罗山县气象局 河南信阳 464200
摘要：本文通过规范、保护范围、混凝土化学和混凝土材料力学等多方面因素简单分析了暗敷接闪带的特点，并认为暗敷接闪带不属于接闪器，而是水平引下线。
关键词：使用限制；保护范围；腐蚀；剪切；直接接闪
引言
从八十年代开始，建筑物屋面“安装暗敷接闪带”的设计盛行，随着建筑物的越建越高以及气候环境变化的影响，建筑物遭受直接雷击的次数也随之提高，据气象部门统计，信阳地区2007年发生的地闪次数是几年前的数倍，达到了三万多次。从建筑物遭受雷击的近几年来看，因安装暗敷接闪带而发生雷击损坏建筑物的现象屡次发生。如2017年6月，信阳市发生了一次雷击事故，经调查，该建筑物采用屋顶暗敷接闪带，闪电直接击中拐角外侧水泥，造成混凝土崩塌，所幸没有造成人员伤亡和重大的财产损失。[2]在防雷业界中倍受争议的暗敷接闪带到底是什么，有什么特点，这都要我们去详细考证。
1 对暗敷接闪带的能否使用存在争议
国家规范GB50057-94（2010年版）《建筑物防雷设计规范》的第4.3.5条：“建筑物宜利用钢筋混凝土屋面、梁、柱、基础内的钢筋作为引下线。本规范第3.0.3条二、三、四、九、十款所规定的建筑物尚宜利用其作为接闪器”以及第4.4.5条：“建筑物宜利用钢筋混凝土屋面板、梁、柱和基础的钢筋作为接闪器、引下线和接地装置”规定了可以使用暗敷接闪带，但又在条文说明中规定了利用屋顶钢筋作接闪器，其前提是允许屋顶遭雷击时混凝土会有一些碎片脱开以及一小块防水、保温层遭破坏。
在国家标准图集03D501-3《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》的第8页指出：“当利用屋面预制挑檐内钢筋作为接闪器时，取消柱顶φ10mm预留圆钢”。这句话说明国家标准允许利用屋面内钢筋做暗敷接闪带。但又给出了这么一条建议：“在此不建议利用屋顶周边混凝土内的钢筋作为接闪器，因闪电击中钢筋时，钢筋表面的一小块混凝土会出现崩塌现象，并且崩塌的水泥块比从多层建筑物屋顶落到地面的水泥块动量（mv）要大得多”。[2]
在国家标准图集99D501-1《建筑物防雷设施安装》中要求，接闪带在屋面女儿墙上的安装方式有两种方式，即在女儿墙上明装或贴装。也就是说该规范只是允许在女儿墙上贴装。[2]
由此可见，在规范标准中提出的可以使用暗敷接闪带条文，都出现了诸多使用限制。把能否使用暗敷接闪带的权力给了设计部门和检测部门，容易出现设计方、检测方和业主之间为了能否装暗敷接闪带而出现闹红脸的现象。
2 保护范围不足
《建筑物防雷设计规范》中关于接闪器的保护范围计算其原理采用了以下的雷闪数学模型（电气、几何模型）：
式中：hr为雷闪的最后闪击距离，即滚球半径（m）
I为与hr相对应的得到保护的最小雷电流幅值（kA）
可见，滚球法是想象空中有一个半径为hr的球体，沿需要防直接雷击的部位滚动，当球体表面触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物），或只触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不触及的部位就得到接闪器的保护。[1]可见，接闪器只能保护比自己低的物体，而不能保护比自己高或者等高的物体。
通过以下的一个计算说明暗敷接闪带不能完全保护建筑物：[2]
某三类防雷建筑物，取建筑物高度30米，包括女儿墙，明装接闪带支架高0.1米，计算30.1米接闪带在30米女儿墙高度的保护宽度。
通过计算可以得出在30米高度，接闪带的保护宽度只有0.0576米，也就是说，该接闪带必须距女儿墙外沿少于5.76厘米才能保护到女儿墙的外沿。
明装接闪带的保护宽度只有这么多，那比明装接闪带还要低矮的暗敷接闪带的保护范围呢？所以，利用暗敷接闪带是不能完全保护到建筑物的。
目前在中国的防雷市场上广泛使用的提前放电避雷针，其宣传资料称提前放电避雷针发出来的上行先导可以提前行至离避雷针数十米甚至上百米处与雷云的下行先导接闪，从而扩大了接闪器的保护范围。可见，提前放电避雷针作用类似于提高了避雷针的高度，因此扩大了保护范围。但其所采用保护范围的计算公式只是法国的标准，并不是中国的标准，而且对于提前放电避雷针功效还有待验证。由提前放电避雷针的保护范围功效深入考虑暗敷接闪带，如果暗敷接闪带能保护的到与之等高的物体，只能说明暗敷接闪带具有提前放电避雷针的功能，但却与国家标准相违背。
3 暗敷接闪带的埋设要求高
暗敷接闪带的埋设方面的要求是比较高的，业内对暗敷接闪带的敷设要求有默认规定。《防雷》2003年第4期刊载的《建筑物女儿墙暗式接闪带敷设技术研究》一文提出：“专设暗敷接闪带与其下压顶钢筋绑扎或焊接一起，暗敷厚度≤2cm”。
暗敷接闪带除不能埋设太深之外，也不能埋设太浅，其理由有二：
（1）容易腐蚀。
