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在建筑里被雷劈中是什么感觉?- 西创系统

2022-05-26 11:22:46 阅读:

西创系统凹型精制钢竖明横隐(横附框)幕墙节点设计(图1)

幕墙TA说 作者:胡博BoHu

在建筑里被雷劈中是什么感觉?- 西创系统(图2)

某年东方明珠的壮观景象,不少人留言感叹:是谁在渡劫吗?

那建筑被雷电击中后是否会造成损伤呢?

下文涉及到规范:

民用建筑电气设计标准 GB51348-2019

建筑物防雷设计规范 GB50057-2010


一、法拉第笼 Faraday Cage

我们都知道一个著名的电学原理叫做法拉第笼原理,今天就由这个原理来脑洞下建筑防雷的问题。

本杰明·富兰克林在第一次进行有关电学的实验室发现,向球状导电体通电后,电子只从导电体的外表面流过。

由电场唯一性定理,腔内没有电场,电位处处相等,整个腔体是个等位体。这样空腔导体隔离了外电场的作用,使外电场不能透入空腔内部。因此,金属腔体保护了它所围的区域,实现了静电屏蔽。在实际应用中,腔体不需要完全密封,如果腔体上有小孔或腔体由金属网格(类似法拉第笼)构成,除了直接靠近小孔 或网格附近,网格内其他地方的电场是非常弱的。

在建筑里被雷劈中是什么感觉?- 西创系统(图3)

二、建筑物如何形成法拉第笼

法拉第笼对外界电磁场的屏蔽作用是很明显的。对于现代新建建筑物来说,基本上都采用钢筋混凝土或全金属框架结构,这样就可以充分利用自身钢筋或金属框架形成法拉第笼结构。

比如,对于钢筋混凝土结构的新建建筑物,可以根据电气施工图中的接地平面图和防雷平面图中标识的引下线和避雷带进行施工。同时可充分利用新建建筑物自身柱筋形成法拉第笼,即每根柱子里选取一支钢筋作为引下线且通长焊接到屋顶,每层圈梁里至少选取一支钢筋焊接成一个闭合圆环且与引下线钢筋的搭接处应作焊接处理。这样就形成了一个能够实现静电屏蔽的法拉第笼了。

应用法拉第笼结构效应,可对直击雷起到 屏蔽、分流、均流的作用,实现防雷的目的。我国最早应用法拉第笼结构作防雷系统的是 1958 年的人民大会堂工程,其将大会堂结构中的梁、板、柱、基础钢筋全部焊接贯通,形成 金属网格的法拉第笼,从而达到防雷的效果。

三、建筑物防雷设计要点

所谓防雷保护,就是要么将雷电引至他处,要么利用等电位联结的法拉第笼的屏蔽原理去抵御雷电的侵入,使自己免遭损害。

将雷击引到别处去,比较成熟的应用,如电力系统架空线路上方全程覆盖避雷线,由于其位置比电力线路更容易遭到雷击,因而将绝大部分的雷电引走,保护了电力系统的安全。

在建筑里被雷劈中是什么感觉?- 西创系统(图4)

对于钢筋混凝土建筑物而言,可将房屋的屋面钢筋、柱内钢筋以及建筑物的基础钢筋等金属构件进行等电位联结,当雷电击中建筑物时,雷电流经由房屋内的金属构件迅速地扩散到大地,从而避免遭受雷电损害。其理论原理就是法拉第笼的屏蔽作用,由雷电引发的高电位只影响法拉第笼本身,而不影响其内的各场所。剖析其整个过程,最关键的应该是等电位联结。

上述两种方式的防雷装置,其工作原理完全不一样, 因此对于接地装置、接地电阻的要求应该是不一样的,第一种方式,是要将雷电流迅速地引至大地,因而接地电阻 要小,GB50057 也对不同类别防雷建筑物的接地电阻提出了相关要求;而第二种方式,就建筑物防雷本身而言,跟接地电阻值关系不大,除占地很小的构筑物(如:烟囱、 水塔)和独立基础的建筑物外,均无需考虑引下线处可能 出现的跨步电压,因此也无需对接地电阻值提出较高要求, 举个极端的例子,飞行器的防雷,其接地电阻是无穷大。

更多的时候,我们在设计建筑物防雷装置时,设置了避雷带,同时利用建筑柱筋作引下线,利用房屋基础接地, 同时又外引接地极,看似混合使用了上述两种方式,其实质还是第二种方式(法拉第笼的屏蔽作用)。明白了上述 防雷的基本原理后,在建筑物防雷设计时,就可以更好地去理解和执行规范(GB50057),而不是拘泥于规范条文了。

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有了上面的探讨,在设计具有大量电子信息设备的建筑物的时候,也就掌握了设计方法。首先,利用建筑物外围的屋面、梁、柱、墙内的钢筋组成最外层等电位的屏蔽网, 由于这个网存在间隙,必然会有部分雷电的能量穿透,但已经衰减,如果这个能量还足以破坏建筑物内的电子产品, 那么就需要在这些设备的外侧作第二道等电位的屏蔽网 ,以此类推,还可以做第三道屏蔽。值得注意的是,每一层屏蔽层都应该是等电位的,否则就会有高电位被引入本区域,由于建筑物有大量的管线进出,这些管线就会把高电位引入,因此,所有的管线在进出所在防雷区域时必须进行等电位联结,对于像水管、风管、金属桥架、电缆金属外皮等可以通过金属线缆直接与等电位装置相连,对于无法直接相连的管线(如强、弱电电缆的芯线、作阴极保护的燃气管道等),那么就通过 SPD 相连接, 使其在有雷电流时导通,而在平时断开。

四、民用建筑电器防雷设计标准 GB51348-2019

在建筑里被雷劈中是什么感觉?- 西创系统(图5)

举例第二类防雷建筑物外部防雷

五、建筑物防雷设计规范 GB50057-2010

在建筑里被雷劈中是什么感觉?- 西创系统(图6)

建筑物防雷设计规范 GB50057-2010

本文原标题《在建筑里被雷劈中是什么感觉?》

作者 胡博BoHu

支持原创,感谢作者


西创系统凹型精制钢竖明横隐(横附框)幕墙节点设计(图13)

西创系统凹型精制钢竖明横隐(横附框)幕墙节点设计(图14)


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