康 強(qiáng)，鄧寧文，葉木林

1.廣西壯族自治區(qū)防雷中心，廣西 南寧 530022

2.鄂州市氣象局，湖北 鄂州 436000

0 引言

為努力建設(shè)文化大縣和在全國群眾文化先進(jìn)縣中舞好傳統(tǒng)文化的龍頭，浦北縣縣委、縣政府決定通過各種方式籌集資金建設(shè)浦北縣城文昌塔。整個(gè)項(xiàng)目由某古建園林工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)，然而他們并非專業(yè)防雷設(shè)計(jì)單位，對(duì)防雷接地設(shè)計(jì)較為隨意，沒有針對(duì)性、可操作性差，因此，我公司針對(duì)項(xiàng)目仿古建筑物的特點(diǎn)派專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行實(shí)地勘察，有針對(duì)性地對(duì)浦北縣城文昌塔仿古建筑物進(jìn)行了雷電防護(hù)設(shè)計(jì)并對(duì)工程進(jìn)行了實(shí)施。

浦北縣文昌塔仿古建筑物為觀光塔，是全國的第五座文昌塔，但其規(guī)格最高、規(guī)模最大、藝術(shù)水平最高的文昌塔。塔共9層，結(jié)構(gòu)高度為48.88m，結(jié)構(gòu)體系為混凝土框架結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)代建筑物相比，仿古建筑物外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，防雷裝置安裝不容易。

1 文昌塔仿古建筑物防雷類別的確定

根據(jù)規(guī)范“古建筑的防雷，根據(jù)其文物價(jià)值與雷害后果分為三類：第一類：國家級(jí)重點(diǎn)保護(hù)的古建筑。第二類：省、自治區(qū)、直轄市保護(hù)的古建筑；第三類：其它古建筑”及“古建筑防雷裝置的選擇與構(gòu)造要求，對(duì)一類古建筑，應(yīng)專門研究；對(duì)二類古建筑，應(yīng)按第一類民用建筑考慮；對(duì)三類古建筑，應(yīng)按第二類民用建筑考慮”， 浦北縣文昌塔仿古建筑物為三類古建筑物，其防雷等級(jí)按二類防雷建筑物考慮。

2 文昌塔仿古建筑物防雷措施

目前古（仿古）建筑物設(shè)計(jì)主要采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-1994（2000）及《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范》GB50165。在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)建筑物所處環(huán)境，氣象地理?xiàng)l件對(duì)多方面的因素進(jìn)行綜合考慮，防雷設(shè)計(jì)是一個(gè)整體的概念，既包括建筑物本身，又包括建筑物內(nèi)部的設(shè)備及人員，以及建筑物周圍的環(huán)境及樹木。其防護(hù)效果直接關(guān)系到整個(gè)區(qū)域的安全，如處理不當(dāng)，很可能造成火災(zāi)，甚至人生安全。針對(duì)文昌塔的防雷要求，我們分別從現(xiàn)代防雷技術(shù)的三個(gè)方面外部防雷保護(hù)、內(nèi)部防雷保護(hù)和LEMP防護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

2.1 外部防雷保護(hù)

外部防雷主要是指防護(hù)建筑物及室外設(shè)施免受直擊雷的危害所采用的外部防雷裝置，主要有接閃器，引下線和接地裝置三部分，其主要作用是由接閃器接閃雷電通過引下線引流到接地裝置，并能過接地裝置將雷電流散流到大地中去。

2.1.1 避雷針、避雷帶的裝設(shè)

由于文昌塔有她獨(dú)特的建筑風(fēng)格及建筑美學(xué)，所以在屋頂?shù)谋芾揍樇案鲗拥谋芾讕П仨毰c文昌塔渾然一體。

避雷針：利用塔頂?shù)慕饘賹氻敚ń饘賹雍穸却笥?mm）作為避雷針，安裝在文昌塔的塔頂、金屬寶頂?shù)鬃捎莽?2熱鍍鋅圓鋼與3根引下線柱結(jié)構(gòu)鋼筋可靠焊接作為接閃器泄流通道。

