浅析城市公园建筑（构）物不同屋面的防雷设计余财波--中国期刊网

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浅析城市公园建筑（构）物不同屋面的防雷设计余财波

发表时间：2021/8/4 来源：《基层建设》2021年第14期作者：余财波

[导读] 西湖景区建（构）筑物多样，结合多年现场施工管理经验，总结、分析一些常见屋面雷电保护设计问题

        杭州西湖风景名胜区花港管理处
        摘要：西湖景区建（构）筑物多样，结合多年现场施工管理经验，总结、分析一些常见屋面雷电保护设计问题。为在后期新建、改建和历史建筑加装防雷保护措施时，更好地把握好技术要点，及时纠正在建（构）筑物防雷保护措施设计、施工中出现的不合理现象。
        关键词：防雷措施，不同屋面，钢结构

        一、引言
        景区公园一个明显特点是：建筑物低矮，乔木葱郁高大，但游人如织。公园内建筑物以底层或多层为主，建筑高度大多低于10米；周围乔木树高千丈，导致很多建（构）筑物（公厕、亭、廊）被遮盖在树冠下。但另一方面，人员聚集、如果遇到下雨天，这些建筑物自然而然地成为避雨场所。特别是雷暴雨天气，防雷形势严峻。本文主要选取几种典型的建（构）筑物，分析其防雷保护措施。
        二、雷电的形成、危害和防范措施
        2.1雷电的形成
        雷电是一种自然灾害。在雷云中，有正、负电荷的云团，当云团的电荷积聚到一定程度时，不同电荷的云团之间或云团与大地之间的电场强度可击穿空气开始游离放电，即“先导放电”。当云团对大地的先导放电到达地面时（建（构）筑物顶金属构件、架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆主放电。在主放电阶段，由于异性电荷的剧烈中和，会出现大电流（几十到几百千安），随之发生强烈放电闪光，即闪电。强大的电流把闪电通道内的空气急剧加热到万度高温以上，使空气骤然膨胀而发出巨响，即雷电。
        2.2雷电的危害
        据统计，雷击的电流值介于2KA到200KA之间，这样的大电流在极短的时间内能产生一千万伏特的电压。这样的瞬时高电压，会使人畜心跳停止、休克、死亡等。建筑物遭受雷击可能引发火灾及重物掉落等危害后果。
        2.3雷电的防范措施
        雷电防范分内部防雷和外部防雷。内部防雷措施主要是电浪涌保护器（SPD）。电浪涌保护器是指当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。对间接雷电和直接雷电影响的电涌进行保护。适用于安装在建筑物内部配电箱内。
        外部防雷装置主要由接闪器、引下线、接地装置等组成。接地电阻不大于1欧姆。
        三、不同类型建（构）筑物的防雷设计
        建筑物防雷措施主要分内部防雷、外部防雷、等电位联结等。内部防雷措施普遍采用加装电浪涌保护器，总配内加装一级电浪涌保护器，各楼层分配电箱加装二级电浪涌保护器。不同形式的建筑物的防雷措施主要区别于外部防雷措施。
        3.1亭、廊
        在空旷处新建、改建亭廊等构筑物。防雷措施如何做？亭子宝顶处安装避雷针，避雷带沿垂脊明敷，屋脊与柱、梁内主筋用Ф10钢筋跨接，四条梁内主筋焊接成闭合回路，形成均压环。柱内主筋作引下线，用25*4扁钢将各柱子引下线与基础钢筋网连通。亭子的坐凳、靠背宜使用木质材料。若为钢筋混凝土材料，外层宜包裹绝缘材质，坐凳内钢筋应相互连通，并与防雷装置可靠连接。
        如果是木结构亭子，则接闪器、引下线均可采用大于Ф10的热镀锌圆钢明敷，人工接地装置沿亭子四周设置环形接地体，满深不小于1米。
        3.2低层建筑传统屋面

