CAD三维解读滚球法确定接闪器的保护范围

1、CAD三维图解读滚球法确定接闪器的保护范两支.!1!支接闪杆的保护范摘 要：在学习建筑物防雷设计规范GB 50057-2010里滚球法确定接闪器的保护范围 时发现，接闪杆的保护范围示意图都使用单侧平面视图椒局部剖切图加以说明，规范部分条 款又具有三维说明，但却是使用二维的作图法。为加深对滚球法确定接闪器的保护范围的理 解与计算，将个人在Auto CAD中建立的滚球法三维模型的作图过程与对规范条款的理解同 初学者分享。关键词:Auto CAD三维图 两支接闪杆 四支接闪杆 保护范围引盲建筑物防雷设计规范GB 50057-2010 （以下简称规范）中附录D （滚球 法确定接闪器的保护范围），介绍了

2、单支、两支等高、两支不等高、四支等高接 闪杆；单根、两根等高接闪线的保护范围的确定方法和计算方式。但使用的都是 二维图来解读的，部分条款上的说明，在二维图上没有办法将其直观的展现出来, 所以在此利用Auto CAD软件将两支和四支接闪杆的保护范围三维展示并解读。1、两支等高接闪杆的保护范围根据规范附录D. 0.2条，建立两支等高接闪杆的保护范围三维模型如图一， 其中滚球半径hr=45m,接闪杆高h二20m,接闪杆间距D二50m,在两支接闪杆轴线 之间距中线点0任一距离x=l& 056m处，及FF，所在位置（建立模型时任意取的 距离X）。图一两支等高接闪杆的保护范围绿色线条一下部位为接闪

3、杆的保护范围；AA BB，为两支等高接闪杆；L-地面上保护范围的截面；卜某以高度hx (FT*)平面上保护范围的截面；N-接闪杆间轴线的保护范围(AEBC外侧由单支接闪杆的方法确定)11、规范D. 0.2条第2款两支接闪杆M'、BIT之间，在地面每侧的最小保护宽 度计算如下：b0 = CO = E0 =AO2 = h(2hr-h)- (y)2° (1-1)根据数据计算出bO二27. 84m,与模型实际测量数据一样。1.2、规范D. 0.2条第3款在两支接闪杆轴线上，距离中心点0任一距离x处, 其在保护范围上边线上的保护高度h,计算如下：(1-2)该保护范围上边线是以中心线距离

4、地面hr的一点(T为圆心，以-h)2 + (jP为半径所作的圆弧AGBDg - h）2 + （y）2根据数据计算出hx=14.60m,圆弧A'GB，的半径7=35. 36m,与模型实际测量数据一样。在模型中，当半径45m的滚球在两支接闪杆之间滚动的时候，在两支接闪杆 的轴线上会出现一个极高弧线A，1B，和一个极低弧线A，GB，,他们分别对应的弧线 半径为45m和35. 36mo而极低弧线XGB，的最低点G与地面的高度0G就是在两 支接闪杆轴线上的最低保护高度九，此时半径45m的滚球正好也与地面相切，滚 球的球心距地面45ni,这样极低弧线A9B，的圆心0,就可以确定下来。入的计算 如下

5、：将x=0代入式（1-2）可以计算出h0=9. 64m,与模型实际测量数据一样。1.3、两支等高接闪杆的保护范围在CAD三维窗口下的作图方法也相对比较简单, 只需要先作出AEBC外侧C、E两点任一一点对应接闪杆的保护曲线，在使用CAD 中的环形阵列工具，在世界坐标下，分别选择接闪杆的地面点和要阵列的对象弧 线的圆心作为中心点，在三维模型下测量ZEAC或ZEBC （接闪杆外围组成的角） 和ZA'EB，或ZA'CB，的角度作为阵列的角度，就可以作出模型中的效果了。而模 型中M的确定，安照规范D. 0.2条第5款处理，再将作出的图形沿接闪杆抬升 h,的高度，就可以得到模型中截面。2.

6、 两支不等高接闪杆的保护范围2.1、根据规范附录D. 0.3条，建立两支不等髙接闪杆的保护范围三维模型一如 图二，其中滚球半径hr二45m,接闪杆AA，高h产10m,接闪杆BB，高h2=20m,接闪 杆间距D=50m,在两支接闪杆轴线之间距点0任一距离x=12. 056m处，及FF，所 在位置（建立模型时任意取的距离X）。、图二 两支不等高接闪杆的保护范围一一模型一绿色线条一下部位为接闪杆的保护范围；AA'、BB，为两支接闪杆；L-地面上保护范围的截面； '卜某以高度hx （FF）平面上保护范:围的截面;2接闪杆间轴线的保护范围（AEBC外侧由单支接闪杆的方法确定）2. 1.

