基于滚球法的高层建筑物防侧击雷探讨.pdf

精密制造与自动化
2012年第2期
基于滚球法的高层建筑物防侧击雷探讨
张季萌赵丹丹
(河南工业职业技术学院河南南阳473009)
摘要针对高层建筑防侧击雷,如何实行规范有效、安全可靠、美观节约的防雷击措施提出了看法。根据雷击
电气几何模型理论,分析了建筑物遭遇侧击雷的可能性。随省城市的发展,高层建筑的数量越来越多,高度也在
不断地增加,建筑物外墻的裝饰以及外墙附属设施也越来越复杂。因此必须釆取有效的预防措施防止高层婕筑遭
遇侧击雷,以保证建筑设备及人身的安全
关键词滚球法高层建筑外墙装饰和附属设施防侧击雷
雷电是自然界中大气放电现象。当建筑物和电
避雷针、避雷带(网)最好设置在被保护物闪
力系统内的电气设备遭受直(侧)击雷或感应雷击击概率较高的各个部位。
时,其放电电压可达数百万伏至数千万伏,放电电
滚球法是设立以h为半径的一个假想球体,沿
流高达几十至儿百千安,远远大于供电系统的正常需要防雷击的部位进行滚动,当球体只能触及接闪
值,其破坏性极大。雷电可造成人畜伤亡、建筑物器(包括被用作为接闪器的金属物),或只触及接闪
炸毁或燃烧、电气设备损坏等严重事故。雷电灾害器和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物),而
已被联合国列为“最严重的十种自然灾害之一”。不触及需要保护建筑物的部位时,建筑物各部位就
得到接闪器保护,如图1所示。图中D、C、A点应
1雪击电气几何模型与滚球法
该设置接闪器保护,接闪器可以进行单独布置或任
莫斯科奥斯坦金诺广播电视塔,高540m。有意组合。
人曾在20世纪70年代作过统计,它在4年半的时
?里遭到了143次雷击,雷电经常打在莫斯科电视
塔中间的位置。这一现象引起了防雷学术界的关
滚球半径
彻击点
L3
注,雷击电气几何模型的理论由此诞生。以雷击电
气几何模型进行判断,高层建筑可能会遭遇侧击
/ W
雷,越高的建銳物遭到侧击的几率越大。
图1滚球法对建筑物易受雷击部位确定示意图
直击雷包括直面雷击和侧击,直面雷击就是建筑物
楼顶直接遭受雷击,側击宙则是从建筑物的侧面打来的。
滚球半就是地面目标的雷击距离,根据建
因为一般建筑物比较高,楼顶避雷带并不能完全保护住筑物防雷级别不同,滚球半径h亦不同,见表1。
楼体,所以就需要对建物遭遇侧面雷击加设保疒措施。
滚球法是以雷电闪击距离为理论基础,用来确
表1建筑物防雷滚球半径选择表
定避雷针、避雷带(网)保护范围的一种方法。当建筑物防雷类別
滚球半径h/m
雷击先导到达接闪器放电离以前,其闪击点有
类防雷建筑物
定的选择范围,被保护建筑上的接闪器就会有相连
二类防雷建筑物
通的若干上行先导,最后在最容易击穿的路径上形
类疠雷建筑物
成主放电。击距与先导头部的电荷量有关,先导头
部的电荷量又决定了随后出现的雷电主放电电流幅
2010年《建筑物防雷设计规范》报批稿
值,击距与雷电流幅值关系
中,4.2.4第七条规定:当建筑物高于30m时,尚
R=10n65
(1)应采取以下预防侧击雷的措施:
式(1)中,R为闪击距离,m;I为雷电流幅值,kA。
1)从30m起,每隔不大于6m沿建筑物四周
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设水平接闪器并与引下线相连
外墙保温材料主要分为无机和有机两大类。根
