一次雷擊火災事故分析談鋼結構建筑雷電防護

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)濟損失。主要對一次鋼結構建筑因雷擊起火的雷擊事故進行調查分析，根據(jù)鋼結構的特點提出鋼結構建筑雷擊防御措施，預防雷擊起火事件的發(fā)生。

關鍵詞?雷擊起火;原因分析;預防措施

中圖分類號：TU856?文獻標識碼：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)生了較強的強對流天氣，并伴有強雷暴過程。當時雷電活動強烈，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，金屬棚嚴重變形，超過1/2面積的金屬棚頂坍塌，該倉庫內放置的汽車配件全部被燒毀，造成直接經(jīng)濟損失2?000多萬元，燒毀電源電池存在鉛泄露污染。事故點雷擊起火后航拍圖（見圖1）。

1?現(xiàn)場調查情況

1.1?地理環(huán)境

事故發(fā)生點位于東經(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)過境的關鍵時段。在冷暖氣團交替作用下，發(fā)生了較強的強對流天氣，局地有短時強降水或強雷暴現(xiàn)象。

從雷達資料分析，6月29日23時從西南方向移來成片的強回波，開始向柳州市區(qū)陽和碼頭（圖3中以紅字三角符號標示）接近，強度維持，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，之后雷達強回波主體繼續(xù)向東北方向移動。

1.3?閃電監(jiān)測實況

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)強雷暴天氣，共計發(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，負閃3?104次，正閃最大強度287千安，平均強度20.14千安，負閃最大強度187.2千安，平均強度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，事故點附近半徑3公里共計監(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，負閃10次，正閃最大強度36.7千安，平均強度18.87千安，負閃最大強度153.7千安，平均強度49.48千安。最近云地閃位于距離事故點附近偏東北方約1?950米處，強度為12.2千安，發(fā)生在00時17分03秒。

1.4?現(xiàn)場檢測情況

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

2?災害原因分析

從現(xiàn)場環(huán)境情況分析，事故點地勢開闊，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?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，有四種情況可以導致火災：①強大的雷電流直接擊穿金屬瓦，熔化的金屬瓦掉落點燃倉庫內易燃物品;②由于強雷電直接擊中金屬瓦后，強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)生閃絡擊穿，放電火花點燃倉庫內的物品;③在閃電和雷電流泄放過程中，由于電磁感應作用，在倉庫的金屬線路上或者金屬物體上產(chǎn)生感應高電位，高電位擊穿金屬物之間間隙的空氣，放電火花點燃倉庫內物品;④強大的雷電流過物體或導線時，物體或導線由于焦耳-楞次熱效應而產(chǎn)生高溫點燃倉庫內的物品。

3?鋼結構建筑存在的防雷隱患

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

但鋼結構廠房倉庫的基礎容易失穩(wěn)，一旦受壓部位或受彎，便會失去穩(wěn)定。導致失穩(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致失穩(wěn)[3-4]。耐火性能差，一旦結構受熱，極易變行造成坍塌。

鋼結構建筑而由于結構特點決定防雷裝置的設計與普通磚混結構、框架結構建筑物也有所不同[5]。所有防雷裝置均利用建筑物本身構件做（接閃、引下、接地），由于大多數(shù)構件為鉚接，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。針對鋼結構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構建筑物的防雷問題提供參考。

3.1?接閃器的設置

鋼結構建筑利用金屬屋面直接閃時，需滿足《建筑物防雷設計規(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，厚度不應小于0.5?mm。金屬板的焊接塔接長度應大于100?mm。為預防有可能強大雷電流擊穿金屬散落到室內易燃物品時，金屬屋面下應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?引下線的設置

利用鋼柱作為引下線，鋼柱鋼型規(guī)格遠遠大于規(guī)范要求的規(guī)格，關鍵處理好接閃與引下的可靠連接?，F(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。減少因雷電流泄流不順暢而發(fā)熱點燃室內可燃易燃物。同時，在室內放置可燃物或易燃物時，應與作為引下線的鋼柱有足夠的安全距離。預防在閃電和雷電流泄放過程中，由于電磁感應作用，在倉庫的金屬線路上或者金屬物體上產(chǎn)生感應高電位，高電位擊穿金屬物之間間隙的空氣，放電火花點燃倉庫內物品。

3.3?接地裝置

對于輕鋼結構的建筑物，宜用40X4的鍍鋅扁鋼將鋼柱獨立基礎連接起來形成一個閉合的接環(huán)形（或網(wǎng)形）接地裝置。施工時要土建預埋地腳螺栓，這樣當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準圖集《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位置預留接地連接板，施工中當接地電阻達不到要求時，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，應在進入建筑物前50米埋地），在電源引入建筑物處安裝I級浪涌保護器，電源線在室內走線，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做好跨接。

4?結論

近幾年，由于輕鋼結構建筑物造型美觀大方、建設周期短、工程造價低等優(yōu)點，因而廣泛應用于各類工業(yè)廠房、倉庫、體育館等場所。而它的結構特點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，總結出在鋼結果防雷的一些措施和注意事項，對鋼結構建筑的防雷設計及施工有一定的指導意議。只有采取有效的雷電防護措，才能盡量減少雷災的發(fā)生，將雷害帶來的損失降低到最低。

參考文獻

[1]?林逸，陳丹青.雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)在深圳的應用[J].廣東氣象，2002（Z2）：32-33.

[2]?徐陳，辛威.淺談新型建筑材料的應用[J].建材發(fā)展導向，2011，9（2）：131.

[3]?宋偉.淺析鋼結構的穩(wěn)定性設計問題[J].建設科技，2016（9）：149-150.

[4]?張小勇.略論鋼結構的事故及其影響因素[J].山西建筑，2011（36）：16.

[5]?呂永濤.淺析鋼結構廠房的防雷接地設計[J].商品與質量：建筑與發(fā)展，2012（1）：96.

[6]?陳宇，龔瑩，王騰.裝配式建筑中電氣相關問題探討[J].現(xiàn)代建筑電氣，2016（8）：1-3，16.

[7]?李慧，徐建兵.裝配式混凝土結構建筑雷電防護裝置設計[J].建筑電氣，2017（6）：7-12.

責任編輯：黃艷飛