第一篇：谈通讯铁塔可能增加雷击事故的原因
谈通讯铁塔可能增加雷击事故的原因
摘 要文章从避雷针的防雷保护原理、通讯铁塔年预计雷击次数及通讯铁塔遭雷击后容易引发的后果三个角度解释说明了通讯铁塔增加了铁塔所在位置及附近建筑物或设施遭雷击的概率。
关键词通讯塔；高雷击率；原因解释
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)071-0178-02
笔者在对全市中小学校防雷安全现状普查过程中，经常听到校方反映明显感觉这两年学校周围的雷多了、近了、声音更大了，再经了解方知这些学校内或离学校很近的地方近些年架设了移动或联通的通信铁塔；另外，笔者所在城市的广播电视台转播塔高100多米，塔体正下方转播机房内设备及附近居民家电脑、电视机等却多次遭到雷击损坏。按照常人理解，有这些高大的铁塔作避雷保护，铁塔附近应该是更安全了，可为什么实际情况却恰恰相反呢？本篇想就此谈一下自己的解释，不当之处，请各位同仁批评指正。
1从避雷针的防雷保护原理来解释
避雷针是较传统的叫法，更科学的叫法是接闪器或接闪杆。
雷电放电开始时为先导放电，梯级先导前端接近地面数十米时，它的趋向受到地面上物体的影响，从先导前端向四周伸出10～100m的“长臂”探索，一旦接触到地面物体或地面前先导相会便发生闪击，这个“长臂”的臂长叫做击距或闪击距离。避雷针的防雷保护作用，在于它能在闪击距离内把雷电引向自身并安全泄入大地：在雷电先导阶段，避雷针顶部聚集电荷，使先导前端和避雷针顶端之间通道中形成了很大（较其它空间区域更大）的电场强度，避雷针迎面先导的产生和发展大大加强该通道中的场强，致使雷电击中避雷针的概率比被保护物高，又由于避雷针的屏蔽和迎面先导作用，所以被保护物遭受雷击的概率很小，这就是避雷针的防雷保护原理。但是，避雷针的引雷效率（接闪效率），即对被保护物的保护作用，与雷电的极性、雷电通道的电荷分布、空间电荷分布、先导头部电位、避雷针的数量和高度、被保护物的高度和相互之间的距离，以及当时的大气条件、地理条件有关，如空气的温度和湿度越高避雷针的保护效果越差等，这就导致了通信铁塔（兼做避雷针）把雷电吸引到铁塔上（引雷成功）或附近区域（引雷失败）两种可能。进一步讲，即便引雷成功了，若铁塔所在位置及附近的信息系统的防雷电感应雷措施、防雷电地电位反击措施不到位，那么这些信息系统设备遭雷击损坏也是难免的，引言中所述广电机房设备及附近居民屡遭雷击便是明证。所以，本人想说避雷针只是把雷电引到了其附近区域，而不能保证引到避雷针本身。这样一来，避雷针附近物体遭到雷击的可能性就提高了，而它是否会因雷击致损则要看这些物体自身的防雷击能力了。
2从年预计雷击次数来解释
为了扩大通讯信号的覆盖范围，就要尽可能地增加天线架设高度（距地面高度50-65m）。这样，当铁塔超过一定高度之后，受雷击的概率将显著增加，根据原CCITT《防雷手册》的资料，铁塔每年受雷击次数的计算式为：
N=r?100（CH+h）2T?K（次/年）
由此公式可以看出，在同一位置，铁塔的年预计雷击次数与塔高呈平方关系。
其中，r―地面落雷密度，我国取r=0.015（次/km2）
C―地形系数，山顶铁塔取0.1~0.3，周围为开阔地及陡坡时取0.3，否则取0.1；介于之间取0.2；非山顶铁塔取0.05~0.1，平地铁塔取0；
H―塔所在位置与周围1Km范围内地平面之间平均差值，在平地H=0；
h―塔高（Km）；
T ―年平均雷暴日；
K―选择性雷击系数，一般取1，雷击区应取1.5-2。
