Chương 4: Chống sét cho các công trình xây dựng

Đại học Sư phạm Kỹ thuật GV: Nguyễn Văn Thái - 1 - Chương 4 : CHỐNG SÉT CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG NỘI DUNG Chương 4 CHỐNG SÉT CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 4.1.Khái niệm về sét và những nơi dễ bị sét đánh 1.Khái niệm Sét là hiện tượng phóng tia lửa điện giữa hai đám mây tích điện trái dấu khi chúng lại gần nhau, hoặc giữa đám mây với nhà cửa, với cây cối và quặng kim loại dưới lòng đất,… Chớp là những tia lửa điện phóng ra khi có sét. Sấm là tiếng nổ lớn gây ra do sự giãn nở đột ngột của không khí tại vùng không khí xung quanh nơi sét đánh. Cường độ dòng điện khi sét đánh có thể lên tới 200.000A. Nhiệt độ không khí trong rãnh sét có thể lên tới 10.000 0 C, do đó khi sét đánh xuống đất sẽ xuyên thủng một lớp đất và nung cát chảy thành thủy tinh có dạng hình ống dài mà thường được gọi là lưỡi tầm sét. 2.Những nơi dễ bị sét đánh - Vùng đồi núi cao. - Vùng đất có mỏ kim loại, bờ sông, bờ suối,… - Nóc nhọn của tòa nhà, ống khói cao, ống thông gió, chòi, cột cờ,… 4.2.Hệ thống chống sét Hệ thống chống sét có nhiệm vụ thu dòng điện sét đánh, dẫn và phân tán dòng sét thu được vào trong lòng. Một hệ thống chống sét sẽ bao gồm 3 bộ phận chính sau: - Bộ phận thu sét: có thể là kim thu sét (dùng cho những công trình có độ cao) hoặc là lưới thu sét (dùng cho những công trình có diện tích rộng) có nhiệm vụ thu dòng điện sét đánh. - Bộ phận dẫn sét: có nhiệm vụ dẫn dòng điện sét thu được xuống đất. - Bộ phận nối đất: có nhiệm vụ tản nhanh dòng điện sét thu được vào trong lòng đất. 4.3.Phạm vị bảo vệ của kim thu sét 1.Phạm vi bảo vệ của một kim thu sét  : phạm vi bảo vệ của kim thu sét.  : phạm vi bảo vệ tòa nhà. h : chiều cao của kim tính từ mặt đất đến đỉnh kim. hx : chiều cao tòa nhà cần bảo vệ. rx : bán kính vùng cần bảo vệ tương ứng chiều cao hx . O B A C D O     rx r = 1,5h ½ r hx 0,8h h Co mp iled by Ng uye n V an Tha i Đại học Sư phạm Kỹ thuật GV: Nguyễn Văn Thái - 2 - NỘI DUNG Biết hx và h, tính rx :              3 2 h h if ,hh75,0 3 2 h h if ,h25,1h5,1 r x x x x x Biết hx và rx , tính h:             67,2 r h if , 75,0 h75,0r 67,2 r h if , 5,1 h9,1r h x xxx x xxx Ví dụ: Một đài nước cao 20m, trên đỉnh có lắp một kim thu sét dài 2m. Đài nước đặt trong một bồn nước tròn có bán kính 3m. Hỏi toàn bộ đài nước có bị sét đánh không, nếu có thì hãy tính chọn lại chiều cao của kim? Lời giải:       m x mmm 20h 22220h => 3 2 22 20 h hx  =>      m xx 1,5 20-220,75 hh75,0r   Do rx = 1,5m tính chọn lại chiều cao của kim:       m x m x 3r 20h => 67,2 3 20 r h x x  =>  m xx 24 75,0 0,75.203 75,0 h75,0r h      => Chiều cao của kim thu sét: 24 m – 20m = 4m 2.Phạm vi bảo vệ của hai kim thu sét cùng chiều cao A2 D1 O1 B1 C1   rx r = 1,5h ½ r hx 0,8h h A1 B2 0,8h0 O B A C D  r0 = 1,5h0 ½ r0 h0 O1 O2 O C2 D2 O2 O bx I B H = 4h   a Co mp iled by Ng uye n V an Tha i Đại học Sư phạm Kỹ thuật GV: Nguyễn Văn Thái - 3 - NỘI DUNG  : 2 kim thu sét cùng chiều cao.  : cung tròn giới hạn phạm vi bảo vệ.  : tòa nhà cần được bảo vệ.  : vùng bảo vệ của 2 kim. h : chiều cao kim tính từ mặt đất đến đỉnh kim. hx : chiều cao tòa nhà cần bảo vệ. rx : bán kính vùng cần bảo vệ tương ứng chiều cao hx . a : khoảng cách giữa 2 kim. h0 : chiều cao bảo vệ thấp nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim. bx : bề ngang nhỏ nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim. Tính h0 : 22 0 a25,0h9h4h  Tính chiều cao mỗi kim: 22 00 a0357,0h183,0h571,0h  Tính rx khi biết hx và h:              3 2 h h if ,hh75,0 3 2 h h if ,h25,1h5,1 r x x x x x Tính bx khi biết hx và h0:               3 2 h h if ,hh75,0 3 2 h h if ,h25,1h5,1 b 0 x x0 0 x x0 x Tính h0 khi biết hx và bx :             67,2 b h if , 75,0 h75,0b 67,2 b h if , 5,1 h9,1b h x xxx x xxx 0 Tính h khi biết hx và rx :             67,2 r h if , 75,0 h75,0r 67,2 r h if , 5,1 h9,1r h x xxx x xxx Ví dụ: Cho ngôi nhà như hình vẽ, tính chiều cao của 2 kim thu sét. 4,25 m 6 m 9 m 2 m 20 m Co mp iled by Ng uye n V an Tha i Đại học Sư phạm Kỹ thuật GV: Nguyễn Văn Thái - 4 - NỘI DUNG Lời giải: 2 kim thu sét chỉ có thể bảo vệ được ngôi nhà khi đồng thời thỏa cả 3 điều kiện sau:               33b 225,4r 111h m x m x m 0 Xét điều kiện (1) : Chiều cao bảo vệ thấp nhất h0 tối thiểu là 11 m , như vậy có thể chọn h0 = 11 m . =>  m12,32 20.0357,00,183.110,571.11 a0357,0h183,0h571,0h 22 22 00   Xét điều kiện (2) : Chiều cao của toàn bộ ngôi nhà là  mmm 1192  . Trong đó mái nhà là 2m, chỉ cần 2 kim bảo vệ được cho thân nhà cao 9 m là có thể bảo vệ được toàn bộ tòa nhà, do đó có thể chọn chiều cao cần bảo vệ là hx = 9 m . Bán kính vùng bảo vệ tương ứng chiều cao hx theo như hình vẽ là rx = 4,25 m . => 67,211,2 25,4 9 r h x x  =>  m14,24 5,1 1,9.94,25 5,1 h9,1r h xx      Xét điều kiện (3) : Bề ngang nhỏ nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim tối thiểu phải bằng 3m, do đó có thể chọn bx = 3 m . => 67,23 3 9 b h x x  =>  m13 75,0 0,75.93 75,0 h75,0b h xx0      =>  m14,14 20.0357,00,183.130,571.13 a0357,0h183,0h571,0h 22 22 00   Để thỏa đồng thời 3 điều kiện, chúng ta chọn h = max = 14,24 m . => Chiều cao của mỗi kim:    m24,39224,14 mmm  Co mp iled by Ng uye n V an Tha i Đại học Sư phạm Kỹ thuật GV: Nguyễn Văn Thái - 5 - NỘI DUNG CÂU HỎI ÔN TẬP 6.1. Giải thích hiện tượng sét đánh? Tại sao tác dụng phá hoại của sét lại lớn? 6.2. Những nơi nào dễ bị sét đánh trong thiên nhiên