探讨建筑物防雷设计施工的几大要点措施
关键词：建筑,防雷,设计,施工
一、雷电入侵的两种形式
直击雷和感应雷是雷电入侵建筑物内电气设备的两种形式。直击雷是雷电直接击中线路并经过电气设备入地的雷击过电流;感应雷是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压，过电流形成的雷击。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)规定，建筑物的防雷区划分为LPZOA，LPZOB，LPZ1，LPZn+1等区(各区的具体含义本文不再赘述)。将需要保护的空间划分为不同的防雷分区，是为了规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和等电位联结点的位置，从而决定位于该区域的电子设备采用何种电涌保护器在何处以何种方式实现与共同接地体等电位联结。
二、建筑物防雷设计的几大要素
1、接闪功能：指实现接闪功能所应具备的条件，包括接闪器的形式(避雷针、避雷带和避雷网)、耐流耐压能力、连续接闪效果、造价以及接闪器与建筑物的美学统一性等。
2、分流影响：指引下线对分流效果的影响。引下线的粗细和数量直接影响分流效果，引下线多，每根引下线通过的雷电流就小，其感应范围就小。引下线相互之间的距离不应小于规范中的规定。当建筑物很高，引下线很长时，应在建筑物的中间部位增加均压环，以减小引下线的电感电压降。这不仅可以分流，而且还可以降低反击电压。
3、均衡电位：指使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位，即等电位。若建筑物内的结构钢筋与各种金属设置及金属管线都能连接成统一的导电体，建筑物内当然就不会产生不同的电位，这样就可保证建筑物内不会产生反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压，对防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。钢筋混凝土结构的建筑物最具备实现等电位的条件，因为其内部结构钢筋的大部分都是自然而然地焊接或绑扎在一起的。为满足防雷装置的要求，应有目的地把接闪装置与梁、板、柱和基础可靠地焊接、绑扎或搭接在一起，同时再把各种金属设备和金属管线与之焊接或卡接在一起，这就使整个建筑物成为良好的等电位体。
4、接地效果：指接地效果的好坏。良好的接地效果也是防雷成功的重要保证之一。每个建筑物都要考虑哪种接地方式的效果最好和最经济。笔者认为，当钢筋混凝土结构的建筑物符合规范条件时，应利用基础内的钢筋作为接地装置。当达不到规范中规定的条件或基础包在防水卷材层内时，可做周圈式接地装置，但应将周圈式接地装置预先埋在基础槽的最外边(不必离开建筑物3m以外)。接地体靠近基础内的钢筋有利于均衡电位，同时还可节省为挖深沟所花费的人力和物力。在基础完工后再挖深沟则易影响基础的稳定性。
5、屏蔽作用：屏蔽的主要目的是使建筑物内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。建筑物内的这些设施，不仅在防雷装置接闪时会受到电磁干扰，而且由于它们本身灵敏性高且耐压水平低，有时附近打雷或接闪时，也会受到雷电波的电磁辐射的影响，甚至在其他建筑物接闪时，还会受到从该处传来的电磁波的影响。因此，我们应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋，即建筑物内地板、顶板、墙面、及梁、柱内的钢筋，使其构成一个六面体的网笼，即笼式避雷网，从而实现屏蔽。由于结构构造的不同，墙内和楼板内的钢筋有疏有密，钢筋密度不够时，设计人应按各种设备的不同需要增加网格的密度。良好的屏蔽不仅使等电位和分流这两个问题迎刃而解，而且对防御雷电电磁脉冲也是最有效的措施。此外，建筑物的整体屏蔽还能防球雷、侧击和绕击雷的袭击。
