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隨著社會的發展,現代化智能小區越來越多,防雷已引起國家的高度重視,對防雷、防電磁脈沖等保護措施的要求也越來越高,基于以上這些,本文就雷電產生的危害從幾方面談談建筑電氣施工中應注意的防雷問題。
雷電是大氣中自然放電現象,它對人類所產生的危害之大已有目共睹,雷擊在建筑物上時,雷電壓高達幾萬伏～幾千萬伏,雷電流高達幾萬安～幾十萬安。這種過電壓往往會造成建筑物內導線接地不良的金屬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,危及人身安全或對電子流造成危害。強大的雷電流形成強大的感應電磁場,對建筑物內的電子設備造成干擾、破壞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。因此要使建筑物內部設備不受雷電損害的根本辦法就是使建筑物具有一套完善的防雷措施,為了實現其對不同雷電的防護目的,必須采用接閃、分流、屏蔽、均壓、接地等技術措施,因此建筑物的防雷設施應包括接地體、引下線、避雷網、避雷帶、避雷針、均壓環、等電位、避雷器等幾個技術環節,有效利用建筑物架結構相互焊接成網,使整座建筑物形成一個“法拉第籠”屏蔽網,形成統一的等電位系統,保持均壓作用。
1 利用基礎地梁作為接地裝置
建筑物地基的形式可分為無筋擴展基礎,擴展基礎,柱下條形基礎,筏形,箱形基礎,樁基礎以及復合基礎。按GB 50057294第3. 2. 4 條、第3. 3. 5 條、第3. 4. 3 條、第4. 4. 3 條規定,接地裝置應在地面50 cm 以下,第4. 3. 5 條還規定:防直擊雷的人工接地體距建筑物出入口或人行道不應小于3 m ,當小于3 m 時水平接地體局部埋深不應小于1 m或采取絕緣保護措施。建筑物基礎埋深通常由基礎自身高度、地面下預埋管線高度及防凍腐蝕深度等因素決定,一般均大于0. 5 m。但是在砌體結構中,墻下條形基礎由于建筑防水要求,基礎圈梁通常設置于標高- 0. 060 m 處,以代替防潮層,因此不能作為接地體。而柱下條形基礎及筏形、箱形基礎在基礎底面設有肋梁,柱下獨立基礎及各種類型的樁基礎均設有基礎拉梁或承臺梁,以上都可滿足作為基礎接地體裝置的要求。
2 利用混凝土柱、墻主筋作為防雷引下線
不同結構形式的各類建筑中均設有一定數量的鋼筋混凝土柱,如在砌體結構中設置的構造柱,在混凝土結構中設置的框架柱、剪力墻等,柱中鋼筋直徑按GB 5001122001 建筑物抗震設計
規范第7. 3. 2 條規定磚混結構中構造柱縱向鋼筋最小為4<12 ,框架柱配筋通常采用<14 以上螺紋鋼筋均可滿足GB 50057294 中第3. 3. 5 及4. 2. 1 條要求。柱中鋼筋的連接形式通常采用綁扎連接、焊接和機械連接,按照GB 50169292 電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范規定,避雷引下線的焊接為搭接焊接,搭接長度為圓鋼直徑的6 倍,因此,不允許用螺紋鋼替代圓鋼做搭接鋼筋。另外,作為引下線的主鋼筋在土建中如果是采用對頭碰焊的(在工程中常用的焊接形式有閃光焊和電渣壓力焊,均屬于對頭碰焊) ,應在碰焊處按規范補焊搭接圓鋼。
3 屋面接閃器(避雷網、避雷帶)
