一次雷击火灾事故分析谈钢结构建筑雷电防护

陆金凤 甘长桥 姜殿荣

摘要 近年来，出现了多次因雷击起火造成重大人员伤亡和经济损失。主要对一次钢结构建筑因雷击起火的雷击事故进行调查分析，根据钢结构的特点提出钢结构建筑雷击防御措施，预防雷击起火事件的发生。

关键词 雷击起火;原因分析;预防措施

中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）03-079-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.033

2019年6月30日凌晨0时30分左右，柳州港阳和码头上空发生了较强的强对流天气，并伴有强雷暴过程。当时雷电活动强烈，且持续时间长，一声巨大的响雷后，仓库起火，伴有浓烟，过火面积超过2 000 m2，金屬棚严重变形，超过1/2面积的金属棚顶坍塌，该仓库内放置的汽车配件全部被烧毁，造成直接经济损失2 000多万元，烧毁电源电池存在铅泄露污染。事故点雷击起火后航拍图（见图1）。

1 现场调查情况

1.1 地理环境

事故发生点位于东经109°28′22″，北纬24°15′56″，柳州港阳和码头作业区，位于柳江边，地势平坦、空旷开阔（见图2）。

1.2 天气情况分析

2019年6月29日午夜，柳州市区正处于在850百帕低涡切变线和地面弱冷空气系统过境的关键时段。在冷暖气团交替作用下，发生了较强的强对流天气，局地有短时强降水或强雷暴现象。

从雷达资料分析，6月29日23时从西南方向移来成片的强回波，开始向柳州市区阳和码头（图3中以红字三角符号标示）接近，强度维持，向东北方向移动。阳和码头受影响时段主要为6月29日23时30分～30日0时30分，之后雷达强回波主体继续向东北方向移动。

1.3 闪电监测实况

1.3.1 柳州市南部三维闪电活动概述 据广西三维闪电定位监测系统监测显示，2019年6月29日23时至6月30日01时，柳州市南部（城中区、鱼峰区、柳北区、柳南区、柳江区、柳城县、鹿寨县）出现强雷暴天气，共计发生闪电4 524次，其中云闪3 199次，云地闪1 325次，正闪1 420次，负闪3 104次，正闪最大强度287千安，平均强度20.14千安，负闪最大强度187.2千安，平均强度22.33千安;云闪最大高度9.12公里，平均高度3.72公里。从空间上看，柳江区东部、鱼峰区中南部及鹿寨县西南部交界处闪电活动频繁（见图4）。

1.3.2 事故点半径三公里三维闪电活动情况 2019年6月29日23时00分～6月30日01时00分，事故点附近半径3公里共计监测到闪电14次（见表1），主要发生在6月30日0时00分～0时24分之间。其中正闪4次，负闪10次，正闪最大强度36.7千安，平均强度18.87千安，负闪最大强度153.7千安，平均强度49.48千安。最近云地闪位于距离事故点附近偏东北方约1 950米处，强度为12.2千安，发生在00时17分03秒。

1.4 现场检测情况

对事故点金属物品进行了剩磁检测（见图5），检测数据（见表2）。

2 灾害原因分析

从现场环境情况分析，事故点地势开阔，地处水域周边，属雷击易发环境。从天气情况和雷电监测定位系统监测数据分析，当地处于雷暴天气过程。根据剩磁检测分析，汽配仓库金属棚有雷电流通过。

从各种现场调查情况及现场目击者证言分析，可以确定柳州东城交通投资发展有限公司汽配仓库于6月30日雷电活动期间遭受过雷击。

根据调查收集到的数据可以判定：柳州东城交通投资发展有限公司汽配仓库东南角起火的原因，有四种情况可以导致火灾：①强大的雷电流直接击穿金属瓦，熔化的金属瓦掉落点燃仓库内易燃物品;②由于强雷电直接击中金属瓦后，强大的雷电流沿着金属立柱泄放入地的过程中，在雷电流通道上形成高电位产生闪络击穿，放电火花点燃仓库内的物品;③在闪电和雷电流泄放过程中，由于电磁感应作用，在仓库的金属线路上或者金属物体上产生感应高电位，高电位击穿金属物之间间隙的空气，放电火花点燃仓库内物品;④强大的雷电流过物体或导线时，物体或导线由于焦耳-楞次热效应而产生高温点燃仓库内的物品。

3 钢结构建筑存在的防雷隐患

从此次雷击事故可看出，钢结构建筑简易，施工期短，所有构件均在工厂预制完成，现场只需简单拼装，从而大大缩短了施工周期，美观实用，钢结构建筑线条简洁流畅，具有现代感[1]。造价合理，钢结构建筑自重轻，减少基础造价，建造速度快，可早日建成投产，综合经济效益大大优于混凝土结构建筑[2]。因而广泛应用与各类工业厂房、仓库、体育馆等场所。

