GB 50057-2010建筑物等效面積計(jì)算的探討

摘要：建筑物等效面積是建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算、防雷類(lèi)別劃分、雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中需要計(jì)算的重要參數(shù)，對(duì)建筑物的防雷設(shè)計(jì)和雷電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作具有重要的意義。本文對(duì)GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的建筑物等效面積的定義及計(jì)算公式進(jìn)行了探討。通過(guò)文獻(xiàn)解析，指出規(guī)范中需要修正的部分。對(duì)照規(guī)范中建筑物等效面積計(jì)算方法定義不明晰的部分補(bǔ)齊了缺省的計(jì)算公式，便于等效面積的精確計(jì)算和工程實(shí)際中標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行。

關(guān)鍵詞：GB 50057-2010，建筑物等效面積，擴(kuò)大寬度，計(jì)算公式

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.18.022

0引言

建筑物等效面積是雷電防御工作中建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算、防雷類(lèi)別劃分、雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要計(jì)算的重要參數(shù)，它的計(jì)算直接影響建筑物防雷工程的科學(xué)性、有效性，對(duì)建筑物的防雷設(shè)計(jì)和雷電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作具有重要的意義。日前，工程上計(jì)算建筑物等效面積主要采用的是GB50057-2010和IEC 62305-2給出的定義和計(jì)算方法。IEC 62305-2未考慮周?chē)h(huán)境對(duì)建筑物的影響，僅按建筑高度按3倍擴(kuò)大后計(jì)算，算法簡(jiǎn)單，但計(jì)算不夠精確；GB 50057-2010作為現(xiàn)行的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，按建筑物周?chē)鷽](méi)有建筑、有等高或比它高和比它低的其他建筑物分類(lèi)定義了等效面積計(jì)算方法，更符合理論研究結(jié)論和工程實(shí)際。因此，嗣繞GB 50057-2010定義的等效面積算法進(jìn)行探討，為工程中等效面積的計(jì)算提供參考。

1GB 50057-2010等效面積的定義

GB 50057-2010規(guī)定等效面積定義為建筑實(shí)際面積向外擴(kuò)大后的面積，其定義、計(jì)算方法及部分計(jì)算公式按規(guī)范的附錄A的規(guī)定。在不考慮周?chē)ㄖ绊懙那闆r下，100 m以下建筑擴(kuò)大寬度D相當(dāng)于采用100 m滾球半徑時(shí)，與建筑等高的接閃桿H在地面上的保護(hù)寬度以面麗=可。在考慮周?chē)ㄖ?duì)等效面積的影響后，規(guī)范GB 50057-2010附錄A還根據(jù)周?chē)ㄖ母叩瓦h(yuǎn)近不同，制定了不同情況下等效面積的規(guī)定及給出部分計(jì)算公式，見(jiàn)表1。表1中L、W、H分別為建筑的長(zhǎng)、寬、高，b為周?chē)ㄖ叨取?/p>

2擴(kuò)大寬度的討論

根據(jù)雷電理論，地面的突起物，包括建筑物以及地形等都會(huì)對(duì)其周?chē)拇髿怆妶?chǎng)造成畸變作用，雷云電場(chǎng)下當(dāng)大氣電場(chǎng)畸變超過(guò)_定的閾值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象。而等效面積在工程上可視為將不同體量的建筑對(duì)雷電大氣電場(chǎng)產(chǎn)生畸變的影響轉(zhuǎn)化成的量綱。因此，討論同建筑物與電場(chǎng)畸變之間的關(guān)系對(duì)建筑物等效面積擴(kuò)大寬度定義非常有意義。

根據(jù)已有的研究可知，建筑物對(duì)雷云電場(chǎng)下當(dāng)大氣電場(chǎng)畸變與雷云電場(chǎng)強(qiáng)度、建筑物的高度、建筑寬度、周?chē)ㄖ姆植级加嘘P(guān)系：已知雷電大氣電場(chǎng)強(qiáng)度與等效面積擴(kuò)大的寬度成正相關(guān)性的關(guān)系，但雷電大氣電場(chǎng)強(qiáng)度有很大的隨機(jī)性，且實(shí)際觀測(cè)具有很大的局限性，工程上不進(jìn)行討論；很多觀測(cè)與模式研究都說(shuō)明雷擊與建筑物的高度有密切關(guān)系，建筑物高度越大，對(duì)建筑物頂部大氣電場(chǎng)畸變影響越大，建筑物更容易被擊中。因此GB50057-2010和IEC 62305-2中擴(kuò)大寬度D都是建筑高度H的函數(shù)，雖然兩個(gè)規(guī)范計(jì)算結(jié)果不一致，但均體現(xiàn)了建筑高度和等效面積擴(kuò)大的寬度的正相關(guān)性關(guān)系；模式研究還發(fā)現(xiàn)，在大概20米寬度范圍內(nèi)，建筑寬度變化對(duì)電場(chǎng)的畸變影響強(qiáng)烈，當(dāng)寬度增大到30米以上時(shí)，建筑寬度變化對(duì)電場(chǎng)畸變影響的作用效果微弱。而目前工程上按規(guī)范GB50057-2010和IEC 62305-2計(jì)算等效面積均未將建筑寬度考慮為影響擴(kuò)大的寬度的計(jì)算變量；在地面大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果受地物環(huán)境的影響較大，建筑物、樹(shù)木等地面凸出物和地形都會(huì)引起附近大氣電場(chǎng)的顯著變化。文獻(xiàn)通過(guò)模式研究，結(jié)果也表明在一定距離范圍內(nèi)，建筑間的距離變化、建筑間的高度變化對(duì)彼此間電場(chǎng)的畸變程度均有影響。如表1所示，GB 50057-2010在計(jì)算等效面積時(shí)將環(huán)境因素分為5種情況分類(lèi)計(jì)算，計(jì)算方法比IEC 62305-2更合理。

建筑物等效面積計(jì)算公式是通過(guò)觀測(cè)、模式研究、工程實(shí)際推導(dǎo)的經(jīng)驗(yàn)公式。GB 50057-2010的算法比IEC 62305-2增加了考慮周?chē)ㄖ嗷ラg影響關(guān)系對(duì)電場(chǎng)的畸變作用的影響，對(duì)周邊建筑分類(lèi)采用不同算式計(jì)算等效面積，更符合工程實(shí)際。但也如上所述，GB 50057-2010等效面積的算法未考慮建筑物寬度對(duì)大氣電場(chǎng)畸變的影響，尤其是建筑寬度在20米以內(nèi)變化時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變的影響，等效面積擴(kuò)大寬度未體現(xiàn)與建筑寬度的相關(guān)性，不符合工程實(shí)際和模式研究結(jié)論。因此，GB 50057-2010建筑物等效面積的精確計(jì)算還有值得研究和不斷修正的地方。