中央塔建筑防雷分析

1、<p><b>　　中央塔建筑防雷分析</b></p><p>　　摘要：文章以中央廣播電視塔為主體，介紹了中央塔高層智能化建筑利用混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋防雷保護系統(tǒng)特點和綜合性措施，并對高層智能化建筑物防雷進行了探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：中央塔高層智能建筑結(jié)構(gòu)鋼筋防雷保護 </p><p>　　中圖分類號：[TU208.3] 文

2、獻標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　一、中央塔概況 </b></p><p>　　中央廣播電視塔（簡稱“中央塔”）位于北京，1993年正式投入使用，其建筑面積近5.9萬平米，占地面積15.4公頃，塔高405m，是典型的超高層建筑物，又具有重要的社會屬性。（圖 中央塔剖面圖） </p><p>　　標(biāo)高±0.0米以上

3、高度405m，塔基礎(chǔ)深度達-24.0m， -24.0—322.0m為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，322.0－405.0m為鋼桅桿和避雷針支架。 </p><p>　　中央塔是超高層和智能化的建筑物，主要功能是廣播電視節(jié)目的傳輸發(fā)射和觀光旅游，塔上安裝運行著高技術(shù)類的敏感設(shè)備，要求設(shè)備全天候不間斷運行，設(shè)備停機會帶來昂貴的間接損失和社會影響。中央塔所處位置和擔(dān)負的任務(wù)，一旦遭受雷災(zāi),損失將非常嚴(yán)重,后果會不堪設(shè)想，所以其建

4、筑防雷系統(tǒng)的可靠性極為重要。 </p><p>　　二、雷電成因與破壞形式 </p><p>　　據(jù)資料統(tǒng)計北京全年平均雷暴天數(shù)為36.7天，雷擊選擇性實際因素證明高聳地面的超高層建筑物遠比一般建筑遭雷擊的概率要大得多。雷電放電是由帶電的雷云引起的，雷云帶電原因非常復(fù)雜，涉及到諸多因素，暫無固定成因，而大多數(shù)雷電放電發(fā)生在雷云之間，雷云之間的放電對地面建筑物等設(shè)施無直接危害。雷云對地放電雖

5、然只占少數(shù)，但這種放電一旦發(fā)生就會對建筑物等設(shè)施產(chǎn)生直接嚴(yán)重危害。 </p><p>　　雷云對地放電以負極性下行先導(dǎo)放電為主。一般來說雷電的破壞有三種形式：一是直擊雷，即雷直接擊在建筑物或設(shè)備上而發(fā)生的機械效應(yīng)和熱效應(yīng)。二是雷電側(cè)擊或滾擊建筑物上；三是雷電感應(yīng)，即雷電產(chǎn)生的電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)，由電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)作用所產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓,會比直接破壞作用具有更大的危害，它能夠損壞建筑物信息系統(tǒng)和電氣設(shè)備，甚至造成

6、人身傷亡。因此在防雷設(shè)計施工維護驗收中，一直受到關(guān)注。 </p><p>　　三、中央塔建筑物的防雷 </p><p>　　目前防雷保護設(shè)計中，通常采用防雷保護措施有：(1)將絕大部分雷電流直接引入地下基礎(chǔ)接地裝置泄散；(2)阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)信號線引入的過電壓；(3)限制被保護設(shè)備浪涌過電壓幅值的方法。以下是根據(jù)上述防雷保護措施，結(jié)合中央塔超高建筑的實際特點進行探討性分析。 </p

7、><p><b>　?。ㄒ唬┙拥伢w </b></p><p>　　中央塔建筑的供電系統(tǒng)工作、安全保護接地以及工藝接地是統(tǒng)一利用塔體環(huán)形基礎(chǔ)和地下基礎(chǔ)作綜合接地裝置，其設(shè)計要求接地電阻不大于0.5歐姆。環(huán)形基礎(chǔ)作為接地體，其半徑范圍13-28m，上環(huán)板標(biāo)高-21.0m,下環(huán)板標(biāo)高-24.0m，上、下環(huán)板底面處同一平面。 </p><p>　　從表面看

8、，建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋被混凝土包裹著，與地下的土壤隔離，鋼筋傳導(dǎo)的電流難以泄散到大地。但從實際情況來看，含有水分的混凝土有較低的電阻率，能夠起到泄散電流的作用，因而建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋結(jié)構(gòu)可看作是自然接地體。滿足了防雷接地、工作接地、保護接地、工藝接地以及通訊接地對接地體電阻最小值的要求。 </p><p><b>　?。ǘ┙娱W器 </b></p><p>　　接閃器有

