引言： 近年來，高層建筑物大量拔地而起，高層建筑物受雷電的危害較大，比一般建筑物遭雷擊的概率要大得多，高層建筑物一旦遭受雷災，損失往往非常嚴重，建筑物遭破壞、設備損壞、人員傷亡等大幾率存在，因此必須增強防雷意識，加強防雷設計，科學防御，確保建筑物、設備和生命財產(chǎn)的安全。只有通過對其進行綜合防雷設計，才可能將雷電災害降低到最低程度。一般10層以上的居住建筑物和高度超過24?m的其他用途建筑物均為高層建筑；無論是住宅或公共建筑，其總高度大于100?m?者，均為超高層建筑。高層建筑物結構類型主要包括磚石結構、鋼筋混凝土結構、剪力墻結構、筒體結構等。高層建筑物的內(nèi)部設施包括高層建筑物中給排水設備、電力、弱電線路、電子信息設備以及垂直交通（如電梯）等

雷電會引起建筑物的損壞，人員傷亡，對電力，電訊等設備造成危害。雷電的破壞作用歸納起來有兩種：一是直擊雷在建筑物上產(chǎn)生熱效應作用和電動力作用；二是雷電流產(chǎn)生的靜電感應作用和電磁感應作用以及雷電波入侵作用。

直擊雷是雷電直接擊在建筑物上。由于雷擊時放電電壓很高、電流強大,在強大的雷電流通道上,將物體水分受熱汽化膨脹,而產(chǎn)生強大的熱效應和機械效應,從而使建筑物遭受到破壞,并可能會引起火災。

感應雷有三種情況,第一種情況是指當雷云來臨時。地面上的一切物體,尤其是導體,由于靜電感應,都聚集起大量與雷電極性相反的束縛電荷,在雷云對地或另一雷云閃擊放電時,云中的電荷就會變成自由電荷,從而產(chǎn)生出很高的靜電電壓其電壓幅值可達幾萬至上百萬伏,這種過電壓往往會造成建筑物內(nèi)的導線,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,危及人身安全或對供電統(tǒng)造成危害。第二種情況是,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一個很強的感應磁場,而對建筑物內(nèi)的電子設備造成干擾,破壞,又或者使周圍的金屬構件產(chǎn)生感應電流,以致產(chǎn)生大量的熱而引起災。這些危害并不是雷電直接對建筑物放電造成的,因而稱為二次雷或感應雷。另外,當架空線遭受直擊雷或產(chǎn)生感應雷,其高電位便會沿導線侵入變配電所或屋內(nèi),這種雷電波也會對電氣設備造成危害或使屋內(nèi)金屬設備放電,而危及其他設備。實際上,這種破壞也多數(shù)是由于雷電感應而造成的。

根據(jù)有關雷電測試的資料數(shù)據(jù)確定,雷云的最低高度一般在距地面20米以上這樣,就50-100米高層建筑而言,不但其頂部高聳入云,而且其中部也伸入雷云中。由于雷電流的最大峰值能達到幾十千安,以至上百千安,雷電通道的溫度可達到6000-10000度,甚至更高,雷電閃擊時只有幾微秒到幾十微秒。但其強大的雷電電流將給建筑物造成破壞,同時有可能引起火災。因此要使高層建筑免遭雷擊,完善的防雷接地設計和保質(zhì)的防雷施工是必不可少的。

?建筑物防雷工程是一個系統(tǒng)工程,必須綜合考慮將外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施作為整體來統(tǒng)一考慮。外部防雷主要指防直擊雷和側擊雷,其作用是保護建筑物本身不受雷擊.主要是裝置由接閃器，引下線和接地裝置構成以及防側擊雷。

??接閃器是防直擊雷接受雷電流的金屬導體,其形式有避雷網(wǎng)(帶)、避雷針、金屬屋面等。避雷網(wǎng)(帶)應沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女兒墻等易受雷擊部位敷設,并按建筑物的防雷等級在整個屋面組成不同尺寸要求的網(wǎng)格,見表1。

