一、 设计原则与目标

(一)原则:采用国际通用的“法拉第笼”原理,通过接闪器、引下线和接地装置构成的外部防雷系统,将雷电流安全地引导并泄放入大地。

(二)目标:

1. 保护建筑物结构:防止雷击导致的火灾、爆炸、结构损坏。
2. 保护生命财产安全:防止雷电的机械效应和热效应对建筑物内人员造成伤害。
3. 为内部系统提供基础:良好的外部防雷是内部防雷(防雷电电磁脉冲)的前提,为电力、电子系统提供参考地电位。
二、前期准备
(一)现场勘查
1. 建筑物信息收集:详细记录建筑物的结构类型(如框架结构、砖混结构等)、高度、层数、占地面积、使用性质(住宅、商业、工业等)。例如,对于一栋20层的商业写字楼,需明确其各层功能分区,如办公区、商场区等。
2. 周边环境评估:观察建筑物周边地形地貌,判断是否处于空旷地带、山坡、山谷等特殊地理位置;查看周边是否有高大树木、其他建筑物等,测量其与被保护建筑物的距离和相对高度。比如,若建筑物周边50米内有高30米的树木,需考虑其对雷电吸引的影响。
3. 气象资料收集:向当地气象部门获取该地区近5 - 10年的雷电活动数据,包括年平均雷暴日数、雷电发生的时间分布规律、雷电强度等信息。以某地区为例,年平均雷暴日数为40天,主要集中在6 - 8月,这有助于确定防护的重点时段。
(二)风险评估
1. 确定雷电防护等级:根据建筑物的使用性质、重要性、发生雷电事故的可能性和后果,按照相关标准(如《建筑物防雷设计规范》)确定其雷电防护等级。例如,国家级重点文物保护的古建筑、大型火车站等属于一类防雷建筑物;一般的住宅、普通办公楼等属于三类防雷建筑物。
2. 分析雷电入侵途径:考虑雷电可能通过直击雷、侧击雷、雷电感应、雷电波侵入等途径对建筑物造成危害。对于高层建筑物,侧击雷的防护尤为重要;对于有大量电子设备的建筑物,雷电感应和雷电波侵入的防护需加强。
三、防雷装置设计与选型
(一)接闪器设计
1. 接闪杆选型与布置
1.1 选型:根据建筑物的防护等级和高度,选择合适规格的接闪杆。对于一类防雷建筑物,接闪杆的针长一般不小于5 米;对于三类防雷建筑物,针长可适当减小。同时,要考虑接闪杆的材质,通常采用镀锌圆钢或钢管。
1.2 布置:在建筑物的屋顶边缘、屋角、女儿墙等易受雷击的部位安装接闪杆。对于多层建筑物,可在每层屋顶设置接闪带,并与接闪杆连接。
2. 接闪带与接闪网设计
接闪带:采用镀锌圆钢或扁钢制成,沿建筑物屋顶的外沿或女儿墙上明敷设。在接闪带的转角处,应做成圆弧形,半径不小于100毫米。
接闪网:对于面积较大或结构复杂的建筑物,可采用接闪网进行防护。接闪网由纵横交错的接闪带组成,网格尺寸根据建筑物的防护等级确定。二类防雷建筑物的网格尺寸不大于10米×10米或12米×8米;三类防雷建筑物的网格尺寸不大于20米×20米或24米×16米。
(二)引下线设计
1. 数量与间距:根据建筑物的面积和防雷等级,确定引下线的数量和间距。一类防雷建筑物的引下线间距不应大于12米;三类防雷建筑物的引下线间距可不大于25米。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置。
2. 材质与规格:引下线一般采用镀锌圆钢或扁钢,其规格应满足承载雷电流的要求。圆钢直径不应小于8毫米;扁钢截面不应小于48平方毫米,厚度不应小于4毫米。
3. 连接方式:引下线应与接闪器和接地装置可靠连接。在连接处,应采用焊接或螺栓连接,并确保连接牢固,接触良好。
(三)接地装置设计
1. 接地体选型与布置
1.1选型:常用的接地体有钢管、角钢、圆钢等。对于土壤电阻率较低的地区,可采用水平接地体;对于土壤电阻率较高的地区,应采用垂直接地体或组合接地体。
1.2布置:垂直接地体的间距不应小于其长度的2倍,一般不小于5米。水平接地体的间距应符合规范要求,一般不小于5米。接地体应埋设在土壤电阻率较低的地方,且距建筑物基础不小于3米。 