現代建筑藝術除了追求立面上豐富多彩的線條外,對建筑物頂部造型也力求變化。由于新穎的薄殼、雙曲面網架等的大量運用,屋面已經不能再簡單的分為平屋面和坡屋面,這給防雷帶來一定的難度。在設計中除了應按GB 50057294 建筑防雷設計規范中附錄二要求的在屋頂外緣和凸出部位等易受雷擊處設置避雷帶外,直接將屋面結構鋼筋作為避雷網的一部分也非常有必要。
出于防水抗裂考慮,屋面結構一般采用現澆混凝土板,其鋼筋由上部鋼筋和下部鋼筋組成,配筋較密,連接點較多,并且板鋼筋均與梁鋼筋綁扎連接形成通路。凸出屋面的塔樓、樓梯間等也均通過鋼筋混凝土柱或構造柱與下層結構相連。因此,當利用建筑本身的鋼筋作為接閃器時,在結構鋼筋連接的關鍵部位如柱內鋼筋與梁鋼筋綁扎點處進行焊接,即可滿足形成電氣通路的要求,也就是GB 50057294 第3. 3. 5 條條文說明中指出的:“在雷電流流過的路徑上,有一些并聯的綁扎點時,就會是安全的”。該條文說明同時指出:“利用屋頂鋼筋作為接閃器其前提是允許屋頂遭雷擊時混凝土會有一些碎片脫開及一小塊防水、保溫層的破壞”。這對屋面結構損害不大,不會影響到建筑物安全。
還有一些值得注意的是,凸出屋面的金屬物如金屬架、廣告牌、旗桿、太陽能熱水器、冷水塔、航空障礙燈等,除了其尺寸符合GB 50057294 第4. 4. 1 條及4. 1. 2 條規定外,由于上述金屬物通常用膨脹螺栓固定在面板上,或固定于素混凝土基礎上,故需通過可靠的電氣連接使其形成電氣通路。凸出屋面的非金屬物,按GB 50057 第3. 3. 2 條規定應安裝接閃器并與屋面防雷裝置連接。
4 等電位
GB 50057294 建筑物防雷設計規范(局部修訂條文) 明確規定,各防雷的交接處必須進行等電位聯結;尤其是建筑物內的計算機機房等弱電機房,遭受直擊雷的可能性比較小,所以在此處除采用電涌保護器進行感應雷防護外,還應采用等電位聯結方式進行防雷保護。
在實際施工中,按照GB 97SD567“等電位聯結安裝”第7 頁做法,固然很好,但對于大工程,從等電位端子箱(MEB) 預埋鍍鋅扁鐵到各聯結對象,實際施工很難準確的一次到位(因相關的設備位置不一定很確定) 。本人認為可在大工程的變電所或建筑物的電源進線箱處設“MEB”。為可靠起見“, MEB”必須有兩點與接地網連接,可利用與“MEB”連通的地梁中主筋(一般> <16) ,互相可靠焊通引至各接地預埋塊或鋼筋抽頭,其效果可視同國際圖集做法,這樣可省工省料,且鋼筋暗敷于混凝土基礎梁內不易銹蝕,保證可靠。MEB 預留的端子可供鄰近聯結點引接或作備用。
5 均壓環
接閃裝置在接閃雷電時,引下線立即產生高電壓,會對防雷系統周圍的尚處于低電位的導體產生旁側閃絡,并使其電位升高,進而對人員和設備構成危害。為了減少這種閃絡危險,最簡單的辦法是采用均壓環,將處于低電壓的導體等電位聯結起來,一直到接地裝置。室內的金屬設施、電氣裝置和電子設備,如果其與防雷系統的導體,特別是接閃器裝置的距離達不到規定的安全要求時,應該用較粗的導線把它們與防雷系統進行等電位聯結。這樣在閃電電流通過時,室內的所有設施立即形成一個“等電位島”,保證導電部位之間不產生有害的電位差,不發生旁側閃絡放電。完善的等電位聯結還可以防止閃電電流入地造成的低電位升高所產生的反擊。
為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差,就特別需要實行等電位聯結,電源線、信號線、金屬管道等都需要過電壓保護器進行等電位聯結,各個內層保護區的界面處同樣要依此進行局部等電位聯結,最后與等電位聯結母排相連。