避雷帶：在文昌塔的塔頂，采取Ф12熱鍍鋅圓鋼沿琉璃瓦輪廓彎曲敷設(shè)，形成環(huán)形避雷帶。避雷帶，支撐卡明設(shè)（各支架采取防水措施，孔內(nèi)空隙用高標(biāo)水泥漿填實(shí)到孔口，在孔口封灌防水膠）；避雷帶必須與3根引下線柱結(jié)構(gòu)鋼筋焊接；

2.1.2 引下線的裝設(shè)

引下線是雷電流的通路，根據(jù)分流原理，引下線數(shù)量越多，每根引下線所通過的雷電流就越小，這樣一來就可以減少雷電反擊及二次雷電的危害，因此應(yīng)盡可能多的設(shè)置引下線。對(duì)于二類防雷建筑物引下線不大于18m的要求，塔半徑為8m,應(yīng)該設(shè)置3根避雷針引下線，引下線沿塔均勻布置；利用塔樓外側(cè)3大結(jié)構(gòu)柱內(nèi)的2根Ф16mm以上規(guī)格主鋼筋作為雷電泄流引下線，通長焊接，并在各層平臺(tái)上用Ф12mm的熱鍍鋅圓鋼從2根Ф16mm柱主筋焊出預(yù)留點(diǎn)，供各層避雷帶接地用，同時(shí)在一層外側(cè)的引下線在距地500mm處預(yù)留測(cè)試板或盒。

2.1.3 接地體的布置

根據(jù)浦北縣文昌塔《巖土工程勘察報(bào)告》，文昌塔所建場(chǎng)地自上而下主要由平均厚度0.48m的素填土，主要成份粘性土和較多礫砂顆粒；平均厚度13.92m的砂質(zhì)粘性土，主要成份粘性土和含較多石英粗礫砂顆粒；平均厚度7.12m強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成；采用文納四極法測(cè)出視土壤電阻率高達(dá)2500Ω·m，土壤電阻率較高。而某古建園林工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)“要求接地電阻不大于 1歐姆，實(shí)測(cè)不滿足要求時(shí)，增設(shè)人工接地極”。這一設(shè)計(jì)對(duì)于技術(shù)經(jīng)濟(jì)來說十分不合理。眾所周知，接地裝置的接地電阻主要由接地體的幾何尺寸和土壤電阻率確定，對(duì)降低文昌塔的接地電阻，我們采取了如下措施與方法：

1）充分利用建筑物自然接地體，將混泥土基礎(chǔ)鋼筋通長焊接并采用40×4熱鍍鋅扁鋼引出四個(gè)點(diǎn)與人工接地體連接，這在技術(shù)上是容易實(shí)現(xiàn)的，而且節(jié)約鋼材；

2）深井接地措施，在水平接地體四周增設(shè)垂直接地極是降低接地電阻的有效方法之一，因此在水平地網(wǎng)四周增設(shè)4口30m的深井接地極，作為降低電阻值的主要措施；

3）施放接地降阻劑，根據(jù)計(jì)算垂直接地體接地電阻的公式知道，當(dāng)使用降阻劑后，相當(dāng)于增加了導(dǎo)體的直徑，從而使接地電阻減小，達(dá)到降低接地電阻的目的。R接地電阻，為土壤電阻率，L為接地體長度，r為接地體等效半徑。

2.1.4 側(cè)擊雷與球雷的防護(hù)

古建筑物防側(cè)擊雷，要根據(jù)所在地地理位置來決定。對(duì)于周圍空曠，或建在山區(qū)的古建筑物應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定，確實(shí)需要的可以每隔6m沿建筑物四周設(shè)置圈式防雷均壓帶，并使均壓帶和建筑物四周的所有金屬物均與防雷接地可靠連接。防球雷的最好措施是安裝金屬屏蔽網(wǎng)并可靠接地，最低要求是把建筑物的所有門窗都裝上玻璃，使其沒有孔洞，以防球雷沿孔洞鉆進(jìn)室內(nèi)。此外，還應(yīng)注意附近高大樹木引來的球雷，要考慮樹木與建筑物的安全距離。

