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高层建筑雷电防护技术分析

摘要：本文首先提出了雷电防护的必要性，进而提出了高层建筑雷电防护的重要性和特殊性，重要性是因为高层建筑的功能多样化和线路设备复杂化使得建筑一旦遭受雷击会产生巨大的损失，特殊性是高层建筑很多都设有航空障碍灯、轮廓灯、玻璃幕墙、金属幕墙等，涉及到侧击雷的防护。随后分析了雷击对高层建筑物的常见侵袭途径，并以一个实际的高层建筑为案例，做一套详细的雷电防护设计，提出了许多相应的防护措施，包括对外挂空调机、轮廓灯、玻璃幕墙等的侧击雷防护措施，最后总结出高层建筑雷电防护设计的核心及要点。
关键词：高层建筑；接地；浪涌保护器；等电位；侧击雷防护
1．引言
雷电灾害是最严重的十种自然灾害之一。全球每年因雷击造成的人员伤亡、火灾、爆炸、信息系统瘫痪等事故不计其数。
雷电防护是一种保护建筑物及人身安全、电力系统及其他一些装置和设施免遭雷电损害的技术措施，也是近年来愈发重要的一门学科，其保护内容涉及建筑物、发射塔、输电线路、加油站、航空、军事等重要领域及工作生活场所。
随着经济的发展和城市人口的增多，各地高层建筑如春笋般拔起，遭受雷击的案例也逐渐增多，比如上海东方明珠电视塔。高层建筑在社会中起到很重要的作用，许多商业写字楼往往将银行、公司、酒店等多种功能的场所集中在一起，人员密集，电子通讯设备繁多，电力系统复杂，一旦遭受雷击将会造成巨大的经济损失；用地面积的稀缺也使得住宅向高空发展，高层住宅楼成为了现代城市民用住宅的较好选择，而民用住宅也是人员集中的建筑物。这都决定了高层建筑物防雷设计的重要性和特殊性。高层建筑物防雷是该学科中的一个重要内容，随着社会发展，功能强大的高层建筑日益增多，对高层建筑物的保护变得尤为重要。高层建筑的概念并不统一，过去通常指的是七层以上的建筑，1972年国际高层建筑会议规定按建筑层数多少划分为四类[1]：
第一类高层：9-16层（24m以上，最高到50m）
第二类高层：17-25层（最高到75m）
第三类高层：26-40层（最高到100m）
第四类高层：超高层建筑，40层以上（100m以上）
由于理论分析较为抽象，本文选取了一个实际高层建筑物作为案例配合分析——洛阳市半岛明珠花园高层住宅楼2号楼，对这个高层建筑做了一套系统详细的雷电防护设计。文中涉及到航空障碍灯、轮廓灯、外挂空调机、玻璃幕墙、金属门窗、电梯等高层建筑典型结构和设施的防护措施。
2．雷击对高层建筑的常见侵袭途径
2．１直接雷击
对一般高层建筑外部来说，所属建筑物、建筑物天面设备和电力线及传输线都有可能遭受直接雷击，即使在避雷针保护范围之内的设备也有被雷电绕击的可能。直击雷的特点是能量大，电力线发生直接雷击，容易发生火花放电，引起火灾，同时，雷电流通过电力线进入机房，也可能击中电源及设备。传输线发生直接雷击，可能导致线路焦化、短路、致使传输中断。
2．2侧击雷
对于高层建筑来说，不仅屋顶容易遭受直击雷的雷击，在滚球半径以上的侧面，外墙的电线、金属门窗、外挂空调机、节日彩灯和轮廓灯都容易遭受侧击雷的侵袭，损坏设备、烧毁线路甚至危害人身安全。因此高层建筑要做好相应的侧击雷防护措施。
2．3电磁感应
当雷击发生时，将在雷击点附近产生电磁场。当雷电流沿着高层建筑的引下线和内部钢筋向下泄放时，由于电磁感应原理，整个建筑物会处在一个强大且变化的电磁场中，这个电磁场很容易使正在工作的电子设备产生过电压或浪涌故障，即使是一些与外界没有联系的系统，也可能在雷响过后发生瘫痪。尤其是一些高层写字楼，往往结合了公司、银行或酒店等设备和人员密集场所，含有大量的电子设备，一旦发生雷击事故，会造成设备损坏和网络瘫痪，严重影响人们的工作和生活。随着计算机网络和其他敏感设备在高层建筑中的增加，建筑物内的雷电电磁干扰受到了越来越多的关注[14]。研究建筑物内部的雷击电磁脉冲是非常必要的。
2．４雷电波侵入
架空高压输电线路和金属管道在进入高层建筑物时，线路管道附近有可能被雷电击中而产生过电压和静电感应，通过供电线路进入设备使设备造成损坏。
2．5地电位反击
地电位反击是雷电流入地瞬间，由于地电位不同而产生的电位差，沿接地线到达设备的外壳、电力线的中性线以及直流地的基准电位点。造成的后果是有可能使设备的外壳带上上千伏甚至数万伏的过电压，或者电力线或中性线带上数千伏乃至数万伏的过电压，或是直流地的基准零电位点瞬间抬高数千伏直至数万伏，危及人身安全和设备运行。大多高层建筑的地下室都带有配电室和变电站，一旦受到雷电反击很容易造成供电系统故障。
3．设计原则、依据、标准及规范
3．1设计原则
保障高层建筑内的人身安全；
保护高层建筑主体以及各处电子设备不受直击雷影响和破坏；
3）保护高层设备不受侧击雷的破坏；
4）尽可能保护建筑内设备和电