旧城改造防雷研究

旧城改造防雷研究

宋鹏飞，祁齐

（重庆市设计院有限公司，重庆，400015）

摘 要：结合某旧城改造项目的防雷设计，并根据相关国家标准及相关防雷接地设计图集，探讨旧城改造中涉及的各类防雷措施的合理运用与实施，总结出旧城改造项目中防雷设计的要点、难点，为同类型项目的防雷设计提供参考。

关键词：旧城改造；防雷设计；接闪带；接闪网；防雷引下线；断接卡；接地电阻；人工接地极

引言

目前城镇老旧小区改造是重大民生工程和发展工程，对满足人民群众美好生活需要、推动惠民生扩内需、推进城市更新和开发建设方式转型、促进经济高质量发展具有十分重要的意义。在旧城改造项目的勘察设计过程中发现，一部分老旧建筑因年代久远，原来建造时就没有设置防雷设施；还有一部分老旧建筑虽有采取防雷措施，但是因为未能定期对防雷设施进行检测和维护，现已存在一定的安全隐患，例如接闪带、作为引下线的结构柱内钢筋等锈蚀严重。还有一类老旧建筑改造完成以后是作为文创景区使用，对建筑外观要求更高，在做防雷设计时，不仅要满足建筑防雷要求，还要尽量减少防雷设施对建筑外观的影响。所以在旧城改造中，老旧建筑物的防雷设计问题值得考究。

本文主要通过某旧城改造项目设计案例，探讨旧城改造中涉及的各类防雷措施的合理运用与实施。

工程概况

以重庆市渝中区某旧城改造项目为例，在旧城改造项目中，第一步需到现场进行实地考察，了解改项目的实际情况，熟悉现场条件，为后期设计提供依据；第二步需要汇总老旧建筑物防雷措施的现有条件，判断原有防雷设施是否能够再利用，需要在改造过程中增设哪些防雷设施。

经过到现场实地勘察，了解到此项目总共包含1#楼、2#楼、3#楼、4#楼，共4栋独立多层建筑。1#、2#为历史保护建筑，所以按照规划要求需保留原始外墙，建筑内部的结构全部拆除，重新构建基础及框架结构；3#楼为全部拆除新建；4#楼也是历史保护建筑，需保留原始外墙及内部结构。现在需重新设计安装防雷设施，1、利用结构基础桩基、底板内现有的ɸ≥16钢筋，上下层焊接连通形成环状接地网并与引下线可靠焊接；2、利用建筑物结构柱内满足要求的钢筋作为防雷引下线，上与接闪带可靠焊接，下与接地网可靠焊接，形成良好的电气通路；3、此次改造也涉及到原有瓦屋面的拆除重建，故屋面接闪带及接闪网格也需重新设计安装。

建筑物的防雷分类

根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》条文“建筑物应根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类”， 以此项目中的3#楼为例，     年预计雷击次数应按下式确定:

式中:N—建筑物年预计雷击次数(次/a)；

    k—校正系数，在一般情况下取1；位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物,以及特别潮湿的建筑物取1.5;金属屋面没有接地的砖木结构建筑物取1.7;位于山顶上或旷野的孤立建筑物取2;

Ng—建筑物所处地区雷击大地的年平均密度(次/km2/a)；

Ae—与建筑物截收相同雷击次数的等效面积(km2)。

雷击大地的年平均密度，首先应按当地气象台、站资料确定；若无此资料，可按下式计算：

式中: Td—年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定(d/a)。

根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》附录A，与建筑物截收相同雷击次数的等效面积应为其实际平面积向外扩大后的面积，本建筑物的高度小于100m，同时其周边在2D范围内无等高或比它低的其他建筑物，故本建筑物等效面积按下式计算：

式中：D—建筑物每边的扩大宽度(m)；

L、W、H—分别为建筑物的长、宽、高(m)。

图1 建筑物的等效面积

注：建筑物平面面积扩大后的等效面积如图1中周边虚线所包围的面积

已知本建筑物的长宽高分别为L=46.6m、W=10.16m、H=16.395m，根据气象资料得知当地的年平均雷暴日天数Td =38.5天/年，校正系数取k = 1.0，可计算得出雷击大地的年平均密度Ng =3.85、与建筑物截收相同雷击次数的等效面积Ae=0.0162，从而计算得出本建筑物年预计雷击次数N=0.0624(次/a)，计算结果如表1所示。根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》条文“预计雷击次数大于或等于0.05次/a，且小于或等于0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物”规定，本建筑物应划为第三类防雷建筑物。

表1 防雷计算结果表

基础接地网的设置

以本项目3#楼为例，通过现场勘察，得知建筑基础及框架结构均为重新构建，故可利用结构基础桩、底板内现有的ɸ≥16钢筋，上下层焊接连通形成环状接地网并与引下线可靠焊接，钢筋相交处焊接大样如图2所示，无结构地梁处用40X4热镀锌扁钢焊接连通，具体做法详见国标图集14D504《接地装置安装》第24~26页。在建筑外墙侧利用作为引下线的结构柱子主钢筋引出接地电阻测量端子，用100X100X6钢板作成，安装位置高于地面0.5m。本建筑物的防雷装置的接地与电气和电子系统等接地共用接地装置，并与引入的金属管线做等电位连接，其接地电阻不大于1欧姆，实际施工中要通过接地电阻测量端子实测，若不能满足不大于1欧姆的要求时，可利用建筑外侧Pt连接板(利用作为引下线的柱子主钢筋引出，采用40mmX4mm热镀锌扁钢低于室外地面0.5m引出，引出长度大于1.5m，共设置4处)在室外增打人工接地极。3#楼部分基础接地平面图如图3所示。

