桑海亮

摘 要：雷电作为一种自然天气现象，具有瞬时电压高、电磁辐射强以及电流大等特点。因此，防雷设计是保障建筑以及建筑内部设备安全的重要保障之一，是建筑电气系统设计及安装所面临的重要问题。结合某超高层建筑项目，简要分析房屋建筑雷击灾害的危害性，论述建筑防雷保护区划分与保护原则，从避雷网、避雷带、避雷引下线、接地装置、接地干线以及等电位联结几方面研究房建电气安装中防雷接地施工方法。

关键词：防雷接地；防雷保护区；特点；原则；施工方法

中图分类号：TU856                                    文献标识码：A                             文章编号：2096-6903（2023）07-0001-03

0 引言

目前，高层以及超高层建筑已经成为城市建筑发展的主流趋势，其在一定程度上缓解了城市地区的人地矛盾，但是由于建筑物本身高度较大，因此遭受雷击的风险较高。建筑内部配备的各种设备较多，一旦发生雷击事故，往往会造成较大损失，因此如何对雷击灾害进行有效防护就成为了迫切需要解决的问题。目前的技术水平尚无法彻底消除雷击灾害的威胁，因此必须结合房屋建筑雷击灾害的特点，采取有效的防护手段，从而最大限度降低雷击灾害的影响，保障房屋建筑安全。

1 项目概况

某大厦项目总建筑面积为15.8944万m²，建筑高度为155.0 m，建筑地上部分共43层，地下部分共4层，结构设计为钢筋混凝土框架。大厦内部配备消防报警系统、会议系统、监控系统以及电话交换系统，无线信号全覆盖。大厦设计使用年限50年，建筑耐火等级为一级，建筑结构安全等级为二级。考虑到该大厦内部配备大量电子设备，同时还有信息系统以及线路系统，投入使用后人流量较大，因此将防雷等级设计为二类，防止大厦遭受雷击灾害。

2 房屋建筑雷电灾害的危害性分析

现代城市建筑造型多样化，建筑外立面、屋顶设计复杂，建筑物凸出部分较多，因此遭受雷击的风险较高，尤其是建筑屋檐、屋角、女儿墙、屋脊以及檐角等区域。雷电可以分为直击雷、球形雷、感应雷、静电感应雷、电磁感应雷、雷电电磁脉冲以及雷暴日。

雷击灾害对建筑所造成的破坏主要表现在以下4方面：一是雷电直击建筑物产生的电动力与热效应。这种瞬间的高温可以引燃建筑物，建筑物中与雷电通道有直接接触的金属构件在高温作用下可被融化，建筑物中的可燃物发生燃烧会引发火灾事故，威胁建筑物中人员、设备的安全[1]。二是雷电流幅值变化过大所产生的强大交变磁场，会导致处于磁场范围内的管道、导体以及金属设备等感应出极高的电动势，产生强大的感应电流。其进入系统中可造成电气设备、电子设备等发生故障或者损坏，还可能引发火灾。三是雷电当中的能量以脉冲的形式顺着管线进入室内，可造成建筑物室内设备损坏，甚至威胁人身安全[2]。四是雷电击中建筑物或者邻近物体，建筑防雷接地装置在将雷电流导入大地的过程中，由于受到电阻的影响，可产生数十到数百千伏的高电动势。这会导致雷电中所蕴含的能量顺着金属管线扩散，从而造成破坏。

3 建筑防雷保护区划分与保护原则

3.1 划分保护区

现代建筑中，信息系统以及电力系统是必不可少的部分。这些系统设备精度和灵敏度较高，是建筑优越功能性的重要保障。但是其耐受电压与工作电压都相对较低，运行过程中对于电源电压稳定性的要求极高。一旦发生雷击事故，这些设备的运行很容易受到干扰，甚至可能导致设备出现损坏，从而影响建筑内部各系统的正常运行[3]。

雷电电磁脉冲传播过程中其强度随着能量不断消耗而降低，在不同空间、不同位置的强度存在较大差异。应根据电磁脉冲的强度以及对建筑物及其相关电子设备造成的危害划分防雷保护区，不同防雷保护区采取不同的防护措施，从而在确保安全可靠的基础上尽可能减少投资。