混凝土水解过程中生成的氢氧化钙呈高碱性，pH值可达12.5－13.5，能在钢筋的表面产生钝化，形成氧化铁保护层，而且混凝土的这种高碱性在相当长的时间里足以很好地保护氧化膜，防止钢筋发生进一步的腐蚀。但是，由于在浇筑混凝土过程中因离析、泌水、沉陷而形成的毛细孔和裂缝；混凝土收缩、温度变化或受力后引起的裂缝使大气中的水和二氧化碳或其他酸性介质得以渗入混凝土内部，中和了混凝土的碱性物质而转化成非碱性的碳酸盐，使混凝土中的pH值下降，当pH值降到10.5－11.2时，钢筋就开始失去钝化作用。随着中和反应的继续进行，当孔隙中的pH值降到8.3左右时，钢筋不再钝化，而且由于氧气和湿气进入孔隙中，钢筋开始产生腐蚀作用，从而引起锈胀裂缝，甚至削弱钢筋截面。钢筋腐蚀的时间与混凝土保护层厚度有关，因此具有一定的混凝土保护层厚度是保证钢筋耐久性所必须的条件，一般不小于钢筋的直径，也不应小于粗骨料最大粒径的1.25倍。
此外，氯离子也是造成钢筋混凝土腐蚀的主要原因之一，如果混凝土中存在氧气和湿气，腐蚀性离子侵入也会破坏钝化膜。特别在滨海地区，尽管混凝土的渗透性很低，氯离子也能以相当快的速度渗透，使相当厚的混凝土覆盖层的使用寿命大大低于钢筋混凝土结构的正常寿命。氯离子能局部破坏钝化膜，甚至发生在未碳化的混凝土覆盖层上，所形成的电化学腐蚀能很快地将钢筋穿透。
（2）遭受雷击后暗敷接闪带容易与混凝土脱开。
国家规范GB/T21431-2008《建筑物防雷装置检测技术规范》第5.2.2.2中规定：“接闪带是否平正顺直，固定点支持件是否间距均匀，固定可靠，接闪带支持件间距是否符合水平直线0.5m—1.5m的要求。每个支持件能否承受49N（5kgf）的垂直拉力”。[9]可见，目前的规范只对明敷接闪带的安装规定了支持件的间距和承受垂直拉力的要求，而对暗敷接闪带尚无安装标准。
设一屋角的暗敷接闪带截收了一次100kA的雷电流，暗敷接闪带的固
定点离屋角的距离为0.1米，试计算离雷击点的距离为0.1米处的混凝土厚度要达到多厚时才能承受暗敷接闪带所施加的剪切力，如图3.1和图3.2所示。
图3.1 雷电流分流方向 图3.2 钢筋在混凝土中的埋深
解得只有当混凝土的厚度h大于6.25mm时，混凝土才能够承受所施加的剪切力而不产生破坏。若暗敷接闪带的固定点离屋角的距离更远或者固定点之间的距离更远时，相应地暗敷接闪带要埋的更深，但又要保证暗敷接闪带的埋深小于20mm，可见暗敷接闪带埋设过程是最重要也是最复杂的工作。
4 暗敷接闪带不是接闪器
笔者认为暗敷接闪带不是接闪器，而是引下线，其理由主要是根据《建筑物防雷设计规范》附录八的名词解释：接闪器是直接截受雷击的避雷针、接闪带（线）、避雷网，以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。
从条文可以看出，接闪器是直接截受雷电的，而暗敷接闪带从保护范围来看并不能保护到屋角屋檐，众多的雷击事例也说明雷电都是击在混凝土上而不是直接击在暗敷接闪带上，装设暗敷接闪带的作用充其量只是减轻雷击造成的混凝土崩塌的危害，雷电击中混凝土后，一部分能量转换为热能和机械能，而另一部分能量还是以电能的形式通过暗敷接闪带导入地下，暗敷接闪带没有直接接闪，但参与了雷电流的泄流，这不是引下线功能么？
结束语
目前，暗敷接闪带的使用充满了争议，我们应该在国家规范、地方标准和建筑美观之间作出一个双赢或者三赢的决策来，片面的强调其中的一个方面都会使防雷工作陷入举步维艰的局面。在规范还没有对暗敷接闪带进行详细定性的时期，在易遭受雷击的屋檐屋角处装设避雷小针的做法是值得推荐的。
参考文献：
[1] 梅卫群 江燕如.《建筑防雷工程与设计》.气象出版社.2004.110
[2] 张建东 杜建双.《取消暗敷接闪带的建议》.《第六届中国国际防雷论坛论文摘编》.2007.654—655
[3] 谢处方 饶克谨.《电磁场与电磁波》.高等教育出版社.2005
[4] 中华人民共和国机械工业部.《建筑物防雷设计规范》.中国计划出版社.2001
[5] 张三慧.《大学基础物理学》.清华大学出版社.2003
[6] 中华人民共和国建设部.《普通混凝土力学性能试验方法标准》.2003
[7] 日 小幡守 著.冷锦文 曾纪勇 译.《最新建筑结构力学》.1983
[8] 刘刚 张奎志 韩冰.《滨海电厂钢筋混凝土腐蚀防护应用》.研究简报.2005
[9] 《建筑物防雷装置检测技术规范》.中国标准出版社.2008.7
作者简介：杨翼（1967年12-），男，汉族，河南省信阳市光山县人，本科，工程师，从事行政管理工作。
论文作者:杨,翼
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：混凝土论文; 建筑物论文; 钢筋论文; 防雷论文; 避雷针论文; 女儿墙论文; 雷电论文; 《防护工程》2017年第30期论文;