高層智能大廈雷擊機(jī)理及防雷設(shè)計(jì)

第２９卷第１期氣象研究與應(yīng)用Ｖ０１．２９Ｎｏ．１２００８年３月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＭａｒ．２００８文章編號(hào)ｌ１６７３—８４１１（２００８）０１—００６９—０３高層智能大廈雷擊機(jī)理及防雷設(shè)計(jì)林卓宏，田軍利（江門市氣象局，廣東江門５２９０３０）摘要：通過(guò)提出高層建筑容易遭受雷擊的問(wèn)題，分析雷電的危害和雷擊機(jī)理針對(duì)高層建筑自身的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提出綜合防雷設(shè)計(jì)，并對(duì)幕墻及室外空調(diào)機(jī)等雷擊敏感點(diǎn)的防雷施工提出合理的解決方案。關(guān)鍵詞：高層建筑Ｉ雷擊機(jī)理；雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估Ｉ幕墻防雷，避雷針保護(hù)范圍中圖分類號(hào)：Ｐ４２７．３２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ＡＬｉｇｈｔｎｉｎｇＳｔｒｏｋｅＭｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄＬｉｇｈｔｎｉｎｇＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＨｉｇｈ—－ｒｉｓｅＢｕｉｌｄｉｎｇＬＩＮＺｈｕｏ—ｈｏｎｇ，ＴＩＡＮＪｕｎ—ｌｉ（ＪｉａｎｇｍｅｎＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕＪｉａｎｇｍｅｎＧｕａｎｇｄｏｎｇ５２９０３０）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｈｉｇｈ—ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇｉｓｅａｓｉｌｙｓｕｆｆｅｒｅｄｌｉｇｈｔｉｎｇｓｔｒｏｋｅ，ｔｈｅｈａｒｍｆｕｌｎｅｓｓｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇａｎｄｌｉｇｈｔｎｉｎｇｓｔｒｏｋｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈ—ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｔｈｅｌｉｇｈｔｉｎｇｓｔｒｏｋｅｒｉｓｋｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｌｉｇｈｔｎｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｉｎｇｓｔｒｏｋｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｂｊｅｃｔａｒｅａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｌｉｇｈｔｎｉｎｇｓｔｒｏｋｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｌｉｇｈｔｉｎｇｓｔｒｏｋｅｒｉｓｋｅｖａｌｕａｔｉｏｎｌｉｇｈｔｎｉｎｇｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｇｌａｓｓｃｕｒｔａｉｎｗａｌｌ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｒａｎｇｅｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇｃｏｎｄｕｃｔｏｒ由于全球氣候變暖，大氣環(huán)流形勢(shì)出現(xiàn)了新特經(jīng)整理可得：點(diǎn)，夏季雷暴期延長(zhǎng)。