以安阳市（安阳市的年平均雷暴日为28.6天）的50m通信铁塔为例计算，该铁塔的年预计雷击次数N=r?100（CH+h）2T?K = 0.015×100×（0.2×0 + 0.05）2× 28.6×1
经计算，N = 0.10725次/年，即该铁塔预计每9.32年遭受一次雷击。这一预计雷击概率是非常高的。
下面我们可以计算铁塔下机房的预计雷击次数及铁塔附近建筑物的年预计雷击次数做一比较。
1）铁塔下机房的年预计雷击次数。铁塔下机房的预计雷击次数N2在不考虑通讯铁塔的屏蔽作用下：
N2=r?T?K（a + 5h）?（b + 5h）?10-6
上式中：a、b、h分别为机房的长、宽、高（m）。
这里假设某机房的a、b、h分别为15、10、4 m，则该机房的年预计雷击次数N2经计算为0.00045次/年。
由此可见，由于通信铁塔的作用，该区域落雷的概率大约增加了
N/N2（约238）倍。因此，具有通讯铁塔的信息系统的感应雷防护、雷电地电位反击的防护尤为重要。
2）铁塔附近建筑物的年预计雷击次数。根据《建筑物防雷设计规范》相关计算方法，50米的通讯铁塔在一层楼高4m的水平面内的保护半径（滚球半径取60m）约为38m，在一般居民楼楼顶（多为六层楼）20m的水平面内的保护半径约为15m。也就是说通信铁塔对其周围建筑物的保护范围很有限，那么，我们忽略通信铁塔对附近建筑物的防雷保护作用，单独计算建筑物的年预计雷击次数N3。
根据建筑物防雷设计规范附录一的计算方法：
N3＝ kNgAe
式中：N3 ―建筑物预计雷击次数（次/a）；
k ―校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下取相应数值：位于旷野孤立的建筑物取2；金属屋面的砖木结构建筑物取1.7；位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5；
Ng―建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2?a）]；
Ae―与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。
这里假设某建筑物的长、宽、高分别为80、12、20m，经计算
N3＝0.0438（次/年）。这一概率还不到铁塔雷击概率的1/2，反过来讲由于通信铁塔的存在，该区域内落雷的几率提高了一倍。因此，通信铁塔附近的建筑物若不采取相应的防雷措施那么遭受雷电闪击就在所难免，这也正是学校师生反映近些年感觉雷多了、近了、声音更大了以及电视转播附近居民家电器频遭雷击的原因。
3从雷电击中通信铁塔后可能产生的后果解释
由以上分析可知，高耸的通信铁塔是经常要遭到雷电闪击的，那么，它遭到雷击后会对其周围的建筑物、人员或设备产生什么样的危害后果呢？主要有两个方面，一是反击问题，二是雷电电磁感应问题。
3.1雷电反击问题
通信铁塔本身相当于一个独立避雷针，当该针遭受雷电闪击，将有KA/μs级的高频雷电流流过避雷装置，造成接闪器和引下线上存在很高的电位，该高电位会对附近金属物或电气线路产生反击。为此，《建筑物防雷设计规范》GB 50057-94第3.3.8条作如下规定：
1）当金属物或电气线路与防雷的接地装置之间不相连时，其与引下线之间的距离应按下列表达式确定：
当 lx＜5Ri时，Sa3≥0.3kc（Ri +0.1lx）
当lx≥5Ri时，Sa3≥0.075kc（Ri +lx）
式中：Sa3―空气中距离（m）；
Ri ―引下线的冲击接地电阻（Ω）；
lx ―引下线计算点到地面的长度（m）。