        3.2.1坡屋面。以苏堤三桥公厕为例，该公厕建筑高度3.38M，建筑面积90.45m2。公厕西南面基础地梁离湖面最大距离仅1.5M，基坑开挖到-1.2M左右深度，地下水涌出较明显。基于上述客观情况，几方沟通后，进行了必要的设计变更。基坑深度-2M调整至-1.2M。基础外围人工接地体离基础1.5米缩进至0.8米。
        防雷措施方面。考虑到该公厕采用钢筋混凝土筏板基础，钢结构屋架，小青瓦屋面（与环境协调）。接地体方面，利用基础地梁（-0.8M）内对角2根Ф16主筋作为水平接地体。在筏板基础上预埋Ф16钢筋笼，钢筋笼四角主筋与筏板基础上下两层主筋焊接，钢筋笼对角四根主筋上端带螺纹，与作为引下线的钢结构柱（下端焊接200*200的钢板）下端螺栓连接，钢结构柱调正后，进行有效电气焊接，再用混凝土包方至0.00标高。引下线钢柱上端与屋面架螺栓连接，调正后，再统一焊接。钢结构柱、钢梁、檩条之间螺栓连接加上下搭焊接。屋面接闪网格方面，采用Ф12圆钢跨接屋面檩条，形成暗敷接闪带，接闪带上在焊接长300mm的Ф12圆钢避雷小针，避雷针间距2M敷设，转角处加密，形成屋脊屋檐闭合的接闪网格。
        防止雷击产生跨步电压伤人的措施。一方面是在建筑物东北面（主入口）、北面等游客集中区域加设人工接地体。此人工接地体埋深1M，距建筑物基础1.5m-3m处，采用4*40热镀锌扁钢与公厕基础接地体有效焊接。另一方面是在公厕主出入口等游客集中区域铺设15cm厚砾石层。
        防雷电感应的等电位联结措施。由于雷电流经引下线和接地装置时，会产生高电位，因此要求保持一定的距离。通过等电位联结，钢结构柱与周围金属导体可靠电气连接，消除电位差。同时，在人容易触及的防雷设施表面，如用作引下线的钢结构柱表面，应涂绝缘涂层的防护措施。
        3.2.2平屋面。《建筑物防雷设计规范》4.4.5规定:“建筑物宜利用钢筋混凝土上屋面、梁、柱、基础内的钢筋作为引下线和接地装置，当其女儿墙以内的屋顶钢筋网以上的防水和混凝土上层允许不被保护时，宜利用屋顶钢筋网作为接闪器”。由此可知，平屋面建筑可以利用屋顶钢筋网作为接闪器，那么，如果碰到在屋面上，安放有太阳能热水器等电气设备时，又如何处理？我们经过多年施工现场管理经验，查阅多种资料后，更倾向于加装独立避雷针来防护。但需要注意的是：电气设备的电线屏蔽层、金属外壳、金属支架等切勿与接闪网络连接，只需保证独立避雷针与接闪网络电气联通即可，避免雷电通过线缆引入到建筑物内。

3.2.3底层建筑物金属屋面。《建筑物防雷设计规范》5.2.7规定：“除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，并应符合下列规定：（1）板间的连接应是持久的电气贯通，可采用铜舋合金焊、卷边压接等。（2）金属板应无绝缘被覆层。（薄的油漆保护层或1mm厚沥青层或0.5mm厚聚氯乙烯层均不应属于绝缘被覆层）”。由此可知，满足一定条件下，可以直接利用金属屋面作为接闪器。优点是屋面看上去更简洁，没有避雷带、避雷针引起的突兀感。缺点是防雷范围小于避雷针，金属屋面防雷只适用于建筑物本体防雷，不适合室外人员聚集的建筑物。一方面根据建筑物所在位置的气象参数，计算年预计雷击次数为0.0357次/a，小于0.05次/a。达不到第三类防雷建筑物的要求。另一方面，此幢建筑物是美术展览馆用途，面向群体有一定指向性，不会经常出现大量游客停留聚集情况。所以，可以直接选用金属屋面作为直击雷的防护措施。
        四、结论
        随着经济的发展，建筑物复杂多样，新技术、新工艺的采用越来越普遍。建筑物的防雷保护逐渐成为复杂的系统工程。在建筑物的防雷设计中，既要考虑到现场客观因素、比如建筑物周围乔木布置、建筑物用途、人口聚集情况，又要充分理解和正确运用规范，以确保防雷保护的设计措施安全、可靠、经济合理。
        参考文献
        [1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010.
        [2]徐惠.京沪高铁上海虹桥站防雷设计.现代建筑电气,2011(20).
        [3]王常余,邹跃平.《电气接地防雷190问》上海科学技术出版社.2009.