高层建筑电气施工中防雷及接地技术应用探究

王泽龙

（山西三建集团有限公司，山西长治 046000）

0 引言

在建筑行业取得飞速发展的背景下，高层建筑施工数量不断增加。相较于普通建筑，高层建筑内部电气设备更多，一旦遭受雷击将引发严重损失，甚至造成火灾事故发生。因此，在电气施工阶段，应加强防雷及接地技术研究，针对不同雷电波采取有效的防雷、避雷技术，保证建筑在雷雨天气依然正常运行，为人员生命财产安全提供保障。

1 高层建筑电气施工防雷及接地技术概述

高层建筑由于高度较高，容易遭受直击雷、雷电波入侵、感应雷等雷电灾害，导致内部电气设备损坏。为预防雷电灾害方式，在建筑电气施工阶段需在建筑物上布设金属导体接收雷电流，并将其导入大地，达到避雷效果。

在防雷技术运用方面，主要包含避雷针和避雷网，通过连接大地防止建筑电气设备、设施因遭受雷击而受损。在电气施工期间，常见措施包含3 类，即接闪、均力和屏蔽。针对电力供应系统，多采取接闪措施，将避雷针等接闪装置直接引雷，防止雷电随意放电，但可能给周边设备、线路等带来危害。在电气线路辐射过程中，多采用均力措施，将均压环接至接地导体上，雷电流经过时将形成“等电位岛”，预防雷电发生，避免周围设备受损[1]。在电气设备安装期间，针对金属管、壳等多采取屏蔽措施，安装防护罩或将金属与地连接，避免装置受雷电干扰。

在接地技术运用上，需做好接地装置和引下线等结构布置。通过在地下埋设接地导体，可以将雷电流输入大地，高层建筑多使用钢筋混凝土基础中的钢筋接地。在将雷电流导入地下时，主要需实现接闪器和接地装置连接，通常将建筑物剪力墙主筋当成是引下线。按照建筑电气施工规范，接地电阻应不超4Ω，弱电系统接地电阻则控制在0.5~1Ω。而建筑地质条件或内部环境无法达到接地施工要求，则需安装人工接地装置，使用经热镀锌和防腐处理钢材等作为接地极。按照技术规范要求，接地极埋深至少达到0.6m，回填使用低阻率软土，也可使用专用降阻材料，做到分层夯实。使用垂直接地体对长度提出了要求，至少达到2.5m，布置两个接地体要求彼此间至少保持5m 距离。

2 防雷及接地技术在高层建筑电气施工中的应用

2.1 工程概况

某高层建筑为商住宅工程，包含地上18 层和地下1 层，地上1~2 层为商业建筑，3 层及以上为住宅建筑，地下1 层建设车库，建筑面积48347.65m2。建筑主体采用钢筋混凝土框剪结构，抗震设防烈度为Ⅶ度，防雷类别为二类。在工程施工期间，考虑到建筑内、外需安装大量电气设备、设施，需做好防雷和接地施工，保证建筑使用安全。

2.2 防雷及接地施工

2.2.1 基础接地网焊接

工程采用桩基础，地基埋深较深，使用内部钢筋进行接地网施工，需要将固定桩中垂直钢筋在底板中焊接成一个整体。每个桩基作为一个接地点，在节点越多的情况下能够有效提升接地网安全系数。在工程施工期间，需完成塔吊组立，实现底板钢筋吊运。在底板钢筋安装未结束时，将部分接地钢筋连接，与塔吊基座地脚螺栓连接，确认连接钢筋直径至少达到12mm，开展电阻测试确认符合建筑施工要求。在引下线安装时，选择基础接地固定位置，在基础钢筋上焊接封闭环。将桩基主筋、基础梁水平主筋、承台底筋连接构成接地体，采取通长焊接方式，构成闭合环路，形成自然基础接地体[2]。从接地网圆钢引出接地线，沿着结构柱敷设，至少包含两处头尾，每超30m 增设一处，用于电缆桥架接地。安装接地网焊接施工要求，各引下点接地电阻应不超1Ω，无法满足要求需设置人工接地体。使用φ12 热镀锌圆钢将各处引下线、保护接地装置等与接地体焊接连接，需做好连接板施工，基础接地网施工技术参数如表1 所示。