4#楼较为特殊，需保留原有建筑基础及框架结构，但是基础桩及地梁内的钢筋锈蚀严重，如果再利用其作为接地网，将造成接地装置不可靠，因此重新设置接地网。在4#楼的基础外围一圈增设接地网，采用40mmX4mm热镀锌扁钢，埋深0. 5m，距墙或基础不宜小于1 m。其余接地电阻测量端子、Pt连接板的做法，均与上文3#楼的做法一致。若接地电阻不能满足要求时，亦可利用Pt连接板在室外增打人工接地极。

图2 钢筋相交处焊接大样

图3  3#楼部分基础接地平面图

屋面接闪器的设置

通过上文年预计雷击次数的计算，可得知本项目中的3#楼为第三类防雷建筑物，根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》的相关条文规定，本建筑决定采用由接闪网、接闪带和接闪杆混合组成的接闪器。屋面采用ɸ12mm热镀锌圆钢贴面明敷，连接成不大于20mX20m或16mX24m网格；由于本建筑物有新增钢结构观光电梯，因此利用40X4扁钢焊接连通屋面接闪网与观光电梯钢结构，部分利用电梯钢结构做接闪器；屋檐及屋脊采用ɸ12mm热镀锌圆钢明敷作为接闪带，接闪带凸出安装面150mm，固定支架的间距为1000mm，转弯处的间距为500mm，接闪带的现场具体做法及安装方式详见国标图集15D501《建筑物防雷设施安装》的第15~19页和第31页。3#楼的部分屋面防雷平面图如图4所示。

该项目中1#、2#、4#楼为历史保护建筑，对建筑外观的要求较高，需减少屋面防雷装置对屋面造型的视觉影响，因此常规明敷避雷带的方式，不能满足项目需求。通过对相关规范条文的深入理解，并收集相关论文进行研读，最终决定在瓦屋面下暗敷避雷带。但是暗敷避雷带这种做法并不能完全保证防雷效果，并且在遭受雷击时可能会出现瓦块或者混凝土块飞溅砸人的事故，存在一定的风险性。根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》附录B得知，坡度大于1/10且小于1/2的屋面，屋角、屋脊、檐角、屋檐应为其易受雷击的部位，如图5所示。此项目在雷击率最高部位用长度h=300mm的ɸ12mm热镀锌圆钢作为接闪短杆加强设防。当建筑物遭受雷击时，通过避雷短针来接闪，提供雷电流最短入地的路径，解决了如果雷电击穿混凝土层而导致混凝土层的炸裂，又可继续保持暗敷避雷带而不影响美观的优势。接闪短杆与暗敷的接闪带、接闪网可靠焊接，接闪杆的现场具体安装方式详见国标图集15D501《建筑物防雷设施安装》的第24、25页。

图4  3#楼部分屋面防雷平面图

图5 建筑物易受雷击的部位

注：表示易受雷击部位，o表示雷击率最高部位

防雷引下线的设置

根据GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》中的相关条文，本项目1#~3#楼可物利用结构柱内两根主钢筋作防雷装置的引下线，下与接地装置焊接，上与接闪带焊接，引下线须上下贯通，形成良好的电气通路，引下线须不小于ɸ16的钢筋两根及以上（若主筋小于ɸ16,则大于ɸ12为四根以上），作法详国标图集15D501《建筑物防雷设施安装》第24~26页。通过计算，可得知1#~3#楼均为第三类防雷建筑物，故引下线间距周长计算不应大于25米。在GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中规定“当利用混凝土内钢筋、钢柱作为自然引下线并同时采用基础接地体时，可不设断接卡，但利用钢筋作引下线时应在室内外的适当地点设若干连接板”，故该建筑物不用设置断接卡，但是需要设置Pt连接板（上文有提及共设4处Pt连接板）。根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》关于“在建筑物引下线附近保护人身安全需采取的防接触电压和跨步电压的措施”的相关条文，以及重庆市地方标准DB50/217—2006《建筑防雷设计评价技术规范》的条文“明敷引下线距建筑物出入口或人行通道不应小于3 m，从地面到距地3 m处应采取绝缘保护”， 1#~3#楼需在建筑物引下线3m范围内敷设5cm厚沥青层或15cm厚砾石层，作为防接触电压和跨步电压的措施。

4#楼较为特殊，需保留原有建筑基础及框架结构，但是原结构柱内钢筋部分锈蚀，不能利用原有柱子做防雷引下线，需做专设引下线。根据相关规范条文规定，采用25mmX4mm热镀锌扁钢，沿建筑外墙暗敷，以保证建筑外观不受引下线影响。3m及以下专设引下线穿PVC管敷设，在引下线距地面1.8m处设置断接卡，以避免引下线遭受机械损伤。防接触电压和跨步电压的措施与上文1#~3#楼做法一致。

结语

本文通过对重庆市渝中区某旧城改造项目的防雷设计过程进行解构分析，在遵守相关国家标准规范、地方标准规范的前提下，结合国家标准设计图集，充分利用老旧建筑物已有条件，保证建筑外观不受到防雷设施的视觉影响的情况下，作出了符合要求的防雷设计。各电气设计人员在遇到类似项目时，也需根据自身项目情况，量体裁衣，做出严谨的设计成果。

参考文献：

【1】《民用建筑电气设计标准》：GB51348-2019

【2】《建筑物防雷设计规范》：GB50057-2010

【3】《建筑防雷设计评价技术规范》：重庆市地方标准DB50/217—2006

【4】《某保护建筑改造项目防雷及雷电防护做法探讨》：宗雪