古建筑防雷工程設(shè)計與施工技術(shù)講義

古建筑防雷工程設(shè)計與施工技術(shù)郭紅晨河南省防雷中心2012年手機(jī)號建筑防雷工程設(shè)計與施工技術(shù)探討

我國是一個歷史悠久文明古國，在這幾千年璀璨的歷史長河中，我們的祖先為我們留下為數(shù)眾多、造型各異的古建筑。這些古建筑種類繁多，結(jié)構(gòu)獨特，是古代工程技術(shù)、建筑藝術(shù)與工藝和人類創(chuàng)造智慧的結(jié)晶，是前人認(rèn)識社會、創(chuàng)造居住環(huán)境的重要體現(xiàn)和歷史見證，是不可再生的，任何損壞和破壞都將無法彌補(bǔ)。

雷電是古建文物遭受自然災(zāi)害破壞的主要原因之一。除造成直接損毀外，因我國傳統(tǒng)古建筑多為木結(jié)構(gòu)，雷擊還易導(dǎo)致古建筑起火造成大面積損失。中國古建筑種類繁多、造型各異、結(jié)構(gòu)獨特，因此防雷設(shè)計和施工須根據(jù)其特點進(jìn)行，使安裝的防雷設(shè)施既安全可靠、又美觀隱蔽。讓古建筑物獲取最大的美觀和最可靠的安全保障。本文根據(jù)所接觸過的古建筑物防雷工程設(shè)計和施工及從事防雷工程多年的實踐經(jīng)驗，就古建筑物防雷設(shè)計和施工技術(shù)措施，淺談一些經(jīng)驗體會與大家共同探討研究一、我國古建筑物的特點我國古建筑以木材、磚瓦為主要建筑材料，以木構(gòu)架結(jié)構(gòu)為主要的結(jié)構(gòu)方式，木結(jié)構(gòu)作為建筑物的基本骨架，起到支撐屋面、承重和維持結(jié)構(gòu)等作用，其中粗大的木材作為建筑物的梁、柱等，邊材作為建筑物的門窗等物。磚石作為建筑物的墻體，起來承重、分隔的作用，同時磚石也可鋪作地板，埋設(shè)成為建筑物周邊的基臺。其平面布局以“間”為單座建筑單位，再以單座建筑組成庭院，進(jìn)而組成各種形式的建筑群落。古建筑平面呈圓形、正方形、十字形等幾何形狀。屋頂造型各異、種類繁多，主要有廡殿、歇山、懸山、硬山、攢尖、卷棚等形式。屋頂中直線和曲線組合，形成向上翹的飛檐，不但擴(kuò)大了采光面、有利于雪、雨水排泄，而且增添了建筑物的美感。我國古建筑在進(jìn)行設(shè)計時都十分注意周圍的山川形勢、地理特點、氣候條件、水體、林木植被等，務(wù)使建筑布局、形式、色調(diào)等跟周圍的環(huán)境相適應(yīng)，而相互融合為一體。二、古建筑物易遭受雷擊的原因分析古建筑物遭受雷擊的外部因素分析

1、古建筑物多數(shù)建在地勢較高的山上，或建在山腳邊或者水體附近，是不同導(dǎo)電土壤相接、土壤電阻發(fā)生畸變的地方，易遭雷電侵襲。

2、現(xiàn)代化元素的引入增加了古建筑物遭雷擊的幾率。二、古建筑物易遭受雷擊的原因分析古建筑物易遭受雷擊的原因分析古建筑遭受雷擊的內(nèi)部因素分析1、我國的古建筑絕大多數(shù)為磚木結(jié)構(gòu)，這些也都是極易燃燒的材料。一旦遭受雷擊，極易引起木質(zhì)構(gòu)件燃燒。2、多數(shù)古建筑物大殿正脊中部埋設(shè)有用于辟邪金屬寶盒，有的建筑物屋頂內(nèi)部還有錫背，銅質(zhì)寶頂，還有的建筑物屋面有金屬鏈條作裝飾用。這些金屬物均沒有任何接地處理，而且通常都安置在建筑物的最頂端，這些金屬物都大大增加了建筑物遭受雷擊的概率。3、從結(jié)構(gòu)上看，古代建筑多以坡屋頂為主，坡度較大，且大多有高翹的飛檐和高聳的屋頂且屋脊比較多。