1、中央塔建筑防雷分析摘要：文章以中央广播电视塔为主体，介绍了中央塔高层智能化建筑利用混凝土结构钢筋防雷保护系统特点和综合性措施，并对高层智能化建筑物防雷进行了探讨。 关键词：中央塔高层智能建筑结构钢筋防雷保护 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 一、中央塔概况 中央广播电视塔（简称“中央塔” ）位于北京，1993 年正式投入使用，其建筑面积近 5.9 万平米，占地面积 15.4 公顷，塔高 405m，是典型的超高层建筑物，又具有重要的社会属性。 （图 中央塔剖面图） 标高0.0 米以上高度 405m，塔基础深度达-24.0m， -24.0322.0m 为钢筋混凝土框架结构，3
2、22.0405.0m 为钢桅杆和避雷针支架。中央塔是超高层和智能化的建筑物，主要功能是广播电视节目的传输发射和观光旅游，塔上安装运行着高技术类的敏感设备，要求设备全天候不间断运行，设备停机会带来昂贵的间接损失和社会影响。中央塔所处位置和担负的任务，一旦遭受雷灾,损失将非常严重,后果会不堪设想，所以其建筑防雷系统的可靠性极为重要。 二、雷电成因与破坏形式 据资料统计北京全年平均雷暴天数为 36.7 天，雷击选择性实际因素证明高耸地面的超高层建筑物远比一般建筑遭雷击的概率要大得多。雷电放电是由带电的雷云引起的，雷云带电原因非常复杂，涉及到诸多因素，暂无固定成因，而大多数雷电放电发生在雷云之间，雷云
3、之间的放电对地面建筑物等设施无直接危害。雷云对地放电虽然只占少数，但这种放电一旦发生就会对建筑物等设施产生直接严重危害。 雷云对地放电以负极性下行先导放电为主。一般来说雷电的破坏有三种形式：一是直击雷，即雷直接击在建筑物或设备上而发生的机械效应和热效应。二是雷电侧击或滚击建筑物上；三是雷电感应，即雷电产生的电磁感应和静电感应，由电磁感应和静电感应作用所产生的暂态过电压,会比直接破坏作用具有更大的危害，它能够损坏建筑物信息系统和电气设备，甚至造成人身伤亡。因此在防雷设计施工维护验收中，一直受到关注。 三、中央塔建筑物的防雷 目前防雷保护设计中，通常采用防雷保护措施有：(1)将绝大部分雷电流直接引
4、入地下基础接地装置泄散；(2)阻塞沿电源线或数据信号线引入的过电压；(3)限制被保护设备浪涌过电压幅值的方法。以下是根据上述防雷保护措施，结合中央塔超高建筑的实际特点进行探讨性分析。 （一）接地体 中央塔建筑的供电系统工作、安全保护接地以及工艺接地是统一利用塔体环形基础和地下基础作综合接地装置，其设计要求接地电阻不大于 0.5 欧姆。环形基础作为接地体，其半径范围 13-28m，上环板标高-21.0m,下环板标高-24.0m，上、下环板底面处同一平面。 从表面看，建筑物基础内的钢筋被混凝土包裹着，与地下的土壤隔离，钢筋传导的电流难以泄散到大地。但从实际情况来看，含有水分的混凝土有较低的电阻率，
5、能够起到泄散电流的作用，因而建筑物基础内的钢筋结构可看作是自然接地体。满足了防雷接地、工作接地、保护接地、工艺接地以及通讯接地对接地体电阻最小值的要求。 （二）接闪器 接闪器有避雷针、避雷带（网） 、消雷器等几种，中央塔根据建筑物的造型及避雷效果，采用避雷针、明装避雷带和暗装避雷网相结合的方式，接闪器的布置符合如下要求。 1、塔顶避雷针 高度范围在 322405m 之间为钢桅杆和避雷针，利用钢天线桅杆本身作引下线，以防高空直击雷。 2、暗装避雷网 高度范围在 257322m 之间为矩形混凝土桅杆和钢桅杆与混凝土桅杆插接部分。混凝土桅杆内水平钢筋与竖向钢筋焊接，形成尺寸不大于0.10.15m 暗
6、装避雷网。混凝土桅杆的每层钢平台、内外爬梯、栏杆、钢门框等均与其水平主钢筋焊接。 高度范围在 30197m 之间为混凝土塔筒，或称塔身。塔身外筒为圆形，内筒是电梯井道，成方形。混凝土塔身内水平钢筋与竖向钢筋焊接，形成尺寸不大于 0.150.15m 暗装避雷网。 3、明装避雷网 中央塔的塔楼直径最大 41m，高度范围在 197257m 之间。塔楼玻璃幕墙之框架及金属墙板之框架构成明装避雷网，均与塔楼各层钢梁、墙体框架焊接，以防高空侧向雷击或滚雷。塔座 030 m 玻璃幕墙之框架及金属墙板之框架构成明装避雷网。 此外，塔体外的天线装置、钢爬梯、栏杆、塔座外立面金属框架等，均与就近的避雷接地端子焊接