7、k规范D.0.3条第2款首先确定CE线与AB轴线的交点0点的位置，即计算出0点与矮的接闪杆（AAO的距离D1,让算如下:Di（片一山）2-（九一山尸+ 022D(2-1)根据数据计算出Dl=19. 00m,与模型实际测量数据一样。2. 1.2、规范I）. 0. 3条第3款两支接闪杆AAI BB，之间.在地面每侧的最小保护宽度b°计算如下:bo =CO=EO =Jh(2hr- ht) -Dt2(2-2)根据数据计算出b。二20. 95m,与模型实际测量数据一样。2.1.3.规范D.0.3条第4款在两支接闪杆轴线上，距离点0任一距离x处，其 在保护范围上边线上的保护高度h计算如下：该保护

8、范围上边线是以接闪杆轴线上距离地面hr的一点0,为圆心，以J(h一坷尸+ D为半径所作的圆弧a，gb，。根据数据计算出hx二7. 04m,圆弧A，GB啲半径/九一 11 / + Dt2=3g 82m与模型实际测量数据一样。在模型中，当半径45m的滚球在两支接闪钎之间滚动的时候，在两支接闪杆 的轴线上也会出现一个极高弧线ATR，和一个极低弧线A，G",他们分别对应的弧 线半径为45m和39. 82mo而极低弧线A，GB，的最低点G与地面的高度0G就是在 两支接闪杆轴线上的最低保护高度h0,此时半径45m的滚球正好也与地面相切， 滚球的球心距地面45m,这样极低弧线AGB的圆心0,就可以

9、确定下来。h。的计 算如下：将x二0代入式(2-3)可以计算出h0=5. 18m,与模型实际测量值一样。2. 1.4、两支不等髙接闪杆的保护范围在CAD三维窗口下的作图方法与两支等髙 接闪杆的作法相同。而模型中M的确定，安装规范D. 0.2条第5款处理，再将作 出的图形沿接闪杆抬升h,的高度，就可以得到模型中1截面。2.2、根据规范附录D.0.3条，建立两支不等髙接闪杆的保护范围三维模型二如 图三，其中滚球半径hr=45m,接闪杆AA嘀h产10m,接闪杆BB嘀h2=20m,接闪 杆间距D二20m,在两支接闪杆轴线之间距接闪杆AA，任一距离x二6. 526m处，及FF， 所在位置(建立模型时任意

10、取的距离X)。围的I I申掙图三两支不等高接闪杆的保护范围一一模型二绿色线条一下部位为接闪杆的保护范围；AA'、BB，为两支接闪杆；L-地面上保护范围的截面； '卜某以高度hx （FF'）平面上保护范围的截面；N-接闪杆间轴线的保护范围（AEBC外侧由单支接闪杆的方法确定）两支不等髙接闪杆的保护范围模型二的计算与模型一的计算和作图步骤完 全相同，计算结果:Dl=-5m,（珏方向为正）；bO二27.84m； hx=11.58m与模型实际测量值一样。两支不等高接闪杆的保护范围模型二与模型一的不同之处在于：CE线与接 闪杆间轴线的交点0,交与BA延长线上；虽然在两支接闪杆之间

11、的轴线上方仍 有一个极高弧线和一个极低弧线，但是在弧线上不在有比接闪杆更低的最低点 To所以在hx平面上保护范围的截面只在高的接闪杆上有出现。3、四支等高接闪杆的保护范围根据规范附录D. 0.4条，建立四支等高接闪杆的保护范围三维模型如图四， 其中滚球半径hr=45m,接闪杆AA，、BB CC EE嘀h二15m, AA BB，接闪杆间 距D产40m, AA EE，接闪杆间距D2=20m, AA CC，接闪杆间距D3=40m,模型中作出h=10. 051m髙度的平面上的接闪杆保护范围。图四四支等高接闪杆的保护范围绿色线条一下部位为接闪杆的保护范围；AA'、BB CC EE，为接闪杆;L-

