不规则建筑物拦截雷电等效面积的计算方法

1、不规则建筑物拦截雷电等不规则建筑物拦截雷电等效面积的计算方法效面积的计算方法 The way of irregular structures preventing lightning equivalent surface area前言前言 对不规则建筑物拦截雷电等效面积的计算方法，建筑物防雷设计规范及其它有关规范都没有介绍。本文结合实际工作，详细介绍了不同形状的建筑物和周围有其他建筑物影响的情况下，如何计算建筑的等效面积。前言前言建筑物拦截雷电等效面积实质就是与建筑物具有相同的年直接雷击次数的大地表面积，其值为建筑平面向外扩大后的面积。设建筑物高度为H ，建筑平面向外扩大的宽度等于高为H 的接

2、闪器在地面上的保护半径。按照建筑物防雷设计规范（GB5005794）附录一规定，建筑物滚球半径定为100m，当建筑物高度H100m时，AeLW+2(L+W)D+丌D2106，当建筑物高度100m时，AeLW+2(L+W)D+丌H2106 ，式中L、W、H为建筑物的长、宽、高，D为高度为H的接闪器在地面上的保护半径。上述计算公式是对于规则的立方体建筑物而言，对于非规则立方体形状的建筑物以及邻近有其它建筑物影响时，应该如何计算等效面积呢？下面将对各种形状的建筑物分别进行讨论。1.带有裙楼的建筑物如何计算等效面积带有裙楼的建筑物如何计算等效面积 当前带有裙楼的建筑物很多，计算其等效面积时，很多防雷工

3、程人员和建筑设计人员 都是将裙楼的长度L、宽度W和主楼的高度H直接带入规范给出的计算公式。笔者认为，这样计算是不合理的，应该分两种情况：11主楼能够保护到裙楼 裙楼在主楼的保护范围之内，主楼底平面扩大后的面积已包含裙楼扩大后的面积，即裙楼不可能拦截雷电，也就无所谓等效面积之说了，见图1。因此建筑物的等效面积应按主楼平面扩大后的面积计算（假设建筑物的高度H小于100米，按照附录一规定滚球半径按hr100米计算，下同）,则：AeLW+2(L+W)D+丌D2106LW+2(L+W)H（200H） +丌H（200H）106。 式中L、W为主楼底平面的长、宽，H为主楼距地面的高度，D为高H的接闪器在地面

4、的保护半径，即主楼平面的扩大宽度，DH（200H） 。图1.主楼能够保护裙楼时Ae的求法 LWLDWDD /42 12主楼保护不到裙楼 当主楼保护不到裙楼时，则应分别计算主楼和裙楼拦截雷电的等效面积，见图2。设裙楼长、宽、高分别为L1、W1、H1 ，主楼长、宽、高分别为L2、W2、H2。则裙楼扩大宽度为：D1H1（200H1） ；裙楼拦截雷电的等效面积为： Ae1L1W1+2(L1+W1)D1+丌D12106 。 计算主楼等效面积时，因为整个裙楼为法拉第笼式结构，因此可将裙楼楼面视为地面，主楼相对于群楼楼面的高度为：H2H1，主楼底平面的扩展宽度为：D2（H2H1）（200H2H1）因此，主楼

5、拦截雷电的等效面积为：Ae2L2W2+2(L2+W2)D2+丌D22106整个建筑物拦截雷电的等效面积为：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图2.主楼不能够保护裙楼时Ae的求法D1/42W1D1L1W1L1D1L 2 W 2 L 2 D 2 D 2 W 2 上述例子是主楼位于裙楼楼面正中间部位，对于主楼不在群楼正中间或者是楼面各部位的高度不同时，应沿

6、建筑物周边逐点计算每边的最大扩展宽度，其等效面积Ae应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。2.梯形建筑如何计算等效面积梯形建筑如何计算等效面积 笔者曾多次参加省、市建筑电气设计专家研讨会，听到不少专家提出过疑问：不规则的建筑物，比如侧面为梯形的多面体建筑物，侧面不与地面垂直，如何计算等效面积？笔者在网上也曾看到过网友类似的提问。 其实，只要真正明白建筑物拦截雷电等效面积的含义，Ae也就不难求了。图3.侧面为梯形建筑Ae的求法LWD /42DLDWGEOF假设建筑物高度为OF=H，侧面斜高为FE=h，则高度为H的接闪器在地面的保护半径为：rOGH（200H）；底面外扩的宽度与侧面的倾

