任宝立

(哈尔滨工业大学建筑设计研究院，哈尔滨 150090)

1 现状及发展趋势

现有防雷规范及相关技术资料对于建筑物年预计雷击次数的计算，均基于规则的矩形单体建筑进行计算。 伴随着社会发展，个性化、风格明显、多变的建筑形态越来越多。 复杂形态的建筑无法直接套用现有的防雷公式进行计算。 然而，年预计雷击次数计算结果是确定建筑物雷电防护等级，对建筑物采取正确防雷措施的基础，因此，不规则建筑的年预计雷击次数计算是实际工程设计中必须解决的问题。 本文利用建筑总平面图、CAD 制图做为辅助手段，对不规则建筑年预计雷击次数计算进行分析。

2 防雷计算分类

根据GB 50057－2010《建筑物防雷设计规范》附录A， 建筑物年预计雷击次数N＝K×Ng×Ae。 其中，N为建筑物年预计累计次数。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，可按Ng ＝0.1Td 计算，Td 为年平均雷暴日。Ae 为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积，km2，是建筑实际面积向外扩大后的面积，其计算分为下文所述几种情况。

2.1 建筑高度小于100m 的情况

每边的扩大宽度

从式(2)可以看出，当建筑轮廓方正时，可以直接输入相应数据进行计算，本文给出以下计算表格(表1)。

计算表格 表1

(1)单一不规则建筑年预计雷击次数计算

如果建筑形状不规则，没有明确的L、W 数值时怎么计算? 从式(1)可以看出，建筑轮廓扩大的宽度与建筑本身长度、宽度无关，只与建筑高度有关。不规则建筑如果靠输入建筑数据信息进行计算很难实现，即使实现也会非常繁琐。 如果利用建筑高度计算出建筑外轮廓扩大的宽度，利用建筑总平面图中建筑不同高度部位的建筑轮廓，可在图纸中将建筑轮廓扩大计算出的D 值后，在CAD 图纸中测出Ae 值。

例如圆形建筑，建筑外轮廓为直径30m 的圆形，建筑高度80m 的一栋建筑。

外轮廓扩大宽度为:建筑高度H ＝80.00m，200-H＝120.00m，H(200-H)＝9 600.00m，建筑每边扩大宽度D＝Sqrt[H(200-H)]＝97.98m。

扩大后外轮廓面积通过CAD 软件计算Ae ＝51 471.85m2＝0.05km2。 等 效 截 收 面 积 Ae ＝0.05km2，年平均雷暴日数Td ＝33.40，年平均雷暴密度Ng ＝0.1Td ＝3.34，修正系数K ＝1.00，年预计雷击次数N＝K×Ng×Ae ＝0.17。 此处Td 为哈尔滨气象部门提供年平均雷暴日数33.4 天。

(2)复杂不规则建筑年预计雷击次数计算

建筑轮廓及建筑高度如图1 所示。

图1 建筑轮廓及建筑高度图1

按式(1)计算出建筑不同高度部位的扩大宽度D 值。

1)建筑高度H ＝18.55m，200-H ＝181.45m，H(200-H)＝3 365.90m，建筑每边扩大宽度D ＝Sqrt[H(200-H)]＝58.02m。

2)建筑高度H ＝23.10m，200-H ＝176.90m，H(200-H)＝4 086.39m，建筑每边扩大宽度D ＝Sqrt[H(200-H)]＝63.92m。

在总平面图中采用CAD 做图方式将建筑轮廓外扩D 值后如图2 所示。

图2 建筑轮廓及建筑高度图2

由扩大后图可以看出，此时各直角部位外扩的距离大于D 值，此部位应为以建筑直角点为圆心，D值为半径的圆弧线，如图3 所示。

图3 建筑轮廓及建筑高度图3

剪切掉圆弧外多余部分及内部多余线，得到建筑扩大后等效截收外轮廓如图4 所示。

图4 建筑轮廓及建筑高度图4

在CAD 图纸中测量出等效截收面积Ae ＝42 906.3m2＝0.043km2，带入式(2)计算出年预计雷击次数:等效截收面积Ae ＝0.04km2，年平均雷暴日数Td ＝33.40，年平均雷暴密度Ng ＝0.1Td ＝3.34，修正系数K＝1.00，年预计雷击次数N ＝K×Ng×Ae ＝0.13。

2.2 建筑高度≥100m 的情况

每边扩大宽度D ＝H 即扩大宽度等于建筑高度，则长方形建筑Ae ＝[LW＋2H(L＋W)＋3.14H2]×10－6，不规则建筑等效截收面积按照2.1 方法计算，最终得出年预计雷击次数。

3 结束语

综上所述，年预计雷击次数计算时，如果遇到不规则建筑，或建筑各部位建筑高度不同时，可以利用建筑总图给出的建筑轮廓，及各部位高度分别计算出扩大宽度D 值后，再利用CAD 作图法计算其等效截收面积，进而计算出年预计雷击次数。 以上计算方法有效的填补了现有计算公式的计算空白。本文给出年预计雷击次数计算模板(表1)，计算时输入相应数字即可。