鋼結(jié)構(gòu)建筑雷擊分析與防護(hù)

胡武鵬

（新鄉(xiāng)市氣象局，河南新鄉(xiāng) 453000）

鋼結(jié)構(gòu)建筑雷擊分析與防護(hù)

胡武鵬

（新鄉(xiāng)市氣象局，河南新鄉(xiāng) 453000）

本文通過(guò)對(duì)河南省新鄉(xiāng)市某公司鋼結(jié)構(gòu)建筑雷擊情況的調(diào)查分析，得出造成鋼結(jié)構(gòu)建筑極易遭受雷擊的原因?；诖?，指出應(yīng)重視防雷裝置跟蹤檢測(cè)驗(yàn)收，決不能埋下永久性防雷安全隱患，杜絕雷擊時(shí)發(fā)生災(zāi)害。

鋼結(jié)構(gòu)建筑；雷擊；防雷裝置

雷電是發(fā)生于大氣中的一種瞬時(shí)高電壓、大電流、強(qiáng)電磁輻射的伴有閃電和雷鳴的放電現(xiàn)象，同時(shí)也是一種災(zāi)害性天氣［1］。雷電災(zāi)害是“聯(lián)合國(guó)國(guó)際減災(zāi)十年”公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，被稱為“電子時(shí)代的一大公害”。我國(guó)每年因雷擊災(zāi)害造成人員傷亡達(dá)3 000～4 000人，財(cái)產(chǎn)損失達(dá)50億～100億元。

1 鋼結(jié)構(gòu)建筑雷擊調(diào)查

2009年3月20日出現(xiàn)強(qiáng)雷暴天氣，河南省新鄉(xiāng)市中科科技有限公司遭受雷擊，直接經(jīng)濟(jì)損失15萬(wàn)余元。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，該公司精控車間為鋼結(jié)構(gòu)建筑長(zhǎng)248m、寬60m、高10m，沒(méi)有專設(shè)防雷裝置，僅借用建筑鋼結(jié)構(gòu)為防雷裝置，其基礎(chǔ)鋼筋和接地螺栓連接不良，過(guò)渡電阻為43.0～78.0Ω，獨(dú)立立柱基礎(chǔ)接地電阻為30.7～41.0Ω。挖開立柱基礎(chǔ)深入勘察，其預(yù)埋的接地螺栓和基礎(chǔ)鋼筋鋼筋沒(méi)有形成有效的電氣連通。

查閱閃電定位系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn)，2009年3月20日22:00-21日4:00，新鄉(xiāng)雷電監(jiān)測(cè)定位資料記錄統(tǒng)計(jì)，期間共發(fā)生雷閃1 536次，發(fā)生正閃電14次，正閃電平均強(qiáng)度為+52.135 7kA；最大正閃電強(qiáng)度為+88.8kA，發(fā)生時(shí)間為1:21:54，地點(diǎn)為東經(jīng)114.414 4°、北緯35.043 7°；負(fù)閃電1 522次，負(fù)閃電平均強(qiáng)度為-48.746kA；最大負(fù)閃電強(qiáng)度-196.3kA，發(fā)生時(shí)間為0∶9∶31，發(fā)生地點(diǎn)為東經(jīng)113.89°、北緯35.484 8°。時(shí)間和位置與該車間雷擊非常接近。分析調(diào)查資料發(fā)現(xiàn)，該次雷擊電流大，說(shuō)明雷擊發(fā)生前云中電場(chǎng)很強(qiáng)，造成車間的金屬屋頂和金屬構(gòu)架在強(qiáng)積雨云下感應(yīng)積蓄了大量的電荷，無(wú)法通過(guò)引下線、接地裝置快速泄放，使得建筑結(jié)構(gòu)帶很高電位，造成旁路閃擊或設(shè)備感應(yīng)而損壞敏感電氣設(shè)備。

鋼結(jié)構(gòu)建筑物的金屬構(gòu)件可作為防雷裝置，良好貫通后達(dá)到法拉第籠防雷效果，相比其他結(jié)構(gòu)建筑物應(yīng)該不容易發(fā)生雷擊事故。但常人都知曉的道理往往容易被人忽視遺忘，甚至未滿足基本的施工要求和防護(hù)要求，埋下永久性防雷安全隱患，致使雷擊建筑物時(shí)發(fā)生災(zāi)害。

