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萬達廣場防雷設計年預計雷擊次數的精確計算

發布日期:2014-09-10 13:48:04       作者:謝杰       來源:商業規劃院機電所

  目前 ,在萬達廣場防雷設計中,部分設計院對于綜合體建筑群防雷設計經驗不足,對規范要求理解不夠深入。在防雷設計的核心數據-年預計雷擊次數的計算中存在偏大的現象,從而造成相關成本的浪費。究其根源,在于截收相同雷擊次數等效面積計算的粗放。下面筆者就針對萬達中心的建筑物體型特點進行分析,按照防雷規范提出年預計雷擊次數的精確計算方法。

  一、規范解讀:

  根據目前現行的《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010 中的規定:(為了更加簡明地說明問題,以下分析按照萬達廣場蠟燭高度小于但接近于100米估算,且未考慮周邊建筑的影響)

  1.建筑物年預計雷擊次數應按下式確定:

  (1-1) 圖片.png

  式中 N-建筑物預計雷擊次數,次/a;

  k-校正系數,在一般情況下取1,在下列情況下取相應數值:位于曠野孤立的建筑物取2;金屬屋面的磚木結構建筑物取1.7;位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的建筑物,以及特別潮濕的建筑物取1.5;

  Ng-建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度,次/km2?a;

  Ae-與建筑物截收相同雷擊次數等效面積,km2。

  2.雷擊大地的年平均密度,首先應按當地氣象臺、站資料確定,若無此資料,可按下式確定:

  (1-2) 圖片.png

  式中 Td-年平均雷暴日,根據當地氣象臺、站資料確定,d/a。

  3.建筑物截收相同雷擊次數等效面積Ae應為其實際面積向外擴大后的面積。其計算方法應符合下列規定:

  (1)當建筑物的高H小于100m時,其每邊的擴大寬度D和等效面積 應按下列公式計算確定(圖1-1):

  D=圖片.png (1-3)

  圖片.png

  式中:D-建筑物每邊的擴大寬度,m;

  L、W、H-分別為建筑物的長、寬、高,m。

圖片.png

圖1-1 建筑物截收相同雷擊次數等效面積

  注:建筑物平面積擴大后的面積Ae如圖1-1中周邊虛線所包圍的面積。

  (2)當建筑物的高H等于或大于100m時,其每邊的擴大寬度應按等于建筑物的高H計算;建筑物等效面積應按下式確定:

  圖片.png(1-5)

  (為了簡化計算,本文針對萬達集團常見的小于但接近100米的辦公塔樓,100米以上的超高層建筑計算結果類似)

  4.建筑物防雷等級的確定:

  根據《建筑物防雷設計規范》相關條文,年預計雷擊次數N>0.05 的省部級辦公建筑和其他重要場所、人員密集場所。或N>0.25 住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業建筑,為第二類防雷建筑物。

  年預計雷擊次數0.01<=N<=0.05 省部級辦公建筑和其他重要場所、人員密集場所。或0.05<=N<=0.25 住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業建筑,為第三類防雷建筑物。

  萬達中心一般為塔樓加小商鋪底商組成,可按照一般性民用建筑物考慮。

  二、某萬達中心工程示例:

  建筑物裙房的長度L =160m,寬度W = 80m,高度H = 10m,

  裙房上設兩棟寫字樓,

  寫字樓長度L=40m,寬度M=40m,高度H=80m,

  校正系數k = 1.0,

  不考慮周邊建筑影響。

  當地氣象條件取年平均雷暴日天數Td =36天/年

  如下圖:

圖片.png

圖1-2 某萬達中心平面示意圖

  從審圖情況來看,一般設計院會采用比較保守的簡單算法,取L=160m,W=80m,H=100m代入公式(1-4)求建筑物等效面積 :

  圖片.png

  雷擊大地的年平均密度 代入公式(1-2)得

  圖片.png

  建筑物年預計雷擊次數 代入公式(1-1)得

  圖片.png

  根據防雷規范,N>0.25,按照二類防雷建筑物設防。

  這種計算方法實際上是偏大的,即取按照一個以長、寬、高最大值為包絡體的長方型,作為計算模型。也就是說這種計算方法實際計算的結果不是本建筑體,而是如下體量建筑物的等效面積:

圖片.png

圖1-3 錯誤等效建筑物示意圖

  顯而易見,這種估算方法可能會造成等效面積偏大,年預計雷擊次數偏高,導致建筑物防雷等級更高。

  那么,一個復雜的建筑物(群)的截收相同雷擊次數等效面積Ae應如何正確計算呢?《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010-附錄A.0.3第7條做了如下規定:

  當建筑物各部位的高不同時,應沿建筑物周邊逐點算出最大擴大寬度,其截收相同雷擊次數等效面積Ae應按每點最大擴大寬度外端的連接線所包圍的面積計算。

  根據上述要求,正確的方法是應將裙房、塔樓各個部分的截收相同雷擊次數等效面積分別求出,疊加后按照外包絡線所包圍的面積確定建筑物的總等效面積。具體步驟如下:

  (1)分別求出裙房和塔樓的擴大寬度D:

圖片.png

  裙房:D= 塔樓:D= (2)分別畫出裙房和塔樓的等效面積范圍:

圖片.png

圖1-4 裙房等效面積示意圖

圖片.png

圖1-5 左側塔樓等效面積示意圖

圖片.png

圖1-6 右側塔樓等效面積示意圖

  (3)將裙房和塔樓的等效面積范圍疊加:

圖片.png

圖1-7等效面積疊加示意圖

  (4)求出裙房和塔樓的等效面積范圍外包絡線:

圖片.png

圖1-8等效面積外包絡線示意圖

  (5)求出外包絡線總面積:

  在CAD界面下,可以很方便地測量出外包絡線的總面積為0.066322 km2,這個數值就是與建筑物截收相同雷擊次數等效面積Ae。

  (6)計算出本案的正確年預計累計次數為:

  圖片.png

  (7)根據規范,0.05<=N<=0.25,所以本建筑應定位三類防雷建筑物。

  通過上述案例,可以看出采用三維尺寸的最大值進行計算的方法有可能對大型綜合體建筑的等級劃分產生錯誤,從而帶來不必要的浪費。筆者希望通過在每個方面的精心管控,不斷優化設計,從而推動萬達集團建造出更加經濟,可靠,優質的工程項目。

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