3 分级

3.0.2  古建筑防雷的分级标准，是本规范的核心参数。本规范采用《建筑物防雷设计规范》GB 50057和《雷电防护》GB/T 21714.1-2 008～GB/T 21714.4-2008中相关数据和公式，对各级别古建筑划分提出基本条件。

    按照《雷电防护  第2部分：风险管理》GB/T 21714.2，雷电对建筑物产生损害的风险有以下几个方面：直接雷击建筑物引起损害的风险；雷击建筑物附近引起损害的风险；雷击服务设施的导体线路引起损害的风险；雷击服务设施导体线路附近引起损害的风险。其中直接雷击建筑物引起损害的风险与建筑物防直击雷有关，其他几项均与服务设施防雷相关。故古建筑防直击雷只考虑直接雷击建筑物引起损害的风险。

    古建筑遭受雷击引起损害风险可用下式表示：

    式中：R_x——古建筑遭受雷击引起各种风险分量的通识符；

          N——建筑物预计年均雷击次数；

          P_x——每次雷击引起损害的概率；

          L_x——每次雷击引起损害产生的损失率。

    古建筑遭受直击霄引起损害的风险有：人畜伤害的风险、建筑物物理损害的风险和内部服务系统故障的风险。

    安装防直击雷装置后，人畜伤害的风险仅有引下线和接地装置的接触电压和跨步电压。采取防接触电压和跨步电压措施就能避免该风险或将该风险降到可接受的程度以下。

    内部服务系统故障的风险，通过服务设施的非带电导体和带电导体的防雷措施来减少和避免。

    这样古建筑遭受直接雷击引起损害的风险只要考虑物理损害的风险。公式(1)可写为：

    式中：R_B——古建筑遭受雷击引起物理损害的风险分量；

          N——建筑物预计年均雷击次数；

          P_B——每次直击雷造成建筑物物理损害的概率，详见表1；

          L_B——每次建筑物物理损害产生的损失率。

    损失率是指特定类型损害造成的平均损失量与被保护对象的总价值之比值。按照GB/T 21714.2-2008附录C，LB可按下式计算：

    式中：L_B——古建筑遭受雷击引起物理损害的损失率；

          r_p——由防火措施决定的减少物理损害导致人身伤亡的减险损失因子，详见表2；

          h_z——有特殊危险时，物理损害导致的人身伤亡损失的增险因子，详见表3；

          r_f——由火灾危险程度决定的减少物理损害导致人身伤亡损失减险因子，详见表4；

          L_f——物理损害引起的损失率，详见表5。

表1  P_B与LPS防雷装置类型的关系

    注：1  在详细调查的基础上，并考虑了《雷电防护》GB/T 21714.2-2008中规定的尺寸要求以及拦截标准，PB也可取表1以外的值。

        2  本表摘自《雷电防护》GB/T 21714.2-2008附录B的表B.2。表中括号内的内容为本规范增加的。

表2  防火措施的减险因子(r_p)

    注：如果采取了多项措施，rp应取各相应数值中的最小值。具有爆炸危险的建筑物rp任何情况下均为1。

表3  有特殊危险时的增险因子(h_z)

表4  减险因子(r_f)与建筑物火灾危险程度的关系

    注：1  爆炸危险建筑物以及内部存储有爆炸性混合物质的建筑物，可能需要更精确的计算rf。 

        2  由易燃材料建造的建筑物或者屋顶由易燃材料建造的建筑物或燃烧能密度大于800MJ/m²的建筑物视为具有高火灾危险的建筑物。

        3  燃烧能密度为400MJ/m²～800MJ/m²的建筑物视为具有一般火灾危险的建筑物。

        4  燃烧能密度小于400MJ/m²的建筑物或者只是偶尔存有易燃物质的建筑物视为具有低火灾危险的建筑物。

        5  燃烧能密度是指建筑物内全部易燃物质的能量和建筑物总的表面积之比。

表5  损失率(L_f)的典型平均值

    注：摘自《雷电防护》GB/T 21714.2-2008附录C的表C.1。

    古建筑为一种特定的类型，取L_f＝2×10^-2(类似教堂、博物馆取值)。公式(3)可写为：

    按我国古建筑的实际情况，r_p取0.2或0.5；r_f取10^-2或10^-3；h_z取2、5或10。三个值各取最小值和最大值，计算出乘积分别为0.4×10^-3和0.5×10^-1，r_p×r_f×h_z在0.05～0.4×10^-3之间，L_B在10^-3～0.8×10^-5之间，所以有：

    按照《建筑物防雷设计规范》GB 50057，省级重点文物保护的建筑物的防雷分类为第三类，其可接受的最大损害危险度(R_c)为10^-5。本规范中，省级重点文物保护的建筑物防雷级别为第二级，遭受雷电引起的损害风险限值取R_T＝10^-5，按最不利情况下LB取最大值1.0×10^-3，R_B＝1.0×10^-3×N×P_B。在没有防直击雷措施情况下，P_B＝1，应有R_B＝1.0×10^-3×N。当R_B的值小于等于R_T值，则：

