不規(guī)則建筑物攔截雷電等效面積的計算方法

1、不規(guī)則建筑物攔截雷電等不規(guī)則建筑物攔截雷電等效面積的計算方法效面積的計算方法 The way of irregular structures preventing lightning equivalent surface area前言前言 對不規(guī)則建筑物攔截雷電等效面積的計算方法，建筑物防雷設計規(guī)范及其它有關規(guī)范都沒有介紹。本文結合實際工作，詳細介紹了不同形狀的建筑物和周圍有其他建筑物影響的情況下，如何計算建筑的等效面積。前言前言建筑物攔截雷電等效面積實質就是與建筑物具有相同的年直接雷擊次數的大地表面積，其值為建筑平面向外擴大后的面積。設建筑物高度為H ，建筑平面向外擴大的寬度等于高為H 的接

2、閃器在地面上的保護半徑。按照建筑物防雷設計規(guī)范（GB5005794）附錄一規(guī)定，建筑物滾球半徑定為100m，當建筑物高度H100m時，AeLW+2(L+W)D+丌D2106，當建筑物高度100m時，AeLW+2(L+W)D+丌H2106 ，式中L、W、H為建筑物的長、寬、高，D為高度為H的接閃器在地面上的保護半徑。上述計算公式是對于規(guī)則的立方體建筑物而言，對于非規(guī)則立方體形狀的建筑物以及鄰近有其它建筑物影響時，應該如何計算等效面積呢？下面將對各種形狀的建筑物分別進行討論。1.帶有裙樓的建筑物如何計算等效面積帶有裙樓的建筑物如何計算等效面積 當前帶有裙樓的建筑物很多，計算其等效面積時，很多防雷工

3、程人員和建筑設計人員 都是將裙樓的長度L、寬度W和主樓的高度H直接帶入規(guī)范給出的計算公式。筆者認為，這樣計算是不合理的，應該分兩種情況：11主樓能夠保護到裙樓 裙樓在主樓的保護范圍之內，主樓底平面擴大后的面積已包含裙樓擴大后的面積，即裙樓不可能攔截雷電，也就無所謂等效面積之說了，見圖1。因此建筑物的等效面積應按主樓平面擴大后的面積計算（假設建筑物的高度H小于100米，按照附錄一規(guī)定滾球半徑按hr100米計算，下同）,則：AeLW+2(L+W)D+丌D2106LW+2(L+W)H（200H） +丌H（200H）106。 式中L、W為主樓底平面的長、寬，H為主樓距地面的高度，D為高H的接閃器在地面

4、的保護半徑，即主樓平面的擴大寬度，DH（200H） 。圖1.主樓能夠保護裙樓時Ae的求法 LWLDWDD /42 12主樓保護不到裙樓 當主樓保護不到裙樓時，則應分別計算主樓和裙樓攔截雷電的等效面積，見圖2。設裙樓長、寬、高分別為L1、W1、H1 ，主樓長、寬、高分別為L2、W2、H2。則裙樓擴大寬度為：D1H1（200H1） ；裙樓攔截雷電的等效面積為： Ae1L1W1+2(L1+W1)D1+丌D12106 。 計算主樓等效面積時，因為整個裙樓為法拉第籠式結構，因此可將裙樓樓面視為地面，主樓相對于群樓樓面的高度為：H2H1，主樓底平面的擴展寬度為：D2（H2H1）（200H2H1）因此，主樓

5、攔截雷電的等效面積為：Ae2L2W2+2(L2+W2)D2+丌D22106整個建筑物攔截雷電的等效面積為：AeAe1+Ae2 L1W1+2(L1+W1)D1+丌D12106L2W2+2(L2+W2)D2+丌D22106 L1W1+2(L1+W1)H1（200H1）+丌H1（200H1）+ L2W2+2(L2+W2)（H2H1）（200H2H1）+丌（H2H1）（200H2H1） 106圖2.主樓不能夠保護裙樓時Ae的求法D1/42W1D1L1W1L1D1L 2 W 2 L 2 D 2 D 2 W 2 上述例子是主樓位于裙樓樓面正中間部位，對于主樓不在群樓正中間或者是樓面各部位的高度不同時，應沿

6、建筑物周邊逐點計算每邊的最大擴展寬度，其等效面積Ae應按每點最大擴大寬度外端的連接線所包圍的面積計算。2.梯形建筑如何計算等效面積梯形建筑如何計算等效面積 筆者曾多次參加省、市建筑電氣設計專家研討會，聽到不少專家提出過疑問：不規(guī)則的建筑物，比如側面為梯形的多面體建筑物，側面不與地面垂直，如何計算等效面積？筆者在網上也曾看到過網友類似的提問。 其實，只要真正明白建筑物攔截雷電等效面積的含義，Ae也就不難求了。圖3.側面為梯形建筑Ae的求法LWD /42DLDWGEOF假設建筑物高度為OF=H，側面斜高為FE=h，則高度為H的接閃器在地面的保護半徑為：rOGH（200H）；底面外擴的寬度與側面的傾

7、斜度有關，側面越傾斜，即EFO越大，則外擴寬度越小（見圖3）。建筑物平面向外擴展的寬度為DEGOG-OEr-h2-H2，求出擴展后的底平面的面積，即為建筑物的等效面積：AeLW+2(L+W)D+丌D2106 LW+2(L+W)(H（200H）-h2-H2) + 丌(H（200H）-h2-H2 ) 2106上述例子是側面為等腰梯形的正多面體建筑物，對于側面為非等腰梯形的多面體建筑，同樣也可以求出Ae： 設建筑物ABCD-ABCD（ 見圖4）的高度為H，底面長、寬分別為L、W，側面ABAB、BCBC、CDCD、ADAD的斜高分別為h1、h2、h3、h4。高度為H的接閃器在地面的保護半徑為rH（20

