第一篇：談通訊鐵塔可能增加雷擊事故的原因

談通訊鐵塔可能增加雷擊事故的原因

摘?要文章從避雷針的防雷保護原理、通訊鐵塔年預計雷擊次數及通訊鐵塔遭雷擊后容易引發的后果三個角度解釋說明了通訊鐵塔增加了鐵塔所在位置及附近建筑物或設施遭雷擊的概率。

關鍵詞通訊塔；高雷擊率；原因解釋

中圖分類號TM文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2011)071-0178-02

筆者在對全市中小學校防雷安全現狀普查過程中，經常聽到校方反映明顯感覺這兩年學校周圍的雷多了、近了、聲音更大了，再經了解方知這些學校內或離學校很近的地方近些年架設了移動或聯通的通信鐵塔；另外，筆者所在城市的廣播電視臺轉播塔高100多米，塔體正下方轉播機房內設備及附近居民家電腦、電視機等卻多次遭到雷擊損壞。按照常人理解，有這些高大的鐵塔作避雷保護，鐵塔附近應該是更安全了，可為什么實際情況卻恰恰相反呢？本篇想就此談一下自己的解釋，不當之處，請各位同仁批評指正。

1從避雷針的防雷保護原理來解釋

避雷針是較傳統的叫法，更科學的叫法是接閃器或接閃桿。

雷電放電開始時為先導放電，梯級先導前端接近地面數十米時，它的趨向受到地面上物體的影響，從先導前端向四周伸出10～100m的“長臂”探索，一旦接觸到地面物體或地面前先導相會便發生閃擊，這個“長臂”的臂長叫做擊距或閃擊距離。避雷針的防雷保護作用，在于它能在閃擊距離內把雷電引向自身并安全泄入大地：在雷電先導階段，避雷針頂部聚集電荷，使先導前端和避雷針頂端之間通道中形成了很大（較其它空間區域更大）的電場強度，避雷針迎面先導的產生和發展大大加強該通道中的場強，致使雷電擊中避雷針的概率比被保護物高，又由于避雷針的屏蔽和迎面先導作用，所以被保護物遭受雷擊的概率很小，這就是避雷針的防雷保護原理。但是，避雷針的引雷效率（接閃效率），即對被保護物的保護作用，與雷電的極性、雷電通道的電荷分布、空間電荷分布、先導頭部電位、避雷針的數量和高度、被保護物的高度和相互之間的距離，以及當時的大氣條件、地理條件有關，如空氣的溫度和濕度越高避雷針的保護效果越差等，這就導致了通信鐵塔（兼做避雷針）把雷電吸引到鐵塔上（引雷成功）或附近區域（引雷失敗）兩種可能。進一步講，即便引雷成功了，若鐵塔所在位置及附近的信息系統的防雷電感應雷措施、防雷電地電位反擊措施不到位，那么這些信息系統設備遭雷擊損壞也是難免的，引言中所述廣電機房設備及附近居民屢遭雷擊便是明證。所以，本人想說避雷針只是把雷電引到了其附近區域，而不能保證引到避雷針本身。這樣一來，避雷針附近物體遭到雷擊的可能性就提高了，而它是否會因雷擊致損則要看這些物體自身的防雷擊能力了。

2從年預計雷擊次數來解釋

為了擴大通訊信號的覆蓋范圍，就要盡可能地增加天線架設高度（距地面高度50-65m）。這樣，當鐵塔超過一定高度之后，受雷擊的概率將顯著增加，根據原CCITT《防雷手冊》的資料，鐵塔每年受雷擊次數的計算式為：

N=r?100（CH+h）2T?K（次/年）

由此公式可以看出，在同一位置，鐵塔的年預計雷擊次數與塔高呈平方關系。

其中，r―地面落雷密度，我國取r=0.015（次/km2）

C―地形系數，山頂鐵塔取0.1~0.3，周圍為開闊地及陡坡時取0.3，否則取0.1；介于之間取0.2；非山頂鐵塔取0.05~0.1，平地鐵塔取0；

H―塔所在位置與周圍1Km范圍內地平面之間平均差值，在平地H=0；

h―塔高（Km）；

T ―年平均雷暴日；

K―選擇性雷擊系數，一般取1，雷擊區應取1.5-2。

以安陽市（安陽市的年平均雷暴日為28.6天）的50m通信鐵塔為例計算，該鐵塔的年預計雷擊次數N=r?100（CH+h）2T?K = 0.015×100×（0.2×0 + 0.05）2× 28.6×1