而現(xiàn)代化的城市一座座高樓如雨后春筍般拔地而起，造成雷電擊穿空氣的距離Ｊ＝㈥““（１）縮短，因?yàn)槔讚舻母怕逝c建筑的高度成正比，所以式中：ｈ，——滾球半徑｝Ｊ——與ｈ，相對(duì)應(yīng)的得到保雷擊概率加大。為此對(duì)高層建筑防雷設(shè)計(jì)及施工就護(hù)的最小雷電流幅值，即比該電流小的雷電流可能必須提出完善的技術(shù)方案。文中針對(duì)某高度為１０１ｍ?yè)舻奖槐Ｗo(hù)的空間。的酒店主樓防雷設(shè)計(jì)及施工實(shí)際情況，提出高層建而相應(yīng)防雷裝置電阻電壓降可表示為：筑防雷較完善的設(shè)計(jì)方案。ＵＲ＝ＪｒＸＲ（２）而電阻電壓降對(duì)氣隙擊穿厚度可表示為：１雷電危害的分析出＝Ｌ?。荩遥ǎ常保眰?cè)擊雷雷擊機(jī)理淺析式中：Ｕｎ一雷電流流過(guò)防雷裝置時(shí)接地裝置上的電當(dāng)建筑物高度超過(guò)滾球半徑的高度時(shí)，建筑物阻電壓降（ｋＶ）；Ｅｎ一電阻電壓降的空氣擊穿強(qiáng)度的側(cè)面易遭受雷電側(cè)擊，因此高層建筑物應(yīng)采取措（ｋＶ／ｍ）；ｄＲ一雷電流流過(guò)防雷裝置時(shí)接地裝置上施防側(cè)擊雷。通常所說(shuō)的滾球法是基于以下的雷閃的電阻電壓降空氣擊穿厚度（ｍ）；Ｉ一雷電流電流強(qiáng)模型（電氣一幾何模型）：度（ｋＡ）；Ｒ一防雷裝置的沖擊接地電阻（Ｑ）；ｈｒ＝２１＋３０（１－－ｅ－玉或簡(jiǎn)化為：以一１０×Ｉ。瑚為了簡(jiǎn)化計(jì)算，取空氣的擊穿強(qiáng)度為５００ｋＶ／收稿日期：２００８—０１—１７作者簡(jiǎn)介：林卓宏（１９７５一）．男．助理工程師，現(xiàn)主要從事防雷．氣象服務(wù)等工作．萬(wàn)方數(shù)據(jù)７０氣象研究與應(yīng)用２９卷ｍ，在該酒店主樓防雷設(shè)計(jì)是按照第二類建筑物設(shè)計(jì)，ｈ，為４５ｍ，共用接地系統(tǒng)，故沖擊電阻要求為１．ｏＱ，分別代入（１）一（３）式得到表１的數(shù)據(jù)。表１雷電流對(duì)該樓產(chǎn)生的電阻電壓降及其對(duì)氣隙的擊穿厚度從表１可以看出，１０．１ｋＶ的電壓足可擊穿２ｃｍ厚的空氣。而雷電流通道通常可達(dá)幾千千伏，混凝土墻的擊穿強(qiáng)度等于空氣擊穿強(qiáng)度，磚墻的擊穿強(qiáng)度為空氣擊穿強(qiáng)度的一半，目前尚未發(fā)現(xiàn)有介電強(qiáng)度比空氣高的建筑材料ｎ］，倘若雷電直接擊在幕墻上后，對(duì)型材厚度僅為３－－－３．５ｍｍ幕墻極易被雷電擊穿。如果幕墻立柱沒(méi)有散流通道或散流通道太小，不能迅速將雷電流導(dǎo)人大地，就會(huì)導(dǎo)致幕墻的炸裂、熔化等機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)的雷害事故，對(duì)人的生命安全構(gòu)成威脅。１．２感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷是雷電在雷云之間或雷云對(duì)地放電時(shí)，在附近的戶外傳輸信號(hào)線路、埋地電力線、設(shè)備間連接線產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備，使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害。感應(yīng)雷雖然沒(méi)有直接雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。感應(yīng)雷的破壞也稱為二次破壞。雷電流變化梯度很大，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，使得周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流可能向周圍物體放電，如附近有可燃物會(huì)引發(fā)火災(zāi)和爆炸，而感應(yīng)到正在聯(lián)機(jī)的導(dǎo)線上就會(huì)對(duì)設(shè)備具有強(qiáng)烈的破壞性。