风荷载对永州地区接闪器选型的影响

■宋定满闫辉夏康旎

（1永州市气象局 湖南永州425000；2南京信息工程大学滨江学院 江苏南京211800）

风荷载对永州地区接闪器选型的影响

■宋定满1闫辉1夏康旎2

（1永州市气象局 湖南永州425000；2南京信息工程大学滨江学院 江苏南京211800）

接闪器是外部防雷装置的重要组成部分，接闪器的运行稳定直接影响了接闪及雷电流的泄放。风压、腐蚀、机械外力等因素会对接闪器造成损坏，直接影响整个防雷装置的有效运行，雷雨天气时就会对人民的生命财产安全构成威胁。基于此，研究风荷载对接闪器的影响，分析永州地区基本风压对接闪器型材规格和设计安装的要求是十分必要的。通过对风荷载的分析，得出接闪器选用的材料和尺寸要求，提高接闪器运行的稳定性，有益于保障人民生命财产安全。

接闪器风荷载材料尺寸

0　前言

自富兰克林造出第一根避雷针以来，防雷技术一直在不断发展。由于避雷针把雷电引入地下的引下线少，尚难保证超高建筑物顶部免遭雷电的侧击，于是科学家研制出优越性更大的避雷带和避雷网等防雷设施。近20年来，又发展到直接利用建筑物的钢筋混凝土构件中的钢筋作为接地装置，这种做法更加经济、美观、安全。

接闪器由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属屋面、金属构件等组成。其作用是利用其高出被保护物的突出部位把雷电引向自身，承受直接雷击，达到保护建构筑物的目的。永州市接闪器设计和施工多见不规范之处，造成后期整改难度加大，造成人力和资源的浪费。有的接闪器由于风荷载的影响发生倾斜甚至断裂，为了避免后期整改，规范防雷安全工作，研究风荷载对接闪器选型的影响对指导永州各县区防雷接闪器设计和施工工作有重要意义。

1　风荷载的计算

众所周知，雷电具有极大的破坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后果体现于下列三种层次：①设备损坏，人员伤亡；②设备或元器件寿命降低；③传输或储存的信号、数据（模拟或数字）受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。目前，世界上各种建筑、设施大多数仍在使用传统的避雷针防雷。用避雷针防止直接雷击损害实践证明是经济和有效的。接闪器一般都有一定的高度，有的接闪器属于高耸结构，受风荷载的影响较大，因此计算和分析其风荷载尤为重要。对永州市各县区最大风速数据进行统计如表1。

表1　永州市各县区50年一遇最大风速统计

基本风压是以当地比较空旷平坦的地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速为标准，按基本风压=最大风速的平方/1600确定的风压值。由此公式计算出永州市各县区基本风压W0。

表2　永州市各县区基本风压

2　风荷载对接闪器材料及尺寸的要求

接闪器由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属屋面、金属构件等构成。其中接闪杆、避雷塔属于高耸结构，受风荷载的影响较大，下面主要对这两种接闪器的允许风压进行分析。

2.1避雷线塔型材规格分析

国际建筑标准设计图集D501-1～4防雷与接地安装中对接闪器的设计有：GFL系列钢结构避雷针塔、GFW系列钢结构避雷线塔、GH系列环形钢管杆避雷针、ZG系列钢筋混凝土环形杆避雷针、BXT系列环形钢管杆避雷针等。几种接闪器基于基本风压的考虑主要分成了0.4 kN/㎡和0.7 kN/㎡两种类型[1]。通过对永州各县区基本风压分析，零陵大于0.4 kN/㎡应选择基本风压设计为0.7 kN/㎡的接闪器，宁远、江永和新田三个县的基本风压虽然小于0.4 kN/㎡，但是已经十分接近。为了安全因素考虑在宁远、江永和新田三个县的接闪器选型中还是选用基本风压设计为0.7 kN/㎡的接闪器较为合理，其他县区选择0.4 kN/㎡的接闪器已经符合安全要求。

