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[摘 要]高耸构件区别于其他键构筑物，在抗风和防雷方面有更严格要求。本文介绍了海南LNG项目通信塔、避雷塔等高耸构件在防雷防风设计方面的考虑要点和实施配置情况。
[关键词]高耸构件 抗风 防雷 选型 思考
中图分陈类号：TU347 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0185-01
1 高耸构件应用特点
“高耸结构”在结构工程中指“相对高而细”的构件，通常包括钢结构塔架、钢结构桅杆及钢筋混凝土塔等。高耸结构广泛应用在：广播电视塔、通信塔、导航塔、电力塔、石油化工塔、大气监测塔、烟囱、排气塔、水塔、矿井架、风力发电塔等领域；通常为构筑物。因其在力学性能方面与普通建筑结构有明显差别，故为土木工程的一个独立分类[1]。
高耸结构一直是防雷验收的重点，同时对企业的感官形象有重要影响，在设计和实施中应予以关注。LNG接收站内使用的高耸结构有：通讯塔、避雷塔、火炬、LNG卸料臂。在设计和选型中主要考虑一下几个因素：
1）要实现自身功能，满足高度、承载力等必备指标；
2）充分满足项目所在地风荷载、地震荷载等外部因素；
3）与周围环境相协调，在条件准许的情况下，可设计为景观工程的一部分。
海南LNG项目位于海南省西部的儋州市洋浦半岛外海侧，有其独特的自然和气候特点，在高耸构件设计实施中注意因地制宜与经济合理。
2 海南LNG项目高耸构件设计实施
2.1 应遵循的设计规范
高耸结构尤其要注意高处防雷和自身结构方面要求，国内主要设计标准有：
1）建筑物防雷设计规范（GB50057-94）
2）高耸结构设计规范（GBJ135-90）
3）钢结构设计规范（GB50017-2003）
4） 塔桅鋼结构施工及验收规程（CECS 80：2006）
5） 《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2001）
设计还要特别要注意结合当地环境条件。
2.2 应结合考虑气候和自然条件
2.2.1 抗风考虑因素
a）风荷载参数是设计首要考虑的基础条件
我国荷载规范GB50009规定的以50年一遇的10min平均最大风速（m/s）为基础的基本风压。按基本风压=最大风速的平方/1600确定的风压值。基本风压值是一个地区长年气象观测统计而来，根据全国风压及雪压基本值系统查询。
因为海南LNG接收站位于海南西部儋州洋浦半岛面海一侧，其基本风压值必定大于儋州0.7的平均值，高耸结构的设计取值不应该小于该值。若洋浦没有精确的风速资料时，可根据附近地区规定的基本风压或长期资料，通过气象和地形条件的对比分析确定；也可按全国基本风压分布图中近似确。
b）地面粗糙度程度
在风力发电机以及建筑学等领域对地面粗糙度进行了分类，地面粗糙度程度从低到高分别为A、B、C、D 四类：海南LNG位于“近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区”[2]，设计属于A类。即地面粗糙度小，作用于空气的摩擦力小，相应的风速减小的幅度也小的地区。
最终确定避雷塔结构的场地设计条件为： 风荷载：基本风压 1.0kN/m2 ，地面粗糙度类别 A 类。
2.2.2 所处防雷环境
据30年来的气象资料数据显示，海南省每年雷电天气日数在110天以上，居全国之首。每平方公里一年发生的雷击次数达11.24次。
《建筑物防雷设计规范》（GB50057-97）中，对建筑物防雷类别的划分，除了由建筑物的功能定性外，第一、二、三类防雷建筑，还取决于建筑物的预计年雷击次数N。预计雷击次数建筑自身结构和所处地区相关。
N=K？Ng？Ae
