建筑物的防雷接地设计

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提交日期：2003-03-15 浏览: 321

浅谈高层建筑物防雷措施

提要：高层建筑防雷问题，是设计和施工中的一项重要内容。本人参与过多项高层建筑工程，在防雷系统组织施工中，将外部防雷装置与内部防雷装置组成统一的防雷接地系统，提高建筑物防雷的可靠性。

一、雷电

雷电存在于自然界，是大气中自然放电的现象。由于电云负电的感应，使附近地面积累正电荷，地面与雷云之间形成强大的电场。当某处积累的电荷密度很大，激发的电场强度达到空气游离状态的临界值时，雷云便开始向下梯级式放电，逐渐接近地面物体达到一定的距离时，地面物体在强电场作用下产生尖端放电，形成雷云方向逐渐向上先导放电，二者汇合形成雷电通路后随之放电，发出强烈的闪电和雷击。

1.雷电流的基本性质

1749年美国科学家富兰克林［Franlin］研究雷电，发明避雷针至今。国内外防雷工作者对高层建筑的防雷研究取得了许多成果，并对雷电的探索也不断深入。雷电的破坏作用主要是雷电流引起的：一是雷直击在建筑物上生成的热效应作用和电动力作用，二是雷电流产生的静电感应作用和电磁感应作用。

图1 雷电流示波图

由图1所示可以看出，开始雷电流急剧增加，雷电陡度α=di/dt,α很快达到最大值，以后随着雷电流逐渐衰减，α随之下降，造成雷电流的剧烈变化。

在高层建筑的设计和施工中，为了防止雷击事故的发生，必须要了解防雷接地装置上可能出现的最大电位，在设计和施工中采取相应的措施防止雷击事故的发生，一般来说我国高层建筑物(含钢结构的建筑)的防雷接地引下线长约一百米左右，雷电流通过时单根引下线的全部电压隆：UFJ=i*Rch+Lo*1*di/dt公式中：

i——雷电流\[千安\] Rch——接地装置的冲出电阻［欧姆］

Lo——单位长茺的电感，约为［微亨/米］1——引下线的长度［米］

UFJ——电压降［千负］di/dt——雷电流的陡度［千伏/微秒］

从上述公式我们可以看出，在防雷接地装置中，接地电阻阻值越小，则瞬间内冲击接地电压降就越小，高层建筑物遭受雷击的危险性就越小。所以在高层建筑的设计和施工中，利用建筑物基础地板钢筋做自然接地体，能够很好地起到降低接地电阻的作用。高层建筑物的防雷原理，实际上是通过避雷带引雷，并通过引下线泄流进入大地。因此引下线本身质量的好坏，直接影响雷电流的散流效果，雷电流散流的越快，建筑物遭受雷击的危险性就越小。所以在高层建筑的设计和施工中，利用建筑物的柱或剪力墙内结构主筋做防雷引下线，并保证每条引下线不少于两根主筋与自然接地体连接，随主体结构工程逐层焊接串联至屋顶与避雷带连接，保证防雷引下线的使用功能。因此高层建筑的设计和施工中必须保证有足够小的接地电阻值和安全可靠的的防雷接地装置。

1989年山东黄岛油库因雷击引起火灾，造成人员和财产的巨大损失。引起国内防雷工作者的重视，促使设计和施工方对建筑物防雷的研究，尤其对高层建筑的防护显得特别重要。我国八十年代前基本上是采用前苏联防雷接地的做法，八十年代后普遍采用英国防雷接地的做法。防雷接地装置的作用是利用大地建立统一的参考电位或屏蔽作用，使电路运

行稳定、质量可靠，保证设备和工作人员的安全、避免受雷电流的危害，起着保护建筑物及强、弱电设备的安全运行。

二、防雷接地系统的组成

随着我国城市建设水平的不断提高，我们承揽的高层建筑多与重要市政工程相邻，常在基坑的四周做护坡桩保护四周的设施，防止边坡的坍塌。高层建筑地下部分一般为三层左右，基坑较深。在高层建筑的防雷接地系统设计、施工时，不妨利用护坡桩内的主筋与防雷引下线连拉接，这样做具有经济、实用、便于施工、节约材料的特点。由于护坡桩在基坑下十几米深，因此接地电阻阻值一般可达到1欧姆左右。高层建筑防雷接地系统由内部防雷接地装置和外部防雷接地装置组成，内部防雷接地装置包括：笼式避雷网、专用接地装置，外部防雷接地装置包括：接地网、引下线、避雷带、均压环，以提高建筑物整体防雷的可靠性。

图2 接地网平面示意图

1.高层建筑物的外部防雷接地装置

(1)接地网

当发生雷电时，雷电流通过引下线向自然接地体周围大地泄流外散，土壤呈现的电阻称为接地电阻，接地电阻公式：Rd=p*ε/c，我们从公式可以得出一个结论：当增大接地网的面积，接地电阻将减小。接地网是指水平方向由钢筋绑扎或焊接成的网格，水平钢筋组成的接地网可以近似看成一块独立的平板，它的电容主要由它的面积决定的。附加于这个平板上有限长度的竖向钢筋接地体，其所增加的长度不足以改变其电容，即接地电阻减小

不多。只有当这些附加的竖向接地体的长度增加到可以和平板的长、宽尺寸相近时，平板趋近于一个半球时，电容才会有较大的增加，接地电阻才会明显的减小。

另一方面，因为电容所储存的能量不是储存在极板上，而是储存在整个电介质中即整个电场中，电介质中的能量密度与其电容率有关。在大型建筑的基坑内，接地网埋深的尺寸比起接地网的几何尺寸小的多，所增加的储存能量的介质空间是极其有限的，在这个有限空间中的能量密度较小，表明增加接地网的深度对减小接地电阻的作用不大。

在设计利用底板接地网做自然接地体时，不应认为自然接地体埋得越深，接地电阻就越小，应通过地质勘探报告了解周围的土质情况。底板接地网的网格要求请见表1所示。

表1 按建筑物的防雷类别布置接地网

建筑物的防雷类别接地网格的尺寸(m×m)

第一类防雷建筑物 5×5

第二类防雷建筑物 10×10

第三类防雷建筑物 20×20

在施工中底板接地网与护坡桩的钢筋就近连接，连接点的数量与引下线的数量一致，并且应对齐引下线的位置。在距地坪面负米处用40mm×4mm镀锌扁钢与四周护坡桩内的两根主筋连接，形成闭合回路。

(2)引下线