Chống sét cho chung cư, nhà cao tầng: giải pháp kỹ thuật

Chống sét nhà cao tầng không thể làm theo kiểu “một kim, một dây, một bãi cọc” như nhà thấp tầng. Tòa nhà càng cao thì càng dễ bị sét đánh, không chỉ vào mái mà cả vào phần thân phía trên; dòng sét phải được chia qua nhiều dây xuống, san bằng điện áp theo từng khoảng chiều cao và tản vào hệ tiếp địa móng. Bài viết này tổng hợp các nguyên tắc kỹ thuật cho chung cư, tòa văn phòng, khách sạn cao tầng theo TCVN 9385:2012 và bộ TCVN 9888 (IEC 62305).

Những điểm khác biệt của chống sét nhà cao tầng

• Xác suất bị sét đánh cao hơn: diện tích thu sét tương đương của công trình tăng nhanh theo chiều cao, nên tòa nhà cao tầng nhận sét thường xuyên hơn hẳn công trình thấp tầng cùng khu vực.
• Sét đánh ngang thân: với công trình rất cao, sét có thể đánh vào cạnh, góc ở phần thân phía trên chứ không chỉ vào mái.
• Dây xuống dài: điện cảm của dây dẫn dài tạo ra điện áp rất lớn khi dòng sét đi qua, dẫn tới nguy cơ phóng điện ngang sang kết cấu kim loại, đường ống, cáp điện bên trong.

Vì vậy, cấp bảo vệ của nhà cao tầng cần được xác định qua đánh giá rủi ro và thường ở mức cao. Ý nghĩa của từng cấp được trình bày trong bài phân cấp bảo vệ LPL ảnh hưởng tới thiết kế chống sét.

Thông số thiết kế theo cấp bảo vệ

Bảng dưới đây tóm tắt các thông số hình học chính của hệ thống chống sét theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3). Đây là các giá trị dùng để bố trí bộ phận thu sét và dây xuống:

Cấp bảo vệ (LPL)	Bán kính quả cầu lăn (m)	Kích thước ô lưới thu sét (m)	Khoảng cách điển hình giữa các dây xuống (m)
I	20	5 × 5	10
II	30	10 × 10	10
III	45	15 × 15	15
IV	60	20 × 20	20

Với nhà cao tầng, phương pháp quả cầu lăn là công cụ chính để kiểm tra vùng bảo vệ, vì phương pháp góc bảo vệ chỉ áp dụng trong giới hạn chiều cao nhất định. Cách hiểu đúng từng phương pháp xem tại bài vùng bảo vệ chống sét: góc bảo vệ, quả cầu lăn, lưới.

Thu sét trên mái

Mái nhà cao tầng thường là mái bằng có tum thang, phòng máy thang máy, bồn nước, tháp giải nhiệt, anten và đèn báo không. Có hai hướng thiết kế phổ biến:

1. Hệ thu sét cổ điển: dây thu sét viền theo tường chắn mái, tạo lưới trên mặt mái theo kích thước ô tương ứng cấp bảo vệ, bổ sung các kim ngắn tại góc mái và để bảo vệ thiết bị nhô cao.
2. Kim thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE): một hoặc vài kim đặt trên cột tại tum mái, tính bán kính bảo vệ theo NF C 17-102:2011. Đầu kim phải cao hơn mọi điểm cần bảo vệ ít nhất 2 m, kể cả anten và bồn nước.

Thực tế nhiều công trình kết hợp cả hai: kim ESE trên tum, đồng thời vẫn chạy dây viền mái nối các dây xuống với nhau. Các dòng kim tham khảo tại danh mục kim thu sét.

• Lan can inox, khung giàn hoa, vỏ tháp giải nhiệt, giá đỡ pin mặt trời trên mái phải được nối với hệ thu sét, hoặc giữ khoảng cách ly đủ lớn nếu muốn tách riêng.
• Công trình cao thuộc diện phải cảnh báo hàng không cần lắp đèn báo không; đèn đặt trong vùng bảo vệ của kim, nguồn cấp cho đèn có SPD riêng vì tuyến cáp đi ngoài trời trên mái.

