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摘要:随着我国城市人口的不断增多,日益紧张的城市土地资源要求设计更多的高层建筑,高层建筑也因此成为城市建筑的主体。在高层建筑的设计中,一项重要的内容是防雷设计,由于其楼层多、高度高,容易遭受雷击,给人们的生命财产安全构成威胁,进行科学合理并且深入的高层建筑电气防雷设计十分必要。本文主要探究了雷电对建筑物的危害,高层建筑对防雷的要求以及防雷技术在高层建筑电气设计的应用,以供参考。
关键词:防雷技术;高层建筑;电气设计
引言:高层建筑是近代经济快速发展和科学技术飞速前进的重要产物,同时充分显示了现代城市风貌的繁荣与进步。在人口高度集中,市区用地日趋紧张,地价日益昂贵的当代生活中,高层建筑建设越来越多,而且人们用的电气也越来越高端,那么保障建筑物安全将是一个不容忽略的问题。众所周知,楼层的高度越大,雷雨天遭受雷击的几率就会越大,那么如何避免高层建筑物遭遇雷击,将是建筑电气设计中的一个难题。
一、雷电对建筑物的危害
雷击会对建筑物产生巨大的危害,这些危害大体可以分为以下两类:一是,雷电的热效应和机械效应遭受直接雷击的树木、电线杆和房屋等,这样会使金属熔化,使树木烧焦,这是由于通过强大的电流而产生很大的热量,但在极短的时间内又不易散发出来。此外,由于物体的水分高强的热量而产生汽化膨胀的现象,将产生极大的机械力而爆裂,使建筑物等遭受严重的危害。二是,在雷电流的周围将通过雷电的电磁效应,这样将会产生极其强大的电磁场,在附近的金属或者导体结构以及电力装置上,产生很高的感应电压,可达到几十万伏,这么大的电压足以破坏一般电气设备的绝缘,在金属结构回路中,由于接触不良,或有空隙的地方,将产生火花放电,从而造成爆炸或者火灾。
二、高层建筑对防雷的要求
高层建筑作为一种特殊且重要的建筑物,具有以下四个特点:首先是功能多,大部分高层建筑集居住、娱乐、商业及办公于一体;其次是配套设施较多,由于高层建筑的功能多,相应的配套设置也多,为了保证高标准和舒适的生活空间,常常要配备空调机房、制冷机房、生活及消防水泵房等设施;再次是人员密度高,高层建筑中居住着大量人员,在文化娱乐场所更甚;最后是保安要求高,由于高层建筑居住着大量的人员,拥有较多的贵重设备,因此要保证高度安全。以上这些特点决定了高层建筑防雷需要满足两方面的要求:首先是建筑物自身的安全可靠。在进行高层建筑防雷设计时,要做到安全可靠,保证防雷设备能够充分发挥作用;其次是防雷装置要尽可能的简单,以利于施工。通常情况下,高层建筑采用的是钢筋混凝土或钢结构,可以对这些结构进行充分利用,将其作为防雷装置的一部分,做到既安全又经济。
三、防雷技术在高层建筑电气设计的应用
1、外部防雷
外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。
(1)接闪器(也叫接闪装置)有三种形式:避雷针、避雷带和避雷网,它位于建筑物的顶部,其作用是引雷或叫截获闪电,即把雷电流引下。技术评价内容有:避雷针、带、网的布置、材料及布置方式,避雷带是否闭合,避雷网格是否偏大,突出天面的金属物体的接地情况,突出天面的非金属物体是否增设避雷带或加装避雷短针保护,避雷带是明敷或暗敷,应特别注意屋面结构比较复杂的情况,如斜屋面、层高不同或者多处设计露台阳台等,避雷带有没有上下跨接构成闭合环路,有没有漏设避雷带(网)等。
(2)引下线,上与接闪器连接,下与接地装置连接,它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。主要技术评价屋面防雷平面图、基础接地平面图。技术评价内容有:引下线布局设置是否合理,包括引下线条数、间隔、位置,四角及拐角处有无设置引下线。框架结构建筑物一般应利用钢筋混凝土柱内两根Φ16以上的主筋通长焊接或4根Φ10以上钢筋焊接作为引下线,非框架结构建筑物的引下线应设计在建筑物角位。
(3)接地装置:接地装置位于地下一定深度之处,它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。主要技术评价基础接地平面图。技术评价内容有:接地电阻值的要求,接地装置的选择、布置,测试卡以及外引连接线的设置情况。利用建筑物基础钢筋网作自然接地体时,应评价桩利用率、钢筋利用情况、接地网是否连成一个环型接地体。垂直接地极桩利用率一般以1:2为宜,如2.5m的桩,利用间距为5m,水平接地极一般利用地梁底部二主筋焊接成闭合环路,每幢建筑物应设置两个以上的测试卡,建筑物外墙四周引下线宜在地下0.8~1.0m设计外引连接线作为散流和连接人工接地体用。人工接地体则评价其形式、安全距离。
2、内部防雷
内部防雷装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害。它包括等电位连接、屏蔽、加装电涌保护器(SPD)以及合理布线和良好接地等措施。即分流、均压、屏蔽、接地和保护(D・B・S・G・P)技术。
(1)等电位连接:建筑物内用电设备,进入建筑物的各种金属管道、电源线路、通信缆线等是否有等电位措施。凡穿越不同保护区界面的金属物都要进行等电位联接,并要求多点接地,一幢建筑物一般在一层(或地下层)电源总配电箱附近应设计总等电位连接(MEB)箱,卫生间、电梯机房、计算机房等弱电机房设计局部等电位连接(LEB)端子板。
(2)屏蔽(线路穿钢管、金属线槽、桥架和合理布线)、接地。屏蔽主要技术评价设有大量重要微电子设备的机房、弱电线路的屏蔽情况。有大量重要微电子设备的计算机信息系统机房除线路要穿入钢管屏蔽外,同时宜采用六面体建筑物钢筋作全屏蔽,弱电线路当采用桥架、线槽或金属管布线,非镀锌电缆桥架、线槽间连接板和螺纹连接的金属导管接头应采金属线跨接和至少两端接地。一头接地只能起防静电的作用,两头接地才能防雷击。接地技术评价是否共用接地及其安全距离,当大楼采取联合接地的形式,弱电接地与防雷接地宜相距10m以上,弱电接地与强电接地宜相距3m,这即是共网不共线原则。
(3)对电涌保护器(SPD)的要求:电涌保护器(SPD)评价安装位置、型号、数量、技术参数等是否符合要求。依据《建筑物防雷设计规范》宜在建筑物以下位置设计安装电涌保护器(SPD):总电源(配电房)进线处、由市政网管引来的电话、宽带、有线电视配线设备(CD)处、固定在建筑物屋面上用电设备如节日彩灯、广告灯箱、航空障碍灯等对应的室内配电箱处,卫星天线馈线电缆两端,计算机信息系统、保安监控中心、消防控制中心等弱电系统的配电箱内。电涌保护器(SPD)的技术参数可按《建筑物防雷设计规范》的规定。
四、结束语
综上所述,高层建筑中的电气系统的设计是繁琐的工作,其设计的原理、施工安装的质量、隐蔽的安全隐患,都对建筑居民有直接的影响关系,也是薄弱环节遭遇雷击的关键因素。要想避免雷击的事故,政府及相关的部门就要对于防雷击的电气设计,加大监督管理以及设计图纸核审的工作,保证设计方案的优质,在实施过程中,利用新型的防雷材料,处理好细节的问题,脆弱地方要加强防护和维修,只有这样才能充分符合国家为人民服务的原则。
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