Chống sét cho công trình xây dựng

Tiêu chuẩn chống sét cho các công trình xây dựng

Tiêu chuẩn này đưa ra những chỉ dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống chống sét cho các công trình xây dựng. Tiêu chuẩn này cũng đưa ra những chỉ dẫn cho việc chống sét đối với các trường hợp đặc biệt như kho chứa chất nổ, những công trình tạm như cần cẩu, khán đài bằng kết cấu khung thép, và các chỉ dẫn chống sét cho các hệ thống lưu trữ dữ liệu điện tử.

Và một điều nữa là tiêu chuẩn này không áp dụng cho các công trình khai thác dầu, khí trên biển, các công trình đặc biệt hay áp dụng các công nghệ chống sét khác.

Chống sét

Các quy định chung

Các hướng dẫn trong tiêu chuẩn này mang tính tổng quát, khi áp dụng vào một hệ thống chống sét cụ thể cần xem xét tới các điều kiện thực tế liên quan đến hệ thống đó  như thế nào. Trong những trường hợp đặc biệt khó khăn thì cần tham khảo ý kiến tư vấn của các chuyên gia.

Và trước khi tiến hành thiết kế chi tiết một hệ thống chống sét, cần phải quyết định xem công trình có cần chống sét hay không, nếu cần thì phải xem xét điều gì đặc biệt có liên quan đến công trình.

Cần kiểm tra công trình hoặc nếu công trình chưa xây dựng thì kiểm tra hồ sơ bản vẽ và thuyết minh kỹ thuật theo các yêu cầu về phòng chống sét được quy định ở tiêu chuẩn này.

Đối với những công trình không có các chi tiết bằng kim loại phù hợp thì cần phải đặc biệt quan tâm tới việc bố trí tất cả các bộ phận của hệ thống chống sét sao cho vừa đáp ứng yêu cầu chống sét vừa không làm ảnh hưởng đến thẩm mỹ của công trình.

Đối với các công trình xây dựng có đa phần kết cấu bằng kim loại thì nên sử dụng các bộ phận bằng kim loại đó trong hệ thống chống sét để làm tăng số lượng các bộ phận dẫn sét. Như thế vừa tiết kiệm kinh phí cho hệ thống chống sét lại không làm ảnh hưởng đến thẩm mỹ của công trình. Tuy nhiên, khi sét đánh vào phần kim loại, đặc biệt đối với kim loại được sơn mạ, có thể phá hủy các lớp sơn mạ ngoài kim loại; đối với khối xây có cốt thép có thể gây đổ khối xây. Có thể giảm thiểu rủi ro trên bằng giải pháp sử dụng hệ thống chống sét được cố định trên bề mặt công trình.

Những kết cấu kim loại thường được sử dụng như một bộ phận trong hệ thống chống sét gồm có khung thép, cốt thép trong bê tông, các chi tiết kim loại của mái, ray để vệ sinh cửa sổ trong nhà cao tầng.

Toàn bộ công trình phải được bảo vệ bằng một hệ thống chống sét kết nối hoàn chỉnh với nhau, không có bộ phận nào của công trình được tách ra để bảo vệ riêng rẽ.

Chức năng của hệ thống chống sét

Chức năng của hệ thống thu và dẫn sét là thu hút sét đánh vào nó rồi chuyển dòng điện do sét tạo ra xuống đất một cách an toàn, tránh sét đánh vào các phần kết cấu khác cần được bảo vệ của công trình. Phạm vi thu sét của một hệ thống thu và dẫn sét không cố định nhưng có thể coi là một hàm của mức độ tiêu tán dòng điện sét. Bởi vậy phạm vi thu sét là một đại lượng thống kê.

Mặt khác, phạm vi thu sét ít bị ảnh hưởng bởi cách cấu tạo hệ thống thu và dẫn sét, cho nên sự sắp đặt theo chiều ngang và chiều thẳng đứng là tương đương nhau. Do đó không nhất thiết phải sử dụng các đầu thu nhọn hoặc chóp nhọn, ngoại trừ việc đó là cần thiết về mặt thực tiễn.

Vật liệu để xây dựng hệ thống

Khi lựa chọn vật liệu, cần xem xét nguy cơ bị ăn mòn bao gồm ăn mòn điện hóa. Đối với việc bảo vệ dây dẫn, cần chú ý lớp bảo vệ chống lại sự ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt, ví dụ:

  1.  Phủ dây dẫn bằng chì dày ít nhất 2 mm trên đỉnh ống khói. Bọc chì cả hai đầu và tại các điểm đấu nối.
  2.  Nếu có thể thì bộ phận thu sét nên để trần, nếu không có thể dùng lớp PVC mỏng 1 mm để bọc trong trường hợp cần chống gỉ (đặc biệt đối với vật liệu nhôm).