Sét đánh ngang thân và cách xử lý

Theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3), với công trình cao hơn 60 m cần xét đến sét đánh vào mặt bên, đặc biệt ở các góc, cạnh và phần nhô ra. Quy tắc chung là bố trí bộ phận thu sét cho phần thân phía trên của công trình, tối thiểu là 20 % chiều cao trên cùng.

Trong thực tế, việc này được giải quyết bằng cách tận dụng và liên kết các bộ phận kim loại sẵn có trên mặt ngoài:

• Khung nhôm, khung thép của hệ vách kính, tấm ốp kim loại được nối liên tục về điện và nối vào dây xuống hoặc cốt thép tại các tầng.

Dây xuống: tận dụng cốt thép và đai san bằng điện áp

Nhiều dây xuống thay vì một dây

Dòng sét cần được chia đều qua nhiều đường dẫn quanh chu vi công trình, với khoảng cách điển hình theo bảng trên. Trường hợp dùng kim ESE lắp trên công trình, NF C 17-102:2011 cũng định hướng mỗi kim được nối với ít nhất hai dây xuống. Nếu dùng cáp đồng làm dây xuống riêng, tiết diện nên từ 50 mm² trở lên.

Tận dụng cốt thép làm dây xuống tự nhiên

Cả TCVN 9385:2012 và TCVN 9888-3 đều cho phép dùng cốt thép trong cột, vách bê tông làm dây xuống tự nhiên nếu bảo đảm liên tục về điện từ mái xuống móng. Đây là giải pháp tối ưu cho nhà cao tầng, nhưng chỉ làm được khi có chủ trương từ đầu:

• Chỉ định rõ trên bản vẽ các cột, vách được dùng làm dây xuống và các thanh thép chủ được chọn.
• Mối nối giữa các đoạn thép theo chiều cao phải được hàn hoặc kẹp chắc chắn theo chỉ định thiết kế, có nghiệm thu từng tầng trước khi đổ bê tông.
• Để sẵn bản mã chờ hoặc đầu chờ trên mái (nối với hệ thu sét), tại các tầng (nối đẳng thế) và ở chân công trình (điểm đo kiểm, nối tiếp địa).
• Đo thông mạch từ đầu chờ mái tới điểm nối đất để xác nhận tính liên tục.

Đai san bằng điện áp

Đai san bằng điện áp là vòng dây dẫn nằm ngang, nối tất cả các dây xuống với nhau quanh chu vi công trình. Đai được bố trí ở mặt đất và lặp lại theo từng khoảng chiều cao, thường trong khoảng 10 đến 20 m tùy cấp bảo vệ. Tác dụng của đai là chia lại dòng sét giữa các dây xuống và hạn chế chênh lệch điện thế giữa các điểm cùng cao độ. Khi tận dụng cốt thép, thép dầm biên và thép sàn liên kết với thép cột đã đóng vai trò của các đai này, miễn là được nối liên tục.

Tại các tầng có đai, các khối kim loại lớn như ray thang máy, trục ống nước, ống gió, máng cáp trục đứng được nối vào để san bằng điện thế. Nơi không thể nối thì phải kiểm tra khoảng cách ly theo hướng dẫn trong bài khoảng cách an toàn trong hệ chống sét.