當(dāng)建筑物防雷裝置接受雷閃時(shí)，接閃器和引下線的電位很高，同時(shí)，在其附近線路上將感應(yīng)靜電過(guò)電壓，其值可按下式計(jì)算：Ｕｉ＝Ｍ×瓦ｄｉ式中：Ｕ，一線路上的感應(yīng)電壓；Ｍ一與引下線之間的互感系數(shù)。由于雷電流變化梯度可達(dá)５０ｋＡ／ｐｓ，放電電流可達(dá)３００－－－－４００ｋＡ，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，在感應(yīng)環(huán)路中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓Ｕｉ將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電氣設(shè)備的安全承受電壓將其擊穿，造成致命的破壞。２高層建筑物的防雷設(shè)計(jì)原則高層建筑物的防雷設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。防雷保護(hù)措施應(yīng)作為建筑物的原始設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，從建筑物的前期準(zhǔn)備階段就要重視防雷萬(wàn)方數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)工作。２．１雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)前，要先對(duì)該酒店主樓進(jìn)行建筑物防雷等級(jí)評(píng)估和建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)的防雷等級(jí)評(píng)估。雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果為：該酒店主樓為第二類防雷建筑物，雷電防護(hù)等級(jí)為Ｂ級(jí)。２．２等電位連接及屏蔽在連接網(wǎng)絡(luò)方面，需要考慮的是等電位連接和屏蔽的效果，為此充分利用建筑物中的已有結(jié)構(gòu)。接閃器除滿足功能要求外還要注意與建筑物的美學(xué)相統(tǒng)一，且必須與鋼筋混凝土柱及剪力墻中的鋼筋互相連接。將建筑物內(nèi)每層的地板、頂板、墻面、梁、柱內(nèi)的鋼筋焊接成一個(gè)整體，使其構(gòu)成一個(gè)六面體的網(wǎng)籠（在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，為增強(qiáng)屏蔽效果，我們要求網(wǎng)格為５ｍ×５ｍ），即籠式避雷網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)電子設(shè)備的屏蔽。由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，墻內(nèi)和樓板內(nèi)的鋼筋有疏有密，鋼筋密度不夠時(shí)，則應(yīng)按不同需要增加網(wǎng)格的密度，滿足建筑物的防雷要求。信息系統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)的金屬部件應(yīng)采用Ｓ型（星型）結(jié)構(gòu)，且僅以一點(diǎn)（按基準(zhǔn)點(diǎn)ＥＲＰ）連接方式并入建筑物的共用接地系統(tǒng)構(gòu)成等電位連接網(wǎng)絡(luò)。２．３直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)因?yàn)樵摌菫榈诙惙览捉ㄖ?，高度為１０１ｍ，超出?guó)家規(guī)范的滾球保護(hù)半徑（４５ｍ），在設(shè)計(jì)時(shí)在充分考慮基點(diǎn)的選擇。在利用女兒墻上設(shè)置避雷帶，利用玻璃幕墻的上封口即頂部女兒墻的鋁質(zhì)蓋板作為滾球的基點(diǎn)，把避雷帶（暫定避雷帶凈高０．１５ｍ）作為無(wú)數(shù)根避雷短針的集合，根據(jù)滾球法的計(jì)算對(duì)外墻的保護(hù)半徑。