6 結語
以上是我
雷電是大氣中自然放電現象,它對人類所產生的危害之大已有目共睹,雷擊在建筑物上時,雷電壓高達幾萬伏～幾千萬伏,雷電流高達幾萬安～幾十萬安。這種過電壓往往會造成建筑物內導線接地不良的金屬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,危及人身安全或對電子流造成危害。強大的雷電流形成強大的感應電磁場,對建筑物內的電子設備造成干擾、破壞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。因此要使建筑物內部設備不受雷電損害的根本辦法就是使建筑物具有一套完善的防雷措施,為了實現其對不同雷電的防護目的,必須采用接閃、分流、屏蔽、均壓、接地等技術措施,因此建筑物的防雷設施應包括接地體、引下線、避雷網、避雷帶、避雷針、均壓環、等電位、避雷器等幾個技術環節,有效利用建筑物架結構相互焊接成網,使整座建筑物形成一個“法拉第籠”屏蔽網,形成統一的等電位系統,保持均壓作用。
1 利用基礎地梁作為接地裝置
建筑物地基的形式可分為無筋擴展基礎,擴展基礎,柱下條形基礎,筏形,箱形基礎,樁基礎以及復合基礎。按GB 50057294第3. 2. 4 條、第3. 3. 5 條、第3. 4. 3 條、第4. 4. 3 條規定,接地裝置應在地面50 cm 以下,第4. 3. 5 條還規定:防直擊雷的人工接地體距建筑物出入口或人行道不應小于3 m ,當小于3 m 時水平接地體局部埋深不應小于1 m或采取絕緣保護措施。建筑物基礎埋深通常由基礎自身高度、地面下預埋管線高度及防凍腐蝕深度等因素決定,一般均大于0. 5 m。但是在砌體結構中,墻下條形基礎由于建筑防水要求,基礎圈梁通常設置于標高- 0. 060 m 處,以代替防潮層,因此不能作為接地體。而柱下條形基礎及筏形、箱形基礎在基礎底面設有肋梁,柱下獨立基礎及各種類型的樁基礎均設有基礎拉梁或承臺梁,以上都可滿足作為基礎接地體裝置的要求。
2 利用混凝土柱、墻主筋作為防雷引下線
不同結構形式的各類建筑中均設有一定數量的鋼筋混凝土柱,如在砌體結構中設置的構造柱,在混凝土結構中設置的框架柱、剪力墻等,柱中鋼筋直徑按GB 5001122001 建筑物抗震設計
規范第7. 3. 2 條規定磚混結構中構造柱縱向鋼筋最小為4<12 ,框架柱配筋通常采用<14 以上螺紋鋼筋均可滿足GB 50057294 中第3. 3. 5 及4. 2. 1 條要求。柱中鋼筋的連接形式通常采用綁扎連接、焊接和機械連接,按照GB 50169292 電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范規定,避雷引下線的焊接為搭接焊接,搭接長度為圓鋼直徑的6 倍,因此,不允許用螺紋鋼替代圓鋼做搭接鋼筋。另外,作為引下線的主鋼筋在土建中如果是采用對頭碰焊的(在工程中常用的焊接形式有閃光焊和電渣壓力焊,均屬于對頭碰焊) ,應在碰焊處按規范補焊搭接圓鋼。
3 屋面接閃器(避雷網、避雷帶)
現代建筑藝術除了追求立面上豐富多彩的線條外,對建筑物頂部造型也力求變化。由于新穎的薄殼、雙曲面網架等的大量運用,屋面已經不能再簡單的分為平屋面和坡屋面,這給防雷帶來一定的難度。在設計中除了應按GB 50057294 建筑防雷設計規范中附錄二要求的在屋頂外緣和凸出部位等易受雷擊處設置避雷帶外,直接將屋面結構鋼筋作為避雷網的一部分也非常有必要。