根据基本风压的设计要求，零陵、宁远、江永、新田宜选用的杆塔式接闪器型号如下：钢结构避雷针塔选用GFL2型，钢结构避雷线塔选用GFW2型，环形钢管杆避雷针选用编号段为GH3～4、7～8、15～20、27～32、37～40，钢筋混凝土环形杆避雷针选用编号段为ZG3～4、7～8、15～20、27～32、37～40，环形钢管杆避雷针选用编号为BXT-2、4。除零陵、宁远、江永、新田以外的县区接闪器在满足其他因素的同时可以选用《防雷与接地安装D501-1～4》中设计的任意型号。

2.2接闪杆型材规格分析

对于接闪杆选用的材料及尺寸，按照热稳定检验，只要很小的截面就够了。所采用材料的尺寸主要考虑机械强度和腐蚀问题[2]。

经计算得出各种型材规格接闪杆的允许风压值如表3。

表3　接闪杆允许的风压

建筑物防雷设计规范中对于接闪杆的材料给出了4种：圆铜、热浸镀锌钢、铝合金、不锈钢。

将表3中计算得出的允许风压与永州市各县区基本风压比较可知，2m长直径15mm的圆铜已经不能满足零陵、宁远、江永、新田等县区的要求；2m长直径15mm的铝合金圆形导体已经不能满足零陵、宁远、江永、新田、蓝山、江华等多个县区的要求。为了安全以及方便管理等角度考虑得出如下结论：永州地区杆长1m以下时，直径超过10mm的圆铜、热浸镀锌钢、铝合金、不锈钢都可以制成接闪杆，直径小于15mm时要增加固定；杆长1m～2m时，只可以把直径超过15mm的热浸镀锌钢和不锈圆钢制成接闪杆，直径15mm的圆铜和铝合金制成接闪杆长度不应超过1m。

布置接闪器时，可单独或任意组合采用接闪杆、接闪带、接闪网[2]。有些项目的屋顶防雷设计图中设计避雷带的同时也设计了避雷短针，建筑物防雷设计规范中指出当应用于机械应力没有达到临界值之处，可采用直径10mm、最长1m的接闪杆，并要增加固定。根据表3数据，四种材料都满足风荷载的要求，增加固定方法宜采用3块规格为100×50×6mm的加劲肋焊接固定。研究表明，接闪杆的接闪端做成钝形是有益处的。接闪杆的接闪端宜做成半球状，其最小弯曲半径宜为4.8mm，最大宜为12.7mm。

3　结论及探讨

3.1结论

通过以上分析和计算得出：永州地区接闪杆杆长1m以下时，直径超过10mm的圆铜、热浸镀锌钢、铝合金、不锈钢都可以制成接闪杆，直径超过10mm且小于15mm时要增加固定，增加固定方法宜采用3块规格为100×50×6mm的加劲肋焊接固定；杆长1m～2m时，只可以把直径超过15mm的热浸镀锌钢和不锈圆钢制成接闪杆，直径15mm的圆铜和铝合金制成接闪杆长度不应超过1m。很多避雷线塔的设计参数中都标明了基本风压值，在设计和施工中要根据各县区的基本风压值慎重选择，确保接闪器的安全和有效性。

3.2探讨

接闪器的设计和施工不仅要符合相关的规范和标准的要求，同时要结合当地实际的环境状况和其他多种条件因素；风荷载的地位十分重要，其设计质量直接决定了项目成本的高低以及工程结构的质量。因此，相关单位和工作人员必须坚持实事求是，不断研究分析各种条件因素对接闪器的影响，确保其安全、稳定运行。

[1]D501-1～4防雷与接地安装.中国计划出版社.2007.

[2]GB50057-2010：建筑物防雷设计规范.中国计划出版社.2011.

P411[文献码]B

1000-405X（2016）-2-353-2

宋定满（1965～），男，工程师，研究方向为防雷技术管理。