钢结构建筑雷击分析与防护

胡武鹏

（新乡市气象局，河南新乡 453000）

钢结构建筑雷击分析与防护

胡武鹏

（新乡市气象局，河南新乡 453000）

本文通过对河南省新乡市某公司钢结构建筑雷击情况的调查分析，得出造成钢结构建筑极易遭受雷击的原因。基于此，指出应重视防雷装置跟踪检测验收，决不能埋下永久性防雷安全隐患，杜绝雷击时发生灾害。

钢结构建筑；雷击；防雷装置

雷电是发生于大气中的一种瞬时高电压、大电流、强电磁辐射的伴有闪电和雷鸣的放电现象，同时也是一种灾害性天气［1］。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的10种最严重的自然灾害之一，被称为“电子时代的一大公害”。我国每年因雷击灾害造成人员伤亡达3 000～4 000人，财产损失达50亿～100亿元。

1 钢结构建筑雷击调查

2009年3月20日出现强雷暴天气，河南省新乡市中科科技有限公司遭受雷击，直接经济损失15万余元。通过现场勘查发现，该公司精控车间为钢结构建筑长248m、宽60m、高10m，没有专设防雷装置，仅借用建筑钢结构为防雷装置，其基础钢筋和接地螺栓连接不良，过渡电阻为43.0～78.0Ω，独立立柱基础接地电阻为30.7～41.0Ω。挖开立柱基础深入勘察，其预埋的接地螺栓和基础钢筋钢筋没有形成有效的电气连通。

查阅闪电定位系统后发现，2009年3月20日22:00-21日4:00，新乡雷电监测定位资料记录统计，期间共发生雷闪1 536次，发生正闪电14次，正闪电平均强度为+52.135 7kA；最大正闪电强度为+88.8kA，发生时间为1:21:54，地点为东经114.414 4°、北纬35.043 7°；负闪电1 522次，负闪电平均强度为-48.746kA；最大负闪电强度-196.3kA，发生时间为0∶9∶31，发生地点为东经113.89°、北纬35.484 8°。时间和位置与该车间雷击非常接近。分析调查资料发现，该次雷击电流大，说明雷击发生前云中电场很强，造成车间的金属屋顶和金属构架在强积雨云下感应积蓄了大量的电荷，无法通过引下线、接地装置快速泄放，使得建筑结构带很高电位，造成旁路闪击或设备感应而损坏敏感电气设备。

钢结构建筑物的金属构件可作为防雷装置，良好贯通后达到法拉第笼防雷效果，相比其他结构建筑物应该不容易发生雷击事故。但常人都知晓的道理往往容易被人忽视遗忘，甚至未满足基本的施工要求和防护要求，埋下永久性防雷安全隐患，致使雷击建筑物时发生灾害。

2 钢结构建筑极易遭受雷击的原因

钢结构建筑容易遭受雷击有以下几个因素，一是因建筑物结构中的墙、柱、梁和基础内的钢构件较多，容易感应积累大量的电荷，金属屋顶、金属构架等更是积蓄大量电荷的部位，所以钢结构建筑物更容易遭受雷击。同样，由于钢结构建筑物的屏蔽效果并不完美，建筑物内部的线路也有可能感应产生很高过电压而破坏设备。所以，钢结构建筑物要考虑电源和信号系统的雷电防护。二是当钢结构建筑遭受雷击时，雷电流产生的电荷大部分以电压的形式表现在建筑物附近的地面上，此时建筑物附近地下有暖气管、煤气管、自来水管、设备接地线等与建筑物内部有联系的金属体，通过这些金属体将高电位反击到用电设备上，就可能产生雷电高压反击现象，易击穿设备绝缘。三是在做基础施工时，钢结构建筑需要预埋地脚螺栓，然而预埋的螺栓并没有与基础钢筋接地网做电气连接，不能保证雷电流排放通畅。

3 钢结构建筑的防雷装置

3.1 接地装置

现在通用的防雷设计中，通常作为自然接地体的是预埋在地下的基础钢筋，一般用的是40mm×4mm的扁形钢材与其相连接，并做相应的MEB连接。接地装置施工和接地电阻值的标准应符合最新的建筑物防雷工程施工与质量验收规范（GB50601-2010）的要求。所有接地装置的连接方式均应采用焊接，并且所焊长度应为扁钢宽度的2倍；对于一些不易做焊接的部位，可采用螺接的方式，并做好相应的防腐蚀处理措施。

