清鎮(zhèn)市“時(shí)代華庭”高層商住樓雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估

滕萬里，王祿靜，謝 雪

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

1 引言

“時(shí)代華庭”高層商住樓位于清鎮(zhèn)市三角花園，建設(shè)周期為2011年12月—2013年12月。本文按照IEC－62305標(biāo)準(zhǔn)的評估體系和方法，對“時(shí)代華庭”高層商住樓雷電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估。并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的改進(jìn)、完善措施，以期降低雷擊風(fēng)險(xiǎn)，使可能的損失減少到最小。

2 “時(shí)代華庭”高層商住樓概況

“時(shí)代華庭”高層商住樓規(guī)劃建設(shè)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(jié)構(gòu)，在屋頂設(shè)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(gòu)造鋼筋作為防雷引下線，建筑物基礎(chǔ)鋼筋作為接地體，接地電阻＜1 Ω?！皶r(shí)代華庭”高層商住樓采用自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備、消防泵、消防電梯、通風(fēng)系統(tǒng)、保安監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急照明、疏散照明及重要的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等;電源由市政電網(wǎng)提供10 kV電源，并自建變電站;通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在大廈內(nèi)設(shè)有機(jī)房。

2.1 項(xiàng)目所在地土壤電阻率

根據(jù)對項(xiàng)目所在地取樣多點(diǎn)勘查，項(xiàng)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(zhèn)市雷電活動(dòng)概況

3.1 清鎮(zhèn)市1964—2008年氣象觀測資料分析

清鎮(zhèn)市年平均雷暴日為56 d，月平均雷暴日接近5 d;雷電活動(dòng)主要發(fā)生在4－8月份，雷暴日最多的年份為1979年，天數(shù)為72 d;雷暴日最少年份為2003年，天數(shù)為31 d。初雷日最早為1月1日發(fā)生在1987年;終雷日最晚為12月31日發(fā)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(zhèn)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(qū))的年份有39 a。

3.2 清鎮(zhèn)市2006—2011年雷電監(jiān)測資料分析

3.2.1 雷暴日 清鎮(zhèn)市年平均雷暴日56 d，月平均雷暴日接近5 d，雷電活動(dòng)主要發(fā)生在4—9月，6—8月為雷電多發(fā)期，月平均雷暴日數(shù)超過13 d。

3.2.2 地閃密度 清鎮(zhèn)市年平均地閃次數(shù)為8 134次，地閃密度為5.5次/(km2·a)。項(xiàng)目中心3 km半徑范圍內(nèi)年平均地閃次數(shù)161次，地閃密度為5.7次/(km2·a);項(xiàng)目區(qū)中心1 km半徑范圍內(nèi)年平均地閃次數(shù)19次，地閃密度為6.0次/(km2·a)。采用項(xiàng)目中心3 km半徑范圍的地閃密度作為雷電風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算參數(shù)。

3.2.3 地閃強(qiáng)度與累積概率 清鎮(zhèn)市最大正閃強(qiáng)度、最大負(fù)閃強(qiáng)度、平均地閃強(qiáng)度分別為241.49 kA、238.96 kA、35.50 kA，地閃強(qiáng)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(zhèn)市地閃主要活動(dòng)在4—9月，91.7%以上的地閃都發(fā)生在這6個(gè)月。

清鎮(zhèn)市地閃主要活躍在16－02時(shí)，8.93%的地閃都發(fā)生這個(gè)時(shí)段，03－15時(shí)地閃相對較少，約10.7%的地閃發(fā)生在這個(gè)時(shí)段。

4 相關(guān)數(shù)據(jù)和特性分析

4.1 評估標(biāo)準(zhǔn)

本次評估主要依據(jù)IEC 62305－2規(guī)范，風(fēng)險(xiǎn)容許值RT是我們進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估的重要指標(biāo)。本次風(fēng)險(xiǎn)評估只涉及人員生命損失(L1型)和公眾服務(wù)(L2型)損失。

按照IEC 62305－2，對評估對象需要計(jì)算以下風(fēng)險(xiǎn):R1、R2和R3風(fēng)險(xiǎn);服務(wù)設(shè)施的R1和R2風(fēng)險(xiǎn)。