表1 基础接地网施工技术参数

2.2.2 引下线施工

工程引下线采用闪接器和接地装置金属导体一体接地方式，要求选择强度、耐腐蚀度足够的接地下线，确保可以承受大雷电流。沿着建筑物四周对称、均匀布置两条引下线，彼此间的距离不超18m。实际工程使用结构柱对角主筋作引下线，采用电渣压力焊方式将φ16~22 主筋与φ25 直螺纹套筒焊接连接。在结构柱截面转变层位置，需实现主筋跨接焊施工，采用双面焊技术和φ12 热镀锌圆钢连接，焊接长达到圆钢直径6 倍。现场完成钢筋抗拉试验后，需焊接补强钢筋，及时与主筋连接。在引下线顶端应并接水平梁主筋，焊接φ12 热镀锌圆钢，用于连接闪接器。建筑幕墙顶部安装闪接器，位置在女儿墙盖板处，沿着周边焊接φ12 镀锌圆钢，与主体引下线焊接在一起。盖板安装300mm 角钢两段，使用镀锌圆钢连通，分别与女儿墙圆钢和内侧角钢连接，角钢和铝板间使用螺丝压接。在施工结束后，应检查确认焊包饱满，发现不均匀等情况立即整改，接地装置和闪接器电阻不超1Ω。

2.2.3 防侧击雷施工

在高层建筑防雷施工期间，防侧击雷通常不设闪接器，而是将大金属件通过钢筋接地。工程作为二类防雷建筑，从45m 开始每3 层位置，应沿着外墙周边窗框设置均匀环，有效预防侧击雷发生。按照施工要求，在窗框一周辐射25mm×4mm 镀锌扁钢，通过将各圈梁周边的主筋焊接连接，可以构成均压环，连接周围金属结构，如空调外机、引下线、门窗等。圈梁主筋通过φ10 圆钢引出后，与接地端子连接，然后使用螺丝和固定窗框铁板架紧固接地结构。考虑到建筑使用期间用户将自行安装空调外机等设备，如果直接从配电箱引出PE 线接地，将为雷电流进入配电系统提供路径[3]。为预防该类问题发生，在空调板处预留φ10 热镀锌螺栓，露出平面5cm，用于设备接地。工程采用铝合金门窗，在施工时甩出25mm×4mm 热镀锌扁钢，一端钻孔固定在门窗上，另一端使用φ10 热镀锌圆钢连接均压网。金属门窗接地电阻不能超过1Ω，完成门窗安装调整后，使用螺栓、平垫等将门窗与预留接地连接牢固，做好圆钢尾部焊接连接，测试确认电阻值等指标符合要求。此外，工程部分墙体进行铝合金幕墙施工，在主金属框架位置需设置避雷带，实现立柱、横梁间的跨接连接，确保角码和主体预埋件、均压环间连接良好。采用40mm×4mm镀锌扁钢引出均压环，横向连接点间距在18~24m，焊接长达到宽度2 倍，做到三面施焊。扁钢剩余一端采用M8 不锈钢对穿螺栓与竖向主龙骨压接，增设1mm 厚垫片为不锈钢材质，防止金属件发生电化学腐蚀。竖向龙骨采用至少50mm2金属连接片压接，上下使用不锈钢对穿螺栓和弹簧垫连接。在竖向龙骨和横向龙骨连接方面，使用25mm2以上金属软编制线和对穿螺栓压接，构成均匀环。

2.2.4 等电位接地施工

在高层建筑施工期间，除了做好外部防雷接地，也需做好内部防雷。在雷电交加天气，卫生间等潮湿空间容易出现雷击隐患。因为在大的雷击电流通过引下线的过程中，经过潮湿区域将产生电位差，遇到其他金属管道将产生感应电位[4]。感应电位比引出线电位高，引发感应电流，通过金属管道传递后可能导致触电事故的发生，因此应做局部等电位连接，卫生间等电位接地如图1 所示。为降低室内雷击事故发生概率，需对局部末端进行重复接地，安装等电位接地系统，电阻测试结果不超1Ω。此外，针对供电设备等重要电气装置，使用电涌保护器完成电源线、信号线的等电位联结。在需要防雷的房间内安装电压保护器，与建筑物金属构架联结，形成等电位网络，防止设备受雷击损坏。