但钢结构厂房仓库的基础容易失稳，一旦受压部位或受弯，便会失去稳定。导致失稳的客观因素比较多，如荷载变化、钢材的初始缺陷，支撑情况的不同等均会导致失稳[3-4]。耐火性能差，一旦结构受热，极易变行造成坍塌。

钢结构建筑而由于结构特点决定防雷装置的设计与普通砖混结构、框架结构建筑物也有所不同[5]。所有防雷装置均利用建筑物本身构件做（接闪、引下、接地），由于大多数构件为铆接，连接处的过渡电阻较大，不利于雷电流泄放，极易在连接处发热和或闪火花而造成火灾。针对钢结构的这些防雷问题雷做出粗浅的探讨，为以后有效地解决钢结构建筑物的防雷问题提供参考。

3.1 接闪器的设置

钢结构建筑利用金属屋面直接闪时，需满足《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中的第5、2.7条针对规范要求，金属板下面无易燃物品时，厚度不应小于0.5 mm。金属板的焊接塔接长度应大于100 mm。为预防有可能强大雷电流击穿金属散落到室内易燃物品时，金属屋面下应有不燃材料的垫层或吊顶阻止火花散落到地面的措施。

3.2 引下线的设置

利用钢柱作为引下线，钢柱钢型规格远远大于规范要求的规格，关键处理好接闪与引下的可靠连接。现施工均为铆接，容易造成接触不良，为保证屋顶金属压型板、屋架、檩条与钢柱可靠连接，建议用焊接跨接过铆接节点。减少因雷电流泄流不顺畅而发热点燃室内可燃易燃物。同时，在室内放置可燃物或易燃物时，应与作为引下线的钢柱有足够的安全距离。预防在闪电和雷电流泄放过程中，由于电磁感应作用，在仓库的金属线路上或者金属物体上产生感应高电位，高电位击穿金属物之间间隙的空气，放电火花点燃仓库内物品。

3.3 接地装置

对于轻钢结构的建筑物，宜用40X4的镀锌扁钢将钢柱独立基础连接起来形成一个闭合的接环形（或网形）接地装置。施工时要土建预埋地脚螺栓，这样当钢柱就位时将地脚螺栓、螺母和钢柱连接在一起。要求注意的是，地脚螺栓和钢柱基础钢筋在地下是不连接。所以，要求施工时用不小于φ10钢筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓可靠焊接，并在焊接处做防腐处理，以便接地用[6]。具体做法可参见国家标准图集《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》（15D503）。这样从屋顶到钢柱、再到基础形成可靠连接，保证雷电流具备完整的泄放通道。 此外，不要忘了在室外适当位置预留接地连接板，施工中当接地电阻达不到要求时，方便施工单位连接人工接地装置和测试接地电阻[7]。

3.4 防雷电源侵入

根据规范要求，进出建筑物的低压线路宜全线采用电缆直接埋地引入（如果没有条件全线埋地引入，应在进入建筑物前50米埋地），在电源引入建筑物处安装I级浪涌保护器，电源线在室内走线，最好穿金属管或在封闭金属桥架作屏蔽，并对金属管和金属桥架做好接地，金属管与金属管间应做好跨接。

4 结论

近几年，由于轻钢结构建筑物造型美观大方、建设周期短、工程造价低等优点，因而广泛应用于各类工业厂房、仓库、体育馆等场所。而它的结构特点防雷措施看似简单但又容易忽略重要环节而造成防雷效果不佳。通过对这一事故的原因的分析，总结出在钢结果防雷的一些措施和注意事项，对钢结构建筑的防雷设计及施工有一定的指导意议。只有采取有效的雷电防护措，才能尽量减少雷灾的发生，将雷害带来的损失降低到最低。

参考文献

[1] 林逸，陳丹青.雷电监测定位系统在深圳的应用[J].广东气象，2002（Z2）：32-33.

[2] 徐陈，辛威.浅谈新型建筑材料的应用[J].建材发展导向，2011，9（2）：131.

[3] 宋伟.浅析钢结构的稳定性设计问题[J].建设科技，2016（9）：149-150.

[4] 张小勇.略论钢结构的事故及其影响因素[J].山西建筑，2011（36）：16.

[5] 吕永涛.浅析钢结构厂房的防雷接地设计[J].商品与质量：建筑与发展，2012（1）：96.

[6] 陈宇，龚莹，王腾.装配式建筑中电气相关问题探讨[J].现代建筑电气，2016（8）：1-3，16.

[7] 李慧，徐建兵.装配式混凝土结构建筑雷电防护装置设计[J].建筑电气，2017（6）：7-12.

责任编辑：黄艳飞