Tiết diện của các mối nối trong có thể bằng khoảng một nửa mối nối ngoài.

Sự cần thiết của việc phòng chống sét

Các công trình có nguy cơ cháy nổ cao như nhà máy sản xuất thuốc nổ, kho chứa nhiên liệu hoặc tương đương cần sự bảo vệ cao nhất khỏi các nguy cơ bị sét đánh.

Đối với các công trình khác, các yêu cầu về phòng chống sét được đề cập đến trong tiêu chuẩn này là đủ đáp ứng và câu hỏi duy nhất được đặt ra là có cần chống sét hay không.

Trong nhiều trường hợp, yêu cầu cần thiết phải chống sét là rõ ràng, ví dụ:

  1. Nơi tụ họp đông người;
  2. Nơi cần phải bảo vệ các dịch vụ công cộng thiết yếu;
  3. Nơi mà quanh khu vực đó thường xuyên xảy ra sét đánh;
  4. Nơi có các kết cấu rất cao hoặc đứng đơn độc một mình;
  5. Nơi có các công trình có giá trị văn hóa hoặc lịch sử;
  6. Nơi có chứa các vật liệu dễ cháy, nổ.

Tuy nhiên, trong rất nhiều trường hợp khác thì không dễ quyết định. Trong các trường hợp đó cần tham khảo nhiều về yếu tố ảnh hưởng đến xác suất sét đánh và các phân tích về hậu quả của nó.

Cũng có một số yếu tố không thể đánh giá được và chúng có thể bao trùm lên tất cả các yếu tố khác. Ví dụ như yêu cầu không xảy ra các nguy cơ có thể tránh được đối với cuộc sống của con người hoặc là việc tất cả mọi người sống trong tòa nhà luôn cảm thấy được an toàn có thể quyết định cần có hệ thống chống sét, mặc dù thông thường thì điều này là không cần thiết.

Không có bất cứ hướng dẫn cụ thể nào cho những vấn đề như vậy nhưng có thể tiến hành đánh giá căn cứ vào xác suất sét đánh vào công trình với những yếu tố sau:

1) Công năng của tòa nhà.

2) Tính chất của việc xây dựng tòa nhà đó.

3) Giá trị của vật thể trong tòa nhà hoặc những hậu quả do sét đánh gây ra.

4) Vị trí tòa nhà.

5) Chiều cao công trình.

Các công trình rất dễ bị nguy hiểm do sét đánh

Đối với các công trình rất dễ bị nguy hiểm do sét đánh, ví dụ có chứa chất cháy nổ, thì cần áp dụng tất cả các giải pháp chống sét có thể có, mặc dù đó chỉ là đề phòng chống các vụ sét đánh rất hiếm khi xảy ra trong vùng bảo vệ.

Các lưu ý khi thiết kế hệ thống chống sét

Trước và trong cả quá trình thiết kế, đơn vị thiết kế cần trao đổi và thống nhất về phương án với các bộ phận liên quan. Những số liệu sau đây cần được xác định một cách cụ thể:

  1.  Các tuyến đi của toàn bộ dây dẫn sét;
  2.  Khu vực để đi dây và các cực nối đất;
  3.  Chủng loại vật tư dẫn sét;
  4.  Biện pháp cố định các chi tiết của hệ thống chống sét vào công trình, đặc biệt nếu có ảnh hưởng tới vấn đề chống thấm cho công trình;
  5.  Chủng loại vật liệu chính của công trình, đặc biệt là phần kết cấu kim loại liên tục như các cột, cốt thép;
  6.  Địa chất công trình nơi xây dựng và giải pháp xử lý nền móng công trình;
  7.  Các chi tiết của toàn bộ các đường ống kim loại, hệ thống thoát nước mưa, hệ thống cầu thang trong và ngoài công trình có thể cần hàn đấu nối với hệ thống chống sét;
  8.  Các hệ thống ngầm khác có thể làm mất ổn định cho hệ thống nối đất;
  9.  Các chi tiết của toàn bộ hệ thống trang thiết bị kỹ thuật lắp đặt trong công trình có thể cần hàn đấu nối với hệ thống chống sét.

Các bộ phận cơ bản của hệ thống chống sét

Các bộ phận cơ bản của hệ thống chống sét bao gồm:

  1.  Bộ phận thu sét
  2.  Bộ phận dây xuống
  3.  Các loại mối nối
  4.  Điểm kiểm tra đo đạc
  5. Bộ phận dây dẫn nối đất
  6.  Bộ phận cực nối đất

Bộ phận thu sét

Các nguyên tắc cơ bản

Bộ phận thu sét có thể là các kim thu sét hoặc lưới thu sét hoặc kết hợp cả hai.

