姜海靈　趙海江　郭硯茗

摘 要：古建筑一般是指古人遺留下來的具有較長歷史年代的寺、廟、殿、樓、塔等建筑，它是研究古代社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)、文化藝術(shù)、宗教信仰的歷史資料，也是人類文化遺產(chǎn)的瑰寶。目前大部分古建筑物未得到有效地防雷保護(hù)，保護(hù)古建筑物的防雷意識(shí)還比較淡薄，手段相對(duì)滯后，防雷裝置設(shè)施不完善，雷電災(zāi)害仍在不斷發(fā)生。該文就關(guān)于古建筑的防雷評(píng)估及雷電防護(hù)措施進(jìn)行了闡述，為避免雷擊對(duì)古建筑的危害，減少不必要的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，起到一定的作用。

關(guān)鍵詞：古建筑 雷電評(píng)估 防雷保護(hù)

中圖分類號(hào)：TU89 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（c）-0100-04

Abstract：Ancient buildings generally referred to the temple，tower building and so on that had a long history.They were considered the historical data of the study of ancient society，politics，economy，culture and art，religious belief，and also the the human's treasures of cultural heritage.At present，most of the ancient buildings have not been effectively lightning protection.The protection of ancient buildings was relatively weak，the means were relatively lagging behind and lightning protection device was not perfect.So lightning disasters were still occurring.The assessment on lightning protection and lightning protection measures about the ancient architecture were described in order to avoid the damage of lightning to the ancient buildingsa and reduce unnecessary losses of casualties and property.

Key Words：Ancient buildings；Lightning assessment；Lightning protection

雷電是自然界中極為壯觀的聲、光、電現(xiàn)象。在我國大部分地區(qū)，雷電經(jīng)常出現(xiàn)在春夏、夏秋這些氣溫變化較劇烈的季節(jié)。雷電破壞力極大，有時(shí)使建筑物遭受破壞，有時(shí)使電子信息系統(tǒng)遭受損壞，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和人民生活造成嚴(yán)重危害。

近年來，對(duì)建筑物防雷保護(hù)的研究越來越多[1]，但專門針對(duì)古建筑物的雷電防御研究甚少。中國的古建筑物以其龐大的數(shù)量、各具特色的結(jié)構(gòu)、無法估量的歷史價(jià)值而在中華民族悠久的發(fā)展史上占有特殊的地位[2]。因此，做好古建筑物的保護(hù)工作就顯得尤為重要，尤其是古建筑物的防雷保護(hù)。但這里強(qiáng)調(diào)，防止或減少雷擊古建筑所造成的無法估量的文物損失，是因?yàn)榫湍壳暗臓顩r，尚沒有100%的把握避免雷電造成的災(zāi)害，只能是防止或減少。

1 古建筑物的特點(diǎn)及存在的隱患

由于古建筑多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)隱患較大[3]，一旦遭受雷擊起火，火勢急易蔓延，可能造成難以挽回的損失。而我國現(xiàn)存古建筑的防雷設(shè)施還存在許多問題，比如防雷引下線少，不易采取均衡電位措施，沒有防球形雷的措施等。

1.1 古建筑物防雷隱患分析

由于古建筑物結(jié)構(gòu)、用途、性質(zhì)及所建地理環(huán)境與一般建筑物不同，所以極容易遭受雷擊。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）古建筑物大多數(shù)建在地勢較高的山上，或建在土壤電阻率有突變的山腳邊及地勢較為開闊的區(qū)域，易被雷電侵襲。

（2）從結(jié)構(gòu)上看，為了體現(xiàn)建筑的雄偉、挺拔，古建筑物都建有高聳的屋脊，而這些高聳的屋脊也正好為帶電云層放電創(chuàng)造了極好的條件。

（3）多數(shù)古建筑物大殿正脊中部都埋設(shè)有金屬寶盒，有的建筑物屋頂內(nèi)部還有錫背，這些金屬物都大大增加了建筑物接閃放電的可能性。

（4）古建筑絕大多數(shù)為磚木結(jié)構(gòu)，一旦遭受雷擊，極易引起木質(zhì)構(gòu)件部位的燃燒。

1.2 古建筑物防雷現(xiàn)存缺陷分析

（1）未進(jìn)行防雷保護(hù)設(shè)施的安裝：雖然1982年11月19日《中華人民共和國文物保護(hù)法》頒布后，全國部分省、市開始對(duì)古建筑物根據(jù)其重要性陸續(xù)補(bǔ)做防雷裝置，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前大約還有三分之二的古建筑物未設(shè)防雷裝置。

