GB 50057-2010建筑物等效面積計算的探討

摘要：建筑物等效面積是建筑物年預計雷擊次數計算、防雷類別劃分、雷擊風險評估中需要計算的重要參數，對建筑物的防雷設計和雷電風險評估工作具有重要的意義。本文對GB 50057-2010《建筑物防雷設計規(guī)范》給出的建筑物等效面積的定義及計算公式進行了探討。通過文獻解析，指出規(guī)范中需要修正的部分。對照規(guī)范中建筑物等效面積計算方法定義不明晰的部分補齊了缺省的計算公式，便于等效面積的精確計算和工程實際中標準的執(zhí)行。

關鍵詞：GB 50057-2010，建筑物等效面積，擴大寬度，計算公式

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計雷擊次數計算、防雷類別劃分、雷擊風險評估需要計算的重要參數，它的計算直接影響建筑物防雷工程的科學性、有效性，對建筑物的防雷設計和雷電風險評估工作具有重要的意義。日前，工程上計算建筑物等效面積主要采用的是GB50057-2010和IEC 62305-2給出的定義和計算方法。IEC 62305-2未考慮周圍環(huán)境對建筑物的影響，僅按建筑高度按3倍擴大后計算，算法簡單，但計算不夠精確；GB 50057-2010作為現行的國家強制性標準，按建筑物周圍沒有建筑、有等高或比它高和比它低的其他建筑物分類定義了等效面積計算方法，更符合理論研究結論和工程實際。因此，嗣繞GB 50057-2010定義的等效面積算法進行探討，為工程中等效面積的計算提供參考。

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際面積向外擴大后的面積，其定義、計算方法及部分計算公式按規(guī)范的附錄A的規(guī)定。在不考慮周圍建筑影響的情況下，100 m以下建筑擴大寬度D相當于采用100 m滾球半徑時，與建筑等高的接閃桿H在地面上的保護寬度以面麗=可。在考慮周圍建筑對等效面積的影響后，規(guī)范GB 50057-2010附錄A還根據周圍建筑的高低遠近不同，制定了不同情況下等效面積的規(guī)定及給出部分計算公式，見表1。表1中L、W、H分別為建筑的長、寬、高，b為周圍建筑高度。

2擴大寬度的討論

根據雷電理論，地面的突起物，包括建筑物以及地形等都會對其周圍的大氣電場造成畸變作用，雷云電場下當大氣電場畸變超過_定的閾值時，就會產生尖端放電現象。而等效面積在工程上可視為將不同體量的建筑對雷電大氣電場產生畸變的影響轉化成的量綱。因此，討論同建筑物與電場畸變之間的關系對建筑物等效面積擴大寬度定義非常有意義。

根據已有的研究可知，建筑物對雷云電場下當大氣電場畸變與雷云電場強度、建筑物的高度、建筑寬度、周圍建筑的分布都有關系：已知雷電大氣電場強度與等效面積擴大的寬度成正相關性的關系，但雷電大氣電場強度有很大的隨機性，且實際觀測具有很大的局限性，工程上不進行討論；很多觀測與模式研究都說明雷擊與建筑物的高度有密切關系，建筑物高度越大，對建筑物頂部大氣電場畸變影響越大，建筑物更容易被擊中。因此GB50057-2010和IEC 62305-2中擴大寬度D都是建筑高度H的函數，雖然兩個規(guī)范計算結果不一致，但均體現了建筑高度和等效面積擴大的寬度的正相關性關系；模式研究還發(fā)現，在大概20米寬度范圍內，建筑寬度變化對電場的畸變影響強烈，當寬度增大到30米以上時，建筑寬度變化對電場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計算等效面積均未將建筑寬度考慮為影響擴大的寬度的計算變量；在地面大氣電場監(jiān)測中發(fā)現測量結果受地物環(huán)境的影響較大，建筑物、樹木等地面凸出物和地形都會引起附近大氣電場的顯著變化。文獻通過模式研究，結果也表明在一定距離范圍內，建筑間的距離變化、建筑間的高度變化對彼此間電場的畸變程度均有影響。如表1所示，GB 50057-2010在計算等效面積時將環(huán)境因素分為5種情況分類計算，計算方法比IEC 62305-2更合理。

建筑物等效面積計算公式是通過觀測、模式研究、工程實際推導的經驗公式。GB 50057-2010的算法比IEC 62305-2增加了考慮周圍建筑相互間影響關系對電場的畸變作用的影響，對周邊建筑分類采用不同算式計算等效面積，更符合工程實際。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大氣電場畸變的影響，尤其是建筑寬度在20米以內變化時對大氣電場畸變的影響，等效面積擴大寬度未體現與建筑寬度的相關性，不符合工程實際和模式研究結論。因此，GB 50057-2010建筑物等效面積的精確計算還有值得研究和不斷修正的地方。