摘要：主要介紹針對復雜形狀建筑物年預計雷擊次數(shù)計算的一種方法—作圖法。本文從《建筑物防雷設計規(guī)范》GB 50057-2010附錄A中的計算公式出發(fā)，對計算公式進行解讀研究，引申出作圖法計算等效面積Ae，并通過具體的實例計算對作圖法計算年預計雷擊次數(shù)進行展示。

　　0 引言

　　國家規(guī)范《建筑物防雷設計規(guī)范》GB 50057-2010(以下簡稱《防雷規(guī)范》)附錄A中給出了建筑物年預計雷擊次數(shù)的計算公式，對于無高差的矩形建筑物，只要知道建筑物的長寬高，直接帶入公式即可求得，但對于復雜形狀的建筑物，變量增多，無法再用公式計算，需要采用其他方法來計算。下面介紹一種計算建筑物年預計雷擊次數(shù)的實用方法。為方便論述，本文討論的建筑物按獨立建筑物考慮，高度低于100m。

　　1 年預計雷擊次數(shù)計算公式解讀

　　《防雷規(guī)范》A.0.1建筑物年預計雷擊次數(shù)按下式計算：

　　N=K×Ng×Ae (公式A.0.1)

　　式中：N—建筑物年預計雷擊次數(shù)(次/年);

　　K—校正系數(shù);

　　Ng—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度(次/km2/年);

　　Ae—與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積(km2)。

　　上式中，校正系數(shù)K跟建筑物所處的環(huán)境有關(guān)，與建筑物形狀無關(guān)，K的取值見《防雷規(guī)范》附錄A。

　　年平均密度 Ng為統(tǒng)計值，可從當?shù)貧庀筚Y料查得或通過《防雷規(guī)范》公式A.0.2計算得到，同一地區(qū)的 Ng值為一確定值。Ng計算公式如下：

　　Ng=0.1Td (公式A.0.2)

　　Td值可從《工業(yè)與民用供配電設計手冊》第四版表17.6-3“全國主要城市氣象參數(shù)”中選取。

　　公式A.0.1中，K、Ng可以從現(xiàn)有資料查表取得，所以計算建筑物年預計雷擊次數(shù)的關(guān)鍵是計算等效面積Ae。

　　2 等效面積Ae的計算

　　為了研究雷電，通常將雷電的模型構(gòu)建為一個球體，雷電閃擊地面的情況可假想為一個巨大的球從天空落下，凡是被球碰到的地方都可能是被雷電擊中的位置，這就是滾球法的原理，這個球的半徑稱為滾球半徑。因為這個球很大，所以即便球在距建筑物很遠的地方著地，也可能會擊中建筑物，如下圖1所示。

　　從圖1可見，雷電不是直接落在建筑物上，而是距建筑有間距D1，但建筑物依然被擊中。由此需要引出一個“擴大寬度”的概念，其意義是：沿建筑物外緣再往外擴大一段距離D(即擴大寬度)，在此范圍內(nèi)落雷，建筑物都可能被擊中，但在超出D的范圍以外落雷，可認為建筑物不會被雷電擊中。基于以上考慮，在計算建筑物投影面積時，需要將擴大寬度D考慮進去，即擴大寬度外緣線所包含的面積就是與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積Ae(以下簡稱等效面積)，如下圖2所示。

　　依據(jù)《防雷規(guī)范》附錄A條文說明，D值相當于高度為H(H為建筑物高度)的接閃桿在地面上的保護半徑(當滾球半徑為100m時)。擴大寬度D按《防雷規(guī)范》公式A.0.3-1計算，由此公式可以看出，擴大寬度僅跟建筑物的高度有關(guān)。

　　D = (公式A.0.3-1)

　　綜上所述，計算建筑物年預計雷擊次數(shù)的基本原理已經(jīng)論述清楚，計算公式A.0.1中各參數(shù)的確定及計算方法也已經(jīng)明確，接下來結(jié)合實例，進一步論述復雜形狀建筑的年預計雷擊次數(shù)計算。

　　3 復雜形狀建筑的年預計雷擊次數(shù)計算示例

　　從前述內(nèi)容我們知道，計算年預計雷擊次數(shù)的關(guān)鍵是計算建筑物等效面積Ae，通常復雜形狀的建筑物等效面積Ae需要通過作圖法來計算。具體計算示例如下：

　　示例1：某地區(qū)年平均雷暴日為Td=16.7，建筑物為“臺階”型，各部分尺寸如圖3所示，求該建筑物的年預計雷擊次數(shù)是多少?(校正系數(shù)k=1)

　　計算過程：

　　(1)裙房擴大寬度D1===66m;

　　(2)主樓擴大寬度D2===98m;

　　(3)根據(jù)擴大寬度計算結(jié)果作等效面積圖，如圖4，等效面積取取各部分擴大寬度外緣線的最外圈所包含的面積;

　　(4)根據(jù)圖4，等效面積利用CAD測量工具可直接在圖中量取：

　　Ae=46796m2 =0.046796km2;

　　(5)計算年預計雷擊次數(shù)：

　　N=k×Ng×Ae

　　=1×0.1Td×Ae

　　=1×0.1×16.7×0.046796

　　=0.07815

　　示例2：某地區(qū)年平均雷暴日為Td=16.7，建筑物為L型，各部分尺寸如圖5所示，求該建筑物的年預計雷擊次數(shù)是多少?(校正系數(shù)k=1)

　　計算過程：

　　(1)擴大寬度D===99m;

　　(2)根據(jù)擴大寬度計算結(jié)果作等效面積圖，如圖6;

　　(3)根據(jù)圖6，利用CAD測量工具直接在圖中量取等效面積：

　　Ae=58164m2 =0.058164km2

　　(4)計算年預計雷擊次數(shù)：

　　N=k×Ng×Ae

　　=1×0.1Td×Ae

　　=1×0.1×16.7×0.058164

　　=0.09713

　　示例3：某地區(qū)年平均雷暴日為Td=16.7，建筑物為T型，各部分尺寸如圖7所示，求該建筑物的年預計雷擊次數(shù)是多少?(校正系數(shù)k=1)

　　計算過程：

　　(1)擴大寬度D===92m;

　　(2)根據(jù)擴大寬度計算結(jié)果作等效面積圖，如圖8;

　　(3)根據(jù)圖8，利用CAD測量工具直接在圖中量取等效面積：

　　Ae=53942m2 =0.053942km21 [2]

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