高层建筑物防直击雷接闪器可否暗敷

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摘要:高层建筑物,从建筑物本身和其周边设施、人员的安全考虑应该明敷专设接闪器。

关键词: 高层建筑物;明敷;接闪器

引言

最近几年,随着经济的飞速发展,高层建筑物在各地犹如雨后的春笋,层出不穷。

但是,让我们觉得苦恼的是,大部分新建楼房的单位都要求接闪器做成暗敷式的(接闪器埋到灰里)。经了解,主要有三方面原因:1、有些设计部门在设计时要求的;2、开发商力求建筑物的美观而要求的;3、有些施工单位非常愿意做的。对建筑物是否安装暗敷式接闪器我查阅了《建筑物防雷设计规范》GB50057-94,并没有明确肯定或否定。但规范中第3.3.5条和3.4.3条规定中,是否可以理解为接闪器可以做成暗敷的?我又查阅了国家建筑标准设计《防雷与接地安装》也没有暗敷接闪器的安装做法。这样一来,到底高层建筑物的接闪器应该安装明敷还是暗敷就成了一个可争议的问题。

1分析

高层建筑物的防直击雷,从立面上看,可分为三部分,见图1。建筑物地面以上等于滚球半径的部位(当将建筑物视为一孤立物体,四周无其他物体时),一半径等于相应该球半径的球体沿建筑物周围滚动,球体的一点接触地面,则球体在距地面为其半径以下的部分不可能接触到建筑物。所以,规范允许这部分可不采取防侧击的措施。

美国高层建筑物的数量在世界上是首位,根据其80年代初期的资料,认为高避雷针和高层建筑物在其顶点及屋顶以下的侧面有遭到雷击的记载,因此希望考虑其它高层建筑物上部侧面的防雷保护。这类雷击事故是轻微的,因为:第一,侧击雷具有短的吸引半径(即小的滚球半径hr),其相应的雷电流也是小的;第二,高层建筑物的建筑结构通常能够耐受这类办雷电流的侧击;第三,建筑物遭受侧击雷损坏的记载尚不多,这点可证实前两点的真实性。因此,对于高层建筑物上部侧面雷击的保护不需另设专门接闪器,而利用建筑物本身的钢构架、钢筋及其它金属物。

屋顶部分的防直击雷措施,根据《规范》表5.2.1的规定(见下表)。布置接闪器时,可单独或任意组合采用滚球法、避雷网。

接闪器布置

由于建筑物高,雷闪击中建筑物屋顶周边的雷电流可能会很大。因大雷电流对应大的滚球半径,大雷电流通常从上空接近于垂直向下进行。如200m高的建筑物,取其高度作为滚球半径,其相对应的雷电流约为(200/9.4)3/2=98kA。也就是说,在距建筑物屋顶周边200m范围内大于98kA雷电流的雷击,可能性极大地将击到建筑物屋顶周边上。为此,高层建筑物的屋顶防直击雷,首先宜沿屋顶周边设避雷带,其安装位置宜略为突出屋顶外沿。从美化建筑物立面着眼,也宜在屋顶周边装设与建筑立面协调的金属栏杆,其布置位置也宜突出屋顶外沿。当然,如果在屋顶周边有符合《规范》要求的其他明设金属物,宜利用其作为接闪器。

结构钢筋是否可以作为暗敷接闪器呢?虽然《规范》没有不允许利用高层建筑物屋顶结构钢筋作暗敷接闪器的规定,但仍不推荐利用高层建筑屋顶周边混凝土内的钢筋作为接闪器。因为,雷闪击中屋顶周边结构钢筋时,钢筋表面的小块混凝土落到地面的动量将比从低层建筑物落到地面的动量大许多,从而造成危险。但是,它们宜与防雷装置连接,作为屏蔽和后备接闪器之用。

2 避雷带其它做法

(1)单独采用避雷网。首先应按《规范》附录二的规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设避雷带。然后,在整个屋面组成不大于表l所规定的网格。

(2)单独采用滚球法。举个例子说明之,图2是屋顶的某一剖面(以最大剖面为准,左右对称),A为屋顶处的避雷带或可被利用作接闪器的金属物,B为需要保护的突出屋面的物体上最外的一点。先以A、B为圆心,相应的滚球半径hr为半径,作圆弧交于C点,再以C点,为圆心,hr为半径,作圆弧交于垂直平分线的O点。然后,用比例尺直接量出OO’的长度、在O’点上立一支避雷针,其长度大于OO’就可以了。

(3) 滚球法和避雷网组合。该例与图2类同,但屋面比较大(如图3所示),低屋面按避雷网布置。先在避雷网上方作一平行于避雷网的水平线,其间距为滚球半径hr,以B点为圆心,hr为半径,作弧线交于平行线上C点,再以C点为圆心,hr为半径作弧线交于垂直平分线的O点。然后,用比例尺直接量出OO′的长度,在O′点上立一支避雷针,其长度大于OO′就可以了。

如果女儿墙上暗敷避雷带的话,避雷带最重要的是要固定好,应与女儿墙上压顶内钢筋绑扎或焊接在一起;不应无固定地仅敷设在与压顶混凝土表面持平的位置。已有反映,若这样做,当遭受雷击时暗敷的避雷带有很长一段将会脱开。其原因之一,从理论上分析原理是(见下图):

雷击点的电流i向两侧分流,各为i/2。女儿墙上压顶钢筋有箍筋互相连接(绑扎或焊接),若它们与屋面钢筋或圈梁钢筋有连接,将形成一些闭合环路,分流i/2会在这些环路感应出电流,其在压顶钢筋的流动方向与i/2的方向相反。因此,专设避雷带与压顶钢筋之间产生推斥力。故不加固定的专设暗敷避雷带会从压顶脱开,若要将专设明敷避雷带暗敷,必须与其下的压顶钢筋绑扎或焊接在一起,建议每隔约0.5m连一次。这样连接之后,雷电流不仅流过专设避雷带也流过压顶钢筋。其电流方向相同,产生的是吸引力。按规范第3.3.5条二款的规定,当女儿墙压顶钢筋的截面积总和≥25πmm2(一根直径φ10钢筋的截面积)时可不用另敷设暗敷专设避雷带。当压顶钢筋为两根φ8钢筋(截面积总和=32π>25π)或3根φ6钢筋(截面积总和=27π25π)时就满足上述条件。

3结论

我们还是提倡不论是高层还是低层建筑物,都应该明敷专设接闪器。这样做就不会引起一些不必要的麻烦,能更好地减少建筑物遭受雷击的损坏,更有效地保护生命和财产的安全。

参考文献:

[1]建筑物防雷设计规范•中华人民共和国国家标准,GB50057-94

[2]苏邦礼等•雷电与避雷工程•广州•中山大学出版社,1996