靳小兵，李一丁，張同友，卜俊偉，徐志敏

(1.四川省防雷中心，四川 成都 610072；2.四川蘭電防雷有限公司，四川 成都 610072)

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地震過渡安置房接閃桿快速安裝方法研究*

靳小兵1，李一丁1，張同友2，卜俊偉1，徐志敏1

(1.四川省防雷中心，四川 成都 610072；2.四川蘭電防雷有限公司，四川 成都 610072)

摘要:地震災害過渡安置房一般規(guī)模較大，其防雷接閃器安裝參數(shù)由滾球法計算確定。由于安裝時間要求比較緊，絕大部分由非防雷專業(yè)施工單位完成，在安裝過程中經(jīng)常出現(xiàn)大量錯誤，導致返工。根據(jù)汶川、玉樹、蘆山、魯?shù)榈卣馂暮^渡安置房建設結構、組團和布局實際情況統(tǒng)計，針對不同規(guī)模過渡安置房建設，選取5種最有代表意義過渡安置房組合方式，采用滾球法計算各種高度接閃桿之間的間距、至安置點板房外圍邊緣的距離、在板房高度平面上的保護范圍等關鍵參數(shù)，并凝練為接閃桿快速安裝參數(shù)查算圖表，同時采用組合方法解決了任意規(guī)模過渡安置房的接閃桿安裝參數(shù)，全面省略了過渡安置房接閃桿設計過程，避免了安裝參數(shù)計算過程中的錯誤。

關鍵詞:過渡安置房；防雷；接閃桿；快速安裝；方法研究

2008年5月12日，汶川8.0級地震造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，需要過渡安置的災民達1000萬人以上，需要的過渡安置房(帳篷)達100萬套以上[1]。建設部緊急頒布了《地震災區(qū)過渡安置房建設技術導則》[2]，由于時間緊迫，其中沒有涉及到防雷裝置相關的技術要求。

為彌補過渡安置房設計規(guī)范中關于雷電災害防護裝置考慮的缺陷，結合地震災區(qū)過渡安置點的實際情況，四川省防雷中心編制了地方標準《地震過渡安置房防雷技術規(guī)范》[3]。但在過渡安置房的實際設計施工過程中，由于各省援建單位缺乏防雷專業(yè)技術人員，對于接閃桿設計安裝出現(xiàn)偏差導致部分板房配套防雷裝置返工，主要原因是板房接閃桿安裝位置尤其是多針保護計算復雜。根據(jù)建設部門專家建議為施工單位提供可操作的技術依據(jù)，四川省防雷中心分析統(tǒng)計了過渡安置房選址、組團和結構特點，根據(jù)組合理論，創(chuàng)造性解決了接閃桿安裝參數(shù)問題，并凝練為過渡安置房接閃桿布置參數(shù)圖表，高效、正確地解決了接閃桿安裝位置，在汶川地震災區(qū)過渡安置房建設中全面應用，并在攀西、玉樹、蘆山、魯?shù)榈卣馂暮^渡安置房建設中全面推廣應用[4]。

1過渡安置房資料來源及分析

根據(jù)汶川地震災害過渡安置房建設都江堰、彭州、德陽、綿陽等地約30萬套過渡安置房實測數(shù)據(jù)及相關規(guī)范[2]，過渡安置房具有以下的特征。

1.1過渡安置房選址基本特征

過渡安置房選址原則是避開地震斷裂帶和相關主要次生災害，優(yōu)先選用廣場、操場、公園等無遮擋開闊地帶[2]，根據(jù)現(xiàn)代雷電防護理論，這些地方均屬于易受雷擊區(qū)域。為保護入住人員的安全，根據(jù)建設部相關規(guī)定[5-6]在使用彩鋼夾心板作為屋頂材料時，彩鋼板厚度最低為0.4 mm，且彩鋼板下芯板材料包含有可燃的聚氨酯或聚苯乙烯泡沫[5], 根據(jù)《地震過渡安置房防雷技術規(guī)范》以及《建筑物防雷設計規(guī)范》[6]，安置房金屬彩鋼板下無易燃物品時，熱鍍鋅鋼等厚度不應小于0.5 mm，而金屬板下有易燃物品時，熱鍍鋅鋼等厚度不應小于4 mm[5-6]。因此，過渡安置房屋頂彩鋼板不能作為雷電接閃裝置，應該加裝雷電防護裝置[7]。

