浅谈现代高层建筑防雷接闪器设计

2017-09-09 温州创捷防雷电器有限公司 13
浪涌保护器,防雷器,压敏电阻
小序
雷电是一种强度极大、作历时间极短的瞬变历程。雷电流击中建筑物时,通常会产生电效应、热效应和机器力效应,从而破碎摧毁建筑物和挫伤人体。建筑物的落雷频率决议于该地区年平均雷暴日及建筑物的等效面积,而建筑物的等效面积决议于建筑物的长、宽、高。也便是说,在同一地区内,建筑物年估量雷击次数随着其高度的增高而增多。别的,高层分外是超高层建筑物会使地表的电场散布产生严重畸变,其电场强度远大于一般建筑物,且离放电云层近,更容易形成雷电产生前提而遭到雷击。是以,高层建筑比一般建筑遭雷击的几率要大得多,而一旦遭遇雷灾损失无比严重,后果将不堪想象。
1高层建筑定义
在新的《高层建筑混凝土布局技术规程》(JGJ3-2002,2010年版)里规定:10层及10层以上或高度超过28m的钢筋混凝土布局称为高层建筑布局;当建筑高度超过100m时,称为超高层建筑。《高层民用建筑方案防火规范》(GB50045-1995,2005年版)将10层及10层以上的寓居建筑和高度超过24m的公众建筑划称为高层建筑。
2高层建筑的接闪器
凭证新版《建筑物防雷方案规范》(GB50057-2010) (下列简称“新方案规范”)第2.0.8条,接闪器(air-termination systerm):由拦挡闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属屋面、金属构件等构成(曩昔接闪杆称为避雷针,接闪带称为避雷带,接闪线称为避雷线,接闪网称为避雷网)。由此可见,接闪器实践上是主动引雷、拦挡雷击,从而保护建筑、设备和人员恬适的防雷装配,而杰出的接闪器体系更是高层建筑直击雷防护的次要环节和次要包管。
3高层建筑直击雷防护地区
对付高层建筑物来讲,雷闪除了大部分击在建筑物顶部外,还有一部分击在建筑物的正面。以是高层建筑物的防直击雷,如图1所示,共分为三部分:第一部分建筑物屋顶,应做好防直击雷办法;第二部分建筑物空中以上小于便是滚球半径的部位,在有水平接闪带的前提下,可不采用防直击和侧击的办法;第三部分是第1、第二部分之间,应采用防侧击雷办法,侧击雷真实也是直击雷的一种。针对当代高层建筑这三个部分接闪器的布设和安装,笔者举办了重点探析。
图1 高层建筑物防直击雷的三个部分
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4第一部分接闪器的布设和安装
因为建筑物高,雷闪击中建筑物屋顶周边的雷电流也许会很大。而大雷电流对应大的滚球半径,雷电疏通常从上空接近于垂直向下举办。凭证雷电电气-几何模型,如150米高的建筑物,取其高度为滚球半径,其绝对应的雷电流约为(150/9.4)3/2≈63.74 kA。也便是说在距建筑物屋顶周边150m范畴内大于63.74 kA雷电流的雷击,将极大也许击到建筑物屋顶周边上[5]。是以,顶部的直击雷防护是极其次要的。而今一般都采用“接闪器拦挡雷击,把持金属导体引下,由接地极泄流上天”这一传统防雷要领警觉直击雷。凭证“新方案规范”第5.2.12条,高层建筑屋顶布置接闪器时,可采用滚球法,单独或肆意组合采用接闪杆、接闪带、接闪网;还可把持金属屋面和其余金属构件作为接闪器。具体采用何种形势应视建筑物的外型、布局、机能和防雷结果要求而定。
4.1 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。一般来讲,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,屋顶中央配置接闪网,同时经过伸缩缝时应有弥补衔接装配。屋面接闪网网格尺寸应严峻凭证建筑物防雷等第配置;如若暗敷,应属意埋深,凭证教训,一般为找平层下30-50mm,宜做在防水层上保温层下,埋设太深则无较好接闪结果。