2. 接地电阻要求:不同防护等级的建筑物对接地电阻有不同的要求。一类防雷建筑物的接地电阻不应大于10欧姆;三类防雷建筑物的接地电阻不应大于30欧姆。若接地电阻不满足要求,应采取降阻措施,如换土、添加降阻剂等。
四、施工安装
(一)接闪器安装
1. 接闪杆安装:先将接闪杆的底座固定在建筑物的屋顶上,确保底座牢固。然后,将接闪杆垂直安装在底座上,并用螺栓紧固。安装过程中,要注意接闪杆的垂直度,偏差不应大于针长的 1/1000。
2. 接闪带与接闪网安装:按照设计要求,在建筑物屋顶上弹线定位,确定接闪带和接闪网的敷设位置。然后,将镀锌圆钢或扁钢弯曲成所需的形状,进行敷设。在敷设过程中,要保证接闪带和接闪网平直、牢固,与建筑物屋顶的连接紧密。
(二)引下线安装
1. 固定引下线:在建筑物外墙或柱子上确定引下线的位置,用卡子将引下线固定牢固。引下线应尽量短而直,避免弯曲和缠绕。
2. 连接引下线:将引下线与接闪器和接地装置进行连接。连接时,要清除连接部位的氧化层和污垢,确保连接可靠。焊接时,焊缝应饱满、均匀,无气孔、夹渣等缺陷;螺栓连接时,应拧紧螺母,并加装弹簧垫圈。
(三)接地装置安装
1. 挖掘接地沟:根据设计要求,挖掘接地沟。接地沟的深度应不小于0.8米,宽度应不小于0.5米。
2. 安装接地体:将接地体垂直或水平放置在接地沟内,并用锤子将其打入地下。对于垂直接地体,打入深度应符合设计要求;对于水平接地体,应埋设在地下0.6米以下。
3. 连接接地体:采用焊接或螺栓连接的方式,将接地体连接成一个整体。连接后,要清除连接部位的焊渣和污垢,并涂刷防锈漆。
4. 回填土:接地体安装完毕后,应及时回填土。回填土应分层夯实,每层厚度不宜超过0.3米。回填土中不应含有石块、建筑垃圾等杂物。
五、检测与验收
(一)防雷装置检测
1. 外观检查:检查防雷装置的各个部件是否安装牢固、有无损坏、变形等情况。例如,检查接闪杆是否垂直、接闪带是否平直、引下线是否连接可靠等。
2. 接地电阻测试:使用接地电阻测试仪,测量接地装置的接地电阻。测试时,要选择合适的测试点和测试方法,确保测试结果的准确性。若接地电阻不满足要求,应及时采取降阻措施。
3. 过渡电阻测试:测量引下线与接闪器、接地装置之间的过渡电阻。过渡电阻不应大于0.2欧姆。若过渡电阻过大,应检查连接部位是否松动、氧化,并及时进行处理。
(二)验收
1. 施工单位自检:施工完成后,施工单位应进行自检,填写自检报告。自检内容包括防雷装置的安装质量、接地电阻、过渡电阻等。
2. 监理单位验收:监理单位应对施工单位的自检报告进行审核,并组织现场验收。验收过程中,要检查防雷装置是否符合设计要求和相关标准规范,对发现的问题应要求施工单位及时整改。
3. 气象部门备案:验收合格后,建设单位应将防雷装置的设计图纸、施工记录、检测报告等资料报送当地气象部门备案。气象部门将对备案资料进行审核,并出具防雷装置验收合格证。
六、维护与管理
(一)定期检查
1. 检查周期:一般每年至少进行一次全面检查,在雷雨季节来临前应增加检查次数。
2. 检查内容:检查接闪器有无锈蚀、损坏;引下线是否松动、断裂;接地装置是否被挖掘、破坏;接地电阻是否发生变化等。
3. 检测单位:根据建筑物防雷类别的不同,每隔1年或半年由专业检测机构进行一次全面检测,特别是测量接地电阻值是否变化。
(二)维护保养
1. 防腐处理:对防雷装置的金属部件进行防腐处理,如涂刷防锈漆、热镀锌等。对于已经锈蚀的部件,应及时进行除锈和防腐处理。
2. 修复更换:对发现损坏、变形的防雷装置部件,应及时进行修复或更换。例如,若接闪杆的针尖损坏,应及时更换新的针尖。
(三)档案管理

建立防雷装置档案,记录防雷装置的设计、施工、检测、维护等信息。档案应包括设计图纸、施工记录、检测报告、验收合格证、维护记录等资料,以便于查询和管理。