其中Ng=0.024Td，（1）式中：N—建筑物年预计雷击次数（次/a）；K—校正系数，一般情况取1.0；Ng—建筑物所在地雷击大地年平均密度（次/Km2？a）；Td—年平均雷暴日（d/a），海口市区取104.3 （d/a），儋州取121.0（d/a）；Ae—与建筑物截收相同雷击次数等效面积（Km2）、L—建筑物长度（m）、W—建筑物宽度（m）、H—建筑物高度（m）。
经计算，年预计雷击次数为0.49次，达到了二类防雷要求。
2.3功能实现设计
2.3.1 避雷塔
建立独立高耸的避雷塔、避雷（针）塔是各种建（构）筑的防雷工程中采取的措施之一。变电站是电力设施密集区，设置避雷塔保护的原则是：
1）所有被保护设备均应处于避雷针的保护范围之内，以免遭受雷击；
2）当雷击避雷针时，雷电流通过避雷针入地，使避雷针对地电位升高，此时应防止避雷针至被保护设备发生反击。
2.3.2通信塔
通信塔主要用作天线支持物或本身作为发射体，属于信号发射塔的一种。通讯塔由塔体、平台、避雷针、爬梯、天线支撑等钢构件组成，主要用于微波、超短波、无线网络信号的传输与发射等。
2.3.3火炬
火炬矗立在海上平台，必须保证足够的抗风能力，经过计算最终选用1.0的风压系数，设计地震烈度为7度，采取全钢三边形钢管塔结构，。无需配置专用避雷针。
2.3.3卸料臂
卸料臂是码头上高耸构件，整体自身为全金属结构，设备整体设置良好接地。不再设避雷针保护，自身抗风能力也能完全满足要求。
3 总结
海南LNG项目所处的在海南西部地区，属于高雷击风险，高风灾地区。在厂内高耸构件设计实施中充分考虑了所处环境。
在户内变电站，避雷针属于重复配置。超过规范要求，实现增加安全性。卸料臂利用自身防雷，不设置避雷器满足要求。通讯塔和避雷塔风荷载系数都取1.0风压系数，有较高的安全裕度，达到百年一遇。通信塔在实现自身功能的基础上配置景观灯，选择经济、可靠、美观的避雷塔。海南LNG高耸构件设计整体实现了，经济省、易维护、实用、美观的目的。
参考文献
[1] 王肇民.高耸结构设计手册[M].版次.北京：中国建筑工业出版社，1995年.起止页码（任选）.
[2] GB 50009 标准顺序号—2001 建筑结构荷载规范[S]. 7.2 一节：“风压高度变化系数”之内容.
[关键词]高耸构件 抗风 防雷 选型 思考
中图分陈类号：TU347 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0185-01
1 高耸构件应用特点
“高耸结构”在结构工程中指“相对高而细”的构件，通常包括钢结构塔架、钢结构桅杆及钢筋混凝土塔等。高耸结构广泛应用在：广播电视塔、通信塔、导航塔、电力塔、石油化工塔、大气监测塔、烟囱、排气塔、水塔、矿井架、风力发电塔等领域；通常为构筑物。因其在力学性能方面与普通建筑结构有明显差别，故为土木工程的一个独立分类[1]。
高耸结构一直是防雷验收的重点，同时对企业的感官形象有重要影响，在设计和实施中应予以关注。LNG接收站内使用的高耸结构有：通讯塔、避雷塔、火炬、LNG卸料臂。在设计和选型中主要考虑一下几个因素：
1）要实现自身功能，满足高度、承载力等必备指标；
2）充分满足项目所在地风荷载、地震荷载等外部因素；
3）与周围环境相协调，在条件准许的情况下，可设计为景观工程的一部分。
海南LNG项目位于海南省西部的儋州市洋浦半岛外海侧，有其独特的自然和气候特点，在高耸构件设计实施中注意因地制宜与经济合理。
2 海南LNG项目高耸构件设计实施
2.1 应遵循的设计规范
高耸结构尤其要注意高处防雷和自身结构方面要求，国内主要设计标准有：
1）建筑物防雷设计规范（GB50057-94）
2）高耸结构设计规范（GBJ135-90）
3）钢结构设计规范（GB50017-2003）
4） 塔桅鋼结构施工及验收规程（CECS 80：2006）
5） 《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2001）
设计还要特别要注意结合当地环境条件。
