探究现代城市建筑的雷电风险评估

探究现代城市建筑的雷电风险评估

万巧锐

万巧锐张掖市气象局甘肃省张掖市734000

[摘要]在自然灾害中，雷电灾害所产生的影响是非常严重的，在经济损伤方面其仅仅比干旱灾害和洪涝灾害少。对雷电灾害进行科学有效的风险评估可以在一定程度上对雷电所导致的损失进行降低。但是，就目前的雷电灾害风险评估情况来看，其具体的实施体系还不健全，仍然存在很多问题。为此，本文将在现代城市建筑特点的基础上对雷电灾害的风险评估进行详细的分析，并对其具体的评估方法进行研究与探讨。

[关键词]现代城市；城市建筑；雷电灾害；风险评估

雷电灾害具有非常强烈的爆发性，其在我国现代化科技和电子信息化技术不断发展的过程中产生的危害越来越明显，而且其危害范围也在逐渐的扩大，人们对防雷减灾提出了更高一步的要求。对雷电灾害进行准确的风险评估，采取科学有效的措施来进行防雷工作，这在现阶段的防雷减灾工作所起到的作用非常重要且关键的。特别是对现代城市建筑而言，雷电灾害的风险评估可以提高社会生产以及人们生活的安全性和稳定性。

一、有关现代城市商业建筑雷电灾害的风险评估分析对现代城市建筑的雷电灾害进行风险评估，采用GB/T21714的风险值在通常情况下是由RB和RV构成的。其中，RB指的是在建筑物中由于放电火花导致的火灾风险分量，而RV指的是的在雷电所产生的电流通过入户设备所产生的物理损害风险分量，上述风险的来源均是危险火花所导致的火灾损失。商业建筑的占地面积都非常大，其雷电灾害风险评估的公式为：N等于Ng与Ad/b、Cd/b以及10-6相乘。其中，Ng表示大地雷击的密度，Ad/b表示截收建筑物的面积，Cd/b表示建筑物的因子。商业建筑物具有很大的占地面积，所以其中的N值也非常大。

将其代入上述公式中，则为：R等于N与P、L相乘。通过计算可以得知，R值通常不会小于RT容许值。这是由于大型的商业建筑通常都具有上万人的容纳数量，该风险值R所表示的意思是该商业建筑每间隔几年时间就会有一次雷电电击所导致的人员伤亡事故出现。但是在现实的商业建筑中，这种事故的发生率是非常低的，这就表示上述方法具有一定的计算误差。

现代城市建筑的电位连接一般都是通过钢筋来完成的，其雷电的防护系统也是由钢筋组成的。在建筑物遭到雷电电击时，就会有电流流过钢筋进而产生一定的电压降。以此为基础通过等效电路方法可以对钢筋中的雷电流分布进行有效的计算。按照基尔霍夫的电流定理可以得知：A代表关联的节点矩阵，Y代表导纳的节点矩阵，Z代表复阻抗矩阵，G代表电压系数的矩阵，i代表支路电流的列向量，U代表节点电位的列向量，I代表电流源的列向量。其具体的公式为：

暂态计算模型是一种等值网络，其主要的组成部分是电阻、电感以及电容，其需要在频域中来计算电流的分布。利用上述公式对雷电电流在某一频率情况下的钢筋电流响应进行计算，在频域中计算完成之后可以把电流响应经博里叶反变换变换到时域中去。在建筑物遭到直接电击时，电流会在每一段钢筋中流过，其中位于注入点位置的引下线对电流分量进行了大部分的承担，但是在其他钢筋中同样会经过电流。位于注入点位置的引下线中雷电电流会随着楼层的下降而逐渐变小，而位于其它位置的引下线中的雷电电流则会随之变大，高层建筑物的引下线可以实现最终的电流平衡。但是钢筋作为一种导体在进行接闪的过程中会有大电流脉冲的瞬间出现，这时建筑物中的任何一个开口环路或是闭合环路都能够在一定程度上产生过电压。但是，这种过电压通常都是比较小的，而且现代城市建筑中都安装了良好的等电位措施，通常情况下是可以进行过电压的短时间承受的，因此，在对商业建筑的雷电灾害进行风险评估时，需要对PB和LB值进行适当的减小处理。通常情况下，只要建筑具有良好的防雷保护以及等电位措施是不会或是很少发生雷电灾害的。

二、有关现代城市高层建筑雷电灾害的风险评估分析在现代城市的新建建筑中，大部分都是高层建筑，其高度通常都要大于50米，在发达城市中，高度大于150米的新建建筑也不在少数。按照等效接收面积的计算公式：Ad=LW+6H(L+W)+9πH2。以高度在100米的高层建筑为例，其所具有的等效接收面积能够超过10万m2，计算得出的雷电风险就会非常大。根据最近十年的雷电灾害资料显示，在高层建筑中几乎不会发生雷电导致的人员伤亡事故，如果建筑物达到一定高度时，其所可能产生的雷电风险不会与高度发生关系。利用GB/T21714对建筑物的等效截收面积进行计算，可以得知Cd的等效截收面积的修正作用只能在一定的范围内进行，因此，在超高层建筑的雷电灾害风险评估中上述公式并不适用。

在现代城市的高层建筑中，其框架结构都是由钢筋混凝土构成的，在建筑顶部都会按照良好的雷电保护措施和设备，只要在引下线位置连接钢筋混凝土框架，就可以根据国家的相关标准将均压环设置在超过滚球半径的部分分段位置，在没有安装敏感电子设备的普通高层建筑中，可以不用进行GB/T21714的雷电灾害风险评估。而在具有敏感电子设备的高层建筑中，还需要对雷电所产生的电磁脉冲的影响因素进行充分的考虑。

结语：综上所述，根据最近十年时间的雷电灾害风险评估资料显示，由雷电所导致的损失主要包括财产损失和生命损失，其中财产损失多发生在城市中，而生命损失则多发生在农村中。从总体来看在现代城市建筑中所发生的雷电风险是比较大的。对现代城市雷电灾害进行风险评估，不能对公式进行一味的套用，应该在实际调查的基础上，根据雷电灾害风险评估相关机制，通过科学合理的相关参数来进行评估，以确保评估过程的客观性和准确性。良好的雷电灾害风险评估可以在很大程度上对雷电灾害进行有效的预防，以便我们采取科学有效的措施来进行具体的防雷减灾工作，避免因电击所造成的损失事故的发生。

参考文献[1]杨仲江,余蜀豫,程斌.暂态电流和电位抬升对雷电风险参数P_C的影响[J].科技导报,2011(26).[2]余蜀豫.雷电风险评估方法和参数研究及实践[D].南京信息工程大学,2012.[3]刘刚,赵永云,卢炜,李厚伟.雷击风险评估综述[A].广东省气象学会2012年学术年会论文摘要文集[C].2012.[4]林伟华,梁美婵.高层建筑物的防雷接地和屏蔽探讨[J].气象研究与应用,2011(04).