高层民用建筑雷击风险评估.docx

高层民用建筑雷击风险评估 《现代建筑电气杂志》2014 年第六期 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Ｒ 1 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。 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