Analysis of Common Problems in Lightning Detection of Buildings

Zheng Haixiang / Zheng Jianwei / Xing Sudan / Guo Liangliang



Analysis of Common Problems in Lightning Detection of Buildings

Zheng Haixiang / Zheng Jianwei / Xing Sudan / Guo Liangliang

AbstractIn view of the presence of some controversy in the current lightning detection of buildings， based on the relevant national standards, analyzing the lightning is dark enough or clear enough, ultra high-rise buildings of ball radius of different elevation at the parapet lightning device settings and power frequency grounding resistance and impact grounding resistance conversion and other problems, some effective methods to solve the problem for lightning pntection related professionals referencing are put forward.

Keywordsair-termination system， ball radius， grounding resistance， conversion

0引言

防雷检测是一项复杂、技术性要求较高的系统性工作，检测结论的权威性、公正性使判定结论更为严谨，每个防雷检测子项的合格与否影响整体工程项目的验收结论。由于设计、施工、检测方法等多方面原因，建筑物在防雷竣工检测过程中往往会存在许多问题，例如一些业主为了建筑外立面造型美观将高层屋面接闪带明装改成暗装，超滚球半径接闪器设置不全，防雷检测人员对工频接地电阻与冲击接地电阻概念混淆致使结论判定错误等。以上问题的出现有主观和客观两方面的原因，加大了工程项目整改难度，影响项目建设进度，增加建设成本。为确保建筑物防雷装置竣工检测能顺利通过，体现检测报告的公正性、权威性、科学性，应做到：1)防雷设计人员应严格按规范要求设计，从源头上避免因设计错误造成的不足。2)施工人员应结合现场实际情况仔细对比规范与设计图纸存在的差异，防雷隐蔽工程实施过程中发现问题应及时反馈给设计单位和业主，共同商榷经济、合理的解决方案。3)防雷检测人员应具备较高的业务素质和技能，检测过程中要认真执行规范，真正领悟规范本意，检测数据结果要经过不断推敲和精确计算，检测结论判定应有据可依，保证检测工作的质量。本文就接闪器暗敷与明敷、超滚球半径的高层建筑物不同标高处女儿墙接闪器的设置以及工频接地电阻与冲击接地电阻换算等防雷检测过程中常见的问题进行分析、讨论，并提出有效的解决办法，供防雷相关专业人员参考。

1接闪器暗敷与明敷的问题

接闪器暗敷与明敷的问题一直是业内争论的焦点，有些设计人员认为建筑物遭受雷击是一个小概率事件，为了方便施工，多层建筑物设暗敷接闪带，很多业主更是为了建筑物外立面的艺术造型，要求将接闪器明敷改成暗敷，使防雷竣工检测时整改难度加大，建设成本提高，影响工程建设进度。

1.1国家规范对接闪器暗敷与明敷的相关规定

目前GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》(以下简称“《雷规》”)[1]、GB/T 21431-2015《建筑物防雷装置检测技术规范》(以下简称“《检规》”)[2]、GB 50601-2010《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》(以下简称“《验规》”)[3]均对接闪器的暗敷与明敷做出了明确的规定。

《雷规》第4.3.5条第1款：“本规范第3.0.3第2-4款、第9款、第10款的建筑物，当其女儿墙以内的屋顶钢筋网以上的防水和混凝土层允许不保护时，宜利用屋顶钢筋网作为接闪器；本规范第3.0.3第2-4款、第9款、第10款的建筑物为多层建筑物，且周围很少有人停留时，宜利用女儿墙压顶板内或檐口内的钢筋作为接闪器”。第4.4.5条：“当其女儿墙以内的屋顶钢筋网以上的防水和混凝土层允许不保护时，宜利用屋顶钢筋网作为接闪器，以及当建筑物为多层建筑物，其女儿墙压顶板内或檐口内有钢筋且除保安人员巡逻外通常无人停留时，宜利用女儿墙压顶板内或檐口内的钢筋作为接闪器”。

《检规》第5.2.2.8条：“当低层或多层建筑物利用屋顶女儿墙内、防水层内或保温层内的钢筋作暗敷接闪器时，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。除低层和多层建筑物外，其他建筑物不应利用女儿墙内钢筋作为暗敷接闪器”。

《验规》第6.1.1条第3款“位于建筑物顶部的接闪导线可按工程设计文件要求暗敷在混凝土女儿墙或混凝土屋面内。当采用暗敷时，用于接闪导线的钢筋施工应符合国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204中的规定。高层建筑物的接闪器采取明敷方法。在多雷区，宜在屋面拐角处安装短接闪杆”。第6.2.1条“暗敷在建筑物混凝土中的接闪导线，在主筋绑扎或认定主筋进行焊接，并做好标志后，应按设计要求施工，并应经检查确认隐蔽工程验收记录后再支模或浇捣混凝土”。

笔者认为，高层建筑物的接闪器应采用明敷方式，主要是考虑到若采用暗敷方式，雷击时可能将接闪器外边的砖、石、水泥块击落，坠落到地面发生事故；处于人员密集区域的多层建筑物也不宜采用暗敷方式，当建筑物周围没有或很少有人停留时可考虑设暗敷接闪器。

2超滚球半径的高层建筑物不同标高处女儿墙接闪器的设置

实际检测过程中，经常发现超滚球半径的高层建筑物在有局部屋面的女儿墙处均有设置接闪带，但对于一些相对高度与宽度在1m左右的结构造型上会存在接闪带设置不全的情况，有些项目接闪带只设在最高处(如图1所示)，有些则只设在最外围的结构造型上。

