建筑物防雷設(shè)計(jì)中的防側(cè)擊問題探討

陳 車， 常 菲

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢 430014)

0 引言

建筑物防雷一直是電氣專業(yè)設(shè)計(jì)與施工中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。從GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱“《防雷規(guī)范》”)的發(fā)布，到2015年D500系列標(biāo)準(zhǔn)圖集《防雷與接地》(以下簡稱“《防雷圖集》”)的修編實(shí)施，建筑物防雷的設(shè)計(jì)與施工參照 GB/T 21714.3-2015/IEC 62305-3∶2010《雷電防護(hù)第3部分：建筑物的物理損壞和生命危險(xiǎn)》(以下簡稱“《IEC規(guī)范》”)進(jìn)行了較大的修改，其中對(duì)防直擊雷也有很多新的要求。但很多電氣工程師沒有很好地理解《防雷規(guī)范》中防直擊雷中的防側(cè)擊的要求，認(rèn)為防直擊雷措施就是在屋面設(shè)置接閃網(wǎng)，這是不正確的。

下文筆者將從防直擊雷的基本概念入手，結(jié)合相關(guān)規(guī)范中對(duì)建筑物防直擊雷中防側(cè)擊的要求，深入地分析建筑物防側(cè)擊設(shè)計(jì)與施工的一些具體措施。

1 基本概念

根據(jù)《防雷規(guī)范》第2.0.13條術(shù)語可知，直擊雷是指閃擊直接擊于建(構(gòu))筑物、其他物體、大地或外部防雷裝置上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力者。

《IEC規(guī)范》第5.1.1條描述“外部LPS(筆者注：lightning protection system防雷裝置)是在沒有引起熱和機(jī)械損壞，也沒有觸發(fā)火災(zāi)或爆炸的危險(xiǎn)火花的情況下，截獲擊向建筑物的直擊雷(包括建筑物側(cè)邊的閃擊)，把雷電流從雷擊點(diǎn)引導(dǎo)到地面并泄放到地球內(nèi)部”。

由上述定義可知，建筑物防直擊雷應(yīng)該包括雷電直接擊于建筑物屋頂、陽臺(tái)、側(cè)墻等處的防護(hù)措施，可見防側(cè)擊只是防直擊雷措施的一部分，并無“側(cè)擊雷”之說。

而JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱“《民范》”)第11.3.1條中描述“第二類防雷建筑物應(yīng)采取防直擊雷、防側(cè)擊和防雷電波入侵的措施”、第11.4.1條中描述“第三類防雷建筑物應(yīng)采取防直擊雷、防側(cè)擊和防雷電波入侵的措施”將防直擊雷和防側(cè)擊并列有欠妥當(dāng)。新版《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》征求意見稿(以下簡稱“《民規(guī)意見稿》”)中也未調(diào)整，希望能引起規(guī)范編制組的重視。

由于建筑物屋頂?shù)姆乐睋衾状胧┮驯浑姎夤こ處焸兪熘嚓P(guān)規(guī)范中的措施、做法也基本相同，本文就不做過多的探討。下面將重點(diǎn)探討防直擊雷中的防側(cè)擊的要求及做法。

2 相關(guān)規(guī)范中防側(cè)擊的要求及分析比較

以第二類防雷建筑物為例來分析防側(cè)擊的不同要求，詳見表1。

從表1可以看出，《防雷規(guī)范》和《IEC規(guī)范》主要是強(qiáng)調(diào)建筑物上部外墻上的接閃器設(shè)置，而《民規(guī)》和GB50601-2010《建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(以下簡稱“《防雷驗(yàn)收》”)主要強(qiáng)調(diào)的是防雷等電位連接。幾本規(guī)范的側(cè)重點(diǎn)不同，宜綜合分析各規(guī)范相關(guān)條款目的，選用經(jīng)濟(jì)、合理、美觀的防雷措施。

首先，通過《IEC規(guī)范》附圖及一棟100m高建筑物防雷示意圖來分析《防雷規(guī)范》中第二類防雷建筑物應(yīng)采用的防直擊雷措施，詳見圖1～2。