但对付斜屋面盖瓦的高层室第,其接闪器布置和安装时就要属意屋檐、檐脚、屋角等靠建筑物顶外围处的接闪带是禁绝许暗敷的;一般来讲,高层建筑也不能把持屋顶周边混凝土内的钢筋作为接闪器。虽然“新方案规范”没有明晰提出高层建筑不能暗敷接闪器,但《建筑物防雷装配检测技术规范》(GB/T21431-2008)第5.2.2.8条中明晰指出“高层建筑物不应把持建筑物女儿墙内钢筋作为接闪器”。《建筑物防雷工程施工与品质验收规范》(GB50601-2010)第6.1.1条第3款也明晰规定“高层建筑物的接闪器应采用明敷”。 因为当接闪带接闪雷击时,在膨胀发热历程中,顶部周边瓦片或钢筋表面的混凝土落到空中的动量将比从多层建筑物落到空中的动量大的多,极易形成人身伤亡危害。
当代高层建筑屋顶的机能性日益增强。譬喻青岛斥地区国贸中心屋顶的停机坪便是一个很好的例子。凭证行业标准《民用直升机场飞舞场地技术标准》(MH5013-99)中相关规定,在建筑屋顶配置停机坪,属于高架直升机场,在停机坪内不得配置高出直升机降落和降落的限定面的物体。故屋顶停机坪不可配置接闪杆,只能凭证要求,在屋面易受雷击的部位装设接闪带;且对付该第二类防雷建筑物,屋顶接闪网网格尺寸应不大于10m×10m或12m×8m。凭证“新方案规范”第4.3.2条规定,直升机作为可移动的大型金属物体,当其在停机坪上停放时,高度突出了屋面,还应和屋面防雷装配作等电位衔接。一个较好的处置规划是:在屋顶女儿墙周边配置接闪带;中央混凝土屋面上以停机坪中心为圆心,暗敷喷射状的圆形接闪网,并且担保网格尺寸不大于10m×10m或12m×8m;同时在屋顶预留接地插座,直升机通过在停机坪上公用的接地线使飞机的机壳稳定接地。这样,屋顶接闪网(带)即作了建筑物的接闪器,又作了直升机的接地装配,一举两得均可分身。
4.2 接闪杆
据“新方案规范”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,其弯曲勉强半径为4.8mm-12.7mm。因为时刻会遭到天然界空气、风力、雨雪、太阳辐射、接闪电流后的电磁力等各类危险影响,接闪杆应重点思索风力、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,担保构件安装衔接安稳,缩小装配能量耗费,并活期对其恬适机能举办检测,使其恒久无效阐扬作用。
建筑物顶接闪杆在引雷防护的同时,伴同着许多负面效应(二次效应),次要蕴含:产生认为雷、添加雷击几率、地电位还击等,使得周围的电子设备和人员极易遭到危害。以是高层建筑物,特别是对当代智能信息体系的高楼,应只管少用接闪杆,多采用接闪带、接闪网等作为接闪器。状况不规矩或难以安装接闪带的高层建筑,可把持接闪杆举办保护。但为缩小LEMP(雷击电磁脉冲)产生次数,应限定接闪杆的高度,采用短杆、多杆的接闪布设规划,做到既防直击雷,又不是以而大量添加LEMP。为了进步稳定性和安过度,便于雷电流的散流以及减小流经引下线的雷电流,安装的多根接闪杆要用接闪带衔接起来。而对付楼顶卫星天线、太阳能水塔等不能作为接闪器的举措措施宜在建筑物顶安装接闪杆保护。
其余譬喻ESE避雷针、消雷器等能否能够延迟接闪、中和电荷,照旧会引来更多雷电、添加雷击频度,这些都是不明晰的题目,国际技术标准也未给以明晰,以是笔者以为应当慎用。
4.3 金属屋面
当代高层建筑为了好看,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,无比容易遭到雷击,且幕墙与女儿墙之间的封顶金属板(多为铝制盖板)是杰出的导电体,一般面积较大,故可把持作为接闪器。高层建筑要把持屋顶金属板作为接闪器,须惬心:板间的衔接应是恒久的电气贯穿;金属板无绝缘被覆层(氧化保护膜与保护油漆不属于笼罩层)。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,再加之国内外对高层金属幕墙的实验教训,笔者以为高层建筑顶作为接闪器的铝板厚度应为2.5mm-3mm 对照适合。
4.4 其余金属构件