图1　滚球半径以上高层建筑接闪带设置图

《雷规》中第一类、二类、三类防雷建筑物的滚球半径分别为30m、45m、60m，当在最高处设接闪带时，由于建筑物高度已经超过滚球半径，球体下落时的外周线触及的只能是地面，而不是其他任何的接地金属物、接闪器。根据《雷规》第4.3.9、4.4.8条第1款：“对水平突出外墙的物体，当滚球半径45、60m球体从屋顶周边接闪带外向地面垂直下降接触到突出外墙的物体时，应采取相应的防雷措施”。当只在结构造型上设置接闪带时，根据雷电的活动规律，一般来说建筑物的最高点受雷击的概率较大，高层建筑女儿墙混凝土块受雷击坠落产生的危害及风险较大且不符合《雷规》第4.5.7条第2款的相关规定：“不处在接闪器保护范围的非导电性屋顶物体，当它没有突出由接闪器形成的平面0.5m以上时，可不要求附加增设接闪器的保护措施”。

笔者认为，超滚球半径的建筑物存在不同标高的结构造型时，女儿墙和结构造型应各设一道接闪带，且接闪带应设在外墙外表面或屋檐边垂直面上(或垂直面外)；对于泡沫结构造型，即使受雷击坠落也不会造成人员伤亡和其他损失，且顶一层女儿墙已设接闪器的低一层处可不另加设接闪器。建议相关规范要考虑一些特殊情况的处理，如一味教条式地套用规范，则会给实际工作带来很大的困难，毕竟有些实际情况根本无法按规范要求去实施。

3工频接地电阻与冲击接地电阻换算

工频接地电阻与冲击接地电阻换算存在以下三个方面的问题：(1)防雷检测人员不了解接地电阻的概念，认为接地电阻测试仪器的数值就是判定依据。(2)多数设计图纸中只规定接地电阻值大小，对接地电阻值的类型属于工频还是冲击未做明确说明。(3)规范换算表给出的数据只能查近似值，误差较大，难以准确判断。

以温州第一类防雷建筑物某炸药库为例，该炸药库采用独立接闪杆进行保护，接地电阻值≤10Ω，其接地体最长支线的实际长度l=14m，实测工频接地电阻值Ri为12Ω，土壤电阻率ρ为350Ω·m，现计算冲击接地电阻值R～。工频接地电阻与冲击接地电阻换算系数图见图2。

图2　工频接地电阻与冲击接地电阻换算系数图

1)计算接地体有效长度le，求得l/le。

l/le=14/37.42=0.37

CE/BC=DE/AB

2)求出换算系数A。

已知A1=1.0，求得A2=A1+DE=1.45

3)计算冲击接地电阻值R～。

第一类防雷建筑物独立接闪杆的接地电阻值是指冲击接地电阻值，而接地电阻测试仪器实测为工频接地电阻值，如按实测值则检测结论判定为不合格，进行冲击接地电阻值换算后则符合规范要求，两种取值其判定结论截然相反。

笔者认为，设计人员首先应在图纸中明确接地电阻类型是属于工频接地电阻还是冲击接地电阻，在对于土壤电阻率高的地区，其第一类防雷建筑物应采用内插法对工频与冲击接地电阻值进行精确换算后再进行防雷检测结论的判定。

4结束语

国家标准只是针对全国范围内建筑物常规防雷措施做出了一些具体的规定，由于受到各种因素制约，不可能面面俱到。对于建筑物局部造形特殊和检测数据换算过程复杂等情况，设计、施工人员往往难以从规范中直接找到答案，加上防雷从业人员技术水平存在差异，对规范条文的理解会存在一些偏差，导致检测结论判定出错。防雷检测是一项非常严谨的工作，检测结论的判定应具有法律效力，而且建筑物防雷检测过程中会遇到很多的问题。因此，防雷从业人员需要真正领悟规范的内涵，在实践中不断总结、归纳，才能更好地进行灵活运用。

参考文献

[1]GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[2]GB/T 21431-2015 建筑物防雷装置检测技术规范[S].北京：中国标准出版社，2008.

[3]GB 50601-2010 建筑物防雷工程施工与质量验收规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[4]贺灿花，问楠臻，郑旭财.广州新图书馆接闪带明敷和暗敷的设计探讨[J].建筑电气，2012, 31(7)：62-64.

[5]胡夏初，曾欣，邓丰年，等.如何正确运用滚球法确定接闪器的保护范围[J].气象研究与应用，2015，36(2)：116-119.

[6]吴高林，唐世宇，印华，等.利用落雷密度划分重庆雷区的研究[J].高电压技术，2007，33(4)：122-124.

[7]赵良.冲击接地电阻值与工频接地电阻值的关系[J].电世界，2013，54(12)：46-47.

建筑物防雷检测常见问题浅析

郑海祥1/ 郑建卫2/ 邢苏丹1/ 郭良亮1

(1.温州市气象局防雷中心，浙江 温州 325027；2.温州市气象局，浙江 温州 325027)

摘要针对当前建筑物防雷检测中存在的一些争议，以国家相关规范为依据，探讨分析了接闪器暗敷与明敷、超滚球半径高层建筑物不同标高处女儿墙接闪器的设置以及工频接地电阻与冲击接地电阻换算等问题，并提出有效的解决方法，供防雷相关专业人员参考。

关键词接闪器滚球半径接地电阻换算