高层民用建筑雷击风险评估范文

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《现代建筑电气杂志》2014年第六期

1评估流程和方法

高层民用建筑的雷击风险评估流程如图1所示。(1)现场勘察和数据采集。现场勘察需要确定建筑物的位置因子和环境因子;利用GPS定位地理位置信息，用于闪电定位资料的处理，分析雷电活动情况，定点雷电预警服务;在不同位置测量土壤电阻率，用于雷击临近截收面积的计算和接地网阻值估算等［6-7］。(2)确定评估对象的损失类型。由于高层民用建筑内有较密集居民和电气电子设备，雷击导致的损害是对居民的生命损害和对电气电子设备损害，因此评估主要考虑的是雷击导致的人员伤亡损失风险R1和经济损失风险R4。本文主要对人员伤亡损失风险R1进行分析评估，其风险分量包括雷击建筑物造成的人身伤害风险分量RA和物理损害风险分量RB，雷击服务设施引起的人身伤害风险分量RU和物理损害风险分量RV。(3)风险值计算和对比，识别主要的风险分量。计算人员伤亡损失风险R1，与容许值RT(10－5)做比较，分析各个风险分量值，识别起主要作用的风险分量值，为下一步提出针对性的雷电防护措施提供依据。(4)提出防护措施和建议。分析高层民用建筑得到的风险分量和总风险，当某一风险分量过大时，应首先对其涉及的防护措施进行改进，直至总风险值小于容许值，如此时总风险值仍大于容许值，则应继续针对其他大风险分量涉及的措施进行改进［8］。从研究结果进行分析，高层民用建筑风险分量大值大多都出现在物理损害风险分量上，因此主要考虑外部防雷和线路防雷措施。

2高层民用建筑实例分析

拟建的某高层民用建筑长度为52m，宽度为43m，高度为96m，设计为32层，建筑面积为72688m2。经现场勘察，建筑物所处环境市区，周边有相同高度以及较矮建筑物，该建筑物内有多种弱电智能系统，因此评估时线路考虑电源和信号线路，线路长度按1000m计算。建筑物和线路位置因子选择周围有相同高度或更矮建筑物，Cd=0．5;线路环境因子选择市区，Ce=0．1，电源线路通过变压器引入，为双绕组变压器，Ct=0．2。本次评估建筑物主要考虑的损失类型为人员伤亡损失风险R1，其风险分量包括雷击建筑物造成的人身伤害风险分量RA和物理损害风险分量RB，雷击线路引起的人身伤害风险分量RU和物理损害风险分量RV。建筑物未设专用屏蔽系统，忽略建筑物和线路的屏蔽，相关因子KS1=KS2=1，PLD=PLI=1;线路布线因子取KS3=1，电源系统设备耐受电压值Uw为2．5V，信息系统设备耐受电压值Uw为1．5V，相关因子KS4为0．6和1;未安装电源和信号SPD时，相关概率因子PSPD=1。关于建筑物建筑内部的特性如下:地面类型属大理石、陶瓷地面，相关因子ru和RA值均为0．001;建筑物为低火灾危险环境，其火灾危险程度因子和防火措施因子rf=rp=0．001;特殊危险因子按500人数确定为低度恐慌，hz=2;接触和跨步电压造成的损失率因子Lt=0．0001;物理损害造成的损失率Lf=0．05。通过闪电定位系统数据分析，得到该建筑物所在区域地闪密度Ng=10．26次/(a•km2)，通过测量该地土壤电阻率，计算得到平均土壤电阻率ρ=188．3Ω•m。综合以上分析的参数因子计算得到风险值和相关风险分量，如表1所示。经计算得到的人身伤亡总风险值R1=20．1×10－5，超过国家强制性规范要求容许值10－5的20．1倍，需要进行雷电防护措施。组合各风险分量:(1)按损害成因组合。雷击建筑物引起的风险RD=RA+RB=1．94×10－4;雷击建筑物服务设施引起的风险RI=RU(P)+RV(P)+RU(T)+RV(T)=7．15×10－6。(2)按损害类型组合。雷击引起的人身伤害风险RS=RA+RU(P)+RU(T)=2．01×10－7;雷击引起的物理损害风险RF=RB+RV(P)+RV(T)=2．01×10－4。根据上述计算，风险R1的主要贡献来自:雷击建筑物造成的物理损害风险分量RB占96．44%;雷击电力线路引起的损害分量RU(P)、RV(P)占0．59%;雷击信息线路引起的损害分量RU(T)、RV(T)占2．97%。分析计算结果，得到高层民用建筑风险分量大值出现在RB、RV上，因此防护措施主要考虑外部防雷和线路防雷措施，合适的措施有［9-10］:①安装二类防雷装置系统进行保护，相关的防护因子PB值由1降为0．2;②安装防雷击电磁脉冲措施，电源及信号线路安装防雷保护级别为Ⅱ级的SPD，以保护电源及信息信号系统，相关的防护因子PSPD值由1降为0．02;③配置人工灭火装置。采取上述防护措施以后，得到新的风险值及相关风险分量如表2所示。采取综合防护措施后，人身伤亡总风险值R1=0．994×10－5，比防雷前的20．1×10－5降低了22倍，是最大允许值10－5的99．4%，符合国家强制性规范要求。综上所述，从雷害风险评估方面来看，采取多种形式的防雷设施是恰当的、合理的，而在采取防雷措施前确实存在较大的雷击风险隐患。对于该高层民用建筑，应按照分析所给出的雷电防护措施建议，并结合国家规范的要求严格按照第二类防雷建筑物的类别，做好相关雷电防护措施，其因雷击引起的风险值才可以基本满足国家强制标准规定的最大可接受风险值。

3结语

探讨了高层民用建筑雷击风险评估的计算分析方法，从现场勘察、数据采集到各类风险因子选择和风险分量计算，根据风险分量和总风险值针对性提出最合适的雷电防护措施建议。高层民用建筑由于高度高，成为雷击的制高点，容易遭受雷击，因而成为雷电防护的重点，对于建筑物设计和施工之前的雷击风险评估尤为重要，使设计施工更加安全可靠，经济合理。从该建筑物雷击风险评估计算结果分析，其人身伤亡风险值超过国家规范规定的最大允许值，按相关规定和要求需要安装和完善防雷设施。建筑物的雷电防护措施应从以下几个方面进行:(1)根据评估结果选择合适的外部防雷系统。(2)安装防雷击电磁脉冲措施。(3)其他防护措施，如做好外露引下线电气绝缘或有效的地面电位均衡措施等保护措施，配置人工灭火装置等。

作者：杨伟民李阳斌李翠华单位：清远市气象局