三、防雷系统的组成及设计、施工要点
防雷系统主要有接闪器(避雷针、避雷带、避雷线和避雷网)、引下线和接地装置组成。建筑物的耐雷水平是指建筑物防雷系统承受最大雷电流冲击而不至于损坏时的电流值(单位Ka)。
避雷针：适用于保护细高的建筑物或构筑物、露天变配电装置、电力线路等。可以用Φ25的镀锌圆钢或SC40钢管制成，针上端砸扁并搪锡，以利于尖端放电。独立避雷针适用于保护较低矮的库房和厂房，特别适用于那些要求防雷导线与建筑物内各种金属及管线隔离的场合。也可使用海胆状多针避雷针,如北京亚运会国家奥林匹克体育中心游泳馆有两组，各12根针。
避雷带和避雷网：避雷带是指沿屋脊、山墙、通风管道以及平屋顶的边沿等最可能受雷击的地方敷设的导线。当屋顶面积很大时，采用避雷网。它是为了保护建筑的表层不被击坏，避雷网和避雷带宜采用镀锌圆钢或扁钢，应优先选用圆钢，其直径不应小于8mm，扁钢宽度不应小于12mm，厚度不应小于4mm。避雷线适用于长距离高压供电线路的防雷保护。架空避雷线和避雷网宜采用截面积大于35mm?的镀锌钢绞线。
除利用混凝土构件内钢筋作为接闪器外，接闪器均应热镀锌并涂漆。此外，不能利用安装在接收无线电视广播的公用天线的杆顶上的接闪器保护建筑物。而应把天线纳入建筑物防雷系统，并与防雷系统的引下线相焊接。
引下线：引下线分为暗装和明装两种形式。暗装引下线通常采用结构柱钢筋作引下线，但钢筋直径不能小于12mm。并且利用柱内的主筋作引下线时，IEC规范指出“通常不需要装设连接各引下线的专用环形导体，因为钢筋混凝土水平梁内连接的钢筋能够实现这个功能”。高层建筑中采用专门的扁钢作为引下线时，一方面敷设困难，另一方面引下线的数量较小，流过的电流较大，易因高电位引起反击事故。故对高层来说不是好的做法。
引下线应与各楼层的等电位连接母线相连，可以使室内反击电压显著降低。所以，钢筋混凝土建筑物应当在各层的适当位置预埋与房屋结构内防雷导体相连的等电位连接板，以便于和接地主干线相连。此外，用柱内钢筋作暗装引下线时，由于结构柱内的钢筋不能断开，故不需要作断接卡子，测量接地电阻时，只需要从预埋连接板处接线就可以了。对于高层建筑(24m~100m称为高层建筑，100m以上称为超高层建筑)，30m以下每三层沿把建筑物四周圈梁内的主筋焊接起来，并与引下线焊接，来实现均压环焊接。30m以上，每隔不大于6m或者三层沿建筑物四周外墙的圈梁内用扁钢(25X4mm)作均压带，并与引下线焊接。此外，将高层建筑外墙所有金属门窗及阳台等与引下线焊接起来，使整个建筑的金属部分焊接成为一个整体，即法拉第笼，将有效防止直接雷击。
接地装置：接地装置中接地极一般采用Φ19或Φ25的圆钢或者L40X4或L50X5的角钢。钢管时为G50。接地极埋深不小于0.6m;垂直接地体长度不小于2.5m,其间距不小于5m，两接地极间采用接地母线即扁钢焊接。为防止跨步电压对人体的伤害，接地体距外墙不小于3m,避开人行道不小于1.5m。
接地极也可以沿建筑物四周砸一圈垂直接地体，即周围式接地方式。这时，不需要离开外墙3m，而以靠近建筑物基础沟槽的外沿敷设为合理。因为它与基础钢筋距离较近，能起到均衡电位的效果。但如果能够采用建筑物的基础主筋作接地体效果更好，不仅节省钢材，而且接地电阻较小。
总之，周围式接地方式优于独立式接地方式。周围式接地的冲击电阻小于独立式接地电阻。并且便于和各种入户金属管道相连，并可利用自然接地体(如混凝土建筑的基础钢筋、深水泵金属外套馆、金属管道、金属井管等)降低综合的接地电阻。当建筑的防雷接地和保护接地合一构成联合接地体时，其共用接地电阻按其中最小值的要求选定，防雷接地不大于10Ω，保护接地不大于4Ω，故联合接地电阻不能大于4Ω。此外，防雷系统采用的各种钢材必须采用镀锌防锈钢材，连接方法要用焊接。