淺談城市高層建筑雷電的防護措施
摘要：伴隨著經濟的高速發(fā)展，城市化進程的不斷加快，城市土地資源也越來越稀缺，人們的生存空間不斷被壓縮，為了拓展人類的生存空間，也為了展示自身實力，建筑的高層化和智能化已成為城市發(fā)展的一種趨勢，但是高層建筑比一般建筑遭雷擊的概率要大得多，而一旦遭受雷災，損失將非常嚴重，后果會不堪設想。本文主要分析了雷電的形成及防雷特點，重點闡述了高層建筑的雷電防護措施。
關鍵字：高層建筑;雷擊;防雷技術
一、雷電形成的原因及種類
雷電的形成有多種原因，以負極性下行先導放雷為主。一般來說雷電的破壞形式有三類：直擊雷，即雷直接擊在建筑物和設備上而發(fā)生的機械效應和熱效應，一般建筑物易受直擊雷的部位多為屋檐、屋脊、屋角、檐角、女兒墻，還有雷電側擊高層建筑的問題;感應雷，即雷電流產生的電磁效應和靜電效應;感應雷也稱為雷電感應或感應過電壓。它分為靜電感應雷和電磁感應雷。一種是指當雷云來臨時地面上的一切物體，尤其是導體，由于靜電感應，都聚集起大量的雷電極性相反的束縛電荷，在雷云對地或對另一雷云閃擊放電后，云中的電荷就變成了自由電荷，從而產生出很高的靜電電壓(感應電壓)其過電壓幅值可達到幾萬到幾十萬伏，這種過電壓往往會造成建筑物內的導線，接地不良的金屬物導體和大型的金屬設備放電而引起電火花，從而引起火災、爆炸、危及人身安全或對供電系統造成的危害。另一種情況是，在雷電閃擊時，由于雷電流的變化率大而在雷電流的通道附近就形成了一個很強的感應電磁場，對建筑物內的電子設備造成干擾、破壞，又或者使周圍的金屬構件產生感應電流，從而產生大量的熱而引起火災。雷電波侵入，雷電流沿電氣線路和管道引入建筑物內部，危及人身和設備安全。
二、高層建筑防雷的特點
高層建筑通常是指10層及10層以上的住宅建筑或其它高度超過24m的公共建筑。這些建筑物有以下兩個特點：高度高，容易遭受直接雷擊，特別是高度超過100m時，預計遭受的雷擊次數與它的高度成正比，高層建筑也是人員密集的場所，建筑物內配置的設備多且復雜，特別是廣泛采用集成電路為核心電子計算機之類的電子設備，這些設備的元器件集成度高，耐沖擊電壓，電磁脈沖干擾能力差，一旦遭受破壞，不僅造成的直接經濟損失大，而且由此產生的社會影響也大。高層建筑的防雷，不僅要做好直擊雷的防護，還要做好雷電波的侵入，雷電感應、地電位反擊等方面的防護措施。隨著國民經濟的告訴發(fā)展，城市中高層建筑拔地而起，搞好高層建筑的防雷，把雷電造成的損失減少到最低限度，顯得更加重要。
三、高層建筑的防雷裝置
防雷裝置是用于減少閃擊擊于建(構)筑物上或建(構)筑物附近造成的物質性損害和人身傷亡，由外部防雷裝置和內部防雷裝置組成。外部防雷裝置主要有以下幾部分組成：接地裝置、引下線及接閃器。1)接地裝置。接地裝置是指埋設在地下的接地電極與由該接地電極到設備之間的連接導線的總稱，接地裝置主要包括接地體和接地引線。高層建筑接地多利用基礎自然接地，采取基礎筏板鋼筋與人工接地體等接地裝置組合方式�？紤]到大部分高層建筑的基礎均做了防水處理，致使接地電阻增大，應盡量在建筑物周邊做圈式接地，周圈式接地可避開防水處理層，同時由于接地體埋在基礎的外邊，也具有均衡電位的效果，提高了安全性。當大地土壤電阻率偏高，一般做法的聯合接地體的接地電阻值無法滿足設計要求時，可以采用向外延伸接地體、改良土壤(換土、采用降阻劑)、深埋電極以及外引等方式，以滿足設計要求。