折线计算法，用铁管或镀锌元钢做避雷针，用镀锌元钢做引下线，地下打入3～5m长的镀锌铁管或钢材作接地极，以致现在的避雷带和避雷网均采用镀锌钢筋或扁钢。一、雷电的形成与种类分析1、雷电的形成 由于空中运动的云层受到高能射线或高空电离层带电粒子的作用逐渐积累了大量电荷，当带电云层接近地面时通过潮湿的空气都会发生巨大的电脉冲放电。雷云放电，有时是在云层与云层之间；有时是在雷云与大地之间发生。雷电的形成，常与当地地形、大气气流、温湿度和地球纬度有关。一般山区比平原多；沿海比腹地多；温湿度高比温湿度低地区多；低纬度比高纬度地区多。 2、雷电的种类 雷云放电时，具有放电时间短(μS级)、放电电流极大（几十至几百kA）、感应电压极高（可达几十kV）等特点。雷电的种类主要有以下几种：直击雷、感应雷和雷电波。 2.1直击雷：强大的雷电流经过建筑物或地面设备这些物体入地，在瞬间产生很大的机械振动力和高温高热使物体遭到破坏。当雷电流通过物体时，必然有电阻或电感存在，所以就产生很大的电压降和感应电压，使绝缘破坏、产生火花、引起燃烧、爆炸等。2.2感应雷：是在雷击发生附近电磁感应的结果。2.3雷电波：雷云放电时会产生一股冲击波，这种冲击波常沿着架空线缆或管道传播，对设备造成冲击破坏作用。二、高层建筑防雷接地合理设计
1、接闪带和接闪网
屋顶的接闪带、接闪网应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。一般来说，高层建筑物的屋顶防直击雷，可沿屋顶周边外墙外表面或屋檐边垂直面上或其外处布设接闪带，屋顶中间设置接闪网，同时经过伸缩缝时应有补偿连接装置。屋面接闪网网格尺寸应严格按照建筑物防雷等级设置;如若暗敷，应注意埋设的深度，按照经验，一般为天面水平层下30~50mm，宜做在防水层上保温层下，埋设太深则无较好接闪效果。但对于斜屋面盖瓦的高层住宅，其接闪器布置和安装时就要注意屋檐、檐脚、屋角等靠建筑物顶外围处的接闪带是不允许暗敷的;一般来说，高层建筑也不能利用屋顶周边混凝土内的钢筋作为接闪器。虽然“新设计规范”没有明确提出高层建筑不能暗敷接闪器，但《建筑物防雷装置检测技术规范》(GB/T21431-2008)第5.2.2.8 条中明确指出“高层建筑物不应利用建筑物女儿墙内钢筋作为接闪器”。
2、接闪杆
据“新设计规范”第 5.2.2 条和第 5.2.3 条，安装在高层建筑顶的接闪杆宜采用热镀锌圆钢或钢管，接闪端宜做成半球状，其弯曲半径为 4.8~12.7mm。由于时刻会受到自然界空气、风力、雨雪、太阳辐射、接闪电流后的电磁力等各种危害影响，接闪杆应重点考虑风力、冰雪、雷击能量等对其荷载的影响，选用防腐抗氧化、高物理强度、耐高能量的材料，保证构件安装连接牢固，减少装置能量损耗，并定期对其安全性能进行检测，使其长期有效发挥作用。
建筑物顶接闪杆在引雷防护的同时，伴随着很多负面效应(二次效应)，主要包括：产生感应雷、增加雷击概率、地电位反击等，使得周围的电子设备和人员极易受到损害。所以高层建筑物，尤其是对现代智能信息系统的高楼，应尽量少用接闪杆，多采用接闪带、接闪网等作为接闪器。形状不规则或难以安装接闪带的高层建筑，可利用接闪杆进行保护。
3、金属屋面
现代高层建筑为了美观，外墙较多采用金属或玻璃幕墙。幕墙上封口位于女儿墙外侧，属于屋顶周边，非常容易受到雷击，且幕墙与女儿墙之间的封顶金属板(多为铝制盖板)是良好的导电体，一般面积较大，故可利用作为接闪器。高层建筑要利用屋顶金属板作为接闪器，须满足：板间的连接应是持久的电气贯通;金属板无绝缘被覆层(氧化保护膜与保护油漆不属于覆盖层)。参照国际防雷技术标准(IECl024-1.1993)和日本、美国等国的防雷标准，再加上国内外对高层金属幕墙的实施经验，高层建筑顶作为接闪器的铝板厚度应为2.5~3mm 比较适宜。
三、防雷装置在施工中的控制要点
1、基础接地网及引下线
民用建筑中基础接地网作为防雷接地、电力系统接地、防静电接地及各弱电系统接地的共用接地装置，它的施工质量显得尤为重要。基础接地网施工之前必须认真熟悉图纸，特别是底板电气环路的材质、引下线的位置。一般来说出于经济、适用的角度考虑，民用建筑的基础接地网多采取利用桩基及基础梁、底板内的主筋焊接而构成基础接地网的方式。引下线准确定位后利用柱主筋与基础接地网相连作为引下线。基础接地网隐蔽之前必须实测接地电阻，基于引下线接地电阻会因钢筋焊接而增大，故实测电阻不宜大于1欧姆。如达不到接地阻值要求，可采取增加电气环路与桩基的电气连接数量，若仍不能满足阻值要求，可采取增加人工接地的方式来降低阻值。在基础接地网和引下线的焊接施工过程中搭接长度和焊接质量是控制质量的要点。按规范要求基础接地网、引下线的焊接长度必须满足以下要求：①扁钢与扁钢搭接为扁钢宽度的两倍，不少于三面施焊;②圆钢与圆钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊;③圆钢与扁钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊;④扁钢与钢管，扁钢与角钢焊接，津贴角钢外侧两面，或紧贴3/4钢管表面，上下两面施焊。值得提醒的是对于单面施焊并无规范做出焊接长度要求，故施工过程应努力创造双面施焊、三面施焊的必要条件，以保证施工质量符合规范要求。
