清鎮市“時代華庭”高層商住樓雷電災害風險評估

滕萬里，王祿靜，謝 雪

(1.貴州省清鎮市氣象局，貴州 清鎮 551400;2.貴州省防雷減災中心，貴州 貴陽 550002)

1 引言

“時代華庭”高層商住樓位于清鎮市三角花園，建設周期為2011年12月—2013年12月。本文按照IEC－62305標準的評估體系和方法，對“時代華庭”高層商住樓雷電風險進行了評估。并在此基礎上提出相應的改進、完善措施，以期降低雷擊風險，使可能的損失減少到最小。

2 “時代華庭”高層商住樓概況

“時代華庭”高層商住樓規劃建設用地面積3 318 m2，總建筑面積37 819 m2，包括兩棟 －2+3+29 F的高層商住樓。建筑采用框架－剪力墻結構，在屋頂設有接閃桿和接閃帶防止直擊雷，采用公用接地體裝置;以建筑物的構造鋼筋作為防雷引下線，建筑物基礎鋼筋作為接地體，接地電阻＜1 Ω。“時代華庭”高層商住樓采用自動火災報警及聯動控制設備、消防泵、消防電梯、通風系統、保安監控系統、應急照明、疏散照明及重要的計算機系統等;電源由市政電網提供10 kV電源，并自建變電站;通信和網絡系統在大廈內設有機房。

2.1 項目所在地土壤電阻率

根據對項目所在地取樣多點勘查，項目所在土壤電阻率分布較為均勻，土壤電阻率在400Ω·m至500Ω·m之間，屬于中偏高土壤電阻率。

3 清鎮市雷電活動概況

3.1 清鎮市1964—2008年氣象觀測資料分析

清鎮市年平均雷暴日為56 d，月平均雷暴日接近5 d;雷電活動主要發生在4－8月份，雷暴日最多的年份為1979年，天數為72 d;雷暴日最少年份為2003年，天數為31 d。初雷日最早為1月1日發生在1987年;終雷日最晚為12月31日發生在1963年;初終間跨度最長的年份為2004年，從1月15日—12月27日。清鎮市雷暴日的年際變化較大，介于31～72 d之間，其中超過40 d(高雷區)的年份有39 a。

3.2 清鎮市2006—2011年雷電監測資料分析

3.2.1 雷暴日 清鎮市年平均雷暴日56 d，月平均雷暴日接近5 d，雷電活動主要發生在4—9月，6—8月為雷電多發期，月平均雷暴日數超過13 d。

3.2.2 地閃密度 清鎮市年平均地閃次數為8 134次，地閃密度為5.5次/(km2·a)。項目中心3 km半徑范圍內年平均地閃次數161次，地閃密度為5.7次/(km2·a);項目區中心1 km半徑范圍內年平均地閃次數19次，地閃密度為6.0次/(km2·a)。采用項目中心3 km半徑范圍的地閃密度作為雷電風險計算參數。

3.2.3 地閃強度與累積概率 清鎮市最大正閃強度、最大負閃強度、平均地閃強度分別為241.49 kA、238.96 kA、35.50 kA，地閃強度介于 0 ～20 kA、20～50 kA、50～100 kA、100 kA 以上的概率分別是24.83% 、61.15% 、12.19% 、1.83% 。

3.2.4 地閃月、日分布 清鎮市地閃主要活動在4—9月，91.7%以上的地閃都發生在這6個月。

清鎮市地閃主要活躍在16－02時，8.93%的地閃都發生這個時段，03－15時地閃相對較少，約10.7%的地閃發生在這個時段。

4 相關數據和特性分析

4.1 評估標準

本次評估主要依據IEC 62305－2規范，風險容許值RT是我們進行風險評估的重要指標。本次風險評估只涉及人員生命損失(L1型)和公眾服務(L2型)損失。

按照IEC 62305－2，對評估對象需要計算以下風險:R1、R2和R3風險;服務設施的R1和R2風險。

計算風險分量RX;計算總風險R;確定風險容許值RT，比較風險R和風險容許值RT。如果R＜RT，則防雷不是必需。如果R＞RT，應當采取保護措施，使得R＜RT，以減小對象遭受雷擊的所有風險。

4.2 相關數據

時代華庭項目包括1#、2#商住樓，根據項目規劃情況及建筑位置，分為外部區域、1#樓區城、2#樓區域，對這些區域進行雷電風險的估算。

建筑物周邊環境:根據貴州雷電監測資料，項目所在地年平均地閃密度為Ng=57次/(km2·a)，場址經平整后，地勢較為平坦。

各建筑參數取值見表1～表3。

表1 外部區域參數取值表

表2 1#樓參數取值表

表3 2#樓參數取值表

內部系統和相關入戶線路的特征見表4～表5。

表4 內部系統P1和相關入戶設施的特征

表5 內部系統S1和相關入戶設施的特征

4.3 年預計雷擊次數的估算

年預計雷擊次數包括:

①建筑物遭受直接雷擊的年預計雷擊次數ND;②雷擊建筑物鄰近區域的年預計雷擊次數NM;③入戶設施直擊雷年預計次數NL;④雷擊入戶設施鄰近區域的年預計雷擊次數NI。

其中入戶設施包括:電源線、電話線等金屬線管，建筑物及線路等年預計雷擊次數見表6。

表6 建筑物及線路雷擊次數(次/a)

4.4 人身傷亡及財產損失風險的估算

風險組成評估所需參數見表1～表6，風險計算結果見表7、表8。

表7 不同分區內風險R的組成

表8 不同分區內風險R的組成

經估算，1#、2#樓的人員傷亡風險值均超過規范QX/T 85－2007規定的可承受風險(1.00E－05)。

4.5 風險分析

1#、2#商住樓及其外部區域年預計直接雷擊次數分別為0.098次、0.098次、0.045次;線路年預計直接雷擊次數＜0.141;人員傷亡風險估算分別為5.68 E －05、5.68 E －06、4.50 E －08，其中1#、2#商住樓均超過規范QX/T 85－2007規定的可承受風險(1.00E－05)范圍，應采取相應的防雷措施。

5 降低雷擊風險的措施

為了把風險降低到容許值以下，對電力線路和通信線路進行屏蔽處理，減少分量RB。在入戶線路上加裝SPD防雷保護器，則PU=PV=0.03。表9是根據所給出的解決方案得到的各個區域風險值。

表9 根據所給出解決方案得出的風險R1的值(數值×10-5)

由表9可見R1=0.842 8×10－5;已把風險降低到了容許值之下。

［1］郭福雁.高層建筑雷電風險評估體系設計［J］.建筑電氣，2008，10:44 －46.

［2］楊仲江.雷電災害風險評估與管理基礎［M］.北京:氣象出版社，2010.

［3］IEC62305－2.雷電防護－第2部分:風險管理［S］.2006:21－25.

［4］史雅靜，涂山山.雷電風險評估方法初探［J］.湖北氣象，2008(2).

［5］丁旻，周強，邱飛.綜合辦公大樓的雷電風險評估方法［J］. 貴州氣象，2008(1).