9、避雷針、避雷帶（網(wǎng)）、消雷器等幾種，中央塔根據(jù)建筑物的造型及避雷效果，采用避雷針、明裝避雷帶和暗裝避雷網(wǎng)相結(jié)合的方式，接閃器的布置符合如下要求。 </p><p><b>　　1、塔頂避雷針 </b></p><p>　　高度范圍在322－405m之間為鋼桅桿和避雷針，利用鋼天線桅桿本身作引下線，以防高空直擊雷。 </p><p><b&

10、gt;　　2、暗裝避雷網(wǎng) </b></p><p>　　高度范圍在257－322m之間為矩形混凝土桅桿和鋼桅桿與混凝土桅桿插接部分?；炷廖U內(nèi)水平鋼筋與豎向鋼筋焊接，形成尺寸不大于0.1×0.15m暗裝避雷網(wǎng)?；炷廖U的每層鋼平臺、內(nèi)外爬梯、欄桿、鋼門框等均與其水平主鋼筋焊接。 </p><p>　　高度范圍在30－197m之間為混凝土塔筒，或稱塔身。塔身外筒為圓

11、形，內(nèi)筒是電梯井道，成方形?；炷了韮?nèi)水平鋼筋與豎向鋼筋焊接，形成尺寸不大于0.15×0.15m暗裝避雷網(wǎng)。 </p><p><b>　　3、明裝避雷網(wǎng) </b></p><p>　　中央塔的塔樓直徑最大41m，高度范圍在197－257m之間。塔樓玻璃幕墻之框架及金屬墻板之框架構(gòu)成明裝避雷網(wǎng)，均與塔樓各層鋼梁、墻體框架焊接，以防高空側(cè)向雷擊或滾雷。塔座0

12、－30 m玻璃幕墻之框架及金屬墻板之框架構(gòu)成明裝避雷網(wǎng)。 </p><p>　　此外，塔體外的天線裝置、鋼爬梯、欄桿、塔座外立面金屬框架等，均與就近的避雷接地端子焊接。 </p><p>　　（三）引下線及均壓環(huán) </p><p>　　中央塔桅桿、塔體外筒及梁柱、電梯井道之鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，非預(yù)應(yīng)力主鋼筋作接地引下線；豎向主鋼筋與水平主鋼筋、梁板鋼筋焊接作為均壓環(huán)。

13、引下線、接地體、均壓環(huán)和接閃器間采用焊接方式牢固可靠地連接。 </p><p>　　將塔樓、塔座外墻金屬框架、變壓器零線端子、變壓器外殼、開關(guān)柜外殼、配電箱外殼、空調(diào)冷凍機組外殼、電纜支架、火災(zāi)報警控制箱外殼、天線裝置、航空障燈等正常不帶電金屬外表均與本層接地端子用扁鋼埋地或暗輔連接。 </p><p>　　地下基礎(chǔ)作為接地體（裝置），是將地下基礎(chǔ)上、下兩層環(huán)向每二條主筋焊接成閉環(huán)，然后與

14、部分徑向每兩條主鋼筋焊接，徑向主鋼筋也焊接成閉環(huán)，然后，從筒體豎鋼筋向上焊接至塔頂。 </p><p>　　塔頂鋼天線桅桿本身作引下線，桅桿本體螺栓連接處，每面加兩點焊接。鋼天線桅桿與混凝土桅桿插接，插接范圍在標(biāo)高322m和314m在之間，在混凝土桅桿的標(biāo)高322m和314m處預(yù)留避雷接地鋼筋與鋼天線桅桿施焊。 </p><p>　?。ㄋ模├纂姼袘?yīng)和雷電侵入波防護 </p>

15、<p>　　由于中央塔的全部結(jié)構(gòu)鋼筋連接成一個電氣整體，即形成了籠式避雷網(wǎng)，在結(jié)構(gòu)上已形成等位體，雷擊對電氣設(shè)備的損害主要是雷電感應(yīng)或雷電侵入波。 </p><p>　　籠式避雷網(wǎng)可以看做是一個法拉第籠，它具有對雷電流產(chǎn)生的暫態(tài)脈沖電磁場起到屏蔽作用，使進入建筑物內(nèi)部的電磁干擾受到削弱；同時,籠式避雷網(wǎng)也能夠?qū)讚魰r,產(chǎn)生的暫態(tài)電位升高起到電位均衡作用，將各部位暫態(tài)對地懸浮電位均衡到大致相等水平。 &l