而這些高翹的飛檐，高聳的屋脊也正好為帶電云層放電創(chuàng)造條件。古建筑物防雷現(xiàn)狀分析有相當(dāng)一部分古建筑缺少有效的防雷保護(hù)措施，或防雷措施不完善。國內(nèi)尚無關(guān)于古建筑的防雷規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，簡單地應(yīng)用現(xiàn)代建筑防雷措施安裝在古建筑物上的防雷裝置，既影響了古建原有的藝術(shù)風(fēng)貌，也降低了其防雷效果。古建筑防雷類別的劃分古建筑防雷類別的定性劃分參照國家現(xiàn)行《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》、《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范》，古建筑防雷類別應(yīng)根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，宜劃分為三個防雷類別。被聯(lián)合國教科文組織列入“世界文化遺產(chǎn)”目錄的和屬于國家級重點文物保護(hù)的古建筑；省、自治區(qū)和直轄市級重點文物保護(hù)單位的古建筑；市縣級文物保護(hù)的古建筑三類。當(dāng)古建筑為園林式群體建筑時，應(yīng)以其中最高類別來確定。古建筑防雷類別的劃分古建筑防雷類別的定量劃分計算古建物的年預(yù)計雷擊次數(shù)定量劃分對于園林式的古建群落，應(yīng)以其占地面積換算成規(guī)則幾何圖形的面積來計算，其高度則以該古建群落中最高建筑（或者為古樹）的高度來確定。古建筑直擊雷雷防護(hù)裝置的的形式接閃器古建筑防雷工工程設(shè)計和施施工中，須遵遵守不改變文文物原狀的文文物保護(hù)原則則。選擇使用用接閃器的顏顏色應(yīng)與古建建筑物相應(yīng)位位置的顏色協(xié)協(xié)調(diào)一致。既既要做到保證證其防雷效果果，也要做到到不影響古建建筑的外觀與與其周圍環(huán)境境協(xié)調(diào)一致；；并盡可能做做到避免對古古建筑造成破破壞。選用避雷帶作作為其接閃器器時，宜使用用銅質(zhì)材料，，而不使用熱熱鍍鋅鋼材。。在古建筑物上上敷設(shè)避雷帶帶，其支持卡卡子不能靠在在古建筑上打打孔來固定，，這會破壞古古建筑，可以以采用U型（抱箍式））固定件、固固定螺絲與瓦瓦面之間應(yīng)加加橡膠墊進(jìn)行行保護(hù)[5]，接閃導(dǎo)線的的固定支件的的高度不宜小小于150mm，可選用25mm×4mm的熱鍍鋅鋼。。攢尖頂古建筑筑物接閃器的的敷設(shè)古建筑直擊雷雷防護(hù)裝置的的形式引下線古建筑物引下下線敷設(shè)時，，應(yīng)避開建筑筑物的正面，，盡量在建筑筑物的側(cè)面、、后面等不經(jīng)經(jīng)常被人注意意到的地方敷敷設(shè)；并做到到分段固定，，并以最短路路徑敷設(shè)到接接地體，敷設(shè)設(shè)應(yīng)平正順直直、無急彎。。引下線可選熱熱鍍鋅鋼材或或銅材。木立立柱引下時，，采用環(huán)形形抱箍固定。。古建筑直擊雷雷防護(hù)裝置的的形式接地裝置接地裝置的材材料選擇和現(xiàn)現(xiàn)代建筑物類類似，采用熱熱鍍鋅角鋼和和扁鋼敷設(shè)就就行。古建筑筑接地裝置的的形式，要充充分考慮古建建周圍場地、、環(huán)境施工時時受局限的情情況，應(yīng)本著著為節(jié)約經(jīng)費費和有利于防防止跨步電壓壓危害的原則則。