超高商業大廈雷擊風險分布特征分析

李承昊 王悅 張國毅

摘 要：該文根據現行國家標準，以沈陽某超高商業大廈的使用性質、建筑用途、建筑特征、周邊環境等綜合數據為基礎，分析該建筑的雷擊損害類型、雷擊風險分量、建筑物及入戶設施的截收面積、年預計雷擊次數等關鍵參數，進而研究超高建筑的雷擊風險分布特征，以期對超高建筑的防雷設計、施工等工作提供參考意見。

關鍵詞：超高建筑 雷擊風險分量 風險分布特征

中圖分類號：TU972.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（a）-0080-02

Analysis of Characteristics of Ultra-high Commercial Building Lightning Risk Distribution

Li Chenghao Wang Yue Zhang Guoyi

Liaoning Lightning Protection Technical Service Center，Shenyang Liaoning，110010， China）

Abstract：In this paper， according to the current national standard， the use of a high commercial building in shenyang properties， USES and architectural features， environment and other comprehensive data as the foundation， analysis of the construction of lightning damage type， lightning strike risk component， buildings and household facilities JieShou area， lightning frequency that key parameters， such as further study of supertall buildings lightning risk distribution characteristics， in order to ultrahigh construction of lightning protection for reference to design， construction，etc.

Key Words：Ultra-high buildings； Lightning strike risk weight； Risk distribution characteristics

文章所分析的建筑物位于沈陽市中心，建筑長50 m，寬48 m，高350 m，為沈陽標志性建筑。該建筑入戶電纜均為埋地敷設，由市電直接引入樓內變電室，建筑物內外常年有人員活動，年雷暴日26.9 d，土壤電阻率實測113.28 Ω·m，消防設施包括人工和自動滅火裝置，下面對該建筑的雷擊風險進行詳細計算分析。

1 雷擊風險分量的鑒別

1.1 雷擊損害類型的鑒別

該建筑屬于商業建筑，遭受雷電閃擊造成的損失主要是人員生命的損失和經濟損失，因雷擊電源停電等造成的公眾服務的損失可忽略不計，社會文化遺產的損失不存在，因此，該建筑地塊只需計算人員生命的損失風險R1。

1.2 雷擊風險分量的鑒別

雷擊該建筑時，R1型風險存在的風險分量分析如下：

當雷電閃擊建筑附近或服務設施及其附近時，以及雷擊建筑物附近時所產生的感應磁場變化，不足以威脅到人員生命安全，因此，該次所計算的分量包括RA、RB、RU、RV，RC、RM、RW、RZ風險分量記為0。

2 雷擊風險分量的計算

2.1 建筑物及入戶設施的截收面積

2.1.1 每年的截收閃電面積

Ad=L·W+6H（L+W）+9π（H）2

=48×50+6×350×（48+50）+9×3.14×350×350

=3671805.84（m2）

2.1.2 附近地面的截收閃電面積

AM=L·W+2×250（L+W）+π（250）2

=48×50+2×250（48+50）+π（250）2

=247770.38（m2）

2.1.3 入戶電力線纜的截收閃電面積

Al=[Lc-3（Ha+Hb）]

=0.00（m2）

2.1.4 入戶電力線纜附近地面的截收面積

Ai=25LC×ρ0.5

=25×1000×113.280.5

=266082.69（m2）

2.1.5 入戶通信線纜的截收閃電面積（埋地）

Al=ρ0.5[Lc-3（Ha+Hb）]

=0.00（m2）

2.1.6 入戶通信線纜的截收閃電面積（埋地）

Ai=25LC×ρ0.5

=25×1000×113.280.5

=266082.69（m2）

2.1.7 入戶電力線纜服務設施a的截收面積

Ada=La·Wa+6Ha（La+Wa）+9π（Ha）

=0.00（m2）

2.1.8 入戶通信線纜服務設施a的截收面積

Ada=La·Wa+6Ha·（La+Wa）+9π（Ha）

=0.00 （m2）

2.2 年預計雷擊次數

2.2.1 建筑物年預計雷擊次數

ND=NgAdCd×10-6

=2.69×3671805.84×0.5×10-6

=4.9386（次/年）

2.2.2 附近地面的年預計雷擊次數為

Nm=Ng（Am-AdCd）×10-6

=2.69×（247770.375-3671805.842×0.5）×10-6

=0.0000（次/年）

2.2.3 入戶供電線纜的年預計雷擊次數為

NL=NgAlCdCt×10-6

=2.69×0.00×0.5×0.2×10-6

=0.0000（次/年）

2.2.4 入戶供電線纜附近預計雷年預計閃擊次數為

NI=NgAiCeCt×10-6

=2.69×266082.69×0.1×0.2×10-6

=0.0143（次/年）

2.2.5 入戶通信線纜的年預計雷擊次數為

NL=NgAlCdCt×10-6

=2.69×0.00×0.5×1×10-6

=0.0000 （次/年）

2.2.6 入戶通信線纜附近預計雷年預計閃擊次數為

NI=NgAiCeCt×10-6

=2.69×266082.69×0.1×1×10-6

=0.0716 （次/年）

2.2.7 附近供電服務設施的年預計雷擊次數為

NL=NgAlCdCt×10-6

=2.69×0.00×0.5×10-6

=0.0000（次/年）

2.2.8 附近通信服務設施的預計雷年預計閃擊次數為

NI=NgAiCeCt×10-6

=2.69×0.00×0.5×10-6

=0.0000（次/年）

年預計雷擊次數鑒別：

綜合以上計算結果，該建筑各系統年預計危險次數見表1。

由表1可以看出，超高建筑可能發生的雷擊主要集中在樓體直接接閃的情況下，由于電力和通信線纜均埋地敷設，所以入戶設施的雷擊概率主要集中在感應雷擊，但所占比重很小，不足2%。

3 人員傷亡損失的風險

3.1 該建筑人員傷亡損失量值

Lt和Lf的值由于確定困難，故均取典型平均值。

Lt的取值如下。

建筑物外部3 m內區域：Lt=10-2

建筑物內部區域：Lt=10-4

建筑物Lf的取值：Lf=10-1

建筑物內部系統不會立即危及人員生命，故L0的取值：L0=0

3.2 該建筑項目風險分量計算

將此文的以上計算結果帶入表2公式中，得出R1型風險分量的數值及所占百分比如表2所示。

通過表2數據可以看出，由直接雷擊引起的跨步電壓、接觸電壓的RA風險分量占據71.37%，由直接雷擊引起的二次傷害RB風險分量占據28.55%，這兩項表明直接雷擊引起的風險分量占據總風險的99.2%，對照表1直接雷擊大樓的概率98.29%，可以看出雷擊風險是與雷擊概率成正比的非線性關系。

4 結語

通過文章上述分析，超高建筑的主要雷擊風險來源是直擊雷，包括雷擊樓頂和雷擊樓體側面，由于距離地面更高而有更大概率優先接閃閃電向下先導電流，在防雷設計與施工中應更加注重天面外邊沿的防護，防止因雷擊導致混凝土塊等物體的墜落，同時加強高樓層金屬門窗的等電位連接，并每隔一層或兩層安裝均壓環，防止雷擊樓體側面導致異物的脫落。

參考文獻

[1] 陳渭民.雷電學原理[M].北京：氣象出版社，2003.

[2] GB/T 21714.2-2015，雷電防護第2部分：風險管理[S].

[3] 楊仲江.雷電災害風險評估與管理基礎[M].氣象出版社，2009.