16、t;/p><p>　　為了防止雷擊產(chǎn)生的雷電侵入波過電壓沿電源線路、通信線路、金屬管道進入建筑物內(nèi)造成危險，中央塔的電源、通信線纜、金屬管道全部采用溝道或埋地進出塔，其中三路10KV電源線路管溝入塔，電源制式為380V 三相五線制。 </p><p>　　在被保護設(shè)備電源、天饋線、信號線路前端各級安裝適合浪涌保護器，限制被保護設(shè)備浪涌過電壓幅值。 </p><p>　　

17、中央塔塔樓空調(diào)室外機、節(jié)日照明彩燈、航空障礙燈及其它用電設(shè)備的線路則采用置于避雷網(wǎng)或接閃器保護區(qū)內(nèi)，線路外穿鋼管。 </p><p>　?。ㄎ澹┲醒胨ㄖ锏姆览滋攸c </p><p>　　1、中央塔始建于二十世紀(jì)八十年代末，是國家重點建設(shè)工程項目，從所處位置和擔(dān)負的安全播音任務(wù)，以及所具有高度和體量，中央塔雖屬第二類防雷建筑物，但其采取的防雷保護措施苛刻程度超于第一類防雷建筑物。 <

18、;/p><p>　　2、中央塔的設(shè)計是參照二十世紀(jì)八十年代的建筑物防雷設(shè)計規(guī)范，設(shè)計說明中未提及滾球法保護相關(guān)內(nèi)容，當(dāng)時僅參考是避雷針高度為30－120m內(nèi)對保護范圍的影響。隨著避雷針高度增加，保護范圍減小。 </p><p>　　3、塔主體為鋼筋混凝土筒式結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)筒外筒，內(nèi)外筒壁內(nèi)結(jié)構(gòu)縱向主鋼筋直徑32mm，環(huán)向主鋼筋直徑18-22 mm。引下線、接地體、均壓環(huán)和接閃器間均采用牢固可靠地

19、焊接方式連接。 </p><p>　　4、中央塔建筑的鋼筋混凝土基礎(chǔ)埋地深達24m，與大地的接觸面積大，形狀成平面環(huán)形板狀，基礎(chǔ)外表面無防腐層或防水層，構(gòu)成一個巨大的基礎(chǔ)接地網(wǎng)。防雷接地與交流工作接地、安全保護接地、工藝接地以及通訊接地共用塔接地裝置。所以其接地電阻比一般人工接地所得到電阻低得多，其實測值0.08歐姆。 </p><p>　　5、建筑物中混凝土鋼筋，由于它的內(nèi)、外筒壁和塔樓

20、的梁、柱、樓板及墻內(nèi)都有相當(dāng)數(shù)量縱橫向鋼筋，樓板與樓板之間還有鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)格一般小于0.3m×0.3m。將建筑物中的全部鋼筋連接成一個電氣整體，即形成了暗裝避雷網(wǎng)。其屏蔽效能在很多程度上取決于鋼筋網(wǎng)格尺寸，塔體實際鋼筋網(wǎng)格尺寸小于0.15×0.15m。 </p><p>　　6、中央塔塔身圓筒形，塔樓外形成宮燈形，矩形天線混凝土和鋼桅桿，分多段收窄至塔尖。其建筑的長細比大于25：1，是典

21、型的超高層塔式建筑物，周圍環(huán)境無其他相同高度建筑，塔尖位置首選裝設(shè)獨立接閃器避雷針。塔體外形無屋角、無屋脊、無屋檐和檐角等易受雷擊部位。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語 </b></p><p>　　雖然中央塔開播20年以來，未發(fā)生過雷電災(zāi)害事件，說明了中央塔的防雷設(shè)計中所采取保護措施取得很好的效果。鑒于雷擊事件的隨機性和防雷新技術(shù)發(fā)展，今后難以百分之百的防

22、止遭受雷擊或受到雷電危害，如：莫斯科塔、東方明珠塔、遼寧塔都發(fā)生雷擊引發(fā)火災(zāi)事件。需要堅持長期學(xué)習(xí)防雷新技術(shù)，要求工程技術(shù)人員了解防雷分區(qū)概念，建立完整的建筑物防雷保護方案體系。 </p><p>　　隨著建筑超高層和智能化發(fā)展趨勢，大量先進電子設(shè)備廣泛配備于建筑物內(nèi)。如：建筑的安全防范系統(tǒng)，主機、分控機安裝在室內(nèi)，而其視頻監(jiān)控設(shè)備分布場區(qū)露天，位置、高度突出建筑物，處于建筑物直擊非防護區(qū)。由于電子設(shè)備對雷電暫態(tài)