大型公共建筑防雷系統(tǒng)案例分析
高層建筑的外部防雷，主要是防直擊雷和防側(cè)擊雷，其作用是保護(hù)建筑物不受雷擊，外部防雷裝置主要由接閃器、引下線、接地裝置組成。
①、接閃器包括避雷針和避雷網(wǎng)（帶），對(duì)于超高層建筑，還應(yīng)考慮將屋頂出現(xiàn)的衛(wèi)星接收器、有線電視、航空障礙燈、節(jié)日彩燈納入接閃器保護(hù)半徑之內(nèi)。
②、引下線的作用是將避雷網(wǎng)（帶）與接地裝置連接在以前，為雷電流提供通路，通常利用主題結(jié)構(gòu)的柱主筋或剪力墻鋼筋做引下線。引下線應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不應(yīng)大于規(guī)范要求，應(yīng)盡可能的增加引下線數(shù)量，適當(dāng)減小引下線間距。
③、接地裝置包括接地體和接地線，防雷接地體應(yīng)盡量用自然接地體作為接地裝置。
由于超高層建筑比較高，雷電可能從建筑物側(cè)部擊中建筑物，側(cè)擊雷的保護(hù)一般不需要專設(shè)接閃器，先判斷屬于第一類還是第二類防雷建筑物，然后在30米或45米以上各層（或沒(méi)三層）圈梁內(nèi)的主筋焊通，形成均壓環(huán)。
工程案例分析：廣州新電視塔
防雷等級(jí)：二類防雷建筑 接地形式：tn-s系統(tǒng) 塔體高度：454米
桅桿高度：156米 建筑總高度：+610米 功能樓層：地上35層
塔內(nèi)面積：38000m² 建筑總面積：116000m² 結(jié)構(gòu)形式：筒中筒結(jié)構(gòu)
案例分析：
新電視塔建筑的外筒鋼結(jié)構(gòu)和塔頂層組合樓板結(jié)構(gòu),使得整個(gè)塔體構(gòu)成了一個(gè)“法拉第籠”,因此可以直接利用塔體達(dá)到良好的防雷效果。
法拉第籠（faradaycage）是一個(gè)由金屬或者良導(dǎo)體形成的籠子。根據(jù)接地導(dǎo)體靜電平衡的條件，籠體是一個(gè)等位體，內(nèi)部電勢(shì)為零，電場(chǎng)為零，電荷分布在接近放電桿的外表面上。
一、接閃器：
塔體頂部直接利用金屬天線桅桿作為防雷接閃裝置,利用塔頂不銹鋼金屬護(hù)欄作為避雷帶,無(wú)金屬護(hù)欄處采用同材質(zhì)明裝避雷帶,整個(gè)屋面避雷帶形成閉合。
在塔頂桅桿基底處設(shè)置閉合均壓帶,以均衡散流和降低跨步電壓。同時(shí)利用塔頂樓板結(jié)構(gòu)配筋主筋在整個(gè)屋面構(gòu)成不大于5m×5m或4m×6m的避雷網(wǎng)格。
突出屋面的金屬物體以及露天安裝的設(shè)備金屬外殼就近與防雷裝置可靠連接,連接點(diǎn)不少于兩處。突出屋面的非金屬物體,當(dāng)其不在接閃器的有效保護(hù)范圍內(nèi)時(shí),安裝防雷接閃裝置(避雷針或避雷帶或混合接閃器),并就近與防雷裝置相連。
二、引下線：
天線桅桿金屬部分既是接閃器,又直接作為防雷引下線,并通過(guò)與塔體結(jié)構(gòu)的連接將雷電流導(dǎo)入地下;塔體部分的引下線由核心筒外圍剪力墻內(nèi)的工字鋼立柱和外筒的24根結(jié)構(gòu)鋼柱共同組成,引下線間距不大于18 m。
由于作為防雷引下線的24根鋼立柱自上而下通過(guò)地面層并深入至地下二層與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)連接,直接裸露并可能被人手觸摸,為防止雷擊時(shí)因接觸電壓導(dǎo)致人體觸電傷亡,需采取防護(hù)措施。初始的方案是在地面3 m以下的立柱表面做絕緣處理,通過(guò)與建筑、結(jié)構(gòu)、裝修等相關(guān)專業(yè)的討論和協(xié)商,考慮了多方面因素后決定采用設(shè)立警示牌的方式,提醒游人在雷雨天氣時(shí)不要靠近作為防雷引下線的24根外立柱,以免發(fā)生危險(xiǎn)。
此外,為了有效降低跨步電壓,塔體防雷引下線(外筒鋼立柱)在地面層處設(shè)置均壓環(huán)(利用圈梁外側(cè)兩條主筋構(gòu)成)。
三、接地裝置：
工作接地、保護(hù)接地、防雷接地共用一個(gè)接地裝置,接地電阻要求不大于1ω。廣州新電視塔所在區(qū)域的土壤電阻率約為55～73.4ω·m,接地裝置接地電阻的初步估算約為0.28～0.39ω,有可能小于0.2ω。
因此采用天然接地體完全可以滿足要求。因此利用塔體及裙房、地下室基礎(chǔ)樁內(nèi)對(duì)角的四條主筋(樁的利用系數(shù)不小于0.5)作為垂直接地體,利用塔體承臺(tái)梁最外側(cè)兩條主筋、核心筒筏板基礎(chǔ)外側(cè)兩條主筋,及裙房、地下室基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外圈梁外側(cè)兩條主筋分別構(gòu)成環(huán)形接地體,同時(shí)利用地下室底板結(jié)構(gòu)梁內(nèi)的兩條主鋼筋構(gòu)成不大于10 m×10 m或8m×12 m的接地網(wǎng)格。