Khoảng cách từ bất kỳ bộ phận nào của mái đến bộ phận thu sét nằm ngang không nên lớn hơn 5m. Đối với những dạng mái bằng có diện tích lớn thường sử dụng lưới thu sét khẩu độ 10m x 20m. Đối với những mái nhà có nhiều nóc, nếu khoảng cách S giữa hai nóc lớn hơn 10 + 2H, trong đó H là độ cao của nóc (tất cả được tính bằng đơn vị m) thì phải bổ sung thêm các dây thu sét.

Đối với những công trình Bê tông cốt thép, bộ phận thu sét có thể được đấu nối vào hệ cốt thép của công trình tại những vị trí thích ứng với số lượng dây xuống cần thiết theo tính toán.

Tất cả các bộ phận bằng kim loại nằm ngay trên mái hoặc cao hơn bề mặt của mái đều được nối đất như một phần của bộ phận thu sét.

Lớp phủ đỉnh tường, đỉnh mái và lan can bằng kim loại, lưới bằng kim loại ở sân thượng nên được tận dụng làm một phần của bộ phận thu sét.

Nguyên tắc chung

Các dạng cấu tạo bộ phận thu sét rất đa dạng và thông dụng.Việc sử dụng bộ phận thu sét dạng nào là tùy thuộc vào kiến trúc và kết cấu cũng như vị trí xây dựng của từng công trình.

Công trình có mặt bằng rộng và hình khối phức tạp

Đối với các công trình bao gồm nhiều khối trong đó có cả phần cao tầng và thấp tầng, hệ thống chống sét sẽ bao gồm đầy đủ các bộ phận: thu sét, dây xuống và tiếp địa. Khi thiết kế hệ thống chống sét cho phần thấp tầng cần bỏ qua sự hiện diện của phần cao tầng. Lưới tiếp địa và các mối đấu nối được sử dụng theo dạng thông dụng .

Bảo vệ các khối bằng hệ thống lưới thu sét viền xung quanh chu vi mái và xung quanh phần mái bên trong tại vị trí có các khối nhô cao lên. Tất cả các bộ phận của hệ thống chống sét phải được đấu nối với nhau.

Dây thu sét được bố trí trên mái và được đấu nối với nhau ở cả hai đầu mép mái. Nếu mái rộng hơn 20 m thì cần bổ sung thêm dây thu sét ngang để bảo đảm khoảng cách giữa hai dây thu sét không lớn hơn 20 m.

Đối với các công trình có độ cao trên 20 m thì có thể cần phải áp dụng phương pháp hình cầu lăn để xác định vị trí lắp đặt bộ phận thu sét (trừ trường hợp công trình có kết cấu khung thép).

Đối với các công trình mái ngói

Đối với các công trình có mái không dẫn điện, dây dẫn sét có thể bố trí ở dưới hoặc tốt nhất là bố trí trên mái ngói. Mặc dù việc lắp đặt dây dẫn sét ở dưới mái ngói có lợi là đơn giản và giảm được nguy cơ ăn mòn, nhưng tốt hơn là lắp đặt dọc theo bờ nóc của mái ngói. Trường hợp này có ưu điểm là giảm thiểu nhiều hơn nguy hại đối với mái ngói do dây thu sét trực tiếp và công tác kiểm tra cũng dễ dàng, thuận tiện hơn.

Dây dẫn sét bố trí ở dưới mái ngói chỉ được sử dụng chủ yếu trong trường hợp mái có độ dày nhỏ hoặc được đặt ngay dưới lớp phủ bên trên mái, và khoảng cách giữa các dây dẫn không lớn hơn 10m. Đối với công trình dạng nhà thờ hoặc dạng kiến trúc, kết cấu tương tự thì xử lý như công trình đặc biệt. Phần tháp cao hoàn toàn không tính đến trong quá trình thiết kế hệ thống chống sét cho các hạng mục thấp hơn của công trình.

Đối với các công trình đơn giản có chứa các chất dễ gây cháy nổ

Hệ thống chống sét chủ yếu được sử dụng đối với các công trình đơn giản, có chứa các chất dễ gây cháy nổ. Hệ thống bảo vệ chính bao gồm hai kim thu sét nối với nhau bằng một dây thu sét. Phạm vi bảo vệ được thể hiện trên mặt bằng, mặt cắt trong hình vẽ, đồng thời thể hiện ảnh hưởng của độ võng của dây thu sét ngang.