根据建筑物不同空间、不同位置雷电电磁脉冲的强度变化，可以将防雷保护区划分为L₁、L₂、L₃……L_n区，不同防雷保护区以幕墙、外墙以及设备间等为间隔。在本项目中，将大厦外部空间划分为L₁区，此区域完全暴露在雷电的攻击范围内，最容易直接遭受到雷电灾害的威胁。将缺少防雷保护措施保护的区域划分为L₂区，此区域内各种物体都有可能被雷电击中，并且可以通过所有雷电流。将处于避雷网、避雷帶等防护措施保护的范围划分为L₃区，包括卫星信号接收装置、风机机组等。此区域虽然暴露在雷电的攻击范围内，但是由于存在多种防雷设施，因此被雷电击中的风险相对较小[4]。将建筑物未直接暴露在雷电攻击范围的区域划分为L₄区，主要包括建筑物内部的电子设备以及相关物体。此区域不会被雷电直接击中，受到雷电灾害的威胁相对较低。

3.2 分级保护

各防雷保护区基本防护原则为分级保护，即根据各分区设备或者物体的重要性或者敏感度，制定针对性防护措施[5]。具体措施是先计算出各防雷保护区内雷电电磁脉冲的强度，然后按照实际需要在防雷保护区交界位置安装避雷器。在本项目中，在L₁和L₂区交界位置安装B级防雷器，在L₂和L₃区交界位置安装C级防雷器，在L₃和L₄区交界位置安装D级防雷器。各防雷保护区界面位置采用等电位联结，从而达到泄放感应过电压、雷电流，减少电磁干扰的目的，确保建筑物及其内部电子设备的安全。

4 房建电气安装中防雷接地施工方法研究

4.1 避雷网

本项目中，除风机管道、机房顶部以及屋顶女儿墙区域采用避雷带进行防雷保护外，屋面剩余区域全部暗敷避雷网进行防护。避雷网采用直径为10 mm的热镀锌圆钢进行制作，规格为10 m×10 m，采用暗敷的方式铺在屋面找平层内。

避雷网施工时，要先根据施工图纸在现场确定并标记基准点的位置，然后以图纸中的行列线为准标出列线和行线，确保避雷网敷设准确。在屋顶全部金属管道、风机以及相关金属构件的位置预留出连接点，方便后续施工中与避雷网进行连接。将制作好的避雷网敷设在屋面找平层，敷设完成后与所有连接点进行连接。

4.2 避雷带

本项目防雷等级设计为二级，女儿墙距离屋顶面的高度为1.5 m，采用直径为10 mm的热镀锌圆钢进行连通，采用25×4 mm的热镀锌扁钢支架进行固定。女儿墙和支架底部采用压顶扁铁进行焊接，要求高出女儿墙0.15 m，压顶扁铁与引下线以焊接的方式连通。避雷带制作采用的是直径为10 mm的热镀锌圆钢，圆钢之间采用双面施焊，搭焊长度要求为6倍圆钢直径。焊接完成后应彻底清理焊渣，检查无明显咬肉以及夹渣的情况，并在焊接位置涂刷沥青，以达到防腐的效果[6]。支架安装制作好后进行拉拔试验，确认质量合格才能开始安装。

安装时先从支架两端开始，采用细铁丝找直，然后安装剩余支架，要求支架间水平间距控制在1.0 m，遇转弯位置间距控制在0.5 m。采用满焊连接女儿墙与支架底部，焊接位置涂刷银粉漆。避雷带安装完成后必须检查是否牢固、平直，不能出现弯曲或者高低起伏的情况，必须与建筑物保持高度一致，全长偏差应控制在10 mm以内。处理沉降缝与伸缩缝时必须保留余量，并在两端1.0 m的位置增加固定措施。弯曲位置要求不低于90°，同时弯曲半径不低于10倍圆钢直径。

4.3 避雷引下线

由于本项目防雷等级设计为二级，按照规范避雷引下线的间距不超过17.0 m，但是建筑独立柱的间距为8.4 m，因此隔柱安装避雷引下线，间距设计为16.8 m，避雷引下线的数量为19根。安装避雷引下线时，引下线与桩基四角的钢筋进行焊接，然后分别与2根柱主筋进行焊接，柱主筋选择为对角线主筋中的第二根。

需要注意的是，必须以焊接的方式连接，不允许绑扎连接，跨接线选择直径为12 mm的圆钢。建筑每层用于接地的主筋需要涂刷黄色漆进行标记，防止安装时出现错误。避雷引下线安装完成后必须由质检员、监理人员联合进行检查并做好相关记录，确保安装质量合格[7]。

4.4 接地装置

本项目中，接地装置采用的是共同接地体，即将底板内结构主筋焊接为网格作为整个接地系统共用的接地体，要求共同接地体的电阻不低于0.5 Ω。若测试阶段电阻不满足设计标准，必须采用人工接地体的方式增加电阻，确保满足设计标准。安装施工时，以大厦基础底板的钢筋作为接地极，以焊接的方式将底板上下2根直径在25 mm以上的钢筋焊接为环形，同时选取2根直径在25 mm以上的主轴钢筋交叉焊接构成接地网，将避雷引下线与接地网进行焊接，从而形成电气通路。