經計算，N = 0.10725次/年，即該鐵塔預計每9.32年遭受一次雷擊。這一預計雷擊概率是非常高的。

下面我們可以計算鐵塔下機房的預計雷擊次數及鐵塔附近建筑物的年預計雷擊次數做一比較。

1）鐵塔下機房的年預計雷擊次數。鐵塔下機房的預計雷擊次數N2在不考慮通訊鐵塔的屏蔽作用下：

N2=r?T?K（a + 5h）?（b + 5h）?10-6

上式中：a、b、h分別為機房的長、寬、高（m）。

這里假設某機房的a、b、h分別為15、10、4 m，則該機房的年預計雷擊次數N2經計算為0.00045次/年。

由此可見，由于通信鐵塔的作用，該區域落雷的概率大約增加了

N/N2（約238）倍。因此，具有通訊鐵塔的信息系統的感應雷防護、雷電地電位反擊的防護尤為重要。

2）鐵塔附近建筑物的年預計雷擊次數。根據《建筑物防雷設計規范》相關計算方法，50米的通訊鐵塔在一層樓高4m的水平面內的保護半徑（滾球半徑取60m）約為38m，在一般居民樓樓頂（多為六層樓）20m的水平面內的保護半徑約為15m。也就是說通信鐵塔對其周圍建筑物的保護范圍很有限，那么，我們忽略通信鐵塔對附近建筑物的防雷保護作用，單獨計算建筑物的年預計雷擊次數N3。

根據建筑物防雷設計規范附錄一的計算方法：

N3＝ kNgAe

式中：N3 ―建筑物預計雷擊次數（次/a）；

k ―校正系數，在一般情況下取1，在下列情況下取相應數值：位于曠野孤立的建筑物取2；金屬屋面的磚木結構建筑物取1.7；位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1.5；

Ng―建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度[次/（km2?a）]；

Ae―與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積（km2）。

這里假設某建筑物的長、寬、高分別為80、12、20m，經計算

N3＝0.0438（次/年）。這一概率還不到鐵塔雷擊概率的1/2，反過來講由于通信鐵塔的存在，該區域內落雷的幾率提高了一倍。因此，通信鐵塔附近的建筑物若不采取相應的防雷措施那么遭受雷電閃擊就在所難免，這也正是學校師生反映近些年感覺雷多了、近了、聲音更大了以及電視轉播附近居民家電器頻遭雷擊的原因。

3從雷電擊中通信鐵塔后可能產生的后果解釋

由以上分析可知，高聳的通信鐵塔是經常要遭到雷電閃擊的，那么，它遭到雷擊后會對其周圍的建筑物、人員或設備產生什么樣的危害后果呢？主要有兩個方面，一是反擊問題，二是雷電電磁感應問題。

3.1雷電反擊問題

通信鐵塔本身相當于一個獨立避雷針，當該針遭受雷電閃擊，將有KA/μs級的高頻雷電流流過避雷裝置，造成接閃器和引下線上存在很高的電位，該高電位會對附近金屬物或電氣線路產生反擊。為此，《建筑物防雷設計規范》GB 50057-94第3.3.8條作如下規定：

1）當金屬物或電氣線路與防雷的接地裝置之間不相連時，其與引下線之間的距離應按下列表達式確定：

當 lx＜5Ri時，Sa3≥0.3kc（Ri +0.1lx）

當lx≥5Ri時，Sa3≥0.075kc（Ri +lx）

式中：Sa3―空氣中距離（m）；

Ri ―引下線的沖擊接地電阻（Ω）；

lx ―引下線計算點到地面的長度（m）。

2）當金屬物或電氣線路與防雷的接地裝置之間相連或通過過電壓保護器相連時，其與引下線之間的距離應按下列表達式確定：

Sa4≥0.075kc lx

式中：Sa4―空氣中距離（m）；

lx―下線計算點到連接點的長度（m）。

舉個例子，若當金屬物或電氣線路與防雷的接地裝置之間不相連（多數都是這樣），通訊鐵塔地網的接地電阻值為Ri =5歐姆，單根引下線時kc=1，考慮三層樓即9米高度的安全距離Sa3≥0.3kc（Ri +0.1lx），經計算為1.77米。而在我們進行學校防雷安全現狀普查時發現實際情況卻是一些電氣線路直接從鐵塔下通過或纏綁在鐵塔中部，其安全距離明顯達不到這個要求，這就導致很多學校的打鈴器多次遭受雷擊損壞、或者鐵塔附近建筑物被雷電打掉一塊混凝土情況發生。

