Внешняя молниезащита высотных зданий

Средняя высота строящихся домов в России составляет около 19 этажей (что примерно соответствует 57–65 метрам). При этом около 11–20% от всего объема строящегося в стране жилья приходится на дома выше 25 этажей. 

Чем выше здание, тем больше внимания требует его молниезащита. Статистика подтверждает, что для здания высотой более 30 метров риск прямого удара молнии возрастает нелинейно, достигая десятков за грозовой сезон, кроме того, высотное строение уязвимо для боковых ударов молнии.

Нормативные требования

По международным критериям высотным считается здание от 35 до 100 м, более высокое относится к категории небоскребов. Независимо от этого, с точки зрения молниезащиты уже с 30 м здания требуют особого подхода, что отражено в нормативных документах и в практических рекомендациях.

Проектирование молниезащиты регламентируется  инструкцией СО 153-34.21.122-2003, которая устанавливает параметры уровней защиты и методы расчета зон.

ГОСТ Р 59789-2021 (МЭК 62305-3:2010) распространяется на защиту зданий и сооружений от повреждений, а также людей и животных от электротравм из-за превышения предельно допустимых значений напряжений прикосновения и шага

Особенности молниезащиты высотных зданий

Для высотных зданий приоритетным методом расчета является метод катящейся сферы, который позволяет более точно оценить зону защиты боковых граней, чем метод защитного угла.

Начиная с высоты 30 м, объект не только чаще подвергается воздействию ПУМ, но и становится площадкой для формирования восходящих стримеров (разрядов молнии), увеличивающих вероятность удара. При этом траекторию нисходящей молнии трудно прогнозировать, ее удар может прийтись не в вершину, а в боковую поверхность сооружения.

Также требуется, в первую очередь, уделять внимание защите высотного объекта от электромагнитных наводок в его внутренних электроцепях, т.к. последние одинаково страдают как от нисходящих, так и от восходящих разрядов молний. Равномерное распределение тока молнии по максимальному количеству токоотводов является наилучшим решением.

Для зданий выше 30 метров вероятность боковых ударов поражения фасада (стен) значительно возрастает. Разряд может войти в здание не в верхнюю точку (шпиль), а в выступающие элементы (балконы) на уровне верхних этажей.

Согласно ГОСТ Р 59789-2021 (МЭК 62305-3:2010), для зданий высотой 60 м и более обязательна установка системы молниеприемников для защиты верхней части боковых поверхностей (не более 20% высоты здания, превышающей отметку 60 м).»

В качестве молниеприемников здесь выступают металлические элементы облицовки, ограждения или специальные проводники, имеющие непрерывную связь с токоотводами. Это исключает искрение между панелями фасада и каркасом. Приоритет здесь – пожарная безопасность, поэтому используются только с негорючими панелями.

Молниеприемники и токоотводы

Конструктивно внешняя система молниезащиты высотного здания, как и любого другого, состоит из молниеприемников, токоотводов и заземляющего устройства. На диэлектрической кровле с помощью держателей монтируется молниеприемная сетка.

Стержневые молниеприемники устанавливаются на выступающих частях крыши/крышных надстроек, например лифтовых шахтах, крышных котельных, вентиляционных установках и др.

Токоотводы располагаются равномерно по периметру здания. В качестве токоотводов используется также стальная арматура железобетонных конструкций, если обеспечена электрическая непрерывность этого пути по всей высоте здания. Однако при ударе молнии это решение не ослабляет электромагнитные поля, опасные для электронных устройств и линий связи.

Токоотводы соединяют горизонтальными поясами около земли и через каждые 20 м по высоте здания. Горизонтальные пояса не нужны, если в качестве токоотводов используются металлический каркас здания или стальная арматура железобетона.

При проектировании молниезащиты высотного сооружения необходимо учитывать значительную протяженность проводников и внешние нагрузки. На участках токоотводов длиной более 20 м используют компенсаторы температурного расширения.

Держатели должны надежно фиксировать токоотводы на фасаде с учетом высоких ветровых нагрузок, характерных для верхних ярусов высотных зданий. На каждом токоотводе нужны контрольные зажимы для ежегодных измерений сопротивления заземления и проверки целостности цепи.

Заземлители

Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 10 Ом, а с учетом задач функционального заземления – 4 Ом, 2 Ом и менее. Ежегодные осмотры конструкции, а также периодическая инструментальная проверка сопротивления заземления – обязательные мероприятия

У высотных зданий мощный фундамент, поэтому рекомендуется использовать фундаментный заземлитель, который обеспечивает стабильное сопротивление в течение всего года. В тех случаях, когда необходимого значения сопротивления достичь не удалось, сооружают дополнительный заземлитель за периметром фундамента. Основой такой конструкции может стать модульно-штыревое заземление.

Заземлитель молниезащиты обязательно объединяется с главной заземляющей шиной (ГЗШ) здания для выравнивания потенциалов.

Комплексное решение проблемы молниезащиты с учетом особенностей существования высотной доминанты в окружающем ландшафте и в данном климате, позволит обеспечить безопасность людей, безаварийную эксплуатацию инженерных сетей, оборудования и всего сооружения в целом.