，．。＝ＪＩｌ?（２?ｈ，－－ｈ）＝０．１５×（２×４５—０．１５）＝３．６８ｍ也就是說(shuō)只要避雷帶離外墻距離不大于３ｍ就可以完全保護(hù)，而實(shí)際上設(shè)計(jì)避雷帶離外墻距離為０．１５ｍ，然后根據(jù)主樓美觀特征，在周邊增設(shè)６根不１期林卓宏，田軍利：高層智能大廈雷擊機(jī)理及防雷設(shè)計(jì)７１銹鋼立柱，既可以作為裝飾物使用，也作為加強(qiáng)防間的線路長(zhǎng)度不宜小于５ｍ，否則應(yīng)采取相應(yīng)措施。直擊雷用的避雷針，從而對(duì)主樓天面達(dá)全保護(hù)。電源ＳＰＤ的通流量要求總配電開(kāi)關(guān)處應(yīng)不小于另外，在主樓頂部設(shè)５ｍ×５ｍ的避雷網(wǎng)，突出屋８０ＫＡ（８／２０弘ｓ），在各層配電箱及電梯機(jī)房配電箱應(yīng)面的物體（風(fēng)機(jī)、水泵、冷卻塔、中央空調(diào)室外機(jī)不小于４０ＫＡ（８／２０ｔ比ｓ）的ＳＰＤ，在重要設(shè)備前不小等金屬構(gòu)筑物）須跟避雷帶等作好充分連接。于１０ＫＡ（８／２０ｔｌｓ）的ＳＰＤ，采用不少于二級(jí)的防護(hù)２．４側(cè)擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)措施。且殘壓應(yīng)滿足設(shè)備最低要求。側(cè)擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)必須達(dá)到以下幾個(gè)方面的要２．５．２信號(hào)ＳＰＤ設(shè)計(jì)和安裝要求求：信息系統(tǒng)（監(jiān)控、報(bào)警、廣播、計(jì)算機(jī)、通訊、（１）該酒店主樓防雷是按二類防雷建筑物設(shè)電視等系統(tǒng)）的線路應(yīng)安裝信號(hào)電涌保護(hù)器。信息計(jì)，考慮到地處廣東的多雷區(qū)，為了防止側(cè)擊雷，在系統(tǒng)機(jī)房不宜設(shè)計(jì)在頂一層和底層。第六層起設(shè)均壓帶。在玻璃幕墻安裝過(guò)程中，將幕３結(jié)束語(yǔ)墻豎向立柱、橫向梁和建筑物防雷網(wǎng)接通，連成一個(gè)防雷整體，把玻璃幕墻遭受的巨大雷電能量通過(guò)現(xiàn)在，高層建筑防雷設(shè)計(jì)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的概建筑物的接地裝置迅速釋放，保護(hù)幕墻和建筑物免念和范疇，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，如果忽視了任何一個(gè)遭雷電破壞。細(xì)小的環(huán)節(jié)，都會(huì)為以后建筑物的安全使用造成隱（２）玻璃幕墻的上封口即頂部女兒墻的鋁質(zhì)蓋患。因此，各相關(guān)人員應(yīng)及時(shí)溝通、協(xié)商，全面考板是雷擊率較高的部位，應(yīng)將蓋板與女兒墻避雷帶、慮各方面的因素，使防雷工程做到安全可靠、技術(shù)引下線相連作為直接接受雷擊的裝置，起到引雷作先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。用的接閃器。其作用是接受雷電流，并把雷電流與參考文獻(xiàn)：建筑物防雷裝置導(dǎo)通送入大地達(dá)到避雷作用。［１］楊少杰，等．雷電損害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法與實(shí)踐［Ｊ］．中國(guó)電子商情，２００３，（３８５）：８－１７（３）若建筑物外墻上空調(diào)外掛機(jī)等金屬物所處Ｅ２７蘇邦禮，崔秉球，等．雷電與避雷工程ｌ－Ｍ，］。廣州中山的高度超過(guò)滾球半徑的高度時(shí)，該金屬物就易遭受大學(xué)出版社，１９９９雷電側(cè)擊，因此，空調(diào)外掛機(jī)必須與防雷裝置可靠［３］張茂華．建筑物消防系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)ＥＪ］．