追本溯源，防雷接地装置的应用原理可以回归到电化学理论，接地装置就似电流的另一极，接地装置中的接地线使得雷电流和大地趋于等电位，以减少电位差，并且能将雷电流迅速地排放到大地，这样就使建筑物在遭受雷击后受到保护。然而，接地装置纵使如此重要，但也常常容易被忽视。钢结构采用与接地装置共同埋设的办法，保证了接地装置的工程质量。

3.2 引下线

引下线是建筑物防雷工程中的一个不可或缺的重要环节，是连接接闪器和防雷接地装置的桥梁，引下线数量的多少可以反映出该建筑物防止雷电灾害的等级。引下线根据其敷设方式，可以简单地划分为明敷、暗敷2种。明敷引下线的优点是成本低，便于进行后期维护；缺点是由于裸露在建筑物的墙体上，容易受风、雨、极冷极热天气的影响。暗敷引下线利用建筑物结构主筋敷设在建筑物工程的内部［2］。

《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》（GB505343）中并未提到钢结构建筑物的接闪带的具体安装说明。而《建筑物防雷设施安装》［99（07）D501-1］中虽提到钢结构的防雷接地，但也仅限于钢结构屋面和混泥土柱结构的情况，而对于本文提到的全部轻钢结构还是没有具体阐述。现在钢结构建筑物绝大多数采用钢柱与钢梁相连接的结构，那么在设计图纸时，就应该明确标注屋面钢板直接作为接闪器、钢柱直接作为引下线［3］。

3.3 接闪器

接闪器是防止雷电灾害的首要环节，其目前采用的主要方式有接闪杆、接闪线、接闪带等。《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中给出了金属屋面作为建筑物（第一类防雷建筑物除外）防雷接闪器的4个要求。规范针对金属板下面有无易燃品的不同情况，对金属板的厚度做了不同的要求，明确规定“金属板下面无易燃品时，其厚度不应小于0.5mm”。保温芯材所用粘胶剂也是阻燃型。所以，轻钢结构建筑物外围材料一般为非燃型，这就要求在利用金属材料作为接闪部件时，其厚度应严格遵守不应小于0.5mm的要求。

咬合和搭接是钢结构建筑物外部围护系统最常采用的方式。不管其采用的是什么型材，但外观一般都是瓦楞形状结构。在建筑物施工中，其搭接长度有着非常严格的要求，搭接长度要求达到100mm以上。

4 钢结构建筑雷电防护措施

钢结构建筑比普通建筑更容易遭受雷击，因此必须做好钢结构建筑的雷电防护。

①当钢结构建筑屋面的钢板厚度≥0.5mm，搭接长度大于100mm，而且与各主构架有良好的电气连通时，可直接用屋面钢板做接闪器。如屋面钢板厚度小于0.5mm，或搭接长度小于100mm，需另设接闪器，通常沿易遭雷击部位敷设接闪带做接闪装置。

②钢结构建筑钢构立柱可以利用作为防雷引下线，并且是每个立柱都应与基础接地装置连接当作防雷引下线，均衡雷击电流。

③钢结构建筑钢构立柱基础钢筋做自然接地体，并通过基础圈梁内钢筋或专门敷设镀锌扁钢连接成可靠的均衡电位接地环网。当接地电阻不符合要求时，应采取增设人工接地装置措施。

④宜将室内外的各立柱基础在地面下50cm用φ10圆钢相互连接，构成不大于10×10等电位均压网格，防止跨步电压及地电位反击，保护人员及设备安全。

⑤各种电源线路、信号线路进入钢结构建筑时，同样需要安装电涌保护器，防护过电压损害。

5 结语

钢结构建筑物的金属构件可利用作为防雷装置，应良好贯通达到法拉第笼防雷效果。但不能遗忘基本的施工要求，防雷装置应进行跟踪检测验收，绝不能埋下永久性防雷安全隐患，杜绝雷击时发生灾害。

［1］李鹏，程丽丹.新乡驻军某部流动哨雷击易损性分析［J］.气象与环境科学，2012（4）：46-51.

［2］王跃武，马学林，贾云峰.从一次雷击事故探讨建筑物防雷问题［J］.科技风，2011（24）：126.

［3］陈校，方磊，罗洁.钢结构建筑物雷击安全性的实验与研究［A］//中国建筑学会2007电气安全技术研讨会，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

胡武鹏（1983-），男，助理工程师，研究方向：雷电防御、雷电监测预警。