一次雷擊火災(zāi)事故分析談鋼結(jié)構(gòu)建筑雷電防護(hù)

陸金鳳 甘長橋 姜殿榮

摘要?近年來，出現(xiàn)了多次因雷擊起火造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。主要對一次鋼結(jié)構(gòu)建筑因雷擊起火的雷擊事故進(jìn)行調(diào)查分析，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)提出鋼結(jié)構(gòu)建筑雷擊防御措施，預(yù)防雷擊起火事件的發(fā)生。

關(guān)鍵詞?雷擊起火;原因分析;預(yù)防措施

中圖分類號：TU856?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?文章編號：2095-3305（2020）03-079-04

DOI：?10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.033

2019年6月30日凌晨0時30分左右，柳州港陽和碼頭上空發(fā)生了較強(qiáng)的強(qiáng)對流天氣，并伴有強(qiáng)雷暴過程。當(dāng)時雷電活動強(qiáng)烈，且持續(xù)時間長，一聲巨大的響雷后，倉庫起火，伴有濃煙，過火面積超過2?000?m2，金屬棚嚴(yán)重變形，超過1/2面積的金屬棚頂坍塌，該倉庫內(nèi)放置的汽車配件全部被燒毀，造成直接經(jīng)濟(jì)損失2?000多萬元，燒毀電源電池存在鉛泄露污染。事故點(diǎn)雷擊起火后航拍圖（見圖1）。

1?現(xiàn)場調(diào)查情況

1.1?地理環(huán)境

事故發(fā)生點(diǎn)位于東經(jīng)109°28′22″，北緯24°15′56″，柳州港陽和碼頭作業(yè)區(qū)，位于柳江邊，地勢平坦、空曠開闊（見圖2）。

1.2?天氣情況分析

2019年6月29日午夜，柳州市區(qū)正處于在850百帕低渦切變線和地面弱冷空氣系統(tǒng)過境的關(guān)鍵時段。在冷暖氣團(tuán)交替作用下，發(fā)生了較強(qiáng)的強(qiáng)對流天氣，局地有短時強(qiáng)降水或強(qiáng)雷暴現(xiàn)象。

從雷達(dá)資料分析，6月29日23時從西南方向移來成片的強(qiáng)回波，開始向柳州市區(qū)陽和碼頭（圖3中以紅字三角符號標(biāo)示）接近，強(qiáng)度維持，向東北方向移動。陽和碼頭受影響時段主要為6月29日23時30分～30日0時30分，之后雷達(dá)強(qiáng)回波主體繼續(xù)向東北方向移動。

1.3?閃電監(jiān)測實(shí)況

1.3.1?柳州市南部三維閃電活動概述?據(jù)廣西三維閃電定位監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測顯示，2019年6月29日23時至6月30日01時，柳州市南部（城中區(qū)、魚峰區(qū)、柳北區(qū)、柳南區(qū)、柳江區(qū)、柳城縣、鹿寨縣）出現(xiàn)強(qiáng)雷暴天氣，共計(jì)發(fā)生閃電4?524次，其中云閃3?199次，云地閃1?325次，正閃1?420次，負(fù)閃3?104次，正閃最大強(qiáng)度287千安，平均強(qiáng)度20.14千安，負(fù)閃最大強(qiáng)度187.2千安，平均強(qiáng)度22.33千安;云閃最大高度9.12公里，平均高度3.72公里。從空間上看，柳江區(qū)東部、魚峰區(qū)中南部及鹿寨縣西南部交界處閃電活動頻繁（見圖4）。

1.3.2?事故點(diǎn)半徑三公里三維閃電活動情況?2019年6月29日23時00分～6月30日01時00分，事故點(diǎn)附近半徑3公里共計(jì)監(jiān)測到閃電14次（見表1），主要發(fā)生在6月30日0時00分～0時24分之間。其中正閃4次，負(fù)閃10次，正閃最大強(qiáng)度36.7千安，平均強(qiáng)度18.87千安，負(fù)閃最大強(qiáng)度153.7千安，平均強(qiáng)度49.48千安。最近云地閃位于距離事故點(diǎn)附近偏東北方約1?950米處，強(qiáng)度為12.2千安，發(fā)生在00時17分03秒。