不同規(guī)范中防側(cè)擊要求 表1

由圖1可看出，《IEC規(guī)范》要求建筑高度大于60m的建筑物上部20%部分側(cè)墻要像屋頂一樣設(shè)置接閃器。

由圖2可知，屋頂和露臺(tái)等處的接閃器布置是通用做法，沒有什么異議，關(guān)鍵是側(cè)墻處接閃器的設(shè)置，要仔細(xì)分析一下。如表1中《防雷規(guī)范》第4.3.9條要求“在建筑物上部占高度20%并超過60m的部位，各表面上的尖物、墻角、邊緣、設(shè)備以及顯著突出的物體，應(yīng)按屋頂上的保護(hù)措施處理”、“接閃器應(yīng)重點(diǎn)布置在墻角、邊緣和顯著突出的物體上”。即要求在建筑物上部側(cè)墻的墻角、邊緣和顯著突出的物體上按屋頂防雷保護(hù)措施設(shè)置接閃網(wǎng)。然而，《防雷圖集》中并未給出側(cè)墻的接閃網(wǎng)做法，故電氣設(shè)計(jì)師大都按照規(guī)范要求在設(shè)計(jì)說明中描述防側(cè)擊的做法，畫出側(cè)墻接閃網(wǎng)，施工單位也大都不了了之。

下面將進(jìn)一步根據(jù)建筑物外墻的建筑結(jié)構(gòu)形式來分析側(cè)墻的防雷做法，詳見表2。

通過表1可知，相對(duì)于《防雷規(guī)范》，《IEC規(guī)范》還一條另外的規(guī)定“對(duì)于高于120 m的建筑物，高于此值的所有部分都受到威脅，應(yīng)加以防護(hù)”?，F(xiàn)通過1棟200m高建筑物防雷示意圖來分析兩者的差別，詳見圖3～4。

圖3是滿足《防雷規(guī)范》要求的防雷示意圖，圖4是滿足《IEC規(guī)范》要求的防雷示意圖?？梢园l(fā)現(xiàn)，圖4的防側(cè)擊保護(hù)范圍大很多。因?yàn)殡S著建筑物高度的增加，遭雷擊的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)明顯增 加。故建議建筑高度超過150m的建筑物，除應(yīng)滿足《防雷規(guī)范》的防側(cè)擊要求外，還宜在高于120m的側(cè)墻增設(shè)防側(cè)擊措施。

不同外墻形式的防側(cè)擊建議做法 表2

圖1 根據(jù)“滾球”法LPS接閃器設(shè)計(jì)(IEC62305-3：2010附圖A.6的一部分)

圖2 100m高建筑物防雷示意圖

圖3 200m高建筑物防雷示意圖(一)

圖4 200m高建筑物防雷示意圖(二)

接下來分析《民規(guī)》及《民規(guī)意見稿》中的防側(cè)擊要求。其防側(cè)擊的核心條款是“結(jié)構(gòu)圈梁中的鋼筋應(yīng)每三層連成閉合回路，并應(yīng)同防雷裝置引下線連接”、“當(dāng)建筑物高度大于或等于250m時(shí)，結(jié)構(gòu)圈梁中的鋼筋應(yīng)每層連成閉合環(huán)路，并應(yīng)同防雷裝置引下線連接”，即是“均壓環(huán)”的設(shè)置、防雷等電位的連接。按照《防雷規(guī)范》和《IEC規(guī)范》的規(guī)定是屬于內(nèi)部防雷范疇，雖說后續(xù)有條文“應(yīng)將45m及以上外墻上的欄桿、門窗等較大金屬物直接或通過預(yù)埋件與防雷裝置相連”是外部防雷的要求，但缺失對(duì)建筑主體的防側(cè)擊要求。