Tiếp địa cho nhà cao tầng

Nhà cao tầng thường có móng cọc, đài móng và tầng hầm bê tông cốt thép diện tích lớn, tiếp xúc tốt với đất ẩm ở sâu. Hệ cốt thép móng được liên kết liên tục chính là điện cực nối đất tự nhiên rất hiệu quả (tiếp địa móng). Thông thường thiết kế kết hợp:

• Tiếp địa móng: thép đài, giằng, sàn hầm nối với thép cột dùng làm dây xuống.
• Mạch vòng tiếp địa bằng cáp đồng trần hoặc thép dẹt mạ kẽm chôn quanh công trình, bổ sung cọc tại các vị trí dây xuống.
• Thanh cái đẳng thế chính đặt tại tầng hầm hoặc phòng điện tổng, nối trung tính trạm biến áp, vỏ tủ, ống kim loại vào nhà, ray thang máy, hệ tiếp địa điện nhẹ.

TCVN 9385:2012 khuyến nghị điện trở nối đất chống sét không lớn hơn 10 Ω; khi dùng chung mạng nối đất với hệ thống điện thì lấy theo yêu cầu khắt khe nhất trong các hệ.

Chống sét lan truyền: tủ điện, thang máy, hệ thống điện nhẹ

• Tủ điện tổng: SPD Type 1 (thử với dạng sóng 10/350 µs), vì dòng sét từ hệ chống sét trực tiếp có thể chia một phần vào mạng điện qua liên kết đẳng thế. Sơ đồ lắp tham khảo bài SPD cho tủ điện tổng.
• Tủ tầng, tủ căn hộ: SPD Type 2 (8/20 µs).
• Thang máy: phòng máy nằm trên mái, sát hệ thu sét, nên tủ điều khiển và biến tần thang rất dễ hỏng do xung cảm ứng. Cần SPD tại tủ cấp nguồn thang máy, nối đẳng thế ray dẫn hướng và khung máy, đi cáp điều khiển tách xa dây xuống.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí

Chi phí phụ thuộc vào chiều cao và chu vi công trình; cấp bảo vệ; phương án dây xuống (tận dụng cốt thép thường tiết kiệm hơn nhiều so với kéo cáp đồng riêng); giải pháp thu sét trên mái; khối lượng nối đẳng thế mặt ngoài; số lượng và chủng loại SPD. Tham khảo trang báo giá thi công chống sét trọn gói và liên hệ để được bóc tách khối lượng theo hồ sơ thiết kế.

Câu hỏi thường gặp

Nhà cao tầng dùng một kim thu sét ESE trên nóc có đủ không?

Kim ESE giải quyết phần thu sét cho mái và khu vực xung quanh trong bán kính tính toán. Với công trình cao, vẫn cần nhiều dây xuống, đai san bằng điện áp, biện pháp cho sét đánh ngang thân và SPD. Chỉ một kim, một dây là chưa đủ.

Tòa nhà đã xây xong có tận dụng cốt thép làm dây xuống được không?

Chỉ khi có hồ sơ hoặc kết quả đo chứng minh cốt thép liên tục về điện từ mái đến móng. Nếu không, nên lắp dây xuống riêng bên ngoài.

Căn hộ trong chung cư có cần tự lắp chống sét không?

Chống sét trực tiếp là hệ thống chung của tòa nhà. Chủ căn hộ có thể lắp thêm SPD Type 2 hoặc Type 3 tại tủ điện căn hộ để bảo vệ thiết bị điện tử của mình.

Bao lâu cần kiểm tra hệ thống chống sét của tòa nhà?

Nên kiểm tra và đo điện trở tiếp địa ít nhất 12 tháng một lần, trước mùa mưa giông, và sau khi lắp thêm thiết bị trên mái như anten, pin mặt trời, biển quảng cáo.

Chống sét nhà cao tầng đạt hiệu quả và tiết kiệm nhất khi được tính ngay từ giai đoạn thiết kế kết cấu. Công ty TNHH Thương mại và Xây lắp SET Toàn Cầu nhận tư vấn, cung cấp vật tư, thi công và cải tạo hệ thống chống sét cho chung cư, tòa nhà cao tầng trên toàn quốc, khảo sát theo lịch hẹn. Liên hệ hotline 0975 599 666 – 0972 299 666 để được tư vấn và báo giá.