高层建筑的雷击效应及防雷设计技术探究.doc

高层建筑的雷击效应及防雷设计技术探究.doc高层建筑的雷击效应及防雷设计技术探究摘要:雷电是高层建筑物的危害来源之一,给人们的日常生产、生活带来了直接、严重的影响。雷电防护问题是低压弱电和高压强电的综合体, 研究高层建筑物安全有效的雷电防护措施, 降低雷电灾害所带来的损失及严重危害,是工程技术人员及相关领域的学者所面临的重要课题。文章从雷电灾害对高层建筑产生的雷击效应出发, 研究雷击高层建筑时所产生的感应磁场、感应电流等, 分析雷电流在高层建筑物金属构架上的分布及室内的磁场分布情况,探讨避雷系统对建筑物内的磁场分布的影响,从而研究现代高层建筑的雷电防护技术, 对工程技术人员进行雷击灾害防护工作提供参考。关键词:高层建筑;雷击;防雷设计;雷电流分布中图分类号: 文献标识码:A 文章编号: 1006-8937 ( 2013 ) 17-0137-03 随着信息化时代的日益发展, 雷灾出现与以往不同的新特点: 遭受雷电灾害的范围逐年扩大, 从过去主要集中在建筑与电力等领域, 现如今几乎所有行业都会波及到, 尤其是电子工业、航天航空、邮电通信等与高新技术关系密切的领域。在空间领域上,雷电灾害由二维扩展到三维空间; 过电压波以及闪电直击沿线传输是传统雷电灾害的入侵方式, 脉冲电磁场在现代雷电灾害中成为主要的表现形式,能够入侵到三维空间的任意位置。与此同时,防雷工程也随之发生变化,目前主要是防雷电电磁脉冲。科学技术的发展使得雷灾的攻击对象为高层建筑的电子设备, 同时成为雷电电磁脉冲的破坏对象。雷电干扰高层建筑的途径主要包括: 强雷电流在高层建筑避雷设备遭受雷击时, 沿钢筋结构导入大地, 产生过压干扰电子设备, 导致接地装置电位升高、电子设备反击; 建筑金属管线遭受雷击时, 在金属管线上形成直击雷过电压, 雷击金属管线附近的物体, 产生感应过压, 危害室内电子设备; 在几种雷击干扰中, 雷击高层建筑避雷系统的危害最大, 研究室内雷电电磁场分布情况, 是分析高层建筑内各种电子设备和系统雷电危害的要点。 1 雷击建筑物内导体电气参数现代高层建筑物防雷设计, 往往利用建筑物结构钢筋等金属导体安装防雷系统,通常称为“法拉第笼”,如图 1 所示,能够全方位预防高层顶部及侧面遭受雷击, 使整个建筑物得到保护, 同时屏蔽、均衡暂态对地悬浮电压。笼网式避雷属于多分支导体系统, 当高层建筑遭受雷击时, 这些分支导体就成为传输强雷电流的主要途径。同时产生雷电暂态过程, 其电磁效应将威胁高层建筑内的电子设备。为了估计暂态电磁效应, 需要确定雷电流的分布情况, 并以此为参考数据, 最终确定电磁场在高层建筑内的分布, 得到感应磁场场强的大小,为保护高层建筑的电子设备提供依据。依据静态系统原则, 对高层建筑防雷导电整体结构分段, 并将每段简化为耦合π型电路, 如图 2 所示。一定数量的耦合π型电路单元即等效为防雷系统,求解等值网络,即得其电磁暂态过程。研究当中通常用电容、电阻等电气参数对电气特性进行描述。由于在各分支导体之间存在电磁耦合, 这些参数以矩阵形式表现出来, 随频率的变化而变化。给定各分支的几何尺寸及空间坐标,即可计算其电气参数。通常利用均电位法求解高层建筑结构钢筋分支导体电容参数。对导体任一点的电位求解,求导体尺寸积分均值,求出电位系数。导体 i、j相互垂直, 直径均为 2a, 与各自的镜象关于地面对称。设导