圖1雷電電磁感應過電壓示意圖

3.2雷電電磁感應問題

獨立避雷針通過全部的雷電流，在其避雷針及引下線周圍有很強烈的電磁感應效應，包括靜電感應和電磁感應，使附近導體（金屬管道、線纜等）上感應出很高的電動勢，它作為干擾源通過連接導體造成信息系統設備因過電壓損壞現象。

如圖1所示，當雷電直接擊中接閃器，引下線上任一點N的電位可表示為：

UN=L0H（di/dt）+ i（r+R）

式中：L0―引下線單位長度的電感，取1.67uH/m；

H―為N點距接地體的高度，m；

di/dt―雷電流陡度；

i―雷電流幅值；

R―接地電阻值；

r―N點距接地體之間引下線本身的電阻。

在該避雷針附近有限長度水平孤立導線P上將有靜電感應過電壓，其值為：

Uj=（UNC12）/（C12+C22）

若導體P與地面垂直時，其上的靜電感應過電壓則可按照下式計算：，當取a=5m，di/dt=100KA/us時，Uj =36.9KV。

同時在引下線附近開口處將有電磁感應過電壓Uci出現：，當取a=b=1m，c=10m，di/dt=100KA/us時，Uci =53.3KV。

而信息系統所選用的各類微電子器件的耐過壓能力通常較差，設備各部件的絕緣擊穿電壓水平要求差異較大，設備內部的電流節點較多，在上述過電壓作用下容易造成信息系統及網絡設備損壞或網絡系統癱瘓。

4結論

避雷針及其衍生系統實際上是一種引雷系統。高聳的通訊鐵塔局部改變了所在位置的大氣電場結構，它兼作避雷針給所在位置帶來了更多的雷電感應雷擊隱患。因此，處于通訊鐵塔附近的建筑物及服務設施要采取更為完善的防雷措施以規避因雷擊鐵塔可能帶來的設備受損和人身傷害事件。

參考文獻

[1]梅衛群,江燕如.建筑防雷工程與設計[M].北京:氣象出版社,2006,336-366.[2]沈培坤,劉順喜.防雷與接地裝置[M].北京:化學工業出版社,2006,118-119.注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文

第二篇：談鋼結構工程事故的原因分析和處理對策

談鋼結構工程事故的原因分析和處理對策

摘 要：本文從鋼結構工程的深化設計、加工制作、安裝施工、使用4個階段出現的問題會導致結構的損傷與破壞，從而造成事故。并對事故的類型、原因進行了解剖，針對做好鋼結構工程的深化設計，鋼結構構件加工質量的控制，嚴、準、細控制鋼結構安裝施工技術作了相應對策。關鍵詞：鋼結構事故深化設計加工制作安裝施工處理對策

ABSTRACT: This article from the steel structure project's deepened design, the processing manufacture, the installment construction, will use the question which 4 stages will appear to cause the structure the damage and the destruction, will thus create the accident.And to accident's type, the reason has carried on the dissection, in view of completes the steel structure project the deepened design, the steel structure millwork quality control, strict, accurate, controlled the steel structure installment construction technique to make the corresponding countermeasure thin.KEY WORDS: Dteel structure Accident Deepened design Processing manufacture Installment

construction Processing countermeasure

1鋼結構事故的類型

整體事故：結構整體或局部倒塌

[1]。

局部事故：構件偏離設計位置；構件出現不允許的變形和位移；構件因腐蝕而喪失承載能力：構件連

接處開裂、松動或分層。

2鋼結構事故的原因

2.1設計階段

結構設計方案不合理；計算簡圖不當，結構計算錯誤；對結構荷載實際受力情況估計不足；材料選擇不宜(如強度、韌性、疲勞、焊條、焊絲、焊接方法、焊接性能等)；結構節點不合理或不完善；未充分考慮加工制作與安裝施工和使用階段工藝特點、防腐、防高溫、防冷脆措施不足；沒有按設計規范或沒有相