2）当金属物或电气线路与防雷的接地装置之间相连或通过过电压保护器相连时，其与引下线之间的距离应按下列表达式确定：
Sa4≥0.075kc lx
式中：Sa4―空气中距离（m）；
lx―下线计算点到连接点的长度（m）。
举个例子，若当金属物或电气线路与防雷的接地装置之间不相连（多数都是这样），通讯铁塔地网的接地电阻值为Ri =5欧姆，单根引下线时kc=1，考虑三层楼即9米高度的安全距离Sa3≥0.3kc（Ri +0.1lx），经计算为1.77米。而在我们进行学校防雷安全现状普查时发现实际情况却是一些电气线路直接从铁塔下通过或缠绑在铁塔中部，其安全距离明显达不到这个要求，这就导致很多学校的打铃器多次遭受雷击损坏、或者铁塔附近建筑物被雷电打掉一块混凝土情况发生。
图1雷电电磁感应过电压示意图
3.2雷电电磁感应问题
独立避雷针通过全部的雷电流，在其避雷针及引下线周围有很强烈的电磁感应效应，包括静电感应和电磁感应，使附近导体（金属管道、线缆等）上感应出很高的电动势，它作为干扰源通过连接导体造成信息系统设备因过电压损坏现象。
如图1所示，当雷电直接击中接闪器，引下线上任一点N的电位可表示为：
UN=L0H（di/dt）+ i（r+R）
式中：L0―引下线单位长度的电感，取1.67uH/m；
H―为N点距接地体的高度，m；
di/dt―雷电流陡度；
i―雷电流幅值；
R―接地电阻值；
r―N点距接地体之间引下线本身的电阻。
在该避雷针附近有限长度水平孤立导线P上将有静电感应过电压，其值为：
Uj=（UNC12）/（C12+C22）
若导体P与地面垂直时，其上的静电感应过电压则可按照下式计算：，当取a=5m，di/dt=100KA/us时，Uj =36.9KV。
同时在引下线附近开口处将有电磁感应过电压Uci出现：，当取a=b=1m，c=10m，di/dt=100KA/us时，Uci =53.3KV。
而信息系统所选用的各类微电子器件的耐过压能力通常较差，设备各部件的绝缘击穿电压水平要求差异较大，设备内部的电流节点较多，在上述过电压作用下容易造成信息系统及网络设备损坏或网络系统瘫痪。
4结论
避雷针及其衍生系统实际上是一种引雷系统。高耸的通讯铁塔局部改变了所在位置的大气电场结构，它兼作避雷针给所在位置带来了更多的雷电感应雷击隐患。因此，处于通讯铁塔附近的建筑物及服务设施要采取更为完善的防雷措施以规避因雷击铁塔可能带来的设备受损和人身伤害事件。
参考文献
[1]梅卫群,江燕如.建筑防雷工程与设计[M].北京:气象出版社,2006,336-366.[2]沈培坤,刘顺喜.防雷与接地装置[M].北京:化学工业出版社,2006,118-119.注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
第二篇：谈钢结构工程事故的原因分析和处理对策
谈钢结构工程事故的原因分析和处理对策
摘 要：本文从钢结构工程的深化设计、加工制作、安装施工、使用4个阶段出现的问题会导致结构的损伤与破坏，从而造成事故。并对事故的类型、原因进行了解剖，针对做好钢结构工程的深化设计，钢结构构件加工质量的控制，严、准、细控制钢结构安装施工技术作了相应对策。关键词：钢结构事故深化设计加工制作安装施工处理对策
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钢结构事故的类型
整体事故：结构整体或局部倒塌
[1]。
局部事故：构件偏离设计位置；构件出现不允许的变形和位移；构件因腐蚀而丧失承载能力：构件连
接处开裂、松动或分层。
