高層民用建筑雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估范文

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《現(xiàn)代建筑電氣雜志》2014年第六期

1評(píng)估流程和方法

高層民用建筑的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程如圖1所示。(1)現(xiàn)場(chǎng)勘察和數(shù)據(jù)采集。現(xiàn)場(chǎng)勘察需要確定建筑物的位置因子和環(huán)境因子;利用GPS定位地理位置信息，用于閃電定位資料的處理，分析雷電活動(dòng)情況，定點(diǎn)雷電預(yù)警服務(wù);在不同位置測(cè)量土壤電阻率，用于雷擊臨近截收面積的計(jì)算和接地網(wǎng)阻值估算等［6-7］。(2)確定評(píng)估對(duì)象的損失類型。由于高層民用建筑內(nèi)有較密集居民和電氣電子設(shè)備，雷擊導(dǎo)致的損害是對(duì)居民的生命損害和對(duì)電氣電子設(shè)備損害，因此評(píng)估主要考慮的是雷擊導(dǎo)致的人員傷亡損失風(fēng)險(xiǎn)R1和經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)R4。本文主要對(duì)人員傷亡損失風(fēng)險(xiǎn)R1進(jìn)行分析評(píng)估，其風(fēng)險(xiǎn)分量包括雷擊建筑物造成的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)分量RA和物理?yè)p害風(fēng)險(xiǎn)分量RB，雷擊服務(wù)設(shè)施引起的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)分量RU和物理?yè)p害風(fēng)險(xiǎn)分量RV。(3)風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算和對(duì)比，識(shí)別主要的風(fēng)險(xiǎn)分量。計(jì)算人員傷亡損失風(fēng)險(xiǎn)R1，與容許值RT(10－5)做比較，分析各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)分量值，識(shí)別起主要作用的風(fēng)險(xiǎn)分量值，為下一步提出針對(duì)性的雷電防護(hù)措施提供依據(jù)。(4)提出防護(hù)措施和建議。分析高層民用建筑得到的風(fēng)險(xiǎn)分量和總風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)某一風(fēng)險(xiǎn)分量過(guò)大時(shí)，應(yīng)首先對(duì)其涉及的防護(hù)措施進(jìn)行改進(jìn)，直至總風(fēng)險(xiǎn)值小于容許值，如此時(shí)總風(fēng)險(xiǎn)值仍大于容許值，則應(yīng)繼續(xù)針對(duì)其他大風(fēng)險(xiǎn)分量涉及的措施進(jìn)行改進(jìn)［8］。從研究結(jié)果進(jìn)行分析，高層民用建筑風(fēng)險(xiǎn)分量大值大多都出現(xiàn)在物理?yè)p害風(fēng)險(xiǎn)分量上，因此主要考慮外部防雷和線路防雷措施。

