高层建筑物防直击雷避雷带明敷与暗敷的讨论.doc

高层建筑物防直击雷避雷带明敷与暗敷的讨论
聂新宇 刘凤姣
（湖南省防雷中心，湖南 长沙，410007）

【摘要】 针对高层建筑物的特点,安全性要求高及极易受雷击的危害方式,通过对其防直击雷的外部防雷装置之一的明敷和暗敷避雷带(接闪器)的讨论,提出从建筑物本身和其周边设施、人员的安全考虑应该明敷避雷带，从而达到高层建筑物有效防止直击雷的效果.
【关键词】 高层建筑物 防直击雷 明敷 暗敷
引言
近年来，高层建筑物大量拔地而起，高层建筑物受雷电的危害较大，比一般建筑物遭雷击的概率要大得多，高层建筑物一旦遭受雷灾，损失往往非常严重，建筑物遭破坏、设备损坏、人员伤亡等大几率存在,按照国家的防雷技术规范要求,建筑物均安装了包括接闪器、引下线和接地装置的外部防雷装置。避雷带是现在普遍采用的接闪器,对建筑物的雷电防护起到重要的保护作用，它起着"挡箭牌"的作用,只有正确安装好接闪器,才能起到快速分流的作用,最大限度保护建筑物免遭直接雷击。目前避雷带的使用有明设和暗敷两种。下面就分别对高层建筑物明敷和暗敷避雷带的效果谈谈自己一点看法和见解.
一、关于高层建筑物避雷带明敷：
明敷避雷带作为高层建筑物中常见的防直击雷的装置,对于保护高层建筑物避免遭受直接雷击是积极有效的主要措施.按照<<建筑物防雷设计规范>>GB50057-94(下面简称“规范”)附录二中对具体明确部位的规定,在建筑物的屋脊、屋角、屋檐、屋檐角、边沿和女儿墙、屋顶构架、飘板、屋面梯屋顶、水池顶四周等所有易受雷击的部位全部采用敷设金属接闪器的方式。
屋顶部分的防直击雷措施,根据《规范》表5.2.1的规定(见下表)。布置接闪器时,可单独或任意组合。

由于建筑物高，雷闪击中建筑物屋顶周边的雷电流可能会很大。根据IEC62305第一部分附录A.4条中, LPS的截取效率取决于雷击电流参数的最低值并与滚球半径有关。对直接雷电闪击保护区的几何边界可以用滚球半径来决定。根据电气－几何模型，滚球半径（与首次短冲击的峰值相关。在IEEE一个工作组的报告（传输线缆雷击性能估测Ⅱ，1992）中给出了这个关系：

式中：
R——滚球半径（m）
I——峰值电流（kA）

对于已知的滚球半径r,可以假定,峰值大于对应的最小峰值电流I的所有雷闪都会被自然或安装的接闪器所截收.假定200米高的建筑物，取其高度为保护滚球半径，根据以上的关系反推,它相对应的雷电流约为I=(Hr/10)1.54=100.8KA;也就是说在距高层建筑物屋顶周边200m范围内大于100.8 KA雷电流的雷击，极大可能将击到高层建筑物屋顶周边上，由于明敷避雷带比女儿墙混凝土表面高出10~20cm,以及迎面先导的作用，采用滚球法就可确定明敷设避雷带的保护范围，同时明敷设避雷带接闪后由多根引下线及时泄散电流,室内设备上的反击电压相对较低,避免高层建筑物遭受直击和感应雷击.特别是对于高层建筑物女儿墙外沿及女儿墙阳台屋檐. 因此高层建筑物天面的屋顶周边和坡屋顶的凸脊部分敷设的避雷带, 其安装位置要突出屋顶外沿, 从美观装饰的角度也可在层顶周边装设与建筑立面协调的金属栏杆或其它明设金属物作好避雷网带或可以与楼房顶的装饰结合起来，可以与房屋的外形较好的配合，即美观防雷效果又好，特别是大面积的建筑，它的保护范围大而有效。天面的突出物体不在网带的保护范围内时, 要安装单支或多支避雷针进行保护, 做好等电位连接。高层建筑物的避雷带通常采用镀锌圆钢或其他具有装饰效果的圆钢或钢管制作, 避雷带的规格要符合规范要求, 避雷带与引下线必须作良好的电气连通的焊接.