?根據(jù)雷擊建筑物部位的規(guī)律，在建筑物上裝設避雷針（網(wǎng)、帶），就能可靠吸引強雷和弱雷。屋面避雷網(wǎng)(帶)一般采用熱鍍鋅的圓鋼或扁鋼及熱鍍鋅件,敷設應平正順直、固定可靠,搭焊長度應滿足規(guī)定要求。避雷網(wǎng)(帶)在經(jīng)過沉降縫或伸縮縫時應做煨彎補償處理,避雷帶在女兒墻敷設時,一般敷設在女兒墻的中間,當女墻寬度較大時,應將避雷帶移向女兒墻的外側處為宜,因為女兒墻的外沿易受雷擊現(xiàn)代高層建筑中也有在屋面上利用金屬欄桿做避雷網(wǎng)(帶),其材質(zhì)主要采用鋼管或不銹鋼管,鋼管的壁厚應≮ 2.5 mm,鋼管直線段對接,轉角等部位應采用圓鋼或角鋼搭接焊,搭焊長度應滿足規(guī)范要求,欄桿必須與引下線可靠連通。

?突出屋面的金屬物體可不裝接閃器,但應和屋面防雷網(wǎng)(帶)相連;在屋面接閃器保護范圍之外的非金屬物體應裝接閃器,并與屋面防雷裝置相連。由于高層建筑露天設備較多,如冷卻塔、衛(wèi)星接收器、航空障礙燈、排煙口、廣告牌及與這些設備相關的金屬管道等,因此屋面所有金屬構件管道都應與避雷裝置連接。這些設備與構筑物若不在接閃器保護范圍的,應局部加設避雷針或避雷帶。例如,建筑屋頂上有一冷卻塔,需要防雷保護,首先采用避雷網(wǎng)(帶)保護屋面,然后將屋面作為地面,用滾球法確定避雷針的高度。

表一接閃器布置

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引下線的作用是傳導雷電流經(jīng)接地極入地，當建筑遭雷擊時，強大的雷電流將經(jīng)過引下線入地，引下線數(shù)量的多少直接影響分流效果，引下線多，每根引下線通過的雷電流就小，其感應范圍就小，對微電子設備影響就小，同時增加引下線的數(shù)量。也有利于屏蔽效果。因此，引下線的設置間距在滿足規(guī)范的要求情況下，最好適當增加引下線的數(shù)量，以有利于微電設備的保護。

接地裝置包括接地體和接地線。接地裝置的優(yōu)劣與接地電阻和接地方式有關。為便于與各種入戶金屬管道相連,降低跨步電壓,建筑物防雷接地一般采用周圈式接地。防雷接地應盡量利用自然接地體作為接地裝置,只要基礎采用硅酸鹽水泥和周圍土壤的含水量不低4%,基礎外表面無防腐層或有瀝青質(zhì)的防腐層時,可利用基礎內(nèi)鋼筋作接地裝置,否則應加設人工接地裝置。高層建筑通常利用樁基礎、箱形基礎作接地裝置,這些基礎連成的接地網(wǎng)有較大的電容,其沖擊阻抗很小。施工中通常將樁基的拋頭鋼筋與承臺板主筋焊接,并與承臺上作為引下線的柱鋼筋焊通,再與整個底板內(nèi)鋼筋或地梁中的鋼筋互相連通,將樁基主筋與地梁主筋焊接成一個閉合的水平接地網(wǎng),以形成均壓。由于防雷裝置直接裝在建、構筑物上,建筑物防雷接地與電氣設備接地等無法隔離。通常建筑物的防雷接地與電氣設備的接地、微電子設備接地均應連接成統(tǒng)一的接地系統(tǒng),其共用接地電阻按其中最小值選定。一般要求,接地電阻值≤ 1Ψ。

現(xiàn)代高層建筑的防雷接地、電氣設備的保護接地和工作接地合在一起組成綜合接地系統(tǒng),接地電阻通常要求4Ω(鑒于目前高層建筑智能化設施日益增加,設計時接地電阻不宜大于1Ω)因為高層建筑的鋼筋基礎埋地深,與大地的接觸面積大,其接地電阻比一般人工接地所得到的電阻低得多,容易滿足以上要求,考慮到大部分高層建筑的基礎做了防水處理,致使接地電阻增大,所以應盡量在建筑物周邊做周圈式接地, 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,因而提高了安全性。為防止跨步電壓,當防直擊雷的人工接地裝置距建筑物的入口處以及人行道小于3m時,應采取局部加大深埋、包絕緣物、敷設瀝清層，以及做均壓帶等措施。