廣東氣象，連接。否則。當(dāng)雷電流超過(guò)接閃器所保護(hù)的最小雷２００７，２９（３）：４５—４６電流幅值時(shí)，就易將空調(diào)擊穿，同時(shí)雷電流還會(huì)沿１－４３盧敏．付智斌，陳力．試論接認(rèn)器的保護(hù)范圍及其著電源線傳輸，造成屋內(nèi)其它電子設(shè)備的破壞。應(yīng)用Ｄ］．江西氣象科技，２００２，２５（２）２．５感應(yīng)雷防護(hù)設(shè)計(jì)［－５３羅鵬．淺談智能建筑雷電電磁脈沖的防護(hù)［Ｊ］．江西氣象科技，２００４，２７（３）２．５．１電源ＳＰＤ設(shè)計(jì)及安裝要求［６３伍秀蓮，黎梓華．智能大夏接地電阻檢測(cè)中應(yīng)注意的問(wèn)在總配電開(kāi)關(guān)處應(yīng)設(shè)計(jì)ＳＰＤ，各層配電箱及重題口］．廣西氣象，２００６，２７（１）：４５—４７要設(shè)備配電箱進(jìn)線或跨越防雷區(qū)的線路安裝電涌保［７７陳秉華．智能建筑接地技術(shù)探討［Ｊ］．廣西氣象，２００５．護(hù)器并在防雷區(qū)分界處作等電位連接。安裝的ＳＰＤ２６（３）：３９—４１間距應(yīng)符合規(guī)范的要求，電壓開(kāi)關(guān)型ＳＰＤ與限壓型Ｅ８３秦貽蘭．淺談智能建筑綜合布線系統(tǒng)防雷技術(shù)Ｉ－ｊ，］．廣ＳＰＤ之間的線路長(zhǎng)度不宜小于１０ｍ，限壓型ＳＰＤ之西氣象，２００６，增刊Ｉ。３１－３２＿‘｝ｑ｝．｛｝—｝—＊—啊—啦—稍—嘲—＊—材—｛｛—喇—啦—稍—｛．—剞—啪—｛｛－．＿｝卜－｛｝＿＿｛量＿■卜—｝＇｛．－．｛．－＿｛．＿１卜一｛｝叫．＿－｛．＿＿｛量．■ｆ＿１卜ｑ｝－＿｛卜＿｛｝斗卜－｛＋＿＿｛｝－．｛｝＿｛｝＿｛卜１卜呻卜Ｉ‘扣■Ｈ卜一｛．＿—＊（上接第８４頁(yè)）者之間，要常交流寫(xiě)作心得，有借鑒、有交流就會(huì)Ｄ］．廣西氣象，２００４，（１）有提高，這樣的慢慢積累，時(shí)間一長(zhǎng)，自然就會(huì)有［２］梁毅進(jìn)．氣象短信的特色及注意的問(wèn)題［Ｊ］．廣西氣象，所進(jìn)步。?？础⑶趯W(xué)、多練、認(rèn)真細(xì)致才能編好氣２００４。（３）象短信。用短信之質(zhì)、短信之韻，留住用戶，贏得［３］袁麗軍，粟華林．探討氣象短信的發(fā)展之路［Ｊ］．廣西用戶一生的信任。氣象，２００６，２７（３）：４９—５０Ｅ４３羅桂湘．論氣象信息的整合傳播ＥＪ３．廣西氣象，２００６，參考文獻(xiàn)：增刊Ｉ：１１６－１１７［１］劉松，劉世學(xué)．廣西氣象短信發(fā)布系統(tǒng)的構(gòu)建及應(yīng)用萬(wàn)方數(shù)據(jù)高層智能大廈雷擊機(jī)理及防雷設(shè)計(jì)作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次數(shù)：林卓宏，田軍利，LINZhuo-hong，TIANJun-li江門市氣象局,廣東,江門,529030氣象研究與應(yīng)用JOURNALOFMETEOROLOGICALRESEARCHANDAPPLICATION2008,29(1)11次參考文獻(xiàn)(8條)1.楊少杰雷電損害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法與實(shí)踐2003(385)2.蘇邦禮.崔秉球雷電與避雷工程19993.張茂華建筑物消防系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)[期刊論文]-廣東氣象2007(03)4.盧敏.付智斌.陳力試論接認(rèn)器的保護(hù)范圍及其應(yīng)用[期刊論文]-江西氣象科技2002(02)5.羅鵬淺談智能建筑雷電電磁脈沖的防護(hù)[期刊論文]-江西氣象科技2004(03)6.伍秀蓮.黎梓華智能大夏接地電阻檢測(cè)中應(yīng)注意的問(wèn)題[期刊論文]-廣西氣象2006(01)7.陳秉華智能建筑接地技術(shù)探討[期刊論文]-廣西氣象2005(03)8.秦貽蘭淺談智能建筑綜合布線系統(tǒng)防雷技