1.4?現(xiàn)場檢測情況

對事故點(diǎn)金屬物品進(jìn)行了剩磁檢測（見圖5），檢測數(shù)據(jù)（見表2）。

2?災(zāi)害原因分析

從現(xiàn)場環(huán)境情況分析，事故點(diǎn)地勢開闊，地處水域周邊，屬雷擊易發(fā)環(huán)境。從天氣情況和雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，當(dāng)?shù)靥幱诶妆┨鞖膺^程。根據(jù)剩磁檢測分析，汽配倉庫金屬棚有雷電流通過。

從各種現(xiàn)場調(diào)查情況及現(xiàn)場目擊者證言分析，可以確定柳州東城交通投資發(fā)展有限公司汽配倉庫于6月30日雷電活動期間遭受過雷擊。

根據(jù)調(diào)查收集到的數(shù)據(jù)可以判定：柳州東城交通投資發(fā)展有限公司汽配倉庫東南角起火的原因，有四種情況可以導(dǎo)致火災(zāi)：①強(qiáng)大的雷電流直接擊穿金屬瓦，熔化的金屬瓦掉落點(diǎn)燃倉庫內(nèi)易燃物品;②由于強(qiáng)雷電直接擊中金屬瓦后，強(qiáng)大的雷電流沿著金屬立柱泄放入地的過程中，在雷電流通道上形成高電位產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿，放電火花點(diǎn)燃倉庫內(nèi)的物品;③在閃電和雷電流泄放過程中，由于電磁感應(yīng)作用，在倉庫的金屬線路上或者金屬物體上產(chǎn)生感應(yīng)高電位，高電位擊穿金屬物之間間隙的空氣，放電火花點(diǎn)燃倉庫內(nèi)物品;④強(qiáng)大的雷電流過物體或?qū)Ь€時，物體或?qū)Ь€由于焦耳-楞次熱效應(yīng)而產(chǎn)生高溫點(diǎn)燃倉庫內(nèi)的物品。

3?鋼結(jié)構(gòu)建筑存在的防雷隱患

從此次雷擊事故可看出，鋼結(jié)構(gòu)建筑簡易，施工期短，所有構(gòu)件均在工廠預(yù)制完成，現(xiàn)場只需簡單拼裝，從而大大縮短了施工周期，美觀實(shí)用，鋼結(jié)構(gòu)建筑線條簡潔流暢，具有現(xiàn)代感[1]。造價(jià)合理，鋼結(jié)構(gòu)建筑自重輕，減少基礎(chǔ)造價(jià)，建造速度快，可早日建成投產(chǎn)，綜合經(jīng)濟(jì)效益大大優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)建筑[2]。因而廣泛應(yīng)用與各類工業(yè)廠房、倉庫、體育館等場所。

但鋼結(jié)構(gòu)廠房倉庫的基礎(chǔ)容易失穩(wěn)，一旦受壓部位或受彎，便會失去穩(wěn)定。導(dǎo)致失穩(wěn)的客觀因素比較多，如荷載變化、鋼材的初始缺陷，支撐情況的不同等均會導(dǎo)致失穩(wěn)[3-4]。耐火性能差，一旦結(jié)構(gòu)受熱，極易變行造成坍塌。

鋼結(jié)構(gòu)建筑而由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定防雷裝置的設(shè)計(jì)與普通磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)建筑物也有所不同[5]。所有防雷裝置均利用建筑物本身構(gòu)件做（接閃、引下、接地），由于大多數(shù)構(gòu)件為鉚接，連接處的過渡電阻較大，不利于雷電流泄放，極易在連接處發(fā)熱和或閃火花而造成火災(zāi)。針對鋼結(jié)構(gòu)的這些防雷問題雷做出粗淺的探討，為以后有效地解決鋼結(jié)構(gòu)建筑物的防雷問題提供參考。