2)30m及以上外墙上的栏杆、门窗及较大的金据保温材料的燃烧性能,可将保温材料分为B1(不
属物与防雷装置连接
燃)、B2(难燃)、B3(易燃)三个等数。而有机保
随着城市的发展,高层建筑的数量越来越多,高温材料本身就易燃,这样就需要在材料中添加一定
度也在增加,建筑物外墙附属设施以及外墙装饰也量的阻燃剂,使其阻燃性能达标。按规定,外墙保
越来越复杂,高层建筑预防侧击雷关乎大楼设备及温材料的燃烧性能至少要达到B2级。
人身安全,预防側击宙要做到规范有效、安全可靠2.2玻璃慕墙的外培面装饰
又美观节约
有些大楼的外墙面装饰采用部分或全玻暮墙
面进行装饰,其对侧击雷的防御措施,关键是玻璃幕
2高层建筑物外墻装饰防侧击雷
墙上的金属构架。在金属构架的安装过程中,构架
2.1有保温层的外墙
和构架间一定要有金属片跨接,达到可靠的电连
据网络媒体报道:2010年4月某日凌晨的黄浦接,让整个构架形成一个完整的电气连接体,将玻
江畔电闪雷鸣,有目击者见到东方明珠顶部突然燃璃幕墙上的金属构架与大楼主体防雷的预埋件可靠
烧起火。事后专家分析:“这次雷打在了天线外面的连接,二者间保证要有良好的接触面和足够的螺栓
玻璃钢罩上,击穿后点燃了保温层的非阻燃材料。”固定点(一般应不少于2个)。在人楼主体的施工过
建筑物外墙防侧击应从两方面入手
程中,预埋时要将预埋钢板可靠地与每层的均压环
(1)严格按照《建筑物防雷设计规范》,从30m进行焊接。焊接长度要符合避雷接地的规范要
起每隔不大于6m,沿建筑物四周设水平接闪器并与求,并与该层的全部防雷引下线焊接。构架与顽埋
引下线相连;30m及以上外墙上的栏杆、门窗及较件连接时,必须对接触面进行绝缘层处理,用螺栓固
大的金属物与防雷装置连接。
定时,必须有金属垫片。
同样每隔6m设一均压环。在设计上均压环可
另外,幕墙的构架必须有外鎔于玻璃的部分,以
利用圈梁内两条主筋焊接成闭合圈,此闭合圈必须作为玻璃幕墙防侧击雷的接闪器之用。
与所有的引下线连接。其目的是便于将6m高度内2.3金属面的墙面装饰
下两层的金属门、窗与均止环连接,做法如图2所示。
有的大楼的外墙面采用复合铝板,由于它们的
支架都是金属结构,防侧击雷的做法同样是在墙面
锊隔6m均压环
避雷带
焊接
安装时,使外墙面复合铝板的金属构架形成一个金
水平接闪器
金属]窗及空调支槊
属整体,然后通过每层外墙面的颅埋钢板与均压环
进行可靠焊接,把雷电从该层通过引下线引入大地。
E日
高层建筑外墙
2.4非金属的外墙面装饰
避雷引下线
采用瓷砖、马赛克、墙漆涂料等非金属材料进
防雷接地体
行外墙面装饰的大楼,最易遭遇侧击宙的部位有阳
台的金属栏杆、金属晾衣架和金属门窗等。因此,非
图2高层建筑防侧击雷做法示意图
金属的外墙面装饰(关键是金属门窗及阳合金属护
窗等部位)防雷的具体做法可参考下面介绍的金属
水平接闪器必须和同高度的均压环有可靠的电门窗等防雷的做法。
气连接。对于建筑物外墙有保温层的建筑物,尤其
是没有设窗户的整体保温墙面,均压环应尽量靠近3高层建筑物外墙附属设施及门窗防側击
墙面,以最大限度减小水平接闪器和均压环距离。3.1空调
(2)使用阻燃保温材料
目前高层建筑空调室外机安装分两类:
根据国家建设部门颁布的节能标准,从2001年
1)建筑物外墙没有预先设计空调安装位置
10月起,住宅小区需强制做外墙保温层。保温层的作
这种情况多见早几年的建筑,分体式空调室外机
用就像是给建筑物穿上一层棉衣,可以大大降低能耗。的安装是在建筑物交工验收后,由空调销售商安装