鋼結構建筑雷擊分析與防護

胡武鵬

（新鄉市氣象局，河南新鄉 453000）

鋼結構建筑雷擊分析與防護

胡武鵬

（新鄉市氣象局，河南新鄉 453000）

本文通過對河南省新鄉市某公司鋼結構建筑雷擊情況的調查分析，得出造成鋼結構建筑極易遭受雷擊的原因。基于此，指出應重視防雷裝置跟蹤檢測驗收，決不能埋下永久性防雷安全隱患，杜絕雷擊時發生災害。

鋼結構建筑；雷擊；防雷裝置

雷電是發生于大氣中的一種瞬時高電壓、大電流、強電磁輻射的伴有閃電和雷鳴的放電現象，同時也是一種災害性天氣［1］。雷電災害是“聯合國國際減災十年”公布的10種最嚴重的自然災害之一，被稱為“電子時代的一大公害”。我國每年因雷擊災害造成人員傷亡達3 000～4 000人，財產損失達50億～100億元。

1 鋼結構建筑雷擊調查

2009年3月20日出現強雷暴天氣，河南省新鄉市中科科技有限公司遭受雷擊，直接經濟損失15萬余元。通過現場勘查發現，該公司精控車間為鋼結構建筑長248m、寬60m、高10m，沒有專設防雷裝置，僅借用建筑鋼結構為防雷裝置，其基礎鋼筋和接地螺栓連接不良，過渡電阻為43.0～78.0Ω，獨立立柱基礎接地電阻為30.7～41.0Ω。挖開立柱基礎深入勘察，其預埋的接地螺栓和基礎鋼筋鋼筋沒有形成有效的電氣連通。

查閱閃電定位系統后發現，2009年3月20日22:00-21日4:00，新鄉雷電監測定位資料記錄統計，期間共發生雷閃1 536次，發生正閃電14次，正閃電平均強度為+52.135 7kA；最大正閃電強度為+88.8kA，發生時間為1:21:54，地點為東經114.414 4°、北緯35.043 7°；負閃電1 522次，負閃電平均強度為-48.746kA；最大負閃電強度-196.3kA，發生時間為0∶9∶31，發生地點為東經113.89°、北緯35.484 8°。時間和位置與該車間雷擊非常接近。分析調查資料發現，該次雷擊電流大，說明雷擊發生前云中電場很強，造成車間的金屬屋頂和金屬構架在強積雨云下感應積蓄了大量的電荷，無法通過引下線、接地裝置快速泄放，使得建筑結構帶很高電位，造成旁路閃擊或設備感應而損壞敏感電氣設備。

鋼結構建筑物的金屬構件可作為防雷裝置，良好貫通后達到法拉第籠防雷效果，相比其他結構建筑物應該不容易發生雷擊事故。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要求，埋下永久性防雷安全隱患，致使雷擊建筑物時發生災害。

2 鋼結構建筑極易遭受雷擊的原因

鋼結構建筑容易遭受雷擊有以下幾個因素，一是因建筑物結構中的墻、柱、梁和基礎內的鋼構件較多，容易感應積累大量的電荷，金屬屋頂、金屬構架等更是積蓄大量電荷的部位，所以鋼結構建筑物更容易遭受雷擊。同樣，由于鋼結構建筑物的屏蔽效果并不完美，建筑物內部的線路也有可能感應產生很高過電壓而破壞設備。所以，鋼結構建筑物要考慮電源和信號系統的雷電防護。二是當鋼結構建筑遭受雷擊時，雷電流產生的電荷大部分以電壓的形式表現在建筑物附近的地面上，此時建筑物附近地下有暖氣管、煤氣管、自來水管、設備接地線等與建筑物內部有聯系的金屬體，通過這些金屬體將高電位反擊到用電設備上，就可能產生雷電高壓反擊現象，易擊穿設備絕緣。三是在做基礎施工時，鋼結構建筑需要預埋地腳螺栓，然而預埋的螺栓并沒有與基礎鋼筋接地網做電氣連接，不能保證雷電流排放通暢。

