关键字：超高层 年预计雷击次数 防雷类别
1 引言
不论是住宅还是公共建筑，高度在100m及以上的建筑即为超高层建筑[1]。现有防雷规范对于这一类特定建筑的防雷类别的划分没有细致条文，实际工作中在确认这一指征值时，更多的沿用的是GB50057-2010中对人员密集公共建筑、一般性民用建筑类似的划定方法。但是，由于超高层建筑自身结构高的特点，相对于其他低层、小高层甚至高层建筑，更容易满足雷击击距的要求。众所周知，在设计一个项目的防雷装置系统时，最先确定的是该项目的防雷类别，再根据防雷类别作出适当的防护设计。常规的确定防雷类别的方法是计算其年预计雷击次数，综合其使用性质等进行划分，GB50057-2010第三章有明确条文。那么，对于超高层建筑其防雷类别到底该如何划分？防雷类别的划分对其防雷系统的整体规划到底作用如何？下面将进行详细探讨。
2 年预计雷击次数的局限性
已有的研究发现，地面高度越高的建筑，拦截过境雷雨云的下行先导越容易，雷击次数越多，特别是高度超过100m的超高层建筑。其原因主要是：雷云过境，除了雷云内部会向地面随机触发下行先导外，地面物体同样由于静电感应会由尖端向上传递上行先导，建筑物越高、其自身结构中电荷的感应速度越快，则向上先导更长，有数据显示地面高度400m以上的建筑，这个长度可以超过400m，地面高度更高的建筑，这个长度甚至比自身高度还长[2]，甚至触及云体内部，这就导致超高层建筑遭受雷击的概率及实际次数的增多（超高层建筑的年雷击次数可达数十次[2]）。
GB50057-2010中对建筑物的年预计雷击次数的计算主要参数是建筑物自身的长（L）、宽（W）、高（H），所在地的年平均雷暴日（Td）及校正系数（k），且对超过100m的建筑，扩大宽度（D）通取100m，通过这样的方式计算出来的年预计雷击次数值与实际发生的雷击值将存在相当大的误差。
举例：在广州一栋超高层建筑，其各项特征值为：L=100m，W=100m，H=200m，Td=76.1，k=1（一般情况），计算出来的年预计雷击次数（N1）为0.62次/a，当该建筑四周2H范围内还有其它建筑物时，计算出来的数值将更小。这个数值与“可高达数十次”的差距显而易见，对于长时期人耳观测所得的年平均雷暴日更多的其它地区，这差距值将更大。那么，用GB50057-2010中的年预计雷击次数的计算方法确定超高层建筑的年预计雷击次数不够准确，具有一定的局限性。
3 年预计雷击次数的计算
由于缺少系统的超高层建筑高度与所在地雷电密度、雷击发生次数之间的对比观测数据作为支撑，相关的数值模型研究出来很难，世界上一些先进国家一直都在加强对超高层建筑雷电的观测和研究[2]。在实际的防雷实践工作中，建议还是依照GB50057-2010中的方法进行计算数值，并针对地区雷暴日等级适当增值，即总年预计雷击次数（N）=N1+Td。
4 防雷类别的划分
对于超高层建筑的防雷类别的划分，目前发现的，涉及的规范有两本。
（1）根据GB50057-2010的规定，若为特别重要的建筑、对国民经济有重要意义的建筑之类统一确定为二类建筑外，其它办公建筑、公共建筑、一般民用建筑之类，按照年预计雷击来判定，或为二类，或为三类。
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（2）根据QX/T 106-2009中有条款规定“年平均雷暴日超过60d/a所在地区超高层建筑物划分为第一类”。
综合年预计雷击次数计算局限性及建筑物的特性，建议在划分建筑的防雷类别时，按如下方法：
（1）第一类：年平均雷暴日超过60d/a所在地区超高层建筑；
（2）第二类：年平均雷暴日少于60d/a,且超过10d/a所在地区超高层建筑；
（3）第三类：年平均雷暴日少于10d/a的所在地区超高层建筑。
举例：常德市中心区（Td=41.3a/a）的一栋超高层建筑，办公、商业结合体的一般性民用性质（该城区最高楼），H=155.49m，k=1，通过绘图法确定的等效截雷面积为0.0494km2，计算的N1值为0.204次/a，按GB50057-2010规定，划分为第三类防雷建筑，综合上述确认方法，取相对大值，划分为二类建筑，从技术理论分析，此超高层建筑的防雷措施指标中的接地电阻等要求更适用第二类防雷建筑的要求。
5 防雷类别的作用及技术要求
防雷类别划分的本质作用是根据建筑的重要性程度、发生雷灾的危害性程度等不同情况合理确定其防雷措施，具体体现在屋顶接闪器间距、接闪网格大小、建筑物引下线间距、防雷接地电阻、侧击雷防护、SPD防护参数及级数等方面。对于超高层建筑防雷类别划分对这些情况的指向性则相对没这么明确，均压及尽快泄流将是最重要的两个方面。
（1）从建筑的高度决定，屋顶接闪带的位置必须设在外墙外表面及屋檐边垂直面上（外）[3]；
（2）充分利用建筑各高度屋顶屋面结构钢筋做接闪网格。有特殊保护要求的，增设明敷接闪网格装置；
（3）充分利用核心筒、剪力墙等结构钢筋做引下线；
（4）充分利用结构基础钢筋做接地装置，联合接地电阻通常不大于4Ω；
（5）突出屋顶接闪器保护范围的外墙物体增设接闪器；
（5）幕墙的各水平、上下金属构件焊接连通，并与主体建筑的外部直击雷防护装置就近多处连通；
（7）根据室内电子信息系统的雷电防护等级确定各SPD的设计位置及参数，由于超高层建筑的年预计雷击次数的计算值与实际值存在相当大的误差，应根据风险管理进行风险评估的结果确定信息系统的雷电防护等级。
6 结束语
超高层建筑年预计雷击次数根据GB50057-2010中的现有算法，其得出的数值与实际遭受雷击的值存在相当大的误差，对于雷暴活动频繁的地区，该误差值将更大。由于建筑易遭雷击的特点，利用年预计雷击次数的数值来判定防雷类别不够准确。，建议：年平均雷暴日超过60d/a所在地区超高层建筑划分为一类，年平均雷暴日少于60d/a,且超过10d/a所在地区超高层建筑划分为二类，年平均雷暴日少于10d/a的所在地区超高层建筑划分为三类；并以此划分方法确定的防雷类别来规划建筑物屋顶设备的接闪器高度等措施。
超高层建筑的出现与经济发展有关，至于会不会如雨后春笋般在城市里如普通建筑般广泛存在还要看以后。就目前而言，超高层建筑在经济实力城市的存在逐渐增多，在其他城市存在还比较少，其防雷类别的划分的主力更应重点放在其所在地的雷电环境方面。
参考文献：
[1] 行业标准.防雷装置设计技术评价规范.QX/T 106-2009.气象出版社2009
[2] http://news.dichan.sina.com.cn/2017/04/06/1228891.html
[3] 国家标准.建筑物防雷设计规范.GB50057-2010.中国计划出版社.2011
作者简介：张喜英，1981年9月出生，女，本科，工程师，工作在常德市气象局。
论文作者:张喜英,陈锡晖
论文发表刊物:《城镇建设》2020年1期
论文发表时间:2020/4/3
标签：防雷论文; 高层建筑论文; 建筑论文; 雷暴论文; 次数论文; 类别论文; 建筑物论文; 《城镇建设》2020年1期论文;