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关键词：新建建筑物雷击风险
中图分类号：TS958文献标识码：A
LightningRiskAssessmentofnewBuilding
Liyaqin,xuhongmei,liuxiu
(FuYangMeteorologalBureau,AnHuiFuYang)
Abstract：BasingthelightningriskassessmentofthenewbuildinghailiangWashingtonservicedapartmentbuilding,lightningriskassessmentandanalysisofthelightningriskassessmentfactorsandrelatedevaluationtechnologyisdiscussedinthispaper,usingtheprincipleandmethodofscience,probabilityofbuildingsmaysufferfromlightningandlightningfortheanalysisoftheseverityoftheconsequences,putforwardthecorrespondingtechnicalmeasurestoprevent.Aimstoprovideascientificbasisforfurtherworkforlightningprotectionanddisastermitigation.
Keywords：newbuilding,thunderandlightningdisaster
1周边环境
1.1项目概况
项目位于阜阳市淮河路与规划西清路交叉口，总建筑面积16173.46O，最高建筑高度55.9m。设地下室，一层、二层为商业，三到十三层为酒店式公寓，是人员相对密集的场所。建筑内部设置了各类电气、弱电系统。项目所在区域－1m～－9m土壤层的平均土壤电阻率ρ约为20.8Ωm，以下为安徽省闪电定位监测网资料所显示的项目所在地阜阳市的雷电情况。
1.2气象资料
阜阳市年平均雷暴日的空间分布，图1显示，阜阳市年平均雷暴日的空间分布特征为由东南向西北方向逐渐减少。最多是颍上县年平均雷暴日为30天左右，其次是阜阳市和阜南县为27-29天，太和县年均雷暴日在26-28天，临泉县和界首市最少年均雷暴日为26天左右
。
图11960-2009年阜阳市年平均雷暴日
Figure11960-2009inFuyangCity,theaverageannualthunderstormdays
阜阳雷击幅值主要分布在8kA-100kA。从图2中可知小于8.0kA的雷暴数大约为359个，占总雷暴数的12%。具体情况如A-10所示。项目所在地的雷电活动在一年中的6-8月为一高发时段，一天中的14：00～20：00为一高发时段。
图2阜阳雷击幅值
Figure2Fuyanglightningamplitude
2研究方法
2.1雷击风险评估类型分析
根据雷击点位置的不同，可分为以下几种情况：
S1：雷击建筑物
S2：雷击建筑物的邻近区域
S3：雷击公共设施
S4：雷击公共设施的邻近区域。
L为一次雷击产生的损失平均数量，与被保护物体的的用途、人员在场情况、公共服务设施的类型、受损的货物价值和采取减少损失的措施有关，根据损失类型不同分为以下几种情况
L1：致人死亡
L2：为大众服务的公共设施的损失
L3：文化遗产的损失
L4：经济损失（建筑物及其内部装置，公共设施及其功能失效）
R1:致人死亡的风险
R2：为大众服务的公共设施损失的风险
R3：文化遗产损失的风险
R4：经济损失的风险
经过分析，该建筑遭受雷击造成的损失主要是人员生命损失（L1型）和经济损失（L4型），而向公众服务的损失（L2型）可忽略不计，社会文化遗产的损失（L3型）则不存在。相应的风险种类有致人死亡的风险R1和经济损失的风险R4，为大众服务的公共设施损失的风险R2和文化遗产损失的风险R3则可不计。
2.2雷击风险评估分量分析
经过分析该项目存在着风险分量RA、RB、RC、RM、RU、RV、RW、RZ，具体分析见表1。
表1风险分量分析
Table1Riskcomponentsanalysis
分量含义
RA在建筑物3米区域内，由触摸和跨步电压导致的对活体的伤害与RA有关
RB在建筑内由危险火花所引发的火灾或爆炸，对整个环境可能造成威胁，此情况下导致的实体损害与RB有关
RC与雷电电磁脉冲防护引起的内部系统失效有关。
RM与雷电电磁脉冲防护引起的内部系统失效有关
RV与雷电流通过或沿着入户公共设施导入所致的实体损害有关
RW与入户线路中存在并导入建筑物的感应过电压引起的内部系统失效有关
RZ与入户线路中存在并导入建筑物的感应过电压引起的内部系统失效有关
根据本项目的性质和特点确定:人员生命损失风险R1=RA+RB+RU+RV
经济损失风险R4=RB+RC+RM+RV+RW+RZ
2.3建筑物区ZS划分
为评估每项风险的组成，本建筑物可划分为区Z1（户外）、Z2(地下室)、Z3（商业）、Z3（公寓住宅）。根据不同区域的具体情况取值不同的参数见表2-5
表2Z1区参数
Table2Z1areaparameter
参数注解符号量值
地表类型混凝土、地砖ra0.01
接触和跨步电压触电概率利用建筑物钢筋做引下线PA0
建筑物外3米区域接触和跨步电压损害相对量活动的人员有接触和跨步电压损害的可能Lt0.01