3 鋼結構建筑的防雷裝置

3.1 接地裝置

現在通用的防雷設計中，通常作為自然接地體的是預埋在地下的基礎鋼筋，一般用的是40mm×4mm的扁形鋼材與其相連接，并做相應的MEB連接。接地裝置施工和接地電阻值的標準應符合最新的建筑物防雷工程施工與質量驗收規范（GB50601-2010）的要求。所有接地裝置的連接方式均應采用焊接，并且所焊長度應為扁鋼寬度的2倍；對于一些不易做焊接的部位，可采用螺接的方式，并做好相應的防腐蝕處理措施。

追本溯源，防雷接地裝置的應用原理可以回歸到電化學理論，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。然而，接地裝置縱使如此重要，但也常常容易被忽視。鋼結構采用與接地裝置共同埋設的辦法，保證了接地裝置的工程質量。

3.2 引下線

引下線是建筑物防雷工程中的一個不可或缺的重要環節，是連接接閃器和防雷接地裝置的橋梁，引下線數量的多少可以反映出該建筑物防止雷電災害的等級。引下線根據其敷設方式，可以簡單地劃分為明敷、暗敷2種。明敷引下線的優點是成本低，便于進行后期維護；缺點是由于裸露在建筑物的墻體上，容易受風、雨、極冷極熱天氣的影響。暗敷引下線利用建筑物結構主筋敷設在建筑物工程的內部［2］。

《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》（GB505343）中并未提到鋼結構建筑物的接閃帶的具體安裝說明。而《建筑物防雷設施安裝》［99（07）D501-1］中雖提到鋼結構的防雷接地，但也僅限于鋼結構屋面和混泥土柱結構的情況，而對于本文提到的全部輕鋼結構還是沒有具體闡述。現在鋼結構建筑物絕大多數采用鋼柱與鋼梁相連接的結構，那么在設計圖紙時，就應該明確標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害的首要環節，其目前采用的主要方式有接閃桿、接閃線、接閃帶等。《建筑物防雷設計規范》（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個要求。規范針對金屬板下面有無易燃品的不同情況，對金屬板的厚度做了不同的要求，明確規定“金屬板下面無易燃品時，其厚度不應小于0.5mm”。保溫芯材所用粘膠劑也是阻燃型。所以，輕鋼結構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，其厚度應嚴格遵守不應小于0.5mm的要求。

咬合和搭接是鋼結構建筑物外部圍護系統最常采用的方式。不管其采用的是什么型材，但外觀一般都是瓦楞形狀結構。在建筑物施工中，其搭接長度有著非常嚴格的要求，搭接長度要求達到100mm以上。

4 鋼結構建筑雷電防護措施

鋼結構建筑比普通建筑更容易遭受雷擊，因此必須做好鋼結構建筑的雷電防護。

①當鋼結構建筑屋面的鋼板厚度≥0.5mm，搭接長度大于100mm，而且與各主構架有良好的電氣連通時，可直接用屋面鋼板做接閃器。如屋面鋼板厚度小于0.5mm，或搭接長度小于100mm，需另設接閃器，通常沿易遭雷擊部位敷設接閃帶做接閃裝置。

②鋼結構建筑鋼構立柱可以利用作為防雷引下線，并且是每個立柱都應與基礎接地裝置連接當作防雷引下線，均衡雷擊電流。

③鋼結構建筑鋼構立柱基礎鋼筋做自然接地體，并通過基礎圈梁內鋼筋或專門敷設鍍鋅扁鋼連接成可靠的均衡電位接地環網。當接地電阻不符合要求時，應采取增設人工接地裝置措施。

④宜將室內外的各立柱基礎在地面下50cm用φ10圓鋼相互連接，構成不大于10×10等電位均壓網格，防止跨步電壓及地電位反擊，保護人員及設備安全。

⑤各種電源線路、信號線路進入鋼結構建筑時，同樣需要安裝電涌保護器，防護過電壓損害。

5 結語

鋼結構建筑物的金屬構件可利用作為防雷裝置，應良好貫通達到法拉第籠防雷效果。但不能遺忘基本的施工要求，防雷裝置應進行跟蹤檢測驗收，絕不能埋下永久性防雷安全隱患，杜絕雷擊時發生災害。

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

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

［3］陳校，方磊，羅潔.鋼結構建筑物雷擊安全性的實驗與研究［A］//中國建筑學會2007電氣安全技術研討會，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、雷電監測預警。