應的規范、規程規定。2.2加工制作階段

沒有按圖紙要求進行加工制作；制作尺寸有偏差，質量低劣；材質檢驗不嚴格，對材質源頭把關不嚴；設備工具不完善；沒有擬定可靠的焊接工藝標準

[2]

；用材和防腐措施不適宜；缺乏熟練的技術人員和技工

群體。

2.3安裝施工階段

無完整的安裝施工方案，安裝施工程序不正確，操作錯誤；臨時支撐和結構剛度不夠；安裝偏差大引起結構變形；安裝連接不正確，質量差；復雜構件吊點和重心的計算不正確、吊裝、提升、定位和矯正的方法不正確；設備和檢測儀器不完善，精度達不到要求；檢驗制度不嚴密；缺乏熟練的技術人員和技工群

體。2.4使用階段

建筑物地基下沉；使用條件惡劣，鋼材材性改變；生產條件改變，對結構體系采用了不恰當的方法進行改造加固，加固的傳力不明確或不正確；違反使用規定，超載使用結構，亂開洞削弱構件截面等；不經驗算，錯誤將某些構件作為吊點使用，使構件在附加荷載下產生變形或失穩，造成嚴重的后果。生產操作不當，如高溫直接操作、機械沖擊等，對結構造成損傷和破壞后，不及時維修；對結構定期檢查制度貫徹執行不力。根據有關國內外資料統計分析，按4個階段事故原因所占的百分比：設計原因33%；加工制作原因23%；安裝施工原因30%；使用原因14%。按鋼結構工程事故技術原因的百分比：整體或局部失穩22%：

構件破壞49%：連接破壞19%；其它10%

[3]。

3鋼結構工程事故處理對策[4]

3.1首先認真做好鋼結構工程的深化設計

（1）結構構件的構造設計：桁架、支撐等節點板設計與放樣；桁架或實腹梁起拱構造與設計；梁支座加勁肋或縱橫加勁肋構造設計；組合截面構件綴板、綴條布置、構造設計；板件、構件變截面構造設計；拼接、焊接坡口及切槽構造設計；張緊可調圓鋼支撐設計；隅撐、彈簧板、橢圓孔、板鉸、滾軸支座、橡膠支座、抗剪鍵、托座、連接板、創邊及入孔、手孔等細部構造設計；構件運送單元橫隔設計等。（2）構造及連接計算：連接節點的焊縫長度與螺栓數量的計算；小型拼接計算；材料或構件焊接變形調整余量及加工余量的計算；起拱拱度、高強螺栓連接長度、材料量及幾何尺寸和相貫線等的計算。（3）鋼結構節點的構造要點：在鋼結構工程中，節點的設計、構造、加工制作、安裝施工是非常關鍵的一個環節。如節點處理不當，構造失調，往往造成構件偏心受力過大，會造成突發性災難。如節點處理合理，構造精確，即使構件超載，整個結構可以應力重新分布，仍能安全使用。從實踐中，我們總結了鋼結構節點的十項構造要點：受力明確，傳力直接；構造簡潔；所有聚于節點的桿件受力軸線，沒有特殊原因時，必須交于節點中心；盡可能減少偏心；盡可能減小次應力；避免應力集中；方便制作與安裝；便于運輸；容易維修；用材經濟。并應做到該剛的節點，則剛；該鉸的節點，則鉸。

（4）鋼結構安裝施工時的構造設計：方便安裝施工臨時固定加勁板；焊接夾具耳板等。綜上所述，鋼結構的深化設計過程中要充分考慮構件制作和安裝因素，同整體結構設計形成良好的互動關系，不斷完善、調整結構設計方案，保證鋼結構工程優質、高效、安全、經濟地進行。把因深化設計造成結構損傷和破壞的因素必須在深化設計階段認真、周密、全面進行考慮和消除。把好鋼結構工程事故的主要源頭。