8、0H），建筑物底面AB邊向外擴展的寬度為D1rh12-H2，同理，BC邊、CD邊、AD邊向外擴展的寬度分別為：D2rh22-H2，D3rh32-H2，D4rh42-H2。由于底面各邊外擴寬度不同，建筑物四角外擴部分不再是四分之一圓周，其精確面積的計算較為復雜，實際工作中可近似按三角形面積計算：A、B、C、D四角外擴的面積分別為：D1D2/2、D2D3/2、D3D4/2、D1D4/2。將各邊和各角外擴后各部分面積相加，就可求出建筑物的等效面積： AeLW+WD4+WD2+LD3+LD1+(D1D2+D2D3+D3D4+D1D4) /2 106 LW+ W（rh42-H2）+W（rh22-H2）

9、+L（rh32-H2）+L（rh12-H2）+（rh12-H2）（rh22-H2）+（rh22-H2）（rh32-H2）+（rh32-H2）（rh42-H2）+（rh12-H2）（rh42-H2） /2 106圖4.多面體建筑Ae的求法D11C1ADAB1BCD2WD4LD1LWWD2LD3 3.連體建筑如何計算等效面積連體建筑如何計算等效面積 不少同志在計算連體建筑的等效面積時常常感到無從下手，干脆簡單地把連體建筑最大長L1、寬W1帶入公式求解，這是不對的。這樣求出的Ae顯然并不是真實的等效面積。對于連體建筑求等效面積的方法是，將連體建筑進行分割，分別計算，然后相加，將復雜問題簡單化處理，便

10、很容易求出連體建筑的等效面積。圖5.連體建筑Ae的求法L1L2W1W2D /42L1DW2DL2DL1w2+(W1-W2)L2W1D(W1W2)D+(L1L2)DD2 設某連體建筑高為H，各部分長、寬如圖5所示。底面各邊外擴寬度為DH（200H）, 外擴后各部分的面積如圖所標示。則整個連體建筑的等效面積為： AeL1W2+L2（W1-W2)+L1D+W1D+L2D+ W2D+(W1-W2)D+(L1-L2)D-D2 106 L1W2+L2W1-L2W2+2L1D+2W1D-D2 106 L1W2+L2W1-L2W2+2L1H（200H）+2W1H（200H）-H（200H） 1064.圓柱狀建

11、筑物如何計算等效面積圓柱狀建筑物如何計算等效面積筆者曾看到過幾個圓柱體塔樓（包括新一代雷達塔樓）的防雷設計方案，在計算等效面積時，無一例外地都用塔樓半徑代替GB50057-94附錄一給出的公式中的L、W，即將LR、WR代入AeLW+2(L+W)D+丌D2106，得到下面的計算公式：AeR2+4RD+丌D2106, 式中DH（200H）。這樣的計算方法顯然是不對的。塔樓底平面擴展后仍是一個圓形而非正方形平面，如果按照正方形平面計算，當雷達塔樓半徑rD時，則計算出的Ae值偏小，塔樓半徑rD時，則計算出的Ae值偏大。圓柱體建筑應按以下方法計算： 設雷達塔樓半徑為r，高度為H，則塔樓平面向外擴大的寬度

12、DH（200H），見圖6。擴大后的等效面積為：Ae丌（Dr）2106丌（H（200H）r）2106。 圖6.圓柱狀建筑Ae的求法 rrD 5.鄰近有其它建筑物時，等效面積鄰近有其它建筑物時，等效面積的求法的求法 當某建筑物附近有其它建筑物體時，則周圍建筑會影響該建筑物的落雷概率，改變建筑物的等效面積。因此，計算等效面積時，也應考慮周圍鄰近建筑物的影響。51鄰近有等高建筑物 設建筑物A鄰近有等高的建筑B，兩建筑物之間相距S（見圖7），當SH（200H）時，不考慮鄰近建筑物B 的影響，直接按照規(guī)范給出的公式計算Ae；當SH（200H）時，鄰近建筑B將會影響建筑物A攔截雷電的等效面積?？拷ㄖ顱的

13、一側，A平面底邊的擴展寬度為S/2，兩角的擴展面積由于擴展寬度不同不再是四分之一圓周，其面積精確計算較為復雜，可近似為DS/4,其余各邊擴展寬度為DH（200H），遠離B的兩角擴展面積為丌D2/4。因此，建筑物A的等效面積為：AeLW+2LD+WD+WS/2 +丌D2/2+DS/2106 LW+2LH（200H）+WH（200H）+WS/2 +丌H（200H）/2+H（200H）S/2106圖7.鄰近有等高建筑物時Ae的求法SS / 2ABSWLDLWD /42LDDW12 52鄰近有不等高建筑物 當建筑物A鄰近有不等高的建筑物B時，設建筑物A高度為h1，建筑物B高度為h2，兩建筑物相距為S, 當Sh1（200h1）時，不考慮鄰近建筑物B 的影響；當Sh1（200h1）時,建筑物B會明顯影響建筑物A的等效面積。靠近建筑物B的一側底邊的外擴寬度為：D1(100-h2)2-(100-h1)2+S2/(2S),其余各邊外擴寬度為Dh1（200h1），靠近B的兩角外擴面積近似等于DD1/2。等效面積按下列方法計算（見圖8）：AeLW+D1W+WD+2LD +丌D2/2+DD1106 LW+(100-h2)2-(100-h1)2+S2/(2S)W+Wh1（200h1）+2Lh1（200h1） +丌h1（200h1）