图1 卫生间等电位接地

2.2.5 避雷带施工

在屋面防雷施工方面，需在外圈梁上安装避雷带。工程结构梁主筋内安装10m×10m 避雷网，与引下线连接，可以完成雷电流散流。针对屋面构架外交等突出位置，使用φ12 热镀锌圆钢作避雷针，高度达50cm，避雷针安装如图2 所示。

图2 避雷针安装

2.3 施工注意事项

2.3.1 防雷装置安装

在高层建筑施工期间，应严格按照《建筑物的雷电防护装置》（IEC 1024）、《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）等标准将建筑物防雷划分为内、外两部分，综合运用各种防雷及接地技术保证建筑安全性。首先，作为现代建筑，工程内部安装较多弱电系统，为加强接地电阻大小控制，应选型导电性强的材料制作接地体。使用钢材拥有良好导电性，但为防止因氧化腐蚀出现导电性下降问题，需做好防腐处理。此外，也可以选用导电、稳定性高的石墨材料降阻。其次，在避雷带施工期间，使用圆钢等接受电流，应确认为不锈钢管，且厚度至少达到2.5mm，对接位置做跨接处理，获得较强接闪能力。将避雷带、建筑物柱和墙内钢筋当成是引下线，在连接接地装置时应确认保持良好均压和屏蔽效果[5]。再者，针对铝合金幕墙等特殊部位，应可靠连接主体构筑物防雷装置，并做好连接点位置接地电阻检测。针对伸缩缝、沉降缝等位置施工，如果未留有余量容易导致避雷带、接地母线等断开，因此在穿越这些区域时应做成弧形、拱形等，规范安装卡子等材料，保证防雷装置耐久性。在屋面防雷施工中，将避雷带和突出金属物连接，搭接位置应涂抹防锈漆。最后，使用避雷支架安装防雷装置，应做到规范施工，根据施工图确定打孔位置。在距离外墙10cm 的位置安装避雷支架，应使用电锤直线打孔，将支架插入后使用泥浆封堵牢固。

2.3.2 接地系统施工

在建筑电气施工期间，需做好系统接地、设备保护接地和等电位接地等。首先，在系统接地方面，为独立接地系统安装接地网，应加强接地网间距离控制，避免产生相互干扰。使用单根接地极，与周围接地极至少保持20m 才能达到零电位要求。建筑结构复杂，给接地系统分开布置带来了一定难度，因此工程主要采用统一接地系统，使各部分接地共用一套接地装置，要求在接地线敷设时做好屏蔽处理。在弱电系统接地上，暗敷绝缘单芯电缆，并穿设塑料管，与接地装置单点接地。其次，在设备接地上容易出现PE 线和N 线混接问题，造成接地电阻过大。为避免出现这一情况，应严格按照规范使用黄绿塑料铜芯线作为PE 线，实现干线等电位联结，与建筑各层强电竖井内预埋接地钢板连接，并与主体结构主筋连通。工程部分室内使用Ⅰ类灯具，距离地面不超2.4m，应确认裸露导体连接PE 线。最后，在等电位联结施工时，因施工图设计深度不够，易出现随意确定联结线数量等情况，给工程遗留安全隐患。通过加强图纸会审明确联结部位和敷设方式，确认在电源进线位置设置总等电位端子，供金属管道和电位箱联结使用。建筑金属管道与配电箱间存在较远距离，可使用基础梁主筋焊接成闭合通路，代替镀锌扁钢实现等电位联结。此外，建筑景观灯等设备可将引出线与配电箱外壳连接，并与避雷带和引下线连接。为防止中间断开，使用镀锌抱箍至少6mm2的双色铜芯导线跨接，确认连接位置管道面漆接触良好。

3 结语

在高层建筑电气施工中，采用的防雷和接地技术种类较多，需结合具体需求选择。实际在防雷接地施工方面，首先应做好接地网的建设，通过连接基础钢筋形成接地体，然后沿着主体结构筋完成引线下安装，在幕墙顶等容易受雷击位置安装闪接器，在门窗等位置布置均压环放侧雷击，最后做好室内防雷保护部署和屋面防雷施工。综合考量建筑内、外防雷问题，合理安装防雷装置和规范进行接地系统施工，加强防雷及接地技术应用细节把控，能够取得理想防雷效果，推动工程可持续发展。