2高層民用建筑實(shí)例分析

擬建的某高層民用建筑長(zhǎng)度為52m，寬度為43m，高度為96m，設(shè)計(jì)為32層，建筑面積為72688m2。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，建筑物所處環(huán)境市區(qū)，周邊有相同高度以及較矮建筑物，該建筑物內(nèi)有多種弱電智能系統(tǒng)，因此評(píng)估時(shí)線路考慮電源和信號(hào)線路，線路長(zhǎng)度按1000m計(jì)算。建筑物和線路位置因子選擇周圍有相同高度或更矮建筑物，Cd=0．5;線路環(huán)境因子選擇市區(qū)，Ce=0．1，電源線路通過(guò)變壓器引入，為雙繞組變壓器，Ct=0．2。本次評(píng)估建筑物主要考慮的損失類型為人員傷亡損失風(fēng)險(xiǎn)R1，其風(fēng)險(xiǎn)分量包括雷擊建筑物造成的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)分量RA和物理?yè)p害風(fēng)險(xiǎn)分量RB，雷擊線路引起的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)分量RU和物理?yè)p害風(fēng)險(xiǎn)分量RV。建筑物未設(shè)專用屏蔽系統(tǒng)，忽略建筑物和線路的屏蔽，相關(guān)因子KS1=KS2=1，PLD=PLI=1;線路布線因子取KS3=1，電源系統(tǒng)設(shè)備耐受電壓值Uw為2．5V，信息系統(tǒng)設(shè)備耐受電壓值Uw為1．5V，相關(guān)因子KS4為0．6和1;未安裝電源和信號(hào)SPD時(shí)，相關(guān)概率因子PSPD=1。關(guān)于建筑物建筑內(nèi)部的特性如下:地面類型屬大理石、陶瓷地面，相關(guān)因子ru和RA值均為0．001;建筑物為低火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境，其火災(zāi)危險(xiǎn)程度因子和防火措施因子rf=rp=0．001;特殊危險(xiǎn)因子按500人數(shù)確定為低度恐慌，hz=2;接觸和跨步電壓造成的損失率因子Lt=0．0001;物理?yè)p害造成的損失率Lf=0．05。通過(guò)閃電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，得到該建筑物所在區(qū)域地閃密度Ng=10．26次/(a•km2)，通過(guò)測(cè)量該地土壤電阻率，計(jì)算得到平均土壤電阻率ρ=188．3Ω•m。綜合以上分析的參數(shù)因子計(jì)算得到風(fēng)險(xiǎn)值和相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)分量，如表1所示。經(jīng)計(jì)算得到的人身傷亡總風(fēng)險(xiǎn)值R1=20．1×10－5，超過(guò)國(guó)家強(qiáng)制性規(guī)范要求容許值10－5的20．1倍，需要進(jìn)行雷電防護(hù)措施。組合各風(fēng)險(xiǎn)分量:(1)按損害成因組合。雷擊建筑物引起的風(fēng)險(xiǎn)RD=RA+RB=1．94×10－4;雷擊建筑物服務(wù)設(shè)施引起的風(fēng)險(xiǎn)RI=RU(P)+RV(P)+RU(T)+RV(T)=7．15×10－6。(2)按損害類型組合。雷擊引起的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)RS=RA+RU(P)+RU(T)=2．01×10－7;雷擊引起的物理?yè)p害風(fēng)險(xiǎn)RF=RB+RV(P)+RV(T)=2．01×10－4。根據(jù)上述計(jì)算，風(fēng)險(xiǎn)R1的主要貢獻(xiàn)來(lái)自:雷擊建筑物造成的物理?yè)p害風(fēng)險(xiǎn)分量RB占96．44%;雷擊電力線路引起的損害分量RU(P)、RV(P)占0．59%;雷擊信息線路引起的損害分量RU(T)、RV(T)占2．97%。分析計(jì)算結(jié)果，得到高層民用建筑風(fēng)險(xiǎn)分量大值出現(xiàn)在RB、RV上，因此防護(hù)措施主要考慮外部防雷和線路防雷措施，合適的措施有［9-10］:①安裝二類防雷裝置系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，相關(guān)的防護(hù)因子PB值由1降為0．2;②安裝防雷擊電磁脈沖措施，電源及信號(hào)線路安裝防雷保護(hù)級(jí)別為Ⅱ級(jí)的SPD，以保護(hù)電源及信息信號(hào)系統(tǒng)，相關(guān)的防護(hù)因子PSPD值由1降為0．02;③配置人工滅火裝置。采取上述防護(hù)措施以后，得到新的風(fēng)險(xiǎn)值及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)分量如表2所示。采取綜合防護(hù)措施后，人身傷亡總風(fēng)險(xiǎn)值R1=0．994×10－5，比防雷前的20．1×10－5降低了22倍，是最大允許值10－5的99．4%，符合國(guó)家強(qiáng)制性規(guī)范要求。綜上所述，從雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面來(lái)看，采取多種形式的防雷設(shè)施是恰當(dāng)?shù)摹⒑侠淼模诓扇》览状胧┣按_實(shí)存在較大的雷擊風(fēng)險(xiǎn)隱患。對(duì)于該高層民用建筑，應(yīng)按照分析所給出的雷電防護(hù)措施建議，并結(jié)合國(guó)家規(guī)范的要求嚴(yán)格按照第二類防雷建筑物的類別，做好相關(guān)雷電防護(hù)措施，其因雷擊引起的風(fēng)險(xiǎn)值才可以基本滿足國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)值。

3結(jié)語(yǔ)

探討了高層民用建筑雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的計(jì)算分析方法，從現(xiàn)場(chǎng)勘察、數(shù)據(jù)采集到各類風(fēng)險(xiǎn)因子選擇和風(fēng)險(xiǎn)分量計(jì)算，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分量和總風(fēng)險(xiǎn)值針對(duì)性提出最合適的雷電防護(hù)措施建議。高層民用建筑由于高度高，成為雷擊的制高點(diǎn)，容易遭受雷擊，因而成為雷電防護(hù)的重點(diǎn)，對(duì)于建筑物設(shè)計(jì)和施工之前的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估尤為重要，使設(shè)計(jì)施工更加安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。從該建筑物雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算結(jié)果分析，其人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)值超過(guò)國(guó)家規(guī)范規(guī)定的最大允許值，按相關(guān)規(guī)定和要求需要安裝和完善防雷設(shè)施。建筑物的雷電防護(hù)措施應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行:(1)根據(jù)評(píng)估結(jié)果選擇合適的外部防雷系統(tǒng)。(2)安裝防雷擊電磁脈沖措施。(3)其他防護(hù)措施，如做好外露引下線電氣絕緣或有效的地面電位均衡措施等保護(hù)措施，配置人工滅火裝置等。

作者：楊偉民李陽(yáng)斌李翠華單位：清遠(yuǎn)市氣象局