（2）已有防雷設(shè)施未達(dá)到防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：部分通過修建、改建、擴(kuò)建的古建筑物以及較高的寶塔類型建筑物多數(shù)進(jìn)行安裝了防雷裝置，從實(shí)際檢測發(fā)現(xiàn)，這些古建筑物的防雷裝置還存在著不少缺陷[4]。如：接閃器大多采用“蘇式”長針，對(duì)易受雷擊部分保護(hù)布設(shè)不到位；防雷引下線少；接地引下線過長，獨(dú)立垂直接地體數(shù)量少，接地裝置位置不適宜；無均壓環(huán)措施；無防球雷措施；室內(nèi)外的電氣管線路及設(shè)備與防雷系統(tǒng)的距離不夠等；一些單位在設(shè)計(jì)防雷方案時(shí)因?qū)纂姎夂颦h(huán)境影響缺乏認(rèn)識(shí)，降低了建筑物的防雷類別，從而降低了防雷安全系數(shù)。

（3）與現(xiàn)代建筑物相比，大多古建筑物周圍的地理環(huán)境、地質(zhì)條件不理想，建筑物的外形結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。因此，給古建筑物防雷裝置的施工安裝帶來了一定的難度，防雷效果相對(duì)現(xiàn)代建筑物要差一些。

（4）古建筑物防雷裝置設(shè)施的安裝敷設(shè)與保護(hù)古建筑原有風(fēng)貌相矛盾，影響了防雷設(shè)施的安裝與使用。

2 古建筑物防雷指導(dǎo)意見

（1）對(duì)古建筑物進(jìn)行防雷保護(hù)的過程中，本著修舊如舊的原則，對(duì)其外形不能有破壞，在接地過程中盡量采用相連的一些金屬下水管道對(duì)大部分的雷擊電流進(jìn)行泄放入地。一定要做注意做好接地引線的屏蔽工作，使它盡量不要在雷電泄放的過程中引起火災(zāi)等情況的出現(xiàn)。

（2）在對(duì)古建筑物進(jìn)行現(xiàn)代防雷的過程中，可以盡量采用對(duì)它原有的古老建筑風(fēng)格進(jìn)行保護(hù)，并對(duì)它原有的可以在現(xiàn)代直擊雷防護(hù)中起到功效的一些設(shè)施進(jìn)行保護(hù)維修，使這批古老的防雷措施可以繼續(xù)發(fā)揮它們的功效。對(duì)古建筑物進(jìn)行防雷整改時(shí)，主要應(yīng)對(duì)建筑物主體的防直擊雷及其內(nèi)部的電源系統(tǒng)、弱電監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護(hù)進(jìn)行全面考慮設(shè)計(jì)。

（3）古建筑物完工后，禁止在項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)私自設(shè)置、搭接各類線路，確保防雷工程的完整性。

3 古建筑物直擊雷的防護(hù)措施

3.1 古建筑物接閃器的設(shè)計(jì)

為保持古建筑物的藝術(shù)特點(diǎn)，接閃器宜采用接閃帶與短支針的組合[5]，并宜在敷設(shè)有引下線屋角的接閃帶上焊接30～50cm左右的短支針，以便有效接閃雷電泄流人地。根據(jù)雷擊規(guī)律，接閃帶應(yīng)沿正脊、垂脊、屋檐等易受雷擊的部位敷設(shè)。為減小雷電流產(chǎn)生的電動(dòng)力危害，在敷設(shè)接閃帶時(shí)應(yīng)盡量避免直、銳角彎曲，即采用圓弧形彎曲，使其接閃帶彎曲的弦長應(yīng)大于對(duì)應(yīng)弧長的十分之一。

高度低于15m古建筑可以在距離古建筑不小于5m地方借用高大樹木，在樹木上裝設(shè)接閃針，引下線沿樹干敷設(shè)，沖擊接地電阻不大于10Ω，其接閃針保護(hù)按滾球法計(jì)算。如果古建筑上有金屬裝飾物等，盡量在不破壞古建筑的前提下，將所有金屬裝飾物與接閃帶做等電位連接，如果古建筑上有吻獸，可以把吻獸等電位連接，使吻獸起到接閃短針的作用。在屋脊、屋檐上敷設(shè)接閃帶之外，還可以在脊頂、寶頂、獸頭、挑檐等處用Φ16的以上的紫銅棒做接閃小針并且接閃帶材質(zhì)選擇好與古建筑相協(xié)調(diào)。