4.5 均压环

为预防侧击雷，更好地疏散电流，在大厦外围配备均压环防护系统。大厦一层设置1道均压环，超过45 m以上部分，每3层设置1道均压环，每道均压环均和避雷引下线进行连接，以发挥均流的作用。大厦外墙上的金属构件、幕墙龙骨以及门窗等均和均压环连接。所有均压环与大厦外圈梁中的主筋以焊接的方式连接，安装完成后的均压环应与建筑墙体、楼板、梁、柱主筋以及金属构件一体连接[8]。

由于大厦外围采用的玻璃幕墙，因此避雷引下线与均压环的连接位置需要预留出接地点，接地点采用热镀锌接地扁钢。大厦玻璃幕墙安裝施工时，其钢龙骨与承重梁需要与预留的接地点进行连接，要求牢固可靠。

4.6 接地干线

铺设接地干线时，要设置断接卡子，便于检测接地电阻。在跨越门口的位置接地干线全部敷设在面层中。沿墙体明敷时，选择40×4 mm的扁钢作为支持件，其水平间距控制在1.0 m，水平弯曲部分间距控制在0.5 m，垂直弯曲部分采用气焊煨制的方式，在确保可靠的基础上尽量做到美观。

施工时，明敷的接地干线不能影响到相关设备后续拆卸、维修。建筑物入口位置的接地干线必须在醒目位置标注黑色符号，明敷接地干线全部相间涂刷黄绿漆。建筑物外墙体水平敷设的接地干线，与地面的距离控制在0.3 m，实际安装施工时以50 mm线作为基点，同时接地干线与墙体的间隙不能低于10 mm。若接地干线需要跨越伸缩缝，则应当设置补偿装置。

4.7 等电位联结

本项目中，为有效保护大厦内部电子设备、电力设备等不受雷电侵害，配置了等电位接地系统，具体包括局部等电位、纵向金属管线等电位连接以及总等电位。其中总等电位MEB箱安装在-2层配电室，选择60 mm×60 mm的热镀锌扁钢，将其与大厦1层均压环、底板钢筋分别进行焊接。在连接强电竖井和配电室的桥架中敷设1条接地干线，实现强电竖井与配电室的联通。采用40 mm×40 mm的热镀锌扁钢进行制作，要求接地干线与电缆桥架的连接点至少2处。弱电竖井中接地线底端和接地网牢固连接，同时在每层设置等电位联结端子板。接地干线和总等电位的连接点不低于2处，分别从均压环和底板的接地装置中引出，等电位箱和等电位的联结线要构成环形网路。

局部等电位处理的区域包括大厦水泵间、卫生间、电梯井、机房以及热交换站等，选择40 mm×40 mm扩大热镀锌扁钢，以焊接的方式将LEB箱与总等电位、底板接地网分别连接。在金属管道进入大厦的位置全部做等电位联结，联结点从户外人工接地极与均压环引出，联结点安装专用的接地卡子，严禁直接焊接在管道上。

总等电位箱与局部等电位箱均采用的是暗装的方式，其中局部等电位箱安装时箱体底边与地面的距离控制在0.3 m，大厦电信间、电控室等空间需要从局部等电位箱引入接地干线，材料选择直径为12mm的热镀锌圆钢与40 mm×40 mm的扁钢。总等电位箱安装时 箱体底部与地面的距离控制在0.5 m，箱内接地干线从墙体或者柱内主筋引出，二者进行可靠焊接。箱体上下端各开1排敲落孔，每排10个，间距为50 mm，孔径为20 mm。

金属管道等电位联结主要涉及进户管道、竖直管道。其中进户管道等电位联结干线从外墙的水平主筋上引出，水平主筋必须与引下线或者垂直主筋采用跨接线进行焊接，跨接线选择直径为12 mm的热镀锌圆钢。竖直管道间隔3层和接地钢筋进行连接，接地钢筋的选择宜遵循就近原则[9]。

5 结束语

建筑防雷接地保护系统是建筑安全性的重要保障，对于保护建筑本身及建筑内部设备安全，避免遭受雷电危害至关重要。本项目结合大厦防雷保护设计以及实际需求，采用分区防护的形式，通过避雷带、避雷网、避雷引下线、接地干线、均压环以及接地装置等实现雷电灾害防护功能，有效提升了大厦整体安全性。

参考文献

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[3] 魏涛，王斯达.建筑电气安装中防雷接地施工技术的应用与质量管理[J].科技经济市场，2021（5）：3-4.

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