3.1?接閃器的設(shè)置

鋼結(jié)構(gòu)建筑利用金屬屋面直接閃時，需滿足《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）中的第5、2.7條針對規(guī)范要求，金屬板下面無易燃物品時，厚度不應(yīng)小于0.5?mm。金屬板的焊接塔接長度應(yīng)大于100?mm。為預(yù)防有可能強(qiáng)大雷電流擊穿金屬散落到室內(nèi)易燃物品時，金屬屋面下應(yīng)有不燃材料的墊層或吊頂阻止火花散落到地面的措施。

3.2?引下線的設(shè)置

利用鋼柱作為引下線，鋼柱鋼型規(guī)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的規(guī)格，關(guān)鍵處理好接閃與引下的可靠連接。現(xiàn)施工均為鉚接，容易造成接觸不良，為保證屋頂金屬壓型板、屋架、檁條與鋼柱可靠連接，建議用焊接跨接過鉚接節(jié)點(diǎn)。減少因雷電流泄流不順暢而發(fā)熱點(diǎn)燃室內(nèi)可燃易燃物。同時，在室內(nèi)放置可燃物或易燃物時，應(yīng)與作為引下線的鋼柱有足夠的安全距離。預(yù)防在閃電和雷電流泄放過程中，由于電磁感應(yīng)作用，在倉庫的金屬線路上或者金屬物體上產(chǎn)生感應(yīng)高電位，高電位擊穿金屬物之間間隙的空氣，放電火花點(diǎn)燃倉庫內(nèi)物品。

3.3?接地裝置

對于輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑物，宜用40X4的鍍鋅扁鋼將鋼柱獨(dú)立基礎(chǔ)連接起來形成一個閉合的接環(huán)形（或網(wǎng)形）接地裝置。施工時要土建預(yù)埋地腳螺栓，這樣當(dāng)鋼柱就位時將地腳螺栓、螺母和鋼柱連接在一起。要求注意的是，地腳螺栓和鋼柱基礎(chǔ)鋼筋在地下是不連接。所以，要求施工時用不小于φ10鋼筋或圓鋼將基礎(chǔ)鋼筋和接地螺栓可靠焊接，并在焊接處做防腐處理，以便接地用[6]。具體做法可參見國家標(biāo)準(zhǔn)圖集《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》（15D503）。這樣從屋頂?shù)戒撝⒃俚交A(chǔ)形成可靠連接，保證雷電流具備完整的泄放通道。?此外，不要忘了在室外適當(dāng)位置預(yù)留接地連接板，施工中當(dāng)接地電阻達(dá)不到要求時，方便施工單位連接人工接地裝置和測試接地電阻[7]。

3.4?防雷電源侵入

根據(jù)規(guī)范要求，進(jìn)出建筑物的低壓線路宜全線采用電纜直接埋地引入（如果沒有條件全線埋地引入，應(yīng)在進(jìn)入建筑物前50米埋地），在電源引入建筑物處安裝I級浪涌保護(hù)器，電源線在室內(nèi)走線，最好穿金屬管或在封閉金屬橋架作屏蔽，并對金屬管和金屬橋架做好接地，金屬管與金屬管間應(yīng)做好跨接。

4?結(jié)論

近幾年，由于輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物造型美觀大方、建設(shè)周期短、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)廠房、倉庫、體育館等場所。而它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)防雷措施看似簡單但又容易忽略重要環(huán)節(jié)而造成防雷效果不佳。通過對這一事故的原因的分析，總結(jié)出在鋼結(jié)果防雷的一些措施和注意事項(xiàng)，對鋼結(jié)構(gòu)建筑的防雷設(shè)計(jì)及施工有一定的指導(dǎo)意議。只有采取有效的雷電防護(hù)措，才能盡量減少雷災(zāi)的發(fā)生，將雷害帶來的損失降低到最低。

參考文獻(xiàn)

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[3]?宋偉.淺析鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)問題[J].建設(shè)科技，2016（9）：149-150.

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[7]?李慧，徐建兵.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑雷電防護(hù)裝置設(shè)計(jì)[J].建筑電氣，2017（6）：7-12.

責(zé)任編輯：黃艷飛