2钢结构事故的原因
2.1设计阶段
结构设计方案不合理；计算简图不当，结构计算错误；对结构荷载实际受力情况估计不足；材料选择不宜(如强度、韧性、疲劳、焊条、焊丝、焊接方法、焊接性能等)；结构节点不合理或不完善；未充分考虑加工制作与安装施工和使用阶段工艺特点、防腐、防高温、防冷脆措施不足；没有按设计规范或没有相
应的规范、规程规定。2.2加工制作阶段
没有按图纸要求进行加工制作；制作尺寸有偏差，质量低劣；材质检验不严格，对材质源头把关不严；设备工具不完善；没有拟定可靠的焊接工艺标准
[2]
；用材和防腐措施不适宜；缺乏熟练的技术人员和技工
群体。
2.3安装施工阶段
无完整的安装施工方案，安装施工程序不正确，操作错误；临时支撑和结构刚度不够；安装偏差大引起结构变形；安装连接不正确，质量差；复杂构件吊点和重心的计算不正确、吊装、提升、定位和矫正的方法不正确；设备和检测仪器不完善，精度达不到要求；检验制度不严密；缺乏熟练的技术人员和技工群
体。2.4使用阶段
建筑物地基下沉；使用条件恶劣，钢材材性改变；生产条件改变，对结构体系采用了不恰当的方法进行改造加固，加固的传力不明确或不正确；违反使用规定，超载使用结构，乱开洞削弱构件截面等；不经验算，错误将某些构件作为吊点使用，使构件在附加荷载下产生变形或失稳，造成严重的后果。生产操作不当，如高温直接操作、机械冲击等，对结构造成损伤和破坏后，不及时维修；对结构定期检查制度贯彻执行不力。根据有关国内外资料统计分析，按4个阶段事故原因所占的百分比：设计原因33%；加工制作原因23%；安装施工原因30%；使用原因14%。按钢结构工程事故技术原因的百分比：整体或局部失稳22%：
构件破坏49%：连接破坏19%；其它10%
[3]。
3钢结构工程事故处理对策[4]
3.1首先认真做好钢结构工程的深化设计
（1）结构构件的构造设计：桁架、支撑等节点板设计与放样；桁架或实腹梁起拱构造与设计；梁支座加劲肋或纵横加劲肋构造设计；组合截面构件缀板、缀条布置、构造设计；板件、构件变截面构造设计；拼接、焊接坡口及切槽构造设计；张紧可调圆钢支撑设计；隅撑、弹簧板、椭圆孔、板铰、滚轴支座、橡胶支座、抗剪键、托座、连接板、创边及入孔、手孔等细部构造设计；构件运送单元横隔设计等。（2）构造及连接计算：连接节点的焊缝长度与螺栓数量的计算；小型拼接计算；材料或构件焊接变形调整余量及加工余量的计算；起拱拱度、高强螺栓连接长度、材料量及几何尺寸和相贯线等的计算。（3）钢结构节点的构造要点：在钢结构工程中，节点的设计、构造、加工制作、安装施工是非常关键的一个环节。如节点处理不当，构造失调，往往造成构件偏心受力过大，会造成突发性灾难。如节点处理合理，构造精确，即使构件超载，整个结构可以应力重新分布，仍能安全使用。从实践中，我们总结了钢结构节点的十项构造要点：受力明确，传力直接；构造简洁；所有聚于节点的杆件受力轴线，没有特殊原因时，必须交于节点中心；尽可能减少偏心；尽可能减小次应力；避免应力集中；方便制作与安装；便于运输；容易维修；用材经济。并应做到该刚的节点，则刚；该铰的节点，则铰。
（4）钢结构安装施工时的构造设计：方便安装施工临时固定加劲板；焊接夹具耳板等。综上所述，钢结构的深化设计过程中要充分考虑构件制作和安装因素，同整体结构设计形成良好的互动关系，不断完善、调整结构设计方案，保证钢结构工程优质、高效、安全、经济地进行。把因深化设计造成结构损伤和破坏的因素必须在深化设计阶段认真、周密、全面进行考虑和消除。把好钢结构工程事故的主要源头。
3.2扎扎实实做好钢结构构件加工质量的监控