出于防水抗裂考慮,屋面結構一般采用現澆混凝土板,其鋼筋由上部鋼筋和下部鋼筋組成,配筋較密,連接點較多,并且板鋼筋均與梁鋼筋綁扎連接形成通路。凸出屋面的塔樓、樓梯間等也均通過鋼筋混凝土柱或構造柱與下層結構相連。因此,當利用建筑本身的鋼筋作為接閃器時,在結構鋼筋連接的關鍵部位如柱內鋼筋與梁鋼筋綁扎點處進行焊接,即可滿足形成電氣通路的要求,也就是GB 50057294 第3. 3. 5 條條文說明中指出的:“在雷電流流過的路徑上,有一些并聯的綁扎點時,就會是安全的”。該條文說明同時指出:“利用屋頂鋼筋作為接閃器其前提是允許屋頂遭雷擊時混凝土會有一些碎片脫開及一小塊防水、保溫層的破壞”。這對屋面結構損害不大,不會影響到建筑物安全。
還有一些值得注意的是,凸出屋面的金屬物如金屬架、廣告牌、旗桿、太陽能熱水器、冷水塔、航空障礙燈等,除了其尺寸符合GB 50057294 第4. 4. 1 條及4. 1. 2 條規定外,由于上述金屬物通常用膨脹螺栓固定在面板上,或固定于素混凝土基礎上,故需通過可靠的電氣連接使其形成電氣通路。凸出屋面的非金屬物,按GB 50057 第3. 3. 2 條規定應安裝接閃器并與屋面防雷裝置連接。
4 等電位
GB 50057294 建筑物防雷設計規范(局部修訂條文) 明確規定,各防雷的交接處必須進行等電位聯結;尤其是建筑物內的計算機機房等弱電機房,遭受直擊雷的可能性比較小,所以在此處除采用電涌保護器進行感應雷防護外,還應采用等電位聯結方式進行防雷保護。
在實際施工中,按照GB 97SD567“等電位聯結安裝”第7 頁做法,固然很好,但對于大工程,從等電位端子箱(MEB) 預埋鍍鋅扁鐵到各聯結對象,實際施工很難準確的一次到位(因相關的設備位置不一定很確定) 。本人認為可在大工程的變電所或建筑物的電源進線箱處設“MEB”。為可靠起見“, MEB”必須有兩點與接地網連接,可利用與“MEB”連通的地梁中主筋(一般> <16) ,互相可靠焊通引至各接地預埋塊或鋼筋抽頭,其效果可視同國際圖集做法,這樣可省工省料,且鋼筋暗敷于混凝土基礎梁內不易銹蝕,保證可靠。MEB 預留的端子可供鄰近聯結點引接或作備用。
5 均壓環
接閃裝置在接閃雷電時,引下線立即產生高電壓,會對防雷系統周圍的尚處于低電位的導體產生旁側閃絡,并使其電位升高,進而對人員和設備構成危害。為了減少這種閃絡危險,最簡單的辦法是采用均壓環,將處于低電壓的導體等電位聯結起來,一直到接地裝置。室內的金屬設施、電氣裝置和電子設備,如果其與防雷系統的導體,特別是接閃器裝置的距離達不到規定的安全要求時,應該用較粗的導線把它們與防雷系統進行等電位聯結。這樣在閃電電流通過時,室內的所有設施立即形成一個“等電位島”,保證導電部位之間不產生有害的電位差,不發生旁側閃絡放電。完善的等電位聯結還可以防止閃電電流入地造成的低電位升高所產生的反擊。
為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差,就特別需要實行等電位聯結,電源線、信號線、金屬管道等都需要過電壓保護器進行等電位聯結,各個內層保護區的界面處同樣要依此進行局部等電位聯結,最后與等電位聯結母排相連。
6 結語
以上是我