2、均压环及门窗接地
均压环与门窗接地是防侧击雷的主要措施。均压环及门窗接地的设置高度需根据建筑物的防雷类型而定，民用建筑物应划分为第二类和第三类防雷建筑物，按规范要求需每三层设置一道均压环(关于建筑物防雷类型的划分方法此处不在冗述)每道均压环与门窗接地必须与引下线直接电气连接，焊接的要求与基础接地网、引下线的焊接的要求相同。
3、做好等电位连接做好等电位连接是防止地电位反击，增强设备抗干扰能力的有效方法，1958年，人民大会堂工程采用了彻底的等电位防雷设计，这是我国首次将等电位避雷网应用于工程。人民大会堂是钢筋混凝土框架结构和钢结构相结合的建筑物，又是现浇施工做法，对防雷装置的设计十分有利。其防雷方案是：在各建筑段的屋顶上分别采用明装避雷网、暗装避雷网和四周避雷带相结合的方式，接闪装置均与楼板内的钢筋连接成一体；柱子内的钢筋用作引下线；基础内的钢筋用作接地装置。从基础到梁、板、柱到屋顶的避雷带和避雷网的全部连接点（包括各种管线的连接点）都是焊接的，从而构成一个笼式避雷网，所以我们说它是最彻底的等电位连接工程。1963年，瑞士的波哥（K.Berger）提出，利用建筑物内的结构钢筋作防雷系统时，钢筋之间如有多点绑扎，则不必焊接就可以构成电气导通系统，他还做了试验。所以，我们以后就不全部焊接了，但作为引下线的柱内钢筋，仍必须焊接两根主筋。1974年审查《建筑物防雷设计规范》时，规定为：可以绑扎或焊接。人民大会堂工程是全国最重要的工程，当时是不敢不焊接的。
3.1穿越楼层的接地干线应与楼层钢筋网作等电位连接《建筑物电子信息系统防雷技术规范》[GB 50343-2004]5.2 条定: “共用接地装置应与总等电位接地端子板连接，通过接地干线引至楼层等电位接地端子板，由此引至设备机房的局部等电位接地端子板。局部等电位接地端子板应与预留的楼层钢筋接地端子连接。接地干线应在电气竖井内明敷，并应与楼层钢筋等电位连接。”这是因为在高层建筑中往往利用钢筋混凝土柱子中的主筋作为引下线，并且与楼层钢筋网电气连接。如接地干线没有与楼层钢筋等电位连接，当建筑物遭到雷击时，雷电流在引下线上也即在接地干线和楼层地面间会产生很大的电压降，对设备和人身安全带来危险。在一些工程设计中没有提出要求，施工中也没有将接地干线与楼层钢筋作等电位连接，机房等处的局部等电位接地端子板也没有与楼层钢筋接地端子连接。 3.2电话、有线电视、网线等配线箱，进出建筑物的线缆金属屏蔽层要求等电位连接接地 电信、有线电视等设施的设计、安装一般是由专业公司承担，并在土建设计、施工以后进行，验收中发现这些设施未设置单独接地网或采用建筑物公用接地网，缆线的金属外皮或穿线金属管也未作等电位接地处理。因此，在土建设计说明中需对此提出要求，并应在相应位置设置等电位连接箱（带），供专业公司施工时使用。這些工程完工后也应组织防雷方面的验收，否则会给以后留下安全隐患。3.3竖向金属管道等的等电位连接 在《建筑物防雷设计规范》[GB50057-94]中要求进出建筑物金属管道上下应作等电位连接;在《民用建筑电气设计规范》[JGJ/T16-92]中对一、二级防雷建筑物规定：竖向金属管道、配线桥架下部应与接地装置连接;每隔三层与建筑物圈梁作1 次等电位连接，在高层建筑设计、施工中往往被忽略。 3.4配电箱应与楼层等电位连接带或建筑物楼层钢筋网连接 大部分设计中都没有提出这方面要求，施工中往往将供电线路中的PE 线作竖向配电箱（柜）间的连接干线，这样当大楼顶部避雷设施遭雷击时，PE 线、配电箱与楼层间产生很大的电位差，是很危险的。因此，配电箱必须与楼层等电位连接带或建筑物楼层钢筋网连接。
结束语
总之，建筑防雷系统直接关系到建筑及建筑内设备、人员安全。所以我们在设计、施工时必须加强管理、加强监督，防止因为防雷系统的不合理导致意外事故的发生，特别对容易造成火灾事故损失重大或人员伤亡的建筑物及高层建筑物，防雷系统必须符合设计规范及各项施工要求。因为建筑防雷系统一旦出现火灾事故，往往损失重大。所以，建筑防雷系统也是我们消防监督中不可忽视的重点。