文昌塔建立在文昌公園的至高點(diǎn)，塔高9層，結(jié)構(gòu)高度為48.88m，屬于獨(dú)立的仿古高塔，塔身的上部應(yīng)有防側(cè)擊的措施。除頂層裝避雷帶外，為防側(cè)擊雷在各層檐安裝避雷帶。如圖2所示，采取Ф12熱鍍鋅圓鋼沿各層琉璃瓦輪廓彎曲敷設(shè)，在塔樓各層屋面形成環(huán)形避雷帶，避雷帶，支卡明設(shè)（各支架采取防水措施，孔內(nèi)空隙用高標(biāo)水泥漿填實(shí)到孔口，在孔口封灌防水膠）；在不同標(biāo)高將防側(cè)擊雷的避雷帶與從結(jié)構(gòu)鋼筋焊接引出的Ф12熱鍍鋅圓鋼焊接。文昌塔四周5m內(nèi)無高大樹木。不存在雷擊樹木對(duì)文昌塔的反擊問題。

2.2 內(nèi)部防雷措施

內(nèi)部防雷裝置的作用是減少建筑物內(nèi)的雷電流和所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)以及防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害。為達(dá)到此目的所采用的設(shè)施均為內(nèi)部防雷裝置，它包括等電位連接、屏蔽、加裝避雷器以及合理布線和良好接地等措施。針對(duì)文昌塔主要如下措施：

1）等電位聯(lián)結(jié)：在電源進(jìn)線配電室處間設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)端子板MEB。將設(shè)備機(jī)殼、電源PE線、電涌保護(hù)器的接地線、較大的金屬物以及從LPZOA區(qū)進(jìn)入LPZO1區(qū)的各類金屬管就近連接到端子或等電位連接線上，樓梯金屬扶手、等電位連接端子采用-40×4鍍鋅扁鋼與防雷接地裝置連接；

2）屏蔽：對(duì)進(jìn)入文昌塔的電源線、信號(hào)線等穿鋼管直接埋地引入，其埋地長度不應(yīng)小于15m。在低壓電源架空電纜埋地前，應(yīng)安裝符合Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)的電涌保護(hù)器。信號(hào)線在室內(nèi)進(jìn)入設(shè)備端安裝適配的信號(hào)電涌保護(hù)器；

3）防接觸電壓危害：每條引下線，在地面以上1.8米加裝絕緣套管，以防止接觸電壓對(duì)人員的傷害；

4）防跨步電壓：在地面下，圍繞建筑物四周做閉合環(huán)形接地體，在該接地體包圍的地面上電位基本均衡，防止了雷電流入地后產(chǎn)生的跨步電壓對(duì)人員的傷害。引下線與接地體間的接地引線、接地體的敷設(shè)，要符合GB50057-94第4.3.5條的規(guī)定。

3 檢測(cè)

為更好的做好防雷安全保護(hù)工作，應(yīng)建立定期技術(shù)檢測(cè)制度，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改、解決；實(shí)施避雷設(shè)施跟蹤技術(shù)檢測(cè)，每年至少檢修一次，以防人為和非人為因素破壞。

4 結(jié)論

現(xiàn)代防雷技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是全方位防護(hù)，綜合治理、層層設(shè)防，把防雷看作一個(gè)系統(tǒng)工程。文物古建筑是國家重要和珍貴的文化遺產(chǎn)，具有不可復(fù)原性，古建筑的防雷安全工作并非小事。因此，避雷設(shè)施建設(shè)應(yīng)是文物保護(hù)基本建設(shè)的項(xiàng)目。全社會(huì)都應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)古建筑雷電災(zāi)害憂患意識(shí)，切實(shí)做好古文物建筑的防雷安全保護(hù)工作。

[1]紀(jì)天斌主編.故宮消防.紫禁城出版社，2005.

[2]古舊建筑防雷設(shè)計(jì)與施工技術(shù)方法.

[3]石擁軍，等.古建筑物防雷略論，2004.

[4]建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50057-94（2000版）.

[5]古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范 GB50165-92.

[6]古建筑防雷設(shè)計(jì)措施初探.