2 鋼結(jié)構(gòu)建筑極易遭受雷擊的原因

鋼結(jié)構(gòu)建筑容易遭受雷擊有以下幾個(gè)因素，一是因建筑物結(jié)構(gòu)中的墻、柱、梁和基礎(chǔ)內(nèi)的鋼構(gòu)件較多，容易感應(yīng)積累大量的電荷，金屬屋頂、金屬構(gòu)架等更是積蓄大量電荷的部位，所以鋼結(jié)構(gòu)建筑物更容易遭受雷擊。同樣，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑物的屏蔽效果并不完美，建筑物內(nèi)部的線路也有可能感應(yīng)產(chǎn)生很高過(guò)電壓而破壞設(shè)備。所以，鋼結(jié)構(gòu)建筑物要考慮電源和信號(hào)系統(tǒng)的雷電防護(hù)。二是當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)建筑遭受雷擊時(shí)，雷電流產(chǎn)生的電荷大部分以電壓的形式表現(xiàn)在建筑物附近的地面上，此時(shí)建筑物附近地下有暖氣管、煤氣管、自來(lái)水管、設(shè)備接地線等與建筑物內(nèi)部有聯(lián)系的金屬體，通過(guò)這些金屬體將高電位反擊到用電設(shè)備上，就可能產(chǎn)生雷電高壓反擊現(xiàn)象，易擊穿設(shè)備絕緣。三是在做基礎(chǔ)施工時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)建筑需要預(yù)埋地腳螺栓，然而預(yù)埋的螺栓并沒(méi)有與基礎(chǔ)鋼筋接地網(wǎng)做電氣連接，不能保證雷電流排放通暢。

3 鋼結(jié)構(gòu)建筑的防雷裝置

3.1 接地裝置

現(xiàn)在通用的防雷設(shè)計(jì)中，通常作為自然接地體的是預(yù)埋在地下的基礎(chǔ)鋼筋，一般用的是40mm×4mm的扁形鋼材與其相連接，并做相應(yīng)的MEB連接。接地裝置施工和接地電阻值的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合最新的建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50601-2010）的要求。所有接地裝置的連接方式均應(yīng)采用焊接，并且所焊長(zhǎng)度應(yīng)為扁鋼寬度的2倍；對(duì)于一些不易做焊接的部位，可采用螺接的方式，并做好相應(yīng)的防腐蝕處理措施。

追本溯源，防雷接地裝置的應(yīng)用原理可以回歸到電化學(xué)理論，接地裝置就似電流的另一極，接地裝置中的接地線使得雷電流和大地趨于等電位，以減少電位差，并且能將雷電流迅速地排放到大地，這樣就使建筑物在遭受雷擊后受到保護(hù)。然而，接地裝置縱使如此重要，但也常常容易被忽視。鋼結(jié)構(gòu)采用與接地裝置共同埋設(shè)的辦法，保證了接地裝置的工程質(zhì)量。

3.2 引下線

引下線是建筑物防雷工程中的一個(gè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是連接接閃器和防雷接地裝置的橋梁，引下線數(shù)量的多少可以反映出該建筑物防止雷電災(zāi)害的等級(jí)。引下線根據(jù)其敷設(shè)方式，可以簡(jiǎn)單地劃分為明敷、暗敷2種。明敷引下線的優(yōu)點(diǎn)是成本低，便于進(jìn)行后期維護(hù)；缺點(diǎn)是由于裸露在建筑物的墻體上，容易受風(fēng)、雨、極冷極熱天氣的影響。暗敷引下線利用建筑物結(jié)構(gòu)主筋敷設(shè)在建筑物工程的內(nèi)部［2］。

《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》（GB505343）中并未提到鋼結(jié)構(gòu)建筑物的接閃帶的具體安裝說(shuō)明。而《建筑物防雷設(shè)施安裝》［99（07）D501-1］中雖提到鋼結(jié)構(gòu)的防雷接地，但也僅限于鋼結(jié)構(gòu)屋面和混泥土柱結(jié)構(gòu)的情況，而對(duì)于本文提到的全部輕鋼結(jié)構(gòu)還是沒(méi)有具體闡述?，F(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)建筑物絕大多數(shù)采用鋼柱與鋼梁相連接的結(jié)構(gòu)，那么在設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，就應(yīng)該明確標(biāo)注屋面鋼板直接作為接閃器、鋼柱直接作為引下線［3］。

