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，因此必须增强防雷意识，加强防雷设计，科学防御，确保建筑物、设备和生命财产的安全。只有通过对其进行综合防雷设计，才可能将雷电灾害降低到最低程度。一般10层以上的居住建筑物和高度超过24 m的其他用途建筑物均为高层建筑；无论是住宅或公共建筑，其总高度大于100 m 者，均为超高层建筑。高层建筑物结构类型主要包括砖石结构、钢筋混凝土结构、剪力墙结构、筒体结构等。高层建筑物的内部设施包括高层建筑物中给排水设备、电力、弱电线路、电子信息设备以及垂直交通（如电梯）等

雷电会引起建筑物的损坏，人员伤亡，对电力，电讯等设备造成危害。雷电的破坏作用归纳起来有两种：一是直击雷在建筑物上产生热效应作用和电动力作用；二是雷电流产生的静电感应作用和电磁感应作用以及雷电波入侵作用。

直击雷是雷电直接击在建筑物上。由于雷击时放电电压很高、电流强大,在强大的雷电流通道上,将物体水分受热汽化膨胀,而产生强大的热效应和机械效应,从而使建筑物遭受到破坏,并可能会引起火灾。

感应雷有三种情况,第一种情况是指当雷云来临时。地面上的一切物体,尤其是导体,由于静电感应,都聚集起大量与雷电极性相反的束缚电荷,在雷云对地或另一雷云闪击放电时,云中的电荷就会变成自由电荷,从而产生出很高的静电电压其电压幅值可达几万至上百万伏,这种过电压往往会造成建筑物内的导线,接地不良的金属导体和大型的金属设备放电而引起电火花,从而引起火灾,爆炸,危及人身安全或对供电统造成危害。第二种情况是,在雷电闪击时,由于雷电流的变化率大而在雷电流的通道附近就形成一个很强的感应磁场,而对建筑物内的电子设备造成干扰,破坏,又或者使周围的金属构件产生感应电流,以致产生大量的热而引起灾。这些危害并不是雷电直接对建筑物放电造成的,因而称为二次雷或感应雷。另外,当架空线遭受直击雷或产生感应雷,其高电位便会沿导线侵入变配电所或屋内,这种雷电波也会对电气设备造成危害或使屋内金属设备放电,而危及其他设备。实际上,这种破坏也多数是由于雷电感应而造成的。

根据有关雷电测试的资料数据确定,雷云的最低高度一般在距地面20米以上这样,就50-100米高层建筑而言,不但其顶部高耸入云,而且其中部也伸入雷云中。由于雷电流的最大峰值能达到几十千安,以至上百千安,雷电通道的温度可达到6000-10000度,甚至更高,雷电闪击时只有几微秒到几十微秒。但其强大的雷电电流将给建筑物造成破坏,同时有可能引起火灾。因此要使高层建筑免遭雷击,完善的防雷接地设计和保质的防雷施工是必不可少的。

 建筑物防雷工程是一个系统工程,必须综合考虑将外部防雷措施和内部防雷措施作为整体来统一考虑。外部防雷主要指防直击雷和侧击雷,其作用是保护建筑物本身不受雷击.主要是装置由接闪器，引下线和接地装置构成以及防侧击雷。

  接闪器是防直击雷接受雷电流的金属导体,其形式有避雷网(带)、避雷针、金属屋面等。避雷网(带)应沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女儿墙等易受雷击部位敷设,并按建筑物的防雷等级在整个屋面组成不同尺寸要求的网格,见表1。

 根据雷击建筑物部位的规律，在建筑物上装设避雷针（网、带），就能可靠吸引强雷和弱雷。屋面避雷网(带)一般采用热镀锌的圆钢或扁钢及热镀锌件,敷设应平正顺直、固定可靠,搭焊长度应满足规定要求。避雷网(带)在经过沉降缝或伸缩缝时应做煨弯补偿处理,避雷带在女儿墙敷设时,一般敷设在女儿墙的中间,当女墙宽度较大时,应将避雷带移向女儿墙的外侧处为宜,因为女儿墙的外沿易受雷击现代高层建筑中也有在屋面上利用金属栏杆做避雷网(带),其材质主要采用钢管或不锈钢管,钢管的壁厚应≮ 2.5 mm,钢管直线段对接,转角等部位应采用圆钢或角钢搭接焊,搭焊长度应满足规范要求,栏杆必须与引下线可靠连通。

 突出屋面的金属物体可不装接闪器,但应和屋面防雷网(带)相连;在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器,并与屋面防雷装置相连。由于高层建筑露天设备较多,如冷却塔、卫星接收器、航空障碍灯、排烟口、广告牌及与这些设备相关的金属管道等,因此屋面所有金属构件管道都应与避雷装置连接。这些设备与构筑物若不在接闪器保护范围的,应局部加设避雷针或避雷带。例如,建筑屋顶上有一冷却塔,需要防雷保护,首先采用避雷网(带)保护屋面,然后将屋面作为地面,用滚球法确定避雷针的高度。

表一接闪器布置

 

引下线的作用是传导雷电流经接地极入地，当建筑遭雷击时，强大的雷电流将经过引下线入地，引下线数量的多少直接影响分流效果，引下线多，每根引下线通过的雷电流就小，其感应范围就小，对微电子设备影响就小，同时增加引下线的数量。也有利于屏蔽效果。因此，引下线的设置间距在满足规范的要求情况下，最好适当增加引下线的数量，以有利于微电设备的保护。

接地装置包括接地体和接地线。接地装置的优劣与接地电阻和接地方式有关。为便于与各种入户金属管道相连,降低跨步电压,建筑物防雷接地一般采用周圈式接地。防雷接地应尽量利用自然接地体作为接地装置,只要基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低4%,基础外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时,可利用基础内钢筋作接地装置,否则应加设人工接地装置。高层建筑通常利用桩基础、箱形基础作接地装置,这些基础连成的接地网有较大的电容,其冲击阻抗很小。施工中通常将桩基的抛头钢筋与承台板主筋焊接,并与承台上作为引下线的柱钢筋焊通,再与整个底板内钢筋或地梁中的钢筋互相连通,将桩基主筋与地梁主筋焊接成一个闭合的水平接地网,以形成均压。由于防雷装置直接装在建、构筑物上,建筑物防雷接地与电气设备接地等无法隔离。通常建筑物的防雷接地与电气设备的接地、微电子设备接地均应连接成统一的接地系统,其共用接地电阻按其中最小值选定。一般要求,接地电阻值≤ 1Ψ。

现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地合在一起组成综合接地系统,接地电阻通常要求4Ω(鉴于目前高层建筑智能化设施日益增加,设计时接地电阻不宜大于1Ω)因为高层建筑的钢筋基础埋地深,与大地的接触面积大,其接地电阻比一般人工接地所得到的电阻低得多,容易满足以上要求,考虑到大部分高层建筑的基础做了防水处理,致使接地电阻增大,所以应尽量在建筑物周边做周圈式接地, 周 圈 式 接 地 可 避 开 防水 处 理 层 。同时,由于接地体埋在基础的外边,也具有均衡电位的效果,因而提高了安全性。为防止跨步电压,当防直击雷的人工接地装置距建筑物的入口处以及人行道小于3m时,应采取局部加大深埋、包绝缘物、敷设沥清层，以及做均压带等措施。