1.2過渡安置房結構、組團和布局特征

1.2.1結構特點

根據(jù)現(xiàn)場實測和統(tǒng)計，過渡安置房材質一般選用彩鋼夾心板構成，結構特征為每套呈長方形，面積S=長(L=5.0～5.8 m)×寬(W=3.3～3.7 m)=16.5～21.46 m2。實測過渡安置房最大高度為3 m，取Lmax=5.8 m，Wmax=3.7 m。

1.2.2過渡安置房組團和布局特征

考慮消防和安全因素，安置房一般采用行列分布的方式進行布局建設，根據(jù)安置點場地條件，其拼接長度一般為4～10間，拼接后以呈矩陣式行列組團，組團間距呈4～5 m，安置點總體呈矩形陣列布局。

1.3過渡安置房組團布局統(tǒng)計分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和統(tǒng)計分析，95%的過渡安置房由各省援建，每一組團安裝套數(shù)為50套以上，符合圖1為規(guī)模性組團布局；各單位、行業(yè)、個人安裝有1～50套，布局有單套、矩形兩種，通過歸納分析可以組合成以下5種形式。通過圖2所示的組合方式，可以完成任何規(guī)模的組合布局。

圖1　規(guī)模性組團過渡安置房布局特征示意圖(單位：m)

圖2　過渡安置房組團布局示意圖(單位：m)

2接閃桿安裝參數(shù)計算

根據(jù)圖2所示的組合布局，采用滾球法計算5種情況下對于不同的組合方式,各種高度接閃器之間的間距、至安置點板房外圍邊緣的距離、在板房高度平面上的保護范圍。

2.1滾球法計算原理

“滾球法”的計算原理就是選擇一個半徑為hr的球體(過渡安置房防雷要求屬于第三類，滾球半徑hr取60 m)，在裝有接閃器的建筑物上滾動，滾球體由于受建筑物上所安裝的接閃器的阻擋而無法觸及某些范圍，則該部位就在接閃器的保護范圍之內(nèi)[6]。

2.2單支接閃桿保護范圍計算

圖3為單支接閃桿保護原理圖，由圖3右圖可知：

(1)

(2)

(3)

由上式得出：

(4)

式中：rx為接閃桿在hx高度的xx′平面上的保護半徑(m)；h為接閃桿高度；hx為被保護物的高度(安置房高度取3m)；hr為滾球半徑，按三類防雷保護60m取值。

圖3　單支接閃桿保護原理圖

2.3雙接閃桿保護范圍計算

①AOB軸線上，距中心線任一距離x處(F)(圖4)，其保護高度hx按下式計算：

(5)

②中心線CEO截面上對安置房的保護范圍的確定：應假設F為接閃桿，按單針方法確認其保護范圍(圖4中的1-1’剖面)。

③為使雙針在hx保護范圍面積最大化，D=2rx。

圖4　雙支等高接閃桿保護原理圖

2.4多接閃桿保護范圍計算

以矩陣構成的多只接閃桿保護范圍可用以上原理計算。根據(jù)現(xiàn)場實測，過渡安置房是等高建(構)筑物，一般高度為3m，故雙支以上采用等高接閃桿矩陣陣列。

矩形布置的等高接閃桿之間的間距，由對角線接閃桿是否能在中心點對3m高度的過渡安置房進行有效保護而決定。

按下列方法計算。

對角線B、E接閃桿連線上的保護范圍(見圖5的1-1’剖面)，保護范圍最低點的高度為

(6)

(7)

(8)

式中：h0為矩形布置四支等高接閃桿內(nèi)保護范圍最低點(要求大于等于被保護過渡安置房高度)(m)；D3為矩形布置四支等高接閃桿對角線長度(m)；

D1、D2為矩形布置四支等高接閃桿形成的矩形邊長(m)。

圖5　四支等高接閃桿保護示意圖

2.5接閃桿安裝組合及安裝參數(shù)

2.5.1接閃桿組合

根據(jù)圖1～圖5分析，接閃桿安裝可以歸納成以下5種形式：單針、雙針、四針、六針、九針(圖6)；如果安裝規(guī)模大于圖6所示5種情況，可以采用圖6的5種方式組合來完成任意組合完成。

2.5.2接閃桿安裝參數(shù)

根據(jù)過渡安置房現(xiàn)場實測，接閃桿安裝高度為7～21 m，超過21 m時，考慮抗風、地面震動以及地基承載力等因素就不符合安全規(guī)定，選取常見的高度為7 m、9 m、12 m、15 m、18 m、21 m為代表，通過式(1)～式(8)計算各種組合的保護范圍、接閃桿間距(a)、接閃桿至過渡安置房外圍邊緣距離(b)、接閃桿在板房高度(3 m)上的保護半徑(c)、雙針保護在板房高度(3 m)上的最小保護寬度(d)，如表1所示。