3.3 接閃器

接閃器是防止雷電災(zāi)害的首要環(huán)節(jié)，其目前采用的主要方式有接閃桿、接閃線、接閃帶等。《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）中給出了金屬屋面作為建筑物（第一類防雷建筑物除外）防雷接閃器的4個(gè)要求。規(guī)范針對(duì)金屬板下面有無(wú)易燃品的不同情況，對(duì)金屬板的厚度做了不同的要求，明確規(guī)定“金屬板下面無(wú)易燃品時(shí)，其厚度不應(yīng)小于0.5mm”。保溫芯材所用粘膠劑也是阻燃型。所以，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物外圍材料一般為非燃型，這就要求在利用金屬材料作為接閃部件時(shí)，其厚度應(yīng)嚴(yán)格遵守不應(yīng)小于0.5mm的要求。

咬合和搭接是鋼結(jié)構(gòu)建筑物外部圍護(hù)系統(tǒng)最常采用的方式。不管其采用的是什么型材，但外觀一般都是瓦楞形狀結(jié)構(gòu)。在建筑物施工中，其搭接長(zhǎng)度有著非常嚴(yán)格的要求，搭接長(zhǎng)度要求達(dá)到100mm以上。

4 鋼結(jié)構(gòu)建筑雷電防護(hù)措施

鋼結(jié)構(gòu)建筑比普通建筑更容易遭受雷擊，因此必須做好鋼結(jié)構(gòu)建筑的雷電防護(hù)。

①當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)建筑屋面的鋼板厚度≥0.5mm，搭接長(zhǎng)度大于100mm，而且與各主構(gòu)架有良好的電氣連通時(shí)，可直接用屋面鋼板做接閃器。如屋面鋼板厚度小于0.5mm，或搭接長(zhǎng)度小于100mm，需另設(shè)接閃器，通常沿易遭雷擊部位敷設(shè)接閃帶做接閃裝置。

②鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼構(gòu)立柱可以利用作為防雷引下線，并且是每個(gè)立柱都應(yīng)與基礎(chǔ)接地裝置連接當(dāng)作防雷引下線，均衡雷擊電流。

③鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼構(gòu)立柱基礎(chǔ)鋼筋做自然接地體，并通過(guò)基礎(chǔ)圈梁內(nèi)鋼筋或?qū)ｉT敷設(shè)鍍鋅扁鋼連接成可靠的均衡電位接地環(huán)網(wǎng)。當(dāng)接地電阻不符合要求時(shí)，應(yīng)采取增設(shè)人工接地裝置措施。

④宜將室內(nèi)外的各立柱基礎(chǔ)在地面下50cm用φ10圓鋼相互連接，構(gòu)成不大于10×10等電位均壓網(wǎng)格，防止跨步電壓及地電位反擊，保護(hù)人員及設(shè)備安全。

⑤各種電源線路、信號(hào)線路進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)建筑時(shí)，同樣需要安裝電涌保護(hù)器，防護(hù)過(guò)電壓損害。

5 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)建筑物的金屬構(gòu)件可利用作為防雷裝置，應(yīng)良好貫通達(dá)到法拉第籠防雷效果。但不能遺忘基本的施工要求，防雷裝置應(yīng)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)驗(yàn)收，絕不能埋下永久性防雷安全隱患，杜絕雷擊時(shí)發(fā)生災(zāi)害。

［1］李鵬，程麗丹.新鄉(xiāng)駐軍某部流動(dòng)哨雷擊易損性分析［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，2012（4）：46-51.

［2］王躍武，馬學(xué)林，賈云峰.從一次雷擊事故探討建筑物防雷問(wèn)題［J］.科技風(fēng)，2011（24）：126.

［3］陳校，方磊，羅潔.鋼結(jié)構(gòu)建筑物雷擊安全性的實(shí)驗(yàn)與研究［A］//中國(guó)建筑學(xué)會(huì)2007電氣安全技術(shù)研討會(huì)，2007.

Lightning Analysis and Protection of Steel Structure Building

Hu Wupeng
（Xinxiang Meteorological Bureau，Xinxiang Henan 453000）

In this paper,based on the investigation and analysis of lightning strike of steel structure building of a company in Xinxiang city,Henan province,the reasons for the steel structure building to be easily struck by lightning were obtained.Therefore,we should pay attention to the detection and acceptance of the lightning protection device, and can not bury the permanent lightning safety hidden danger,so as to prevent the occurrence of lightning disaster.

steel structure building；lightning；lightning protection device

TU895

A

1003-5168（2017）04-0141-02

2017-03-06

胡武鵬（1983-），男，助理工程師，研究方向：雷電防御、雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警。