2)引下線。引下線是將接閃桿接受的雷電流引向地下裝置的導線體。高層建筑柱主筋和梁板鋼筋可直接利用作為引下線，但應注意意引下線、接地裝置和接閃器間必須牢固可靠地連接。引下線間距為當建筑物高度超過30m時，每三層沿建筑物四周設置均壓環(huán)，30m以上外墻欄桿、金屬門窗等較大金屬物通過預埋件引下線相連;高層建筑室外玻璃幕墻、大型復合金屬板及不銹鋼金屬面材的應用增強了建筑的藝術效果，但同時也對防雷提出了要求。3)接閃器。接閃器位于防雷裝置的頂部，其作用是利用其高出被保護物的突出地位把雷電引向自身，承接直擊雷放電。由攔截閃擊的接閃桿、接閃帶、接閃線、接閃網以及金屬屋面、金屬構件等組成。采用何種方式應根據建筑物的造型及避雷效果而定。
四、城市高層建筑物防雷分類及防雷措施
4.1 城市高層建筑物的防雷分類。城市高層建筑利用現代雷電探測技術新進展，根據《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057-2010，結合高層建筑人口密度大、智能化水平高、空間布局復雜性等特點，考慮其對居民安全的重要性、使用性質、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，經科學合理計算，對于一般性城市民用高層建筑物預計雷擊次數一般均大于0.3次/a，因此基本上劃分為第二類以上防雷建筑物。故要依據具體計算的高層建筑物防雷類別標準，合理科學布置，城市高層建筑物的雷電綜合防護措施。
4.2 雷電綜合防護措施。結合所處地形、地貌、地理等特點加以科學合理組合接閃器進行天面、側面、雷電電磁脈沖波等措施綜合防護。關于雷電綜合防護措施，可以從雷電流防護系統(LPS)和雷電電磁脈沖防護系統(LPMS)兩個方面進行描述。1)雷電防護系統(LPS)。LPS由內部LPS和外部LPS構成，外部LPS的作用是截收建筑物的直擊雷，將雷電流引導泄放入地;內部LPS的作用是避免建筑物內部出現危險火花。外部LPS主要由接閃器、引下線、接地裝置構成，保證雷電流能夠迅速完全泄放，一般可采用建筑物的自然構件作為外部LPS，特殊環(huán)境或要求時應考慮分離的外部LPS;內部LPS主要包括等電位聯結、間隔距離要求、與外部LPS電氣絕緣等措施，以防止外部LPS與其它部件之間產生危險火花或高電位差。2)雷電電磁脈沖防護系統(LPMS)。對于LEMP的防護基于雷電防護區(qū)(LPZ)的概念，即將被保護系統的空間劃分為LPZ，將需要保護的系統設備置于完善的防護區(qū)內。所采取的措施包括空間屏蔽、設備定位、合理布線、線纜屏蔽、協調配合的SPD、等電位聯結等。雷擊建筑物或附近地面時在LPZ內部產生磁場，可采用LPZ的空間屏蔽措施減小;電子系統或設備內的感應浪涌則可采用空間屏蔽或線纜屏蔽的措施減小;合理布線則要使感應回路面積最小，并且不應使線路貼近LPZ的屏蔽層;設備定位則要將所保護的系統設備置于磁場環(huán)境最弱的區(qū)域;SPD用于限制雷電在線路上產生的傳導浪涌，各級SPD之間必須協調配合。
五、結束語
城市高層建筑的防雷是一個復雜的系統工程，對建筑物的安全使用，電氣設備的正常運行有著至關重要的作用，在設計施工中除了嚴格遵守規(guī)范外，還應積極采用可靠的新技術以更有效地消除雷害。