    本规范中，取第二级古建筑中省级文物保护单位的古建筑，允许年均受雷击次数为0.01次/年。即当其年均受雷击次数小于0.01次/年时，其遭受直击雷引起损害的风险在10^-5以下。相当于规定省、自治区和直辖市级重点文物保护单位的古建筑，当其预计年均雷击次数不大于等于0.01次/年时，不设防直击雷装置，也可满足受雷击引起损害的风险小于10^-5水平。考虑到与GB 50057条文的一致性，第二级古建筑中，省、自治区和直辖市级重点文物保护单位的古建筑未列出0.01次/年的限值要求。在设计时，该级古建筑预汁年均雷击次数小于0.01次/年，可以根据实际情况简化或不设防直击雷装置，但其防雷击电涌的措施应设计。

    另外，本规范规定的标准又参照了《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010中第3.0.4条，第4款规定：“在平均雷暴日大于15 d/年的地区，高度在15m及以上的烟囱，水塔等孤立高耸建筑物。”应划为第三类防雷建筑物。按本规范附录A公式，高度15m，在年均雷暴日15d/年的地区，孤立建筑，位置因子C_d取1，则其预计年均雷击次数为0.0095次/年，比本规范标准稍高0.0005。又按GB 50057规范上述的同一款的另一部分规定“在平均雷暴日小于或等于15d/年的地区，高度在20m及以上的烟囱，水塔等孤立高耸建筑物”应划为第三类防雷建筑的规定，其预计年均雷击次数为0.017次/年，大大高于前面的计算值，比本规范标准值低0.007。故本规范取0.01次/年作为第二级防雷古建筑的限值，基本是合适的。

    根据预计年均雷击次数0.01次/年的省、自治区和直辖市级重点文物保护单位的古建筑划分为第二级防雷古建筑的标准值。考虑到强雷暴日地区古建筑的防雷措施需加强，参照GB 50057的规定，当预计年均雷击次数大于0.05次/年的省、自治区和直辖市级重点文物保护单位的古建筑提高到第一级防雷古建筑。市级和县级文物保护单位的古建筑及其他古建筑，取0.01次/年的5倍，0.05次/年作为划分第二级防雷古建筑的界线。同样考虑到受强雷暴日地区古建筑的防雷措施需加强的要求，当该级古建筑预计年均受雷击次数大于0.25次/年时，也提高到第一级防雷古建筑。

    国家级重点文物保护单位和被联合国教科文组织列入“世界文化遗产”目录的古建筑，以0.01次/年的1/2倍0.005次/年作为第一级防雷古建筑的限制界线。考虑到与GB 50057条文的一致性，规范条文中也采取了前述做法，没有将该限制值写入条文，但实际工作中可以按该限值进行判断是否安装防直击雷装置，这样可以排除许多特小型古建筑也按一级标准安装防直击雷装置。

    根据历史上遭受直接雷击的记录，考虑到这是真实的故障危险，故省、自治区和直辖市级重点文物保护单位的古建筑，将该因素优先于预计年均雷击次数列入第一级。

    考虑到少雷区域，部分孤立高耸古建筑按预计年均雷击次数的计算值不能包含在防雷古建筑内，故提出了15m高度的规定，也作为划分防雷古建筑级别的条件。

    因此，本规范防雷古建筑级别划分包含了古建筑本身文物保护级别、历史上遭受雷击或预计年均雷击次数及高度三个并列条件组成，符合任一个条件的古建筑均应划为防雷古建筑。

    本规范在编制过程中考虑到以下因素，没有采用《雷电防护第2部分：风险管理》GB/T/21714.2/IEC62305-2：2006的风险评估，而采用目前较简单的方法： 

    1  风险评估方法比较复杂，涉及因素、条件、参数众多，不借助计算机辅助设计比较困难，在工程设计中直接应用需要有较好的软件支持才是可行的。

    2  建筑物在雷电环境下的风险程度都是与建筑物遭受雷击的频繁程度成正比的关系。建筑物预计年均遭受的雷击次数越多，建筑物可能受雷击损坏的可能性越大，遭受雷击的引起的损失严重性越高，风险程度越高。因此，减少建筑物遭受雷击的次数，也相应地减少了建筑物遭受雷击产生的风险程度。两者之间只存在数值表示粗细差异。利用建筑物预计年均受雷击次数的方法，在计算上可大大简化，不用计算机辅助设计也可通过较简单计算完成，比较适合于工程设计应用。

    3  我国现行《建筑物防雷设计规范》GB 50057也采用预计年均雷击次数来确定防雷建筑物的类别，使用方便，工程技术人员都已掌握。

    4  防直击雷真实效果是减少建筑物预计年均雷击的次数，从而减少建筑物受雷击引起损失的风险程度。因此用预计年均雷击次数来作为分级的一个条件更方便。