12、地面上保护范围的截面；M-某以高度hy平面上保护范围的截面；N-接闪杆外侧保护范围，由单支楼闪杆的方法确定图示比例为1:10.图中标注单位为mm3. 1、规范D. 0.4条第1款四支接闪杆外侧的俣护范围应各按两支接闪杆的方法 确定。接闪杆与BIT外侧的最小保护宽度b°计算如下:根据数据计算出b0=26. 93m,与模型实际测量值一样。接闪杆BIT与C(?外侧的最小保护宽度b°计算如下:h（2hP -h）-（半）根据数据计算出b。二32. 02m,与模型实际测量值一样。3.2.规范D. 0.4条第2款四支接闪杆之间的最小保护高度h°计算如下:h（）= P0 =弋)+

13、hh根据数据计算出h°=9.051m,与模型实际测量值一样。3.3、规范D. 0.4条第3款单侧的两支接闪杆轴线内侧的保护范围的确定。在该 模型中只对接闪杆EE，、CC，作说明，其他同理。由于在四支接闪杆外侧的保护范 围应各按两支接闪杆的方法确定，所以滚球在单侧的两支接闪杆外侧滚动过程 中，在两支接闪杆之间的轴线上也会出现一个极高弧线（模型中E，C?之间的黑色 弧线）和一个极低弧线（模型中E，C，之间的绿色弧线E，GC，）,实际保护范围由极 低弧线确定。滚球在接闪杆内侧滚动过程中，滚球与四支接闪杆接触时，会在单 侧的两支接闪杆轴线上出现一个弧线（模型中之间的红色弧线）。图五接闪杆EE

14、 CC轴线上方滚球滚过的几种弧线图弧线0F的延长线与接闪杆EE，、CC，轴线的中垂线IG的延长线相交，图中洋 红色线的交点；接闪杆EE，、CC，外侧的保护范围的延长曲面与接闪杆内侧的保护 范围相交与弧线ETC在接闪杆EE，、CC，轴线的中垂面上，弧线GK的延长线与 弧线OF相交与F点，这几条特殊弧线的位置关系详见图五。F点的位置及高度 可以按照规范D. 0.4条第3款的两个公式确定，也可以通过作图法来精确确定。3.4、规范D.O. 4条第5款确定四支接闪杆中间hy高度平面上的保护范围。以P点为圆心,为半径作圆，将作的圆从地面P点移到hy的高度上，与接闪杆外侧在hy高度的保护范围共同组成模型中h

15、y高度上的保护 截面Mo3.5.四支等高接闪杆的保护范围在CAD三维窗口下的作图方法，首先是单侧两支接闪杆外侧的保护范围与两支等高接闪杆的画法完全相同；其次作四支接闪杆 之间的保护范围，对角两支接闪杆按照两支等高接闪杆的保护范围的作法，分别作出在接闪杆轴线上方的极高弧线，对角的两条极高弧线就组成一个极低弧面， 即四支等高接闪杆之间的保护范围；但该弧面延伸不到单侧两支接闪杆的轴线 上，它与单侧两支接闪杆之间外侧保护范围延长曲面相交（如图五中相交弧线 ETC）o模型中高度平面上的保护范围的作法，按照规范D. 0.2条第5款作 出接闪杆外侧在hy高度平面上的保护范围，再以P点的垂线上方距地高h,的点

16、 为圆心，J 2入（"ho） （hy-g）为半径作圆，与接闪杆外侧在h,高度平面上 的保护范围共同组成四支等高接闪杆在hy高度平面上的保护范围（模型中的M）。图六hy平面上的保护范围H及中间保护圆弧的确定模型中M的外围与四支接闪杆之间的保护曲面和接闪杆EE，、CC，之间外侧保 护范围延长曲面相交弧线E，FC，相交于J点，再以P点的垂线上方距地髙h、的点0,为圆心，0T为半径作圆，这个圆与接闪杆外侧在h,高度平面上的保护范围共同组成四支等高接闪杆在h、.高度平面上的保护范围。根据作图测量0，J二9. 192m, 与公式JrO-hJ-Oiy-hQ） =9 19171m 计算完全一样。规范1）.0. 4条第5款规定'确定四支等高接闪杆中间在h。至h之间与hy高度的yy，平面上的保护范围截面的方法为以P点（距地面的高度为h+h°）为圆心、为半径作圆或弧线，与两支接闪杆在外侧所作的保护范圉截面组成该保护范围截面”（即模型中1）。根据三维图解中M截面的作法可以知道，O'J2hr- ho） 一 一 ）,（TP是H截面距地的高度即为h、.。所以规范D. 0.4条第5款中的“距地面的高度为h+h°”不准确，应为距地面高度h,。总结a、CAD三维图解滚球法确定接闪杆的保护范围，比二维图解更加直观，更 能体验滚球的