摘要：主要介紹針對復雜形狀建筑物年預計雷擊次數計算的一種方法—作圖法。本文從《建筑物防雷設計規范》GB 50057-2010附錄A中的計算公式出發，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進行展示。

　　0 引言

　　國家規范《建筑物防雷設計規范》GB 50057-2010(以下簡稱《防雷規范》)附錄A中給出了建筑物年預計雷擊次數的計算公式，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 年預計雷擊次數計算公式解讀

　　《防雷規范》A.0.1建筑物年預計雷擊次數按下式計算：

　　N=K×Ng×Ae (公式A.0.1)

　　式中：N—建筑物年預計雷擊次數(次/年);

　　K—校正系數;

　　Ng—建筑物所處地區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的等效面積(km2)。

　　上式中，校正系數K跟建筑物所處的環境有關，與建筑物形狀無關，K的取值見《防雷規范》附錄A。

　　年平均密度 Ng為統計值，可從當地氣象資料查得或通過《防雷規范》公式A.0.2計算得到，同一地區的 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”中選取。

　　公式A.0.1中，K、Ng可以從現有資料查表取得，所以計算建筑物年預計雷擊次數的關鍵是計算等效面積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的等效面積Ae(以下簡稱等效面積)，如下圖2所示。

　　依據《防雷規范》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。

　　D = (公式A.0.3-1)

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

　　3 復雜形狀建筑的年預計雷擊次數計算示例

　　從前述內容我們知道，計算年預計雷擊次數的關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是多少?(校正系數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)根據擴大寬度計算結果作等效面積圖，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：

　　N=k×Ng×Ae

　　=1×0.1Td×Ae

　　=1×0.1×16.7×0.046796

　　=0.07815

　　示例2：某地區年平均雷暴日為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是多少?(校正系數k=1)

　　計算過程：

　　(1)擴大寬度D===99m;

　　(2)根據擴大寬度計算結果作等效面積圖，如圖6;

　　(3)根據圖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：

　　N=k×Ng×Ae

　　=1×0.1Td×Ae

　　=1×0.1×16.7×0.058164

　　=0.09713

　　示例3：某地區年平均雷暴日為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是多少?(校正系數k=1)

　　計算過程：

　　(1)擴大寬度D===92m;

　　(2)根據擴大寬度計算結果作等效面積圖，如圖8;

　　(3)根據圖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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