采用A型接地裝置（（見圖3A型）。反之，，在土壤電阻阻率較高和古古建筑周圍較較空曠且便于于施工時，可可采用B型接地裝置（（見圖3B型）。敷設(shè)時還需注注意接地裝置置與地下管線線路的安全距距離。注意在在進(jìn)行接地施施工時應(yīng)避免免掘到地宮或或其他文物，，在挖掘之前前要進(jìn)行仔細(xì)細(xì)勘測。接地地裝置開挖時時，需對地面面所敷設(shè)的古古磚、石做好好方位標(biāo)記和和編號，回填填時，將其恢恢復(fù)原貌。古建筑物防側(cè)側(cè)擊雷、球雷雷措施古建筑物防側(cè)側(cè)擊雷，要根根據(jù)古建的地地理位置和其其遭雷歷史來來決定。一般般情況下，位位于城市里的的古建筑物一一般不需要設(shè)設(shè)防側(cè)擊雷；；對建在海拔拔較高的山體體、水體附近近的且較為孤孤立高大的古古建筑物（如如古塔），可可以每隔6m沿古建四周外外伸的脊檐設(shè)設(shè)置環(huán)形避雷雷帶，并使環(huán)環(huán)形避雷帶和和古建四周的的金屬窗等與與防雷引下線線可靠連接。。而防球雷的的最好措施是是對古建上的的開放式門、、窗安裝金屬屬屏蔽網(wǎng)并可可靠接地，但但古建有時是是很難做到的的。比較適宜宜的方法是把把古建的所有有窗都裝上玻玻璃，并應(yīng)注注意在雷雨天天緊閉門窗，，以防球雷的的進(jìn)入室內(nèi)。。古樹的防雷技技術(shù)措施被列為國家級級文物保護(hù)單單位的名貴古古樹，也是防防雷的保護(hù)對對象之一。一一般情況下，，古樹的防雷雷往往在樹上上做防雷裝置置，即在古樹樹樹冠的主要要干叉上裝設(shè)設(shè)圓鋼制成的的避雷針，支支持其避雷針針的支承桿必必須固定在樹樹干上，因為為樹木要逐漸漸長粗，因此此支承桿的抱抱箍以及固定定引下線的抱抱箍必須做成成能松緊的圓圓形卡箍，以以便不影響樹樹木的生長；；引下線用絕絕緣軟銅線上上端與接閃器器電氣連接、、中間部分彎彎曲布設(shè)，并并與樹根附近近的環(huán)形（B型）人工垂直直接地極連接接。對古樹群或者者古建筑群可可在古樹群或或者古建筑群群的中央部位位設(shè)置不影響響古建筑整體體觀瞻的仿真真樹（仿真樹樹太高就和周周圍環(huán)境不協(xié)協(xié)調(diào)）形式的的避雷針，使使周邊古樹或或者古建筑群群在其保護(hù)范范圍內(nèi)古建筑群可在在古樹群或者者古建筑群的的中央部位設(shè)設(shè)置不影響古古建筑整體觀觀瞻的仿真樹樹（仿真樹太太高就和周圍圍環(huán)境不協(xié)調(diào)調(diào)）形式的避避雷針，使周周邊古樹或者者古建筑群在在其保護(hù)范圍圍內(nèi)仿真樹防雷設(shè)設(shè)施古樹的防雷技技術(shù)措施通過實踐，我我們認(rèn)為，對對于古建筑群群、古樹群或或無法在其上上敷設(shè)避雷帶帶或架立避雷雷針，且其自自身高度低于于20米時，使用常常規(guī)避雷針難難于將被保護(hù)護(hù)的古建筑群群落、古樹群群置于保護(hù)范范圍內(nèi)，可采采用仿真樹樹樹頂安裝具有有提前放電功功能的避雷針針，以達(dá)到不不增加接閃桿桿高度而擴(kuò)大大保護(hù)范圍的的目的。用這這種方式保護(hù)護(hù)古建筑既不不影響其原貌貌也與周圍環(huán)環(huán)境協(xié)調(diào)一致致。防雷電波侵入入和雷擊電磁磁脈沖的措施施當(dāng)古建筑內(nèi)安安裝有低壓電電氣系統(tǒng)和（（或）電子系系統(tǒng)時，古建建筑內(nèi)有大型型金屬構(gòu)件或或存有體積較較大的金屬物物體時，應(yīng)有有防雷電波侵侵入和雷擊電電磁脈沖（LEMP）的技術(shù)措施施。