同時(shí)，根據(jù)《防雷規(guī)范》第4.3.5條有關(guān)描述及其條文說明，采用土建施工的綁扎法、螺絲、焊接等也算是較可靠的電氣連接，即土建施工時(shí)結(jié)構(gòu)圈梁中的鋼筋本身已形成閉合回路，電氣專業(yè)再強(qiáng)調(diào)形成閉合回路無必要，還會(huì)使施工時(shí)增加大量電氣連接的工作量，所以《防雷規(guī)范》中沒有“均壓環(huán)”的要求。但《民規(guī)》中強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)圈梁中的鋼筋與同防雷裝置引下線連接是有必要的。

3 幾個(gè)防雷接地問題探討

3.1 屋面接閃帶的安裝

《防雷規(guī)范》第4.3.1條描述“接閃帶應(yīng)設(shè)在外墻外表面或屋檐邊垂直面上，也可設(shè)在外墻外表面或屋檐邊垂直面外”。新版圖集15D501《建筑物防雷設(shè)施安裝》也有多種相關(guān)做法，如圖5。

圖5 屋面女兒墻、挑檐接閃帶做法

針對(duì)上述做法，筆者認(rèn)為：因雷電最容易擊向建筑物頂部最外側(cè)的邊、角，故接閃帶也應(yīng)布置于建筑物頂部的最外側(cè)，以防止雷電對(duì)建筑物的損壞。

然而在筆者近期參與驗(yàn)收的幾個(gè)項(xiàng)目中，其屋面女兒墻上接閃帶還是按老圖集做法，設(shè)在女兒墻的中間，不滿足《防雷規(guī)范》要求。當(dāng)雷電擊中建筑物頂部最外側(cè)墻角(邊)時(shí)，易造成建筑物損壞及建筑碎塊高空墜落傷人事故。

3.2 地下室防水層對(duì)接地電阻的影響

筆者近期參與到一個(gè)有四層地下室、筏板基礎(chǔ)的大型高層建筑的相關(guān)建設(shè)工作，發(fā)現(xiàn)地下室施工完回填后測試幾處接地電阻為(0.90～0.95)Ω，電阻值明顯偏高(此項(xiàng)目位于武漢的一個(gè)湖邊，土壤電阻率應(yīng)該較低)，待建筑主體施工完后，屋頂測試的接地電阻很可能大于1Ω。筆者調(diào)研分析后發(fā)現(xiàn)，因本項(xiàng)目為筏板基礎(chǔ)，無樁基礎(chǔ)，地下室外墻和底板外都有一層絕緣防水層，大大提高了基礎(chǔ)的接地電阻。后通過地下室四周預(yù)留的接地連接板補(bǔ)充了一圈人工接地體才把地下室接地電阻降到0.6Ω以下。

同時(shí)，筆者查閱《防雷規(guī)范》第4.3.5條第2款有規(guī)定“當(dāng)基礎(chǔ)的外表面有其他類的防腐層且無樁基可利用時(shí)，宜在基礎(chǔ)防腐層下面的混凝土墊層內(nèi)敷設(shè)人工環(huán)形基礎(chǔ)接地體?！倍F(xiàn)在大部分地下室都有絕緣防水層、保溫層，所有當(dāng)無樁基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)特別注意補(bǔ)充人工接地體。

4 結(jié)束語

綜合以上分析，筆者建議：(1)D500系列標(biāo)準(zhǔn)圖集中補(bǔ)充防側(cè)擊的具體做法，方便設(shè)計(jì)和施工人員統(tǒng)一做法。(2)《防雷規(guī)范》中宜補(bǔ)強(qiáng)超高層建筑的防雷措施，特別是防側(cè)擊要求。(3)《民規(guī)》中宜重新梳理區(qū)分外部防雷和內(nèi)部防雷條文，并將防側(cè)擊措施作為防直擊雷的一部分，而不是二者并列。還宜弱化“均壓環(huán)”的概念，強(qiáng)調(diào)圈梁內(nèi)鋼筋應(yīng)與防雷引下線連接即可。(4)電氣設(shè)計(jì)師宜在設(shè)計(jì)交底及后期檢查驗(yàn)收時(shí)，把防雷接地做法落到實(shí)處，以免留下安全隱患，并造成不必要的損失。