荷载计算对避雷针结构设计的重要性.doc

1、荷载计算对避雷针结构设计的重要性摘要：本文通过对不同建筑物的荷载计算，通过数据分析荷载计算对避雷针结构设计的重要性。 关键词：荷载；风荷载计算；避雷针；结构设计 中图分类号： TU895 文献标识码： A 文章编号： 生活中，我们经常会从电视新闻中看到参天大树被雷电击，但是周边的高层建筑物、高塔等建筑却安然无恙。究其原因，大树由于受到带大量电荷的云层的感应，被带上了大量的电荷，当电荷积累过多时，大树就会被击倒。而高层建筑物、高塔等建筑物上面都有安装有避雷针，由于避雷针可以把云层上的电荷从保护的建筑物上方引向自己并安全地通过自己泄入大地，使其不对高层建筑构成危险，保证安全。避雷针设计安装过程中，

2、在保证其引雷性能和泄流性能的同时, 必须进行避雷针结构设计的荷载计算分析,通过对气候、地质、建筑的高度、以及建筑物的结构与构造等综合数据的分析计算，以精确的数据依据进行合理的结构设计,保证其使用的可靠性和安全性。 一、避雷针的结构及其应用 1、避雷针的定义及分类 避雷针，又叫防雷针，是用来保护建筑物、避免雷击的装置。避雷针可以分为直击雷避雷针、特殊避雷针、提前预放电避雷针三种。由于避雷针根据保护范围的要求，需要一定的安装高度，后来逐渐研发出具有一定高度的避雷针塔，也就是塔式避雷针（避雷塔） 。它主要分为 GFL角钢避雷针塔、GJT 圆钢避雷针塔、GH 钢管杆避雷针塔三种形式。 2、各种类型避雷

3、针所适合的建筑物 由于建筑物的结构、地区环境（气候、地质）等因素的不同，对避雷针的应用场所也各不相同，主要应用详见避雷针种类应用分配表。 避雷针种类应用分配表 3. 避雷针的应用要求 避雷针一般采用圆钢或钢管制成，其直径不应小于国家技术规范的要求;采用镀锌钢管管制作针尖，管壁厚度应大于 3mm,针尖刷锡长度应大于 70mm ;避雷针安装时垂直度允许偏差为 3/1000;金属结构件必须采用搭接焊接并进行镀锌防锈保护处理; 通过合理的结构设计具有足够的抵抗不同应用环境外在因素影响的能力. 二、荷载、风荷载的定义及风荷载的计算公式 1、荷载的定义与分类 荷载是指使结构或构件产生内力、变形的外力及其它

4、因素。荷载按时间可以分为永久荷载（恒载） 、可变荷载（活载荷） 、偶然荷载（特殊载荷或偶然作用） ；按结构分为静态作用和动态作用；按其作用面可分为均布面荷载、线荷载、集中荷载；按作用方向可分为垂直荷载和水平荷载。 2、风荷载的定义 风荷载也叫“风的动压力” ，它是空气流动对工程结构所产生的作用。当建筑物阻碍空气流动时，会在建筑物表面形成压力（吸力） ，这些压力或吸力就是建筑物所受的风荷载。避雷针影响最大的荷载是风荷载。 3、风荷载的计算公式 风荷载的大小与当地地貌、建筑高度、风速、风向以及高层建筑结构等因素有直接关系。风荷载计算公式以垂直作用于建筑物表面单位面积上的标准值进行计算： W=zsz

5、rw0 其中： W：表示在高耸结构单位面积上的风荷载，单位为 KN/m2。 W0：表示基本风压值，单位为 KN/m2，以当地空旷平坦地面上 10 米高度处 10 分钟平均的风速观测数据，经概率统计得出 50 年（有的不足50 年或者为 100 年）一遇的最大值确定的风速基本风压值，具体数据可查阅建筑结构荷载规范 （GB500092001）查找当地风压值。 z：表示高度处的风振系数，它取决于建筑物的高宽比、基本自振周期及地面粗糙度、基本风压。 荷载规范规定，基本自振周期0.25s，高度大于30m，高宽比1.5 需要考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。 s：表示风荷载体形系数，具体数据应查阅荷

