幕墻TA說 作者：胡博BoHu

某年?yáng)|方明珠的壯觀景象，不少人留言感嘆：是誰在渡劫嗎？

那建筑被雷電擊中后是否會(huì)造成損傷呢？

下文涉及到規(guī)范：

民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB51348-2019

建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50057-2010

一、法拉第籠 Faraday Cage

我們都知道一個(gè)著名的電學(xué)原理叫做法拉第籠原理，今天就由這個(gè)原理來腦洞下建筑防雷的問題。

本杰明·富蘭克林在第一次進(jìn)行有關(guān)電學(xué)的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，向球狀導(dǎo)電體通電后，電子只從導(dǎo)電體的外表面流過。

由電場(chǎng)唯一性定理，腔內(nèi)沒有電場(chǎng)，電位處處相等，整個(gè)腔體是個(gè)等位體。這樣空腔導(dǎo)體隔離了外電場(chǎng)的作用，使外電場(chǎng)不能透入空腔內(nèi)部。因此，金屬腔體保護(hù)了它所圍的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了靜電屏蔽。在實(shí)際應(yīng)用中，腔體不需要完全密封，如果腔體上有小孔或腔體由金屬網(wǎng)格(類似法拉第籠)構(gòu)成，除了直接靠近小孔 或網(wǎng)格附近，網(wǎng)格內(nèi)其他地方的電場(chǎng)是非常弱的。

二、建筑物如何形成法拉第籠

法拉第籠對(duì)外界電磁場(chǎng)的屏蔽作用是很明顯的。對(duì)于現(xiàn)代新建建筑物來說，基本上都采用鋼筋混凝土或全金屬框架結(jié)構(gòu)，這樣就可以充分利用自身鋼筋或金屬框架形成法拉第籠結(jié)構(gòu)。

比如，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的新建建筑物，可以根據(jù)電氣施工圖中的接地平面圖和防雷平面圖中標(biāo)識(shí)的引下線和避雷帶進(jìn)行施工。同時(shí)可充分利用新建建筑物自身柱筋形成法拉第籠，即每根柱子里選取一支鋼筋作為引下線且通長(zhǎng)焊接到屋頂，每層圈梁里至少選取一支鋼筋焊接成一個(gè)閉合圓環(huán)且與引下線鋼筋的搭接處應(yīng)作焊接處理。這樣就形成了一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)靜電屏蔽的法拉第籠了。

應(yīng)用法拉第籠結(jié)構(gòu)效應(yīng)，可對(duì)直擊雷起到 屏蔽、分流、均流的作用，實(shí)現(xiàn)防雷的目的。我國(guó)最早應(yīng)用法拉第籠結(jié)構(gòu)作防雷系統(tǒng)的是 1958 年的人民大會(huì)堂工程，其將大會(huì)堂結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱、基礎(chǔ)鋼筋全部焊接貫通，形成 金屬網(wǎng)格的法拉第籠，從而達(dá)到防雷的效果。

三、建筑物防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)

所謂防雷保護(hù)，就是要么將雷電引至他處，要么利用等電位聯(lián)結(jié)的法拉第籠的屏蔽原理去抵御雷電的侵入，使自己免遭損害。

將雷擊引到別處去，比較成熟的應(yīng)用，如電力系統(tǒng)架空線路上方全程覆蓋避雷線，由于其位置比電力線路更容易遭到雷擊，因而將絕大部分的雷電引走，保護(hù)了電力系統(tǒng)的安全。

對(duì)于鋼筋混凝土建筑物而言，可將房屋的屋面鋼筋、柱內(nèi)鋼筋以及建筑物的基礎(chǔ)鋼筋等金屬構(gòu)件進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)，當(dāng)雷電擊中建筑物時(shí)，雷電流經(jīng)由房屋內(nèi)的金屬構(gòu)件迅速地?cái)U(kuò)散到大地，從而避免遭受雷電損害。其理論原理就是法拉第籠的屏蔽作用，由雷電引發(fā)的高電位只影響法拉第籠本身，而不影響其內(nèi)的各場(chǎng)所。剖析其整個(gè)過程，最關(guān)鍵的應(yīng)該是等電位聯(lián)結(jié)。

上述兩種方式的防雷裝置，其工作原理完全不一樣， 因此對(duì)于接地裝置、接地電阻的要求應(yīng)該是不一樣的，第一種方式，是要將雷電流迅速地引至大地，因而接地電阻 要小，GB50057 也對(duì)不同類別防雷建筑物的接地電阻提出了相關(guān)要求；而第二種方式，就建筑物防雷本身而言，跟接地電阻值關(guān)系不大，除占地很小的構(gòu)筑物（如：煙囪、 水塔）和獨(dú)立基礎(chǔ)的建筑物外，均無需考慮引下線處可能 出現(xiàn)的跨步電壓，因此也無需對(duì)接地電阻值提出較高要求， 舉個(gè)極端的例子，飛行器的防雷，其接地電阻是無窮大。

更多的時(shí)候，我們?cè)谠O(shè)計(jì)建筑物防雷裝置時(shí)，設(shè)置了避雷帶，同時(shí)利用建筑柱筋作引下線，利用房屋基礎(chǔ)接地， 同時(shí)又外引接地極，看似混合使用了上述兩種方式，其實(shí)質(zhì)還是第二種方式（法拉第籠的屏蔽作用）。明白了上述 防雷的基本原理后，在建筑物防雷設(shè)計(jì)時(shí)，就可以更好地去理解和執(zhí)行規(guī)范（GB50057），而不是拘泥于規(guī)范條文了。

精制鋼 精致鋼 精細(xì)鋼 高精鋼 精密鋼 直角方管 精品鋼 尖角方管 西創(chuàng)系統(tǒng)幕墻工程 工程鋼結(jié)構(gòu) 采光頂 十字鋼

有了上面的探討，在設(shè)計(jì)具有大量電子信息設(shè)備的建筑物的時(shí)候，也就掌握了設(shè)計(jì)方法。首先，利用建筑物外圍的屋面、梁、柱、墻內(nèi)的鋼筋組成最外層等電位的屏蔽網(wǎng)， 由于這個(gè)網(wǎng)存在間隙，必然會(huì)有部分雷電的能量穿透，但已經(jīng)衰減，如果這個(gè)能量還足以破壞建筑物內(nèi)的電子產(chǎn)品， 那么就需要在這些設(shè)備的外側(cè)作第二道等電位的屏蔽網(wǎng) ，以此類推，還可以做第三道屏蔽。值得注意的是，每一層屏蔽層都應(yīng)該是等電位的，否則就會(huì)有高電位被引入本區(qū)域，由于建筑物有大量的管線進(jìn)出，這些管線就會(huì)把高電位引入，因此，所有的管線在進(jìn)出所在防雷區(qū)域時(shí)必須進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)，對(duì)于像水管、風(fēng)管、金屬橋架、電纜金屬外皮等可以通過金屬線纜直接與等電位裝置相連，對(duì)于無法直接相連的管線（如強(qiáng)、弱電電纜的芯線、作陰極保護(hù)的燃?xì)夤艿赖龋?，那么就通過 SPD 相連接， 使其在有雷電流時(shí)導(dǎo)通，而在平時(shí)斷開。

四、民用建筑電器防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB51348-2019

舉例第二類防雷建筑物外部防雷

五、建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50057-2010

建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50057-2010

本文原標(biāo)題《在建筑里被雷劈中是什么感覺？》

作者 胡博BoHu

支持原創(chuàng)，感謝作者