và trong các công trình xây dựng? 6.3. Hệ thống chống sét bao gồm những bộ phận chính nào? 6.4. Vẽ phạm vi bảo vệ của 1 kim thu sét. 6.5. Vẽ phạm vi bảo vệ của 2 kim thu sét cùng chiều cao. 6.6. Cho một cột cờ và một ngôi nhà như hình vẽ, tính chiều cao của kim thu sét để có thể bảo vệ ngôi nhà khỏi bị sét đánh. 6.7. Cho một ngôi nhà 4 mái dốc như hình vẽ. Tùy theo cách bố trí kim thu sét, có thể là 1 kim hoặc 2 kim, hãy chọn phương án nào kinh tế hơn, tính chiều cao kim thu sét. 20m 20m 7m 5 m 6 m 3 m 2 m 22 m Co mp iled by Ng uye n V an Tha i Đại học Sư phạm Kỹ thuật GV: Nguyễn Văn Thái - 6 - NỘI DUNG BÀI GIẢI CÂU HỎI ÔN TẬP 6.6.       m x m x 20r 7h => 3 2 35,0 20 7 r h x x  => m xx 2,22 5,1 1,9.720 5,1 h9,1r h      => Chiều cao của kim thu sét: 22,2 m – 20m = 2,2m 6.7.  Phương án 1: một kim thu sét đặt giữa nhà Tính chiều dài của ngôi nhà: m22m 3035.222l        => bán kính vùng bảo vệ ngôi nhà tương ứng với chiều cao của ngôi nhà sẽ là: m 22 x 29,15 2 630 r    Chiều cao ngôi nhà cần bảo vệ chính là thân của ngôi nhà => m x 3h  => 3 2 19,0 29,15 3 r h x x  => mm xx 1499,13 5,1 1,9.329,51 5,1 h9,1r h      => Chiều cao của kim thu sét: 14 m – 5m = 9m  Phương án 2: hai kim thu sét đặt ở 2 đầu mái nhà 2 kim thu sét chỉ có thể bảo vệ được ngôi nhà khi đồng thời thỏa cả 3 điều kiện sau:                33b 25r 15h m x m x m 0 Xét điều kiện (1) : Chiều cao bảo vệ thấp nhất h0 tối thiểu là 5 m , như vậy có thể chọn h0 = 5 m . =>  m7,52 22.0357,00,183.50,571.5 a0357,0h183,0h571,0h 22 22 00   Xét điều kiện (2) : Chiều cao của toàn bộ ngôi nhà là  mmm 532  . Trong đó mái nhà là 2m, chỉ cần 2 kim bảo vệ được cho thân nhà cao 3 m là có thể bảo vệ được toàn bộ tòa nhà, do đó có thể chọn chiều cao cần bảo vệ là hx = 3 m . Bán kính vùng bảo vệ tương ứng chiều cao hx theo như hình vẽ là rx = 5 m . => 67,26,0 5 3 r h x x  5 m 6 m 22 m rx Co mp iled by Ng uye n V an Tha i Đại học Sư phạm Kỹ thuật GV: Nguyễn Văn Thái - 7 - NỘI DUNG BÀI GIẢI CÂU HỎI ÔN TẬP =>  m7,13 5,1 1,9.35 5,1 h9,1r h xx      Xét điều kiện (3) : Bề ngang nhỏ nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim tối thiểu phải bằng 3m, do đó có thể chọn bx = 3 m . => 67,21 3 3 b h x x  =>  m5,8 5,1 1,9.33 5,1 h9,1b h xxo      =>  m8,15 22.0357,00,183.5,80,571.5,8 a0357,0h183,0h571,0h 22 22 00   Để thỏa đồng thời 3 điều kiện, chúng ta chọn h = max = 8,15 m . => Chiều cao của mỗi kim:    m15,33215,8 mmm  Xét cả 2 phương án 1 và 2 chúng ta thấy rằng phương án 2 có tính kinh tế cao hơn phương án 1, hơn nữa chọn phương án 2 sẽ dễ thi công hơn, do đó chúng ta chọn phương án chống sét cho ngôi nhà trên là dùng 2 kim thu sét đặt ở 2 đầu mái nhà, mỗi kim cao 3,15m. Co mp iled by Ng uye n V an Tha i