二、关于高层建筑物避雷带暗敷及几点不合适的理由：
　 高层建筑物采用暗敷设避雷带，经了解,主要有三方面原因:1、有些设计部门在设计时要求的;2、开发商力求建筑物的美观而要求的;3、有些施工单位出于防腐考虑和施工方便。对建筑物是否安装暗敷式避雷带，《建筑物防雷设计规范》GB50057-94并没有明确肯定或否定。但规范中第3.3.5条和3.4.3条规定中,是否可以理解为接闪器可以做成暗敷的?查阅了国家建筑标准设计《防雷与接地安装》也没有暗敷避雷带的安装做法。
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94条文说明中第3.3.5条中,利用屋顶钢筋做接闪器,其前提是允许屋顶遭雷击时混凝土会有一些碎片脱开以及一小块防水、保温层遭破坏。根据<<建筑物防雷装置检测技术规范>>(GB/T21431-2008)中5.2.2.8条的规定,当低层或多层建筑物利用屋顶女儿墙内或防水层内、保温层内的钢筋做暗敷接闪器时，要对该建筑物周围的环境进行检查，防止可能发生的混凝土碎块坠落等事故隐患。高层建筑物不应利用建筑物女儿墙内钢筋作为暗敷避雷带。2010年4月,长沙梦洁家纺公司厂房屋面因避雷带暗敷,造成屋面炮台的东南角遭雷击出一个大窟窿.2010年8月17日凌晨4点多，长沙润沁园小区上空电闪雷鸣，突然一阵雷声轰鸣,一幢25层高的住宅屋顶上的西北角的女儿墙(顶层平台屋面避雷带为暗敷，且四角未留设接闪器，)被击出长约50厘米的口子, 水泥碎块从天而降，所幸因事发
在凌晨,没有造成人员伤亡（见下图）。

高层建筑物屋顶避雷带敷设最好不要采用暗敷。首先，暗敷导致避雷带起不到应有的接闪效果（因为暗敷避雷带的敷设要求高，《防雷》2003年第4期刊载的《建筑物女儿墙暗式避雷带敷设技术研究》一文提出“ 专设暗敷避雷带与其下压顶钢筋绑扎或焊接一起, 暗敷厚度≤2cm”）造成雷击屋顶时导致避雷带覆盖层混凝土的炸裂，,造成局部保温、防水层的破坏，同时因雷闪击中屋顶周边结构钢筋时,钢筋表面的小块混凝土落到地面的动量将比从低层建筑物落到地面的动量大许多,从而引起高空坠物伤人伤物,导致引发二次事故,其后果不堪设想。其次，暗敷将增加雷电流通道的介质常数，造成侧闪发生或其它问题发生，包括雷电流强行沿暗敷的避雷带入地，则发生女儿墙的墙体损坏！再次,当建筑物暗敷避雷带时，即使在建筑物雷击率最高部分加装避雷短针，但是因雷击的不确定性，避雷短针的数量、高度决定了它的保护范围，过多或过高不如安装避雷带，过少或过低作用不大。最后, 暗敷避雷带保护范围不足。目前在中国的防雷市场上广泛使用的提前放电避雷针, 其宣传资料称提前放电避雷针发出来的上行先导可以提前行至离避雷针数十米甚至上百米处与雷云的下行先导接闪, 从而扩大了接闪器的保护范围。可见, 提前放电避雷针作用类似于提高了避雷针的高度, 因此扩大了保护范围。而且对于提前放电避雷针功效还有待验证。由提前放电避雷针的保护范围功效深入考虑暗敷避雷带, 如果暗敷避雷带能保护的到与之等高的物体, 只能说明暗敷避雷带具有提前放电避雷针的功能, 但却与国家标准相违背。因此高层建筑物屋顶结构钢筋宜与防雷装置连接,作为屏蔽和后备接闪器之用。
三、暗敷避雷带不是接闪器
本人认为暗敷避雷带不是接闪器, 而是引下线, 其理由主要是根据《建筑物防雷设计规范》附录八的名词解释:接闪器是直接截受雷击的避雷针、避雷带线、避雷网, 以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。从条文可以看出, 接闪器是直接截受雷电的, 而暗敷避雷带从保护范围来看并不能保护到屋角屋檐, 众多的雷击事例也说明雷电都是击在混凝土上而不是直接击在暗敷避雷带上, 装设暗敷避雷带的作用充其量只是减轻雷击造成的混凝土崩塌的危害, 雷电击中混凝土后, 一部分能量转换为热能和机械能, 而另一部分能量还是以电能的形式通过暗敷避雷带导入地下, 暗敷避雷带没有直接接闪, 但参与了雷电流的泄流, 这不是引下线功能么？
四、结论
因此,从国家强制性的技术规范、高层建筑物避雷带暗敷的后备接闪作用、高层建筑物避雷带暗敷本身存在的雷击隐患和引发的多起雷击事故来看,我们还是提倡高层建筑物都应该采用明敷避雷带。这样做就不会引起一些不必要的麻烦,能更好地减少建筑物遭受雷击的损坏,更有效地保护生命和财产的安全。

参考文献:
[1] <<建筑物防雷设计规范>>GB50057-94，林维勇著
[2] IEC62305-1,雷电防护管理第一部分
[3] <<建筑物防雷装置检测技术规范>>(GB/T21431-2008)
[4] <<建筑物女儿墙暗式避雷带敷设技术研究>>,<<防雷>>2003年第4期,李良福等