7、。 （三）引下线及均压环 中央塔桅杆、塔体外筒及梁柱、电梯井道之钢筋混凝土结构中，非预应力主钢筋作接地引下线；竖向主钢筋与水平主钢筋、梁板钢筋焊接作为均压环。引下线、接地体、均压环和接闪器间采用焊接方式牢固可靠地连接。 将塔楼、塔座外墙金属框架、变压器零线端子、变压器外壳、开关柜外壳、配电箱外壳、空调冷冻机组外壳、电缆支架、火灾报警控制箱外壳、天线装置、航空障灯等正常不带电金属外表均与本层接地端子用扁钢埋地或暗辅连接。 地下基础作为接地体（装置） ，是将地下基础上、下两层环向每二条主筋焊接成闭环，然后与部分径向每两条主钢筋焊接，径向主钢筋也焊接成闭环，然后，从筒体竖钢筋向上焊接至塔顶。 塔顶钢
8、天线桅杆本身作引下线，桅杆本体螺栓连接处，每面加两点焊接。钢天线桅杆与混凝土桅杆插接，插接范围在标高 322m 和 314m 在之间，在混凝土桅杆的标高 322m 和 314m 处预留避雷接地钢筋与钢天线桅杆施焊。 （四）雷电感应和雷电侵入波防护 由于中央塔的全部结构钢筋连接成一个电气整体，即形成了笼式避雷网，在结构上已形成等位体，雷击对电气设备的损害主要是雷电感应或雷电侵入波。 笼式避雷网可以看做是一个法拉第笼，它具有对雷电流产生的暂态脉冲电磁场起到屏蔽作用，使进入建筑物内部的电磁干扰受到削弱；同时,笼式避雷网也能够对雷击时,产生的暂态电位升高起到电位均衡作用，将各部位暂态对地悬浮电位均衡到
9、大致相等水平。 为了防止雷击产生的雷电侵入波过电压沿电源线路、通信线路、金属管道进入建筑物内造成危险，中央塔的电源、通信线缆、金属管道全部采用沟道或埋地进出塔，其中三路 10KV 电源线路管沟入塔，电源制式为 380V 三相五线制。 在被保护设备电源、天馈线、信号线路前端各级安装适合浪涌保护器，限制被保护设备浪涌过电压幅值。 中央塔塔楼空调室外机、节日照明彩灯、航空障碍灯及其它用电设备的线路则采用置于避雷网或接闪器保护区内，线路外穿钢管。 （五）中央塔建筑物的防雷特点 1、中央塔始建于二十世纪八十年代末，是国家重点建设工程项目，从所处位置和担负的安全播音任务，以及所具有高度和体量，中央塔虽属第
10、二类防雷建筑物，但其采取的防雷保护措施苛刻程度超于第一类防雷建筑物。 2、中央塔的设计是参照二十世纪八十年代的建筑物防雷设计规范，设计说明中未提及滚球法保护相关内容，当时仅参考是避雷针高度为30120m 内对保护范围的影响。随着避雷针高度增加，保护范围减小。 3、塔主体为钢筋混凝土筒式结构，分为内筒外筒，内外筒壁内结构纵向主钢筋直径 32mm，环向主钢筋直径 18-22 mm。引下线、接地体、均压环和接闪器间均采用牢固可靠地焊接方式连接。 4、中央塔建筑的钢筋混凝土基础埋地深达 24m，与大地的接触面积大，形状成平面环形板状，基础外表面无防腐层或防水层，构成一个巨大的基础接地网。防雷接地与交流
11、工作接地、安全保护接地、工艺接地以及通讯接地共用塔接地装置。所以其接地电阻比一般人工接地所得到电阻低得多，其实测值 0.08 欧姆。 5、建筑物中混凝土钢筋，由于它的内、外筒壁和塔楼的梁、柱、楼板及墙内都有相当数量纵横向钢筋，楼板与楼板之间还有钢筋网，钢筋网的网格一般小于 0.3m0.3m。将建筑物中的全部钢筋连接成一个电气整体，即形成了暗装避雷网。其屏蔽效能在很多程度上取决于钢筋网格尺寸，塔体实际钢筋网格尺寸小于 0.150.15m。 6、中央塔塔身圆筒形，塔楼外形成宫灯形，矩形天线混凝土和钢桅杆，分多段收窄至塔尖。其建筑的长细比大于 25：1，是典型的超高层塔式建筑物，周围环境无其他相同高
12、度建筑，塔尖位置首选装设独立接闪器避雷针。塔体外形无屋角、无屋脊、无屋檐和檐角等易受雷击部位。 四、结束语 虽然中央塔开播 20 年以来，未发生过雷电灾害事件，说明了中央塔的防雷设计中所采取保护措施取得很好的效果。鉴于雷击事件的随机性和防雷新技术发展，今后难以百分之百的防止遭受雷击或受到雷电危害，如：莫斯科塔、东方明珠塔、辽宁塔都发生雷击引发火灾事件。需要坚持长期学习防雷新技术，要求工程技术人员了解防雷分区概念，建立完整的建筑物防雷保护方案体系。 随着建筑超高层和智能化发展趋势，大量先进电子设备广泛配备于建筑物内。如：建筑的安全防范系统，主机、分控机安装在室内，而其视频监控设备分布场区露天，位置、高度突出建筑物，处于建筑物直击非防护区。由于电子设备对雷电暂态过电压的耐受能力低，对雷电电磁干扰敏感，使建筑物的防雷系统工程更加复杂、严密，因此，切实做好建筑物室内信息系统的防雷保护工作，显得尤为迫切。除了在设计施工中严格遵守规范外，还应积极采用可靠的新技术及合格产品以便有效地消除雷害。 参考文献： 建筑防雷与接地技术 张小青