表3Z2区参数
Table3Z2areaparameter
地板类型混凝土ru0.01
火灾危险一般rf0.01
人员生命损失特殊危险低度惊慌hz2
经济损失特殊危险无特殊伤害hz1
火灾防护措施因子自动报警装置rp0.2
建筑物边界屏蔽有KS10.504
内部屏蔽有KS21
接触和跨步电压导致损失建筑内Lt0.0001
物理损害导致的损失（生命）地下室Lf0.01
物理损害导致的损失（经济）地下室Lf0.1
内部系统故障损失地下室Lo0.0001
表4Z3区参数
Table4Z3areaparameter
地板类型大理石、瓷砖ru0.001
人员生命损失特殊危险低度惊慌hz5
外屏蔽有KS11
物理损害导致的损失（生命）商业Lf0.05
物理损害导致的损失（经济）商业Lf0.2
内部系统故障损失商业Lo0.01
表5Z4区参数
Table5Z4areaparameter
物理损害导致的损失（生命）公寓Lf0.1
物理损害导致的损失（经济）公寓Lf0.1
内部系统故障损失公寓Lo0.0001
2.4截收面积的计算
所有线缆均为埋地引入，且长度未知，取Lc为1000m，H取55.9m。因为此建筑为不规则建筑物，利用CAD作图法以及计算公式求得其截收面积的值如表6所示。
表6Ad、Am、Ai、Alnumerical
Table6Ad、Am、Ai、Alnumerical
符号解释值
Ad建筑物雷击截收面积123065.5O
Am附近地面截收面积188507.6O
Ai入户线路截收面积25Lc√ρ114017.5O
Al线路附近大地截收面积(Lc-3H)√ρ3795.9O
即R＝Rx，Rx＝Nx×Px×Lx，式中Nx为每年影响建筑物及公共设施的雷击次数（单位：次／a），N与雷电对地闪击的密度、被保护物体特征、周围环境和土壤特征有关。P为一次雷击造成建筑物的损害概率，与被保护物的特征和防护措施有关。PA为0，PB为0.01，PC、PM、PU、PV、PW、PZ均为1。L为一次雷击产生的损失平均数量，与被保护物体的的用途、人员在场情况、公共服务设施的类型、受损的货物价值和采取减少损失的措施有关。阜阳市雷击大地密度Ng为2.7次/平方千米年，建筑物位置因子Cd为0.5，入户线路场地因子Cd为0.25,入户线路变压器因子Ct为0.2,入户线路的环境因子Ce为1。计算结果见表7。
雷击建筑物年预计雷击次数：、
ND＝Ng×Ad×Cd×10-6≈0.166
雷击入户线路的年预计雷击次数：
NL＝Ng×Al×Cd×Ct×10-6≈0.000512
雷击建筑物附近的年预计雷击次数
NM＝Ng×(Am-Ad×Cd)×10-6≈0.34
雷击入户线路附近的年预计雷击次数
NI=Ng×Ai×Ce×Ct×10-6≈0.016
表7各分区人员生命损失和经济损失分量
Table7Eachpartitionlossesoflifeandeconomiclossofweight
分量Z2Z3Z4
人员生命损失RA000
RB6.64E-088.3E-071.66E-06
RU8.27E-072.05E-072.05E-07
RV8.19E-082.56E-085.12E-07
经济损失RB3.32E-076.64E-073.32E-07
RC6.64E-056.64E-036.64E-05
RM6.0E-061.2E-051.2E-05
RV4.096E-078.192E-074.096E-07
RW2.048E-052.048E-052.048E-05
RZ6.195E-046.195E-046.195E-04
2.6结果分析与应对措施
雷击海亮华府酒店式公寓引起人员伤亡的风险总量R1=4.41E-06＜1.0×10E-05(规范规定的人员生命损失最大允许值),对于人员生命损失方面此建筑在防雷设计等级下，符合规范要求。
雷击海亮华府酒店式公寓引起经济损失风险总量R4=3.02E-02，对于经济损失，规范未给出固定的最大容许值，容许值可由项目方确定，也可由评估方综合项目特点给出量值，本项目将本值定为1.0×10E-03，因为R4=3.02E-02＞1.0×10E-03所有本项目必须采取相应的雷电防御措施，对初步的防雷设计加以修改完善，使得风险降到容许值以下。
措施：1）按照Ⅲ类防雷建筑物设计直击雷防护，所有屋顶装置都有着完善的直击雷防护和具有作为自然引下线的连续金属框架或钢筋混凝土框架的建筑物，电源系统和弱电系统设置根据设备需要设置完善的电涌保护器防护，外来线路需埋地敷设，在室内线路安装需套钢管敷设，钢管需接地良好。
2）当采取上述建议设计并施工后，雷击建筑物导致内部系统失效的概率PC降为0.03，雷击建筑物附近导致内部系统失效的概率PM降为0.03，雷击入户设施线路导致物理损害的概率PV、PW、PZ均降为0.03。
当采取以上防护措施后，经济损失损失风险总量变为R4=4.65E-04＜1.0×10E-03
3结语
1）关于分析计算：对于新建建筑物，进行雷击风险评估时，要从两方面进行评估，即人员生命损失和经济损失。需要注意的两点就是截收面积和建筑物分区的计算。
2）关于降低风险所采取的措施：除应按照规范安装相对应的SPD外，所有非屏蔽信号线缆应敷设在金属屏蔽线槽（管）内，金属屏蔽线槽（管）应保持良好电气导通性，并应在雷电防护区交界处做等电位连接并接地。
参考文献
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[4]肖稳安,张小青.雷电与防护技术基础.北京:气象出版社,2006.