3.2扎扎實實做好鋼結構構件加工質量的監控

（1）鋼結構的安裝施工質量必須從鋼結構的加工制作開始，采取嚴格的質量控制措施，從材料進廠檢驗(堅決杜絕有夾層、夾渣、夾砂、發裂、縮孔、白點、氧化鐵皮、鋼材內部破裂、斑疤、劃痕、切痕、過熱、過燒、薄板的粘結、脫碳、化學成份不合格或偏析嚴重的材料進廠使用)。

（2）從號料切割、焊接成型、預拼、涂裝等工序進行合理有序的控制。嚴格控制焊接結構工藝標準；鉚接工藝標準：高強螺栓連接工藝標準。正確進行鋼結構的熱處理。正確進行焊接結構的變形控制與校正(有夾固法、彈性反變形法、焊接程序和工藝的控制方法)。

（3）正確進行內應力的消除(有加熱回火法、振動法)。鋼結構的加工工藝對整個結構的質量、安全、工期、投資等和對鋼結構損傷破壞的防范有舉足輕重的作用。實踐證明，若鋼結構的加工制作由于沒有使用合適的加工工藝，會造成鋼結構先天性缺陷，在日后運用過程中產生災難性的惡果。

3.3嚴、準、細控制鋼結構安裝施工技術

（1）鋼結構工程的安裝施工必須遵循：安裝施工按規范；操作按規程檢驗按標準；辦事按程序。嚴格遵循設計文件；嚴格遵循招標文件；嚴格遵循合同文件。做到嚴(嚴格的要求；嚴肅的態度；嚴密的措施)；準(數據要準；計算要準；指揮要準)：細(準備工作要細；考慮問題要細；方案措施要細)。（2）鋼結構的吊裝與臨時支撐，應經計算確定，保證吊裝過程中結構的強度、剛度和穩定性。當天安裝的鋼構件應形成穩定的空間體系。吊裝機械、臨時支撐點對混凝土結構的反作用力要以書面形式提供設

計確認。

（3）鋼結構安裝前，應對建筑物的定位軸線、平面封閉角、底層柱位置軸線、混凝土強度及進場的構件進行質量檢查，檢查合格后才能進行安裝作業。安裝時，鋼結構的定位軸線，必須從地面控制線引上來，避免產生累積誤差。

（4）鋼結構柱與梁的連接，梁與梁的連接采用先栓后焊的安裝施工工藝。鋼結構一個單元的安裝、校正、栓接、焊接全部完成并檢驗合格后才能進行下一單元的安裝。

（5）在高空安裝鋼柱、鋼梁、鋼桁架，都需根據具體的構件截面形式和就位需求來進行安裝標識和測量。在鋼柱梁形成整體穩定結構前，鋼結構的安裝位置需進行多次調整，一般采取提前預計偏移趨勢，加強臨時固定措施和跟蹤測量等方法來進行測量定位和調控。特別強調必須做好跟蹤測量和整體校正；指在每個構件安裝的同時要進行鋼柱、梁的垂直和水平度的校正，隨時調整構件位置，當若干個構件形成框架體系后對此進行復測，當水平層面安裝完成后，再對整體結構進行測量，始終使構件處于準確的位置。（6）認真做好焊接精度的控制技術。鋼結構工程的成敗和損傷與破壞的預防，關鍵在于焊接精度控制技術(世人稱成也焊接、敗也焊接)。前面我們在加工制作與安裝施工階段已強調必須明確制作工藝及安裝工藝的程序，并采取相應的工藝措施，包括應用成熟的經驗公式，事先計算預測各種制作安裝工藝過程中的各種變形，然后對相應的工藝手段和裝置設備加以控制，常用的防止變形、控制焊接精度工藝措施有：焊接收縮補償等預防反變形措施；施放余量階段性消除變形工藝措施；剛性固定控制變形措施；設計專用工裝、模具；采用小變形的焊接工藝方法(如分段退焊法)；采用高精度的零部件的加工方法；使用的計量

器具必須檢定校準合適。

參考文獻:

[1] 陳紹蕃.鋼結構設計原理.第二版.北京:科學技術出版社,1998 [2] 江見鯨,王元清,龔曉南,等.建筑工程事故分析與處理.北京:中國建筑工業出版社,1998 [3] 王元清.鋼結構脆性破壞事故分析.工業建筑,1998,28(5):55-58 [4] 葉梅新,黃瓊.鋼結構事故研究.長沙鐵道學院學報,2002,20(4):6-10