圖6　接閃桿安裝組合示意圖

m

3結論與討論

從圖6和表1所得參數(shù)結合竣工驗收實測資料分析得到以下結論。

(1)過渡安置房一般規(guī)模較大，接閃桿安裝數(shù)量一般大于9支，在雙桿以上安置房建設中，同樣高度的接閃桿間距和接閃桿至過渡安置房外圍邊緣距離相同，安裝參數(shù)可以直接從表1查算，多針聯(lián)合保護范圍和效果優(yōu)于單針。

(2)少數(shù)低于4支保護的小規(guī)模過渡安置房可以使用表1單針和雙支保護參數(shù)選取接閃桿參數(shù)。

(3)從表1可以看出，接閃桿高度越高保護范圍越大，但單純增加接閃桿高度加大保護范圍效果有限。綜合考慮考慮到地震災區(qū)余震引起的地面震動、地基承載力安全問題、抗風、施工便利和經(jīng)濟性，接閃桿高度不宜太高，通過竣工驗收資料分析，接閃桿高度在12～15 m是最佳范圍。

(4)通過圖1、圖6和表1數(shù)據(jù)，接閃桿安裝參數(shù)理論上可以通過組合方式應用到無限大安置房組團中，對于任何組團形式的過渡安置房可以在表1中選取某一高度的接閃桿及安裝參數(shù)。

(5)對于地震災區(qū)臨時安置帳篷，用相同原理也可以使用以上方法設置接閃桿。

參考文獻：

[1]曲哲，鐘江榮，孫景江.四川蘆山7.0地震中非抗震設防民居震害特征[J].建筑結構學報, 2014,35(5):157-164.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.地震災區(qū)過渡安置房建設技術導則(建科[2008]94號)[Z].北京: 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部,2008.

[3]DB51/T851-2008 地震過渡安置房防雷技術規(guī)范[S].成都:四川省質量技術監(jiān)督局，2008.

[4]李宏男，肖詩云，霍林生.汶川地震震害調(diào)查與啟示[J].建筑結構學報,2008,29(4)：10-19.

[5]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.關于切實做好地震災區(qū)過渡安置房防火防雷工作的通知(建辦科電[2008]69號)[Z].北京: 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部,2008.

[6]GB50057-2010.建筑物防雷設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[7]靳小兵，李一丁，張同友，等. 地震過渡安置房防雷關鍵技術及流程研究[J].建筑電氣，2015，34(5):58-62.

Methods of the Air-termination System Quick-installation for the Temporary Shelter of Earthquake

Jin Xiaobin1, Li Yiding1, Zhang Tongyou2, Pu Junwei1and Xu Zhimin1

(1.SichuanLightningProtectionCenter,Chengdu6100722,China;2.SichuanLandianLightningProtectionCO.,LTD,Chengdu610072,China)

Abstract:Temporary shelter of the earthquake are usually quite large, the installation parameters of lightning protection air-termination system determined by rolling ball method. Because of the installation time is tight and most constructions performed by the unprofessional lightning protection unit, there are always a lot of mistakes during the installation and lead to reworked. Our study is based on the construction structure, group and reality statistics of the temporary shelter of the Wenchuan, Yushu and Lushan earthquake. According to different scales construction of the temporary shelter, we select the five most representative ones, use the rolling ball method to calculate the distance between various heights of lightning rod, the edge of the site and the scope of protection on the plane of the temporary shelter and so on. Highly concise out the tables of lightning rod installation. And combinatorial methods are used to solve the lightning rod installation of any size of the temporary shelter and to avoid its design process and calculation error.

Key words:temporary shelter; lightning protection; air-termination system; quick-installation; method exploration

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.02.019

中圖分類號：X43；P414.9

文獻標志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)02-0095-04

作者簡介：靳小兵(1962-)，男，山西呂梁人，高級工程師，主要從事雷電防御與監(jiān)測預警預報研究. E-mail：xiaobingjin@sina.com

基金項目：中國氣象局國家標準《應急安置房防雷技術規(guī)范》編寫項目(20101029-T-416)

*收稿日期：2015-10-08修回日期：2015-12-01

靳小兵，李一丁，張同友，等. 地震過渡安置房接閃桿快速安裝方法研究[J].災害學, 2016,31(2):95-98.[ Jin Xiaobin，Li Yiding， Zhang Tongyou，et al. Methods of the Air-termination System Quick-installation for the Temporary Shelter of Earthquake[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(2)：95-98.]