根据“新方案规范”第5.2.8条,当代高层建筑也可把持屋顶上永恒性的金属构件作为接闪器。譬喻:有着不锈钢栏杆的上人屋面女儿墙,可在其下暗敷扁钢与栏杆、支架及引下线焊接安稳;而作为接闪器,金属栏杆须采用直径不小于25mm 的厚壁钢管。凭证“新方案规范”第4.3.2条,高层建筑屋顶的金属旗杆、广告牌、金属爬梯、风帽、透气管、消防水管、空调等金属构件应就近与接闪带、接闪网衔接,但第4.5.7条第1款的小型金属物可除外。
5第二部分接闪器的布设和安装
凭证滚球法保护打算自己的特性,当高层建筑的高度超过其防雷类别的滚球半径时,其滚球半径下列地区是彻底不在接闪器保护范畴内的,只要在滚球半径高度处配置了水平接闪带,才是高层建筑直击雷防护地区第二部分没必要要做防直击和侧击的办法的前提,且滚球半径空中范畴内能够彻底遭到保护,如图1所示。
6第三部分接闪器的布设和安装
凭证雷击机理, 有人提出:只要10kA下列的小电流的雷击才会不受屋顶接闪带(网)的吸引而打在建筑物正面上;因高层建筑物对照坚挺、耐雷水平高、能经受10kA下列小雷击电流的破碎摧毁作用,高层建筑物正面不会遭遇雷击或遭遇雷击几率极小,没必要配置防侧击雷的接闪带。该定见笔者以为不够安妥,因为当代高层建筑高度在一向添加,侧击雷虽然几率极小但不能说没有。“新方案规范”第4.2.4条、第4.3.1条、第4.4.1条虽然也提出了,当建筑物高度超过其对应的滚球半径时,出于对高层建筑屋沿和垂直面的侧击雷防护思索,应沿屋顶周边敷设接闪带,且接闪带应设在外墙外表面或屋檐边垂直面上或其外。可是鉴于雷电流的绕击作用,雷电彻底有也许穿梭屋顶接闪器击落在高层建筑物的正面,并且思索到装在建筑物外墙上的电气和电子设备甚至被低峰值雷电流侧击击中也也许毁坏,以是笔者以为在把持屋顶接闪器保护的同时,应偏重处置防侧击雷的保护范畴和外露接闪器题目,才气使侧击雷危险损失缩小到最小。
6.1 正面突出外墙部位的防护
凭证“新方案规范”第4.3.9条第1款和第4.4.8条第1款,超过自己滚球半径的高层建筑对水平突出外墙的物体,如阳台、平台等,当对应的滚球半径的球体从屋顶周边接闪带内向空中垂直升高接触到上述物体时应采用相应的防雷办法。如图2所示,与滚球半径相适应的球体从空中沿屋顶接闪器A外侧垂直升高,会接触到突出外墙的平台B,此时B的顶部周边须明设接闪杆或接闪带等举办防护。
图2 外墙水平突出物的防护
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6.2 水平接闪带应辨别于均压环
在高层建筑实践建树工程中,常将水平接闪带混淆于均压环,但究竟上,两者有着分明的辨别。
6.2.1 两者素质的不同
均压环,凭证“新方案规范”对第4.2.4条第4款的条则阐明“对付较高的建筑物,引下线很长,雷电流的电感压降将达到很大的数值,必要在每隔不大于12m的地方,用均压环将各条引下线在同一高度处衔接起来,并接到同一高度的屋内金属物体上,以减小此间的电位差,住手产生火花放电”,目的是为了均衡建筑物同一高度上因雷击形成的电位差,使同楼层空中钢筋、金属管道、电气设备、人员与引下线摒弃类似电位,住手产生雷电还击,它实践上是一种等电位衔接环。而水平接闪带是为了住手雷闪击中建筑物正面而配置的接闪装配,它实践上是一种接闪器。
6.2.2 两者安装地位的不同
从安装地位来看,均压环可安装在建筑物外部也可在建筑物外部,在实践工程中常把持建筑物圈梁钢筋作为均压环,但因为圈梁钢筋潜在于混凝土及外墙装璜材料内,暗敷深度对照深,它本人其实不妥算作为接闪器应用。如若将其作为接闪器,正面必将会有外墙碎片,更甚者装璜材料零落,诱发低空坠物挫伤工作的几率会大大添加。鉴于此,不可把持暗敷的均压环作为水平接闪带,水平接闪带应只管做在建筑物正面外部。
6.2.3 两者间距的不同
凭证“新方案规范”对第4.2.4条第4款的条则阐明,均压环的最大间距是12m。实践施工中为了便于上上层金属门窗、栏杆、扶手等举措措施的等电位衔接,常要求每隔一层做一道均压环;而为了便于楼层卫生间部分等电位的衔接,有人提出每层焊接圈梁环通作均压环。