2.2 应结合考虑气候和自然条件
2.2.1 抗风考虑因素
a）风荷载参数是设计首要考虑的基础条件
我国荷载规范GB50009规定的以50年一遇的10min平均最大风速（m/s）为基础的基本风压。按基本风压=最大风速的平方/1600确定的风压值。基本风压值是一个地区长年气象观测统计而来，根据全国风压及雪压基本值系统查询。
因为海南LNG接收站位于海南西部儋州洋浦半岛面海一侧，其基本风压值必定大于儋州0.7的平均值，高耸结构的设计取值不应该小于该值。若洋浦没有精确的风速资料时，可根据附近地区规定的基本风压或长期资料，通过气象和地形条件的对比分析确定；也可按全国基本风压分布图中近似确。
b）地面粗糙度程度
在风力发电机以及建筑学等领域对地面粗糙度进行了分类，地面粗糙度程度从低到高分别为A、B、C、D 四类：海南LNG位于“近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区”[2]，设计属于A类。即地面粗糙度小，作用于空气的摩擦力小，相应的风速减小的幅度也小的地区。
最终确定避雷塔结构的场地设计条件为： 风荷载：基本风压 1.0kN/m2 ，地面粗糙度类别 A 类。
2.2.2 所处防雷环境
据30年来的气象资料数据显示，海南省每年雷电天气日数在110天以上，居全国之首。每平方公里一年发生的雷击次数达11.24次。
《建筑物防雷设计规范》（GB50057-97）中，对建筑物防雷类别的划分，除了由建筑物的功能定性外，第一、二、三类防雷建筑，还取决于建筑物的预计年雷击次数N。预计雷击次数建筑自身结构和所处地区相关。
N=K？Ng？Ae
其中Ng=0.024Td，（1）式中：N—建筑物年预计雷击次数（次/a）；K—校正系数，一般情况取1.0；Ng—建筑物所在地雷击大地年平均密度（次/Km2？a）；Td—年平均雷暴日（d/a），海口市区取104.3 （d/a），儋州取121.0（d/a）；Ae—与建筑物截收相同雷击次数等效面积（Km2）、L—建筑物长度（m）、W—建筑物宽度（m）、H—建筑物高度（m）。
经计算，年预计雷击次数为0.49次，达到了二类防雷要求。
2.3功能实现设计
2.3.1 避雷塔
建立独立高耸的避雷塔、避雷（针）塔是各种建（构）筑的防雷工程中采取的措施之一。变电站是电力设施密集区，设置避雷塔保护的原则是：
1）所有被保护设备均应处于避雷针的保护范围之内，以免遭受雷击；
2）当雷击避雷针时，雷电流通过避雷针入地，使避雷针对地电位升高，此时应防止避雷针至被保护设备发生反击。
2.3.2通信塔
通信塔主要用作天线支持物或本身作为发射体，属于信号发射塔的一种。通讯塔由塔体、平台、避雷针、爬梯、天线支撑等钢构件组成，主要用于微波、超短波、无线网络信号的传输与发射等。
2.3.3火炬
火炬矗立在海上平台，必须保证足够的抗风能力，经过计算最终选用1.0的风压系数，设计地震烈度为7度，采取全钢三边形钢管塔结构，。无需配置专用避雷针。
2.3.3卸料臂
卸料臂是码头上高耸构件，整体自身为全金属结构，设备整体设置良好接地。不再设避雷针保护，自身抗风能力也能完全满足要求。
3 总结
海南LNG项目所处的在海南西部地区，属于高雷击风险，高风灾地区。在厂内高耸构件设计实施中充分考虑了所处环境。
在户内变电站，避雷针属于重复配置。超过规范要求，实现增加安全性。卸料臂利用自身防雷，不设置避雷器满足要求。通讯塔和避雷塔风荷载系数都取1.0风压系数，有较高的安全裕度，达到百年一遇。通信塔在实现自身功能的基础上配置景观灯，选择经济、可靠、美观的避雷塔。海南LNG高耸构件设计整体实现了，经济省、易维护、实用、美观的目的。
参考文献
[1] 王肇民.高耸结构设计手册[M].版次.北京：中国建筑工业出版社，1995年.起止页码（任选）.
[2] GB 50009 标准顺序号—2001 建筑结构荷载规范[S]. 7.2 一节：“风压高度变化系数”之内容.