計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)分量RX;計(jì)算總風(fēng)險(xiǎn)R;確定風(fēng)險(xiǎn)容許值RT，比較風(fēng)險(xiǎn)R和風(fēng)險(xiǎn)容許值RT。如果R＜RT，則防雷不是必需。如果R＞RT，應(yīng)當(dāng)采取保護(hù)措施，使得R＜RT，以減小對象遭受雷擊的所有風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 相關(guān)數(shù)據(jù)

時(shí)代華庭項(xiàng)目包括1#、2#商住樓，根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃情況及建筑位置，分為外部區(qū)域、1#樓區(qū)城、2#樓區(qū)域，對這些區(qū)域進(jìn)行雷電風(fēng)險(xiǎn)的估算。

建筑物周邊環(huán)境:根據(jù)貴州雷電監(jiān)測資料，項(xiàng)目所在地年平均地閃密度為Ng=57次/(km2·a)，場址經(jīng)平整后，地勢較為平坦。

各建筑參數(shù)取值見表1～表3。

表1 外部區(qū)域參數(shù)取值表

表2 1#樓參數(shù)取值表

表3 2#樓參數(shù)取值表

內(nèi)部系統(tǒng)和相關(guān)入戶線路的特征見表4～表5。

表4 內(nèi)部系統(tǒng)P1和相關(guān)入戶設(shè)施的特征

表5 內(nèi)部系統(tǒng)S1和相關(guān)入戶設(shè)施的特征

4.3 年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的估算

年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)包括:

①建筑物遭受直接雷擊的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)ND;②雷擊建筑物鄰近區(qū)域的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)NM;③入戶設(shè)施直擊雷年預(yù)計(jì)次數(shù)NL;④雷擊入戶設(shè)施鄰近區(qū)域的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)NI。

其中入戶設(shè)施包括:電源線、電話線等金屬線管，建筑物及線路等年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)見表6。

表6 建筑物及線路雷擊次數(shù)(次/a)

4.4 人身傷亡及財(cái)產(chǎn)損失風(fēng)險(xiǎn)的估算

風(fēng)險(xiǎn)組成評估所需參數(shù)見表1～表6，風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果見表7、表8。

表7 不同分區(qū)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)R的組成

表8 不同分區(qū)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)R的組成

經(jīng)估算，1#、2#樓的人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)值均超過規(guī)范QX/T 85－2007規(guī)定的可承受風(fēng)險(xiǎn)(1.00E－05)。

4.5 風(fēng)險(xiǎn)分析

1#、2#商住樓及其外部區(qū)域年預(yù)計(jì)直接雷擊次數(shù)分別為0.098次、0.098次、0.045次;線路年預(yù)計(jì)直接雷擊次數(shù)＜0.141;人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)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(guī)范QX/T 85－2007規(guī)定的可承受風(fēng)險(xiǎn)(1.00E－05)范圍，應(yīng)采取相應(yīng)的防雷措施。

5 降低雷擊風(fēng)險(xiǎn)的措施

為了把風(fēng)險(xiǎn)降低到容許值以下，對電力線路和通信線路進(jìn)行屏蔽處理，減少分量RB。在入戶線路上加裝SPD防雷保護(hù)器，則PU=PV=0.03。表9是根據(jù)所給出的解決方案得到的各個(gè)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)值。

表9 根據(jù)所給出解決方案得出的風(fēng)險(xiǎn)R1的值(數(shù)值×10-5)

由表9可見R1=0.842 8×10－5;已把風(fēng)險(xiǎn)降低到了容許值之下。

［1］郭福雁.高層建筑雷電風(fēng)險(xiǎn)評估體系設(shè)計(jì)［J］.建筑電氣，2008，10:44 －46.

［2］楊仲江.雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與管理基礎(chǔ)［M］.北京:氣象出版社，2010.

［3］IEC62305－2.雷電防護(hù)－第2部分:風(fēng)險(xiǎn)管理［S］.2006:21－25.

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

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