“新方案规范”只要在第4.2.4条第7款提到了第一类防雷建筑物的水平接闪带间距为不大于6m,第2、三类中并未提到此间距。笔者通过对第4.2.4条第7款的条则阐明的领会,推理出这三类防雷建筑物的水平接闪带网格间距,如表1所示。
防雷类别水平接闪带纵向最大间距(m)网格横向最大间距(m)
第一类612
第二类1018
第三类2425
表1 水平接闪带网格间距
注:水平接闪带纵向最大间距,即为接闪网的网格尺寸要求的最大值,网格横向最大间距即为引下线的最大间距。
6.2.4 两者的接头
均压环把持圈梁钢筋沿建筑物左近水平布设,且将悉数引下线与其稳定衔接。外墙金属门窗、金属幕墙龙骨、金属外型框架等内露金属物可通过衔接至均压环或引下线接地,并且大部非分特别露金属物可作为接闪器形成水平接闪带,这对高层建筑物全部侧击雷防护有较好结果。
6.3 垂直面水平接闪带布设和安装
从“新方案规范”第4.3.9条、第4.4.8条及其条则阐明,可见对付高层建筑的防侧击雷,应重点放在上部占高度20%并超过60m的部位。并且第4.3.9条、第4.4.8条都重点夸张了三点:1、接闪器必要保护的地位;2、可把持建筑外部金属物做接闪器;三、可把持钢筋混凝土内钢筋和建筑物外部金属框架作接闪器。无非作为侧击雷接闪体系仅把持少数外露金属物作接闪器是不够的;彻底把持钢筋混凝土内钢筋作接闪器防侧击雷,形成低空坠物工作几率也将大增;若是高层建筑外部无金属物、金属框架可把持,还须单独配置水平接闪带。
笔者以为,高层建筑物垂直面防侧击雷与顶部防直击雷可采用相通的思惟要领,即把持接闪带和建筑的接闪网举办防护。只无非顶部和正面遭到的雷电流大小、遭遇雷击几率大小不同,规划略有不同。顶部接闪网格尺寸即为凭证建筑物防雷等第配置的接闪网网格尺寸;正面接闪网网格尺寸可参照表1,个中接闪绕击到建筑物正面的小电流雷击能量的是水平接闪带,而敷设在内的引下柱钢筋仅起散流、导流作用,故可不计引下线,只要思索外设的水平接闪带。高层建筑若低于60m,但又高于其自己防雷类别的滚球半径高度,仅须在滚球半径高度处配置一圈水平接闪带;当高层建筑高于60m,凭证“新方案规范”第4.3.9条、第4.4.8条,应凭证自己防雷类别,在上部占高度20%并超过60m的部位这个地区内,以表1所示的水平接闪带纵向最大间距为隔绝配置水平接闪带。现举例阐明布设规划。如有一栋三类的高为150m的高层建筑,在外墙垂直面无金属构件的环境下,其侧击雷防护方案下列:1、在滚球半径60m处配置一条水平接闪带;2、上部占高度20%并超过60m的部位(30m)地区范畴内,以15m(≤24m)为隔绝,单独配置两条水平接闪带。具体如图3所示:
图3 侧击雷防护水平接闪带布设
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自力在外墙配置的水平接闪带应重点布置在墙角、边缘和鲜明的突出物处,前提准许下,可把持外墙金属构件沿左近配置一圈。若无,综合防雷保护与建筑物外观影响,可把持建筑物圈梁在一个平面上平均间距6m,引出多根0.3m长、直径为¢12mm的接闪短杆,以这些接闪短杆形成一圈水平接闪带,如图4所示,并与周边幕墙龙骨等立面较大金属物做等电位衔接。
图4 侧击雷接闪短杆布设仰望图
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7完结语
对高层建筑物来讲,每一个建筑单体都有不同的接闪器波及须要,本文仅从常见的高层建筑宽泛环境解缆举办探索。高层特别是超高层建筑,在做好顶部直击雷防护的同时,应充实把持建筑物正面金属构件和防雷接闪器,从全部上建筑 “法拉第笼”布局体系,才气达到杰出的全部防护结果。因为高层建筑布局模式多种多样,新型建筑材料一向涌现,技术规范一向更新,接闪器布设和安装的要求也将产生转变。只要慎密连络工程实践,严峻凭证规范要求,充实思索建筑物所处雷电环境,切确打算、具体阐发,对付规范没有细化到位的处所加以科学思索,采用稀罕办法处置稀罕题目,才气让建筑物的接闪器无效阐扬防护作用,确保建筑物、人员和设备的防雷恬适。
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