6、载规范 。 z：表示高度处的风压高度变化系数，其数值的大小取决于建筑建筑物的平面形状。 r：表示重现期调整系数，如 0.8，1.1，1.2 等。 三、通过实例计算避雷针的风荷载 以不同地区某高层建筑物与某高塔为例，计算出两个建筑物的风荷载，并进行数据对比。 1、例题一，某地方高塔，总高度为 30m，总共分为 5 段，每段高度为 6m，分别由 16-25 镀锌圆钢焊接而成。垂直方向高塔宜重706kg(6.9256KN)。混凝土基础自重为 6.425=160kN。风荷载为水平方向。计算高塔避雷针的风荷载。 根据风荷载计算公式,具体计算如下： 实地观测数据，以当地空旷平坦地面上 10 米高度处 10

7、 分钟平均的风速观测，经概率统计得出为 30 年一遇的最大值； 根据荷载规范全国风压分布图，查出基本风压值 w0 为1.125； 根据荷载规范查表得出，高度处的风压高度变化系数 z 为1.57； 根据荷载规范查表得出，风荷载体形系数 s 为 1.8； 将以上数据载入公式中，得出 W=zszr w0=1.1251.570.81.8=2.5434 KN/m2 2、例题二，某地区大楼建筑总高度为 94.4m，共分为 22 层，1457个节点，由 Q235-B 钢管构成，混凝土容重是每立方米 2.5 吨，风荷载为水平方向。计算高塔避雷针的风荷载。 根据风荷载计算公式,具体计算如下： 实地观测数据，以当

8、地空旷平坦地面上 10 米高度处 10 分钟平均的风速观测，经概率统计得出为 50 年一遇的最大值； 根据荷载规范全国风压分布图，查出基本风压值 w0 为1.583； 根据荷载规范查表得出，高度处的风压高度变化系数 z 为2.65； 根据荷载规范查表得出，风荷载体形系数 s 为 2.0； 将以上数据载入公式中，得出 W=zszr w0=1.5832.651.12.0=9.2288 KN/m2 由此可见，例题一与例题二的数值差距很大。以上数据表明，风荷载的大小与当地地貌、建筑高度、风速、风向以及高层建筑结构等因素有直接关系，必须重视对风荷载的计算。 四、荷载计算对避雷针结构设计的重要性 1、荷载

9、计算是避雷针结构设计的控制因素 荷载计算对避雷针的结构设计和安全使用有着密切地关系，所得数据大于准确数据，会造成避雷针倾斜度数大于正常的度数（15-30 度） ，在这种内力与位移的影响下，避雷针所附加的内力也就越来越大，内力增大的同时，位移也相应的变的越来越大，依此恶劣循环，当处于雷电天气时，避雷针非但没有起到对建筑的保护作用，还直接造成雷电对建筑物的损害，影响人们的正常工作与生活，并造成严重的经济损失。 2、荷载计算对避雷针结构设计提供准确的数据依据 面对十分复杂的建筑环境，在避雷针结构设计时，必须依据当地基本风压值、高度处的风振系数、风荷载体形系数、度处的风压高度变化系数以及重现期调整系数

10、，准确地计算出荷载数据。设计者根据计算出的荷载数据，对避雷针结构进行逐一分析并进行合理调整，设计出最适合建筑物的避雷针。因此，荷载计算可为避雷针结构设计提供准确的数据依据。 结语： 通过对避雷针的介绍和分析，了解到在对避雷针的结构设计时需要考虑的问题十分繁杂，具体来讲，避雷针的结构设计中要对当地地质、气象、建筑物的结构有详细的调查了解,并通过具体荷载计算，精确地的掌握避雷针结构设计所需要的数据，从而设计出符合不同要求的建筑物避雷针。 相关文献： 1王敏.霍小平.风荷载与高层建筑体型设计浅析. 工程建设与设计J, 2010(10) 2罗运新.避雷针的设置及安装高度. 城市建设理论研究J, 2011(13) 3武燕.风荷载对高层建筑物的影响.城市建设理论研究J,2011(15)