[发明专利]考虑周围物体时计算建构筑物雷击次数截收面积的方法

说明书

技术领域

本发明专利是一种考虑周围物体（该物体可以是建筑物、构筑物或其它任何高于地面的有固定位置的设施或装置）时定量计算建筑物（包括构筑物，为简明起见，以下均统称为建筑物）的雷击次数截收面积的方法，适用于雷电防护行业，可供建筑工程设计院、各省区市气象局防雷中心、防雷公司、防雷办等相关单位对建筑物进行雷击风险评估、雷电防护装置的设计、验收及检测工作。

背景技术

雷电是威胁建筑物及人身安全的一种常见的自然灾害，在对建筑物进行雷击风险评估、雷电防护设计以及防雷装置的验收及检测时，均需要计算建筑物的年预计雷击次数，以便对其进行合理的防雷分类。根据2011年10月1日开始实施的中华人民共和国国家标准GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》（以下简称GB50057）的规定，其计算公式如下：

           N ＝ k × Ng × Ae                 （ 公式1 ）

   在公式1中，N是建筑物的年预计雷击次数（单位：次/年）；k是校正系数，一般情况下取1，无数值单位；Ng是建筑物所处地区雷击大地的年平均密度，单位：次/平方公里/年，一般根据当地的雷暴日数换算（根据GB50057，换算公式为：Ng ＝0.1×Td，其中Td是当地的年平均雷暴日数）或根据当地的闪电定位系统的探测数据得来；Ae是地面上与建筑物截收相同雷击次数的范围（以下简称截收范围）的等效面积（以下简称截收面积），单位：平方公里。

总体来说，k和 Ng这两个参数是比较容易确定的，只有Ae的计算过程比较复杂。GB50057在“附录A 建筑物年预计雷击次数”中规定：与建筑物截收相同雷击次数的等效面积应为其实际平面积向外扩大后的面积，对于长方体形态的建筑物，其在地面上的截收范围的平面图如附图1所示，是一个四角为圆角的矩形，该圆角矩形的长度为L+2D ，宽度为W+2D，四个圆角的半径为D，其截收面积按下列公式计算：

            Ae = [ L×W + 2(L+W)×D + πD² ]×10^-6               （公式2）

公式2中：L、W、D－分别是长方体建筑物的长度、宽度和扩大宽度（单位：米）；

所谓建筑物的扩大宽度D，是从建筑物的边缘到其截收范围相对应一侧的边缘的距离，随建筑物的高度H（单位：米）而变；当建筑物的高度H小于100米时，按下列公式得到D：

D ＝ [ H×(200-H ) ] ^1/2               （公式3）

当建筑物的高度H等于或大于100米时，按下列公式得到D：

   D ＝ H                            （公式4）  

以上为GB50057中的规定。在不同的标准或规范中对扩大宽度和截收面积的定义有所不同，比如GB21714.2-2008《雷电防护第2部分：风险管理》中规定不论建筑物的高度是多少，扩大宽度都取值为三倍高度，即按下列公式得到D：

   D ＝ 3H                          （公式5）  

与之相对应的，在GB21714中截收面积用Ad表示。

扩大宽度和截收面积的不同定义不影响本发明专利的独立性和完整性。不管用哪一个标准或规范计算建筑物的截收面积，本发明专利的基本原理都是一样的，只需套用其扩大宽度D的相应公式即可。

综上所述，长方体形态的建筑物根据公式2计算截收面积，其截收范围的平面图如附图1所示。GB50057同时规定，“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”。因此，如果将建筑物顶面的周边和其截收范围的周边连接起来，则可以得到该截收范围在三维立体空间内的形态，如附图2所示为长方体建筑物的截收范围的剖面图。