如采取等等電位連接措措施和在低壓壓電氣系統(tǒng)及及電子系統(tǒng)中中安裝電涌保保護(hù)器（SPD）等。防LEMP的主要技術(shù)措措施為：等電電位連接、屏屏蔽、綜合布布線和安裝SPD。防雷電波侵入入和雷擊電磁磁脈沖的措施施（1）等電位連接接要求古建筑上和其其內(nèi)有金屬物物體，如金屬屬寶頂、寶盒盒、錫被、銅銅被等金屬物物，要和防雷雷裝置作等電電位連接。同同時還需考慮慮到古建筑檐檐下的防鳥鐵鐵絲網(wǎng)（主要要是指引下線線均與防鳥鐵鐵絲網(wǎng)連成一一體，構(gòu)成一一個等電位體體）、所有金金屬管線的屏屏蔽層、設(shè)備備金屬外殼等等設(shè)施的等電電位連接?？刂茩C(jī)房（如如監(jiān)控、消防防）的等電位位連接，應(yīng)根根據(jù)電子系統(tǒng)統(tǒng)的工作頻率率分別采用星星形（S型）結(jié)構(gòu)或網(wǎng)網(wǎng)形（M型）結(jié)構(gòu)。（2）屏蔽要求對于進(jìn)入古建建筑的供電線線路、電話線線等不宜架空空引入。當(dāng)其其架空引入時時，應(yīng)在進(jìn)入入古建筑前用用埋地電纜或或穿金屬管屏屏蔽埋地引入入，并在進(jìn)入入古建筑物時時與古建筑的的防雷裝置相相連。（3）綜合布線要要求建筑物內(nèi)傳輸輸網(wǎng)絡(luò)的綜合合布線施工應(yīng)應(yīng)符合現(xiàn)行國國家標(biāo)準(zhǔn)《綜合布線系統(tǒng)統(tǒng)工程驗收規(guī)規(guī)范》GB50312-2007的要求。需統(tǒng)統(tǒng)一考慮其走走向和相互間間的距離，使使各種室內(nèi)布布線合理。最最低的要求是是，將這些系系統(tǒng)穿金屬管管或采用有金金屬外皮的電電纜，并可靠靠接地。防雷電波侵入入和雷擊電磁磁脈沖的措施施防雷電波侵入入和雷擊電磁磁脈沖的措施施（4）安裝電涌保保護(hù)器的要求求古建內(nèi)不應(yīng)隨隨便引入架空空電力線、通通訊線纜；如如果架空引入入時，必須在在進(jìn)戶處加裝裝適配的低壓壓避雷器。對所安裝防雷雷設(shè)施的要求：盡可能采取既既安全又隱蔽蔽的施工工藝藝技術(shù)，以不不影響古建的的建筑藝術(shù)風(fēng)風(fēng)格和觀瞻為為原則。綜述（1）從古建筑物物的整體風(fēng)貌貌，到大量的的珍貴木刻、、磚雕、繪畫畫等藝術(shù)品，，許多都是無無價之寶，是是世界人類文文化珍貴遺產(chǎn)產(chǎn)，多屬于國國家重點文物物保護(hù)單位。。因此，古建建筑物防雷，，須首先對古古建筑物有全全面了解，對對它的雷擊歷歷史、結(jié)構(gòu)特特性、自然環(huán)環(huán)境、地質(zhì)地地理、建筑物物內(nèi)的電器設(shè)設(shè)備、金屬器器物等等做出出全面分析，，統(tǒng)籌規(guī)劃古古建筑的防雷雷工程設(shè)計和和施工。（2）古建筑是不不可再生的資資源，一旦由由于保護(hù)不當(dāng)當(dāng)，造成不應(yīng)應(yīng)有的破壞，，責(zé)任重大。。因此，古建建筑防雷工程程的設(shè)計要遵遵循以保留古古建筑原狀為為準(zhǔn)則，堅持持古建筑保護(hù)護(hù)與環(huán)境保護(hù)護(hù)并重，遺產(chǎn)產(chǎn)保護(hù)與人身身保護(hù)并重，，應(yīng)因地制宜宜