幕墻TA說 作者：胡博BoHu

某年東方明珠的壯觀景象，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造成損傷呢？

下文涉及到規(guī)范：

民用建筑電氣設(shè)計標準 GB51348-2019

建筑物防雷設(shè)計規(guī)范 GB50057-2010

一、法拉第籠 Faraday Cage

我們都知道一個著名的電學原理叫做法拉第籠原理，今天就由這個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行有關(guān)電學的實驗室發(fā)現(xiàn)，向球狀導電體通電后，電子只從導電體的外表面流過。

由電場唯一性定理，腔內(nèi)沒有電場，電位處處相等，整個腔體是個等位體。這樣空腔導體隔離了外電場的作用，使外電場不能透入空腔內(nèi)部。因此，金屬腔體保護了它所圍的區(qū)域，實現(xiàn)了靜電屏蔽。在實際應用中，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)其他地方的電場是非常弱的。

二、建筑物如何形成法拉第籠

法拉第籠對外界電磁場的屏蔽作用是很明顯的。對于現(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識的引下線和避雷帶進行施工。同時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焊接到屋頂，每層圈梁里至少選取一支鋼筋焊接成一個閉合圓環(huán)且與引下線鋼筋的搭接處應作焊接處理。這樣就形成了一個能夠?qū)崿F(xiàn)靜電屏蔽的法拉第籠了。

應用法拉第籠結(jié)構(gòu)效應，可對直擊雷起到 屏蔽、分流、均流的作用，實現(xiàn)防雷的目的。我國最早應用法拉第籠結(jié)構(gòu)作防雷系統(tǒng)的是 1958 年的人民大會堂工程，其將大會堂結(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，從而達到防雷的效果。

三、建筑物防雷設(shè)計要點

所謂防雷保護，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，保護了電力系統(tǒng)的安全。

對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)件進行等電位聯(lián)結(jié)，當雷電擊中建筑物時，雷電流經(jīng)由房屋內(nèi)的金屬構(gòu)件迅速地擴散到大地，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)的各場所。剖析其整個過程，最關(guān)鍵的應該是等電位聯(lián)結(jié)。

上述兩種方式的防雷裝置，其工作原理完全不一樣， 因此對于接地裝置、接地電阻的要求應該是不一樣的，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，因此也無需對接地電阻值提出較高要求， 舉個極端的例子，飛行器的防雷，其接地電阻是無窮大。

更多的時候，我們在設(shè)計建筑物防雷裝置時，設(shè)置了避雷帶，同時利用建筑柱筋作引下線，利用房屋基礎(chǔ)接地， 同時又外引接地極，看似混合使用了上述兩種方式，其實質(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)計時，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。

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有了上面的探討，在設(shè)計具有大量電子信息設(shè)備的建筑物的時候，也就掌握了設(shè)計方法。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)， 由于這個網(wǎng)存在間隙，必然會有部分雷電的能量穿透，但已經(jīng)衰減，如果這個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，每一層屏蔽層都應該是等電位的，否則就會有高電位被引入本區(qū)域，由于建筑物有大量的管線進出，這些管線就會把高電位引入，因此，所有的管線在進出所在防雷區(qū)域時必須進行等電位聯(lián)結(jié)，對于像水管、風管、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，對于無法直接相連的管線（如強、弱電電纜的芯線、作陰極保護的燃氣管道等），那么就通過 SPD 相連接， 使其在有雷電流時導通，而在平時斷開。

四、民用建筑電器防雷設(shè)計標準 GB51348-2019

舉例第二類防雷建筑物外部防雷

五、建筑物防雷設(shè)計規(guī)范 GB50057-2010

建筑物防雷設(shè)計規(guī)范 GB50057-2010

本文原標題《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