7、斜度有关，侧面越倾斜，即EFO越大，则外扩宽度越小（见图3）。建筑物平面向外扩展的宽度为DEGOG-OEr-h2-H2，求出扩展后的底平面的面积，即为建筑物的等效面积：AeLW+2(L+W)D+丌D2106 LW+2(L+W)(H（200H）-h2-H2) + 丌(H（200H）-h2-H2 ) 2106上述例子是侧面为等腰梯形的正多面体建筑物，对于侧面为非等腰梯形的多面体建筑，同样也可以求出Ae： 设建筑物ABCD-ABCD（ 见图4）的高度为H，底面长、宽分别为L、W，侧面ABAB、BCBC、CDCD、ADAD的斜高分别为h1、h2、h3、h4。高度为H的接闪器在地面的保护半径为rH（20

8、0H），建筑物底面AB边向外扩展的宽度为D1rh12-H2，同理，BC边、CD边、AD边向外扩展的宽度分别为：D2rh22-H2，D3rh32-H2，D4rh42-H2。由于底面各边外扩宽度不同，建筑物四角外扩部分不再是四分之一圆周，其精确面积的计算较为复杂，实际工作中可近似按三角形面积计算：A、B、C、D四角外扩的面积分别为：D1D2/2、D2D3/2、D3D4/2、D1D4/2。将各边和各角外扩后各部分面积相加，就可求出建筑物的等效面积： 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图4.多面体建筑Ae的求法D11C1ADAB1BCD2WD4LD1LWWD2LD3 3.连体建筑如何计算等效面积连体建筑如何计算等效面积 不少同志在计算连体建筑的等效面积时常常感到无从下手，干脆简单地把连体建筑最大长L1、宽W1带入公式求解，这是不对的。这样求出的Ae显然并不是真实的等效面积。对于连体建筑求等效面积的方法是，将连体建筑进行分割，分别计算，然后相加，将复杂问题简单化处理，便

10、很容易求出连体建筑的等效面积。图5.连体建筑Ae的求法L1L2W1W2D /42L1DW2DL2DL1w2+(W1-W2)L2W1D(W1W2)D+(L1L2)DD2 设某连体建筑高为H，各部分长、宽如图5所示。底面各边外扩宽度为DH（200H）, 外扩后各部分的面积如图所标示。则整个连体建筑的等效面积为： 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.圆柱状建

11、筑物如何计算等效面积圆柱状建筑物如何计算等效面积笔者曾看到过几个圆柱体塔楼（包括新一代雷达塔楼）的防雷设计方案，在计算等效面积时，无一例外地都用塔楼半径代替GB50057-94附录一给出的公式中的L、W，即将LR、WR代入AeLW+2(L+W)D+丌D2106，得到下面的计算公式：AeR2+4RD+丌D2106, 式中DH（200H）。这样的计算方法显然是不对的。塔楼底平面扩展后仍是一个圆形而非正方形平面，如果按照正方形平面计算，当雷达塔楼半径rD时，则计算出的Ae值偏小，塔楼半径rD时，则计算出的Ae值偏大。圆柱体建筑应按以下方法计算： 设雷达塔楼半径为r，高度为H，则塔楼平面向外扩大的宽度

12、DH（200H），见图6。扩大后的等效面积为：Ae丌（Dr）2106丌（H（200H）r）2106。 图6.圆柱状建筑Ae的求法 rrD 5.邻近有其它建筑物时，等效面积邻近有其它建筑物时，等效面积的求法的求法 当某建筑物附近有其它建筑物体时，则周围建筑会影响该建筑物的落雷概率，改变建筑物的等效面积。因此，计算等效面积时，也应考虑周围邻近建筑物的影响。51邻近有等高建筑物 设建筑物A邻近有等高的建筑B，两建筑物之间相距S（见图7），当SH（200H）时，不考虑邻近建筑物B 的影响，直接按照规范给出的公式计算Ae；当SH（200H）时，邻近建筑B将会影响建筑物A拦截雷电的等效面积。靠近建筑物B的

13、一侧，A平面底边的扩展宽度为S/2，两角的扩展面积由于扩展宽度不同不再是四分之一圆周，其面积精确计算较为复杂，可近似为DS/4,其余各边扩展宽度为DH（200H），远离B的两角扩展面积为丌D2/4。因此，建筑物A的等效面积为：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图7.邻近有等高建筑物时Ae的求法SS / 2ABSWLDLWD /42LDDW12 52邻近有不等高建筑物 当建筑物A邻近有不等高的建筑物B时，设建筑物A高度为h1，建筑物B高度为h2，两建筑物相距为S, 当Sh1（200h1）时，不考虑邻近建筑物B 的影响；当Sh1（200h1）时,建筑物B会明显影响建筑物A的等效面积。靠近建筑物B的一侧底边的外扩宽度为：D1(100-h2)2-(100-h1)2+S2/(2S),其余各边外扩宽度为Dh1（200h1），靠近B的两角外扩面积近似等于DD1/2。等效面积按下列方法计算（见图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）