（1）钢结构的安装施工质量必须从钢结构的加工制作开始，采取严格的质量控制措施，从材料进厂检验(坚决杜绝有夹层、夹渣、夹砂、发裂、缩孔、白点、氧化铁皮、钢材内部破裂、斑疤、划痕、切痕、过热、过烧、薄板的粘结、脱碳、化学成份不合格或偏析严重的材料进厂使用)。
（2）从号料切割、焊接成型、预拼、涂装等工序进行合理有序的控制。严格控制焊接结构工艺标准；铆接工艺标准：高强螺栓连接工艺标准。正确进行钢结构的热处理。正确进行焊接结构的变形控制与校正(有夹固法、弹性反变形法、焊接程序和工艺的控制方法)。
（3）正确进行内应力的消除(有加热回火法、振动法)。钢结构的加工工艺对整个结构的质量、安全、工期、投资等和对钢结构损伤破坏的防范有举足轻重的作用。实践证明，若钢结构的加工制作由于没有使用合适的加工工艺，会造成钢结构先天性缺陷，在日后运用过程中产生灾难性的恶果。
3.3严、准、细控制钢结构安装施工技术
（1）钢结构工程的安装施工必须遵循：安装施工按规范；操作按规程检验按标准；办事按程序。严格遵循设计文件；严格遵循招标文件；严格遵循合同文件。做到严(严格的要求；严肃的态度；严密的措施)；准(数据要准；计算要准；指挥要准)：细(准备工作要细；考虑问题要细；方案措施要细)。（2）钢结构的吊装与临时支撑，应经计算确定，保证吊装过程中结构的强度、刚度和稳定性。当天安装的钢构件应形成稳定的空间体系。吊装机械、临时支撑点对混凝土结构的反作用力要以书面形式提供设
计确认。
（3）钢结构安装前，应对建筑物的定位轴线、平面封闭角、底层柱位置轴线、混凝土强度及进场的构件进行质量检查，检查合格后才能进行安装作业。安装时，钢结构的定位轴线，必须从地面控制线引上来，避免产生累积误差。
（4）钢结构柱与梁的连接，梁与梁的连接采用先栓后焊的安装施工工艺。钢结构一个单元的安装、校正、栓接、焊接全部完成并检验合格后才能进行下一单元的安装。
（5）在高空安装钢柱、钢梁、钢桁架，都需根据具体的构件截面形式和就位需求来进行安装标识和测量。在钢柱梁形成整体稳定结构前，钢结构的安装位置需进行多次调整，一般采取提前预计偏移趋势，加强临时固定措施和跟踪测量等方法来进行测量定位和调控。特别强调必须做好跟踪测量和整体校正；指在每个构件安装的同时要进行钢柱、梁的垂直和水平度的校正，随时调整构件位置，当若干个构件形成框架体系后对此进行复测，当水平层面安装完成后，再对整体结构进行测量，始终使构件处于准确的位置。（6）认真做好焊接精度的控制技术。钢结构工程的成败和损伤与破坏的预防，关键在于焊接精度控制技术(世人称成也焊接、败也焊接)。前面我们在加工制作与安装施工阶段已强调必须明确制作工艺及安装工艺的程序，并采取相应的工艺措施，包括应用成熟的经验公式，事先计算预测各种制作安装工艺过程中的各种变形，然后对相应的工艺手段和装置设备加以控制，常用的防止变形、控制焊接精度工艺措施有：焊接收缩补偿等预防反变形措施；施放余量阶段性消除变形工艺措施；刚性固定控制变形措施；设计专用工装、模具；采用小变形的焊接工艺方法(如分段退焊法)；采用高精度的零部件的加工方法；使用的计量
器具必须检定校准合适。
参考文献:
[1] 陈绍蕃.钢结构设计原理.第二版.北京:科学技术出版社,1998 [2] 江见鲸,王元清,龚晓南,等.建筑工程事故分析与处理.北京:中国建筑工业出版社,1998 [3] 王元清.钢结构脆性破坏事故分析.工业建筑,1998,28(5):55-58 [4] 叶梅新,黄琼.钢结构事故研究.长沙铁道学院学报,2002,20(4):6-10
点击咨询 