雷 鸣， 张志山

(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，武汉 430023)

0 引言

通常，设计师在进行建筑物防雷设计时，首先是根据 GB 50057-2010 《建筑物防雷设计规范》(以下简称“《雷规》”)附录A计算出与建筑物截收相同雷击次数的等效面积(以下简称“等效面积”)，并得出建筑物年预计雷击次数，然后根据雷击次数对建筑物进行防雷分类，而《雷规》附录A关于等效面积的计算公式是以矩形平面为例给出的，在现实生活中，三角形(梯形)平面建筑物有很多，对于此类建筑物，笔者通过分析《雷规》的相关计算公式得出给出通过分析等效面积一般计算式，希望与同行共同学习交流。

1 年预计雷击次数的计算

根据《雷规》式A.0.1：N=k×Ng×Ae

式A.0.2：Ng=0.1×Td

式中：N为建筑物年预计雷击次数，次/a；k为校正系数，在一般情况下取1；位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5；金属屋面没有接地的砖木结构建筑物取1.7；位于山顶上或旷野的孤立建筑物取2；Ng为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度，次/km2/a；Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积，km2；Td为年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定，d/a。其中，k、Ng较容易取得，Ae为计算年预计雷击次数的关键。

2 等效面积Ae的计算

(2)当建筑物高度等于或大于100m时其每边的扩大宽度直接取为建筑物高度，此时

Ae=[LW+2H(L+W)+πH2]×10-6(即式A.0.3-5)。

式中，D为建筑物每边的扩大宽度，m；L、W、H为分别为建筑物的长、宽、高，m。

同时，周围建筑物对建筑物等效面积Ae的影响，由于周围建筑物的高低、远近都不同，准确计算很复杂，《雷规》综合考虑IEC相关规定给出了附录A.0.3条第2、3、5、6款规定。

3 三角形(梯形)平面建筑物等效面积Ae的分析

《雷规》图A.0.3是以矩形为例给出等效面积Ae示意图，那么三角形或者梯形如何计算呢？

(1)首先分析图A.0.3和式A.0.3-2的关系，为便于说明问题，将图A.0.3中每一小块面积标上序号，如图1所示。

图1 矩形平面建筑物的等效面积

Ae=[矩形面积+矩形周长×D+πD2]×10-6

(1)

(2)同理，三角形平面建筑物等效面积见图2，图2中虚线所包围的面积即为等效面积Ae，S5、S6、S7合成一个以D为半径的圆形：

Ae=S1+……+S7=[三角形面积+

三角形周长×D+πD2]×10-6

(2)

(3)再如，梯形平面建筑物等效面积见图3，图3中虚线所包围的面积即为等效面积Ae，S6、S7、S8、S9合成一个以D为半径的圆形：

Ae=S1+……+S9=[梯形面积+

梯形周长×D+πD2]×10-6

(3)

(4)综合分析式(1)(2)(3)可知，三角形(梯形)平面建筑物等效面积一般式如下：

Ae=[三角形(梯形)面积+三角形(梯形)周长×

D+πD2]×10-6(H<100m)

(4)

当H等于或大于100m时，将D直接用H代替,即

Ae=[三角形(梯形)面积+三角形(梯形)周长×

H+0H2]×10-6(H≥100m)

(5)

式(4)(5)分别为《雷规》式A.0.3-2和式A.0.3-5的通用形式。

图2 三角形平面建筑物的等效面积

图3 梯形平面建筑物的等效面积

4 建筑物各部位高度不同时的等效面积Ae计算

根据《雷规》附录A.0.3条7款，当建筑物各部位的高不同时，应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度，其等效面积应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。

例：如图4所示，位于湖边的某建筑物，两部分高度不同，分别为H1=6m,H2=9m，对应该部分的长度相等，L1=L2=45m，宽度W=50m，当地年平均雷暴日为29.7d/a，求该建筑物年预计雷击次数。

图4 建筑物高、低两部分的等效面积

计算过程如下：

(1)根据《雷规》式A.0.3-1，分别求出H1=6m，H2=9m对应的扩大宽度D1=34.1m，D2=41.5m。

(2)绘出该建筑物的等效面积图(见图4)，计算等效面积Ae=2S1+2S2+S3+2S4+S5+2S6+2S7=[2(45×50)+2(45×34.1)+(50×34.1)

+2(π×34.12/4)+(50×41.5)+2(π×41.52/4)+2(45×41.5)]×10-6=0.0175km2。

(3)根据《雷规》式A.0.1、式A.0.2得出，年预计雷击次数N=0.1×k×Td×Ae=0.1×1.5×29.7×0.0175=0.078次/a。

5 结束语

建筑物年预计雷击次数的计算与建筑物防雷分类息息相关，计算结果的准确与否直接关系到建筑物防雷措施是否得当。因此，在平时设计工作中，设计者应能根据各类建筑物的参数准确计算出其年预计雷击次数，不应以偏概全，粗略计算，更不能省略计算直接确定建筑物防雷分类。