古建筑群多屬木結(jié)構(gòu)或獸頭、屋脊較多的特殊結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)計(jì)加裝接閃短針或接閃帶保護(hù)，一般不要加裝獨(dú)立接閃針和接閃塔。

根據(jù)古建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其用途，屋面宜采用直徑大于Φ8的紫銅做混合接閃器，即在建筑物屋面沿建筑物屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊部位敷設(shè)接閃帶和接閃網(wǎng)組成混合接閃器，接閃器采用接閃帶的方式在各建筑頂部的正脊、垂脊、屋檐檐安裝，使其形狀與建筑物的外形達(dá)到一致，在視覺上形成一個(gè)整體。接閃帶網(wǎng)格的尺寸不大于10m×10m或12m×8m，對(duì)于直擊雷進(jìn)行防護(hù)。

為保持美觀，避免生銹更換，接閃帶支撐架建議采用不銹鋼材質(zhì)。統(tǒng)一使用的材料規(guī)格為：接閃帶支架應(yīng)采用不小于Ф8的不銹鋼圓鋼，其與建筑物接觸的底面應(yīng)做成與建筑物形狀相同的底座，使其與建筑物有良好的支撐（其具體形狀可參考右圖）。接閃帶支架高度應(yīng)不低于150mm，接閃帶在建筑物外邊沿或女兒墻上的投影距外邊沿不大于100mm。接閃帶應(yīng)沿古建筑的正脊、垂脊、屋檐等易受雷擊的部位敷設(shè)。為減小雷電流產(chǎn)生的電動(dòng)力危害，在敷設(shè)接閃帶時(shí)應(yīng)盡量避免直、銳角彎曲，應(yīng)采用圓弧形彎曲，使其接閃帶彎曲的弦長應(yīng)大于對(duì)應(yīng)弧長的十分之一。接閃帶應(yīng)沿古建筑物的輪廓彎曲，應(yīng)高出正脊、垂脊、屋檐的高度，以及其上的吻獸和斜脊的走獸等10cm的高度。

3.2 古建筑物引下線的設(shè)計(jì)

防雷引下線根數(shù)少，雷電流分流就小，每根引下線所承受的雷電流就越大，容易產(chǎn)生雷電反擊和雷電二次效應(yīng)危害。因此，在布設(shè)引下線時(shí)盡量多設(shè)幾根，盡量利用建筑物的柱子和鋼筋。但古建筑物多為磚木結(jié)構(gòu)，故只能采用明敷引下線。敷設(shè)時(shí)應(yīng)注意做到引下線對(duì)稱分布，在間距符合規(guī)范的前提下，盡可能多設(shè)幾根引下線。為減少引下線自身電感所引起的雷電感應(yīng)過壓，應(yīng)以最短的接地路徑敷設(shè)。引下線彎曲應(yīng)采用“軟連接”的弧形彎曲。在引下線距地面1.8m～0.3 m處應(yīng)有良好的保護(hù)覆蓋物，避免與游客接觸產(chǎn)生接觸電壓危害。

古建筑物多為磚木結(jié)構(gòu)，故采用明敷加防護(hù)套管的保護(hù)措施，將防護(hù)套管的表面涂上與建筑物的相近顏料，盡量不影響建筑外觀并應(yīng)以最短的接地路徑敷設(shè)。

明敷時(shí)應(yīng)注意引下線要對(duì)稱，沿古建筑輪廓彎曲，并保證其彎曲段開口部分的直線距離，不小于彎曲全長的1/10，不應(yīng)彎成折角或直角，彎曲應(yīng)采用弧形彎曲，引下線所用材質(zhì)應(yīng)與古建筑相協(xié)調(diào)。宜采用熱鍍鋅鋼筋作為引下線，通長焊接且引下線宜沿建筑物四周對(duì)稱布置。

焊接時(shí)應(yīng)注意搭接長度：扁鋼與扁鋼搭接為扁鋼寬度的2倍，不少于三面施焊；圓鋼與圓鋼搭接為圓鋼直徑的6倍，雙面施焊；圓鋼與扁鋼搭接為圓鋼直徑的6倍，雙面施焊；扁鋼和圓鋼與鋼管、角鋼互相焊接時(shí)，除應(yīng)在接觸部位兩側(cè)施焊外，還應(yīng)增加圓鋼搭接件，焊接處應(yīng)做防腐處理。

3.3 古建筑物接地裝置的設(shè)計(jì)

古建筑物接地裝置的布設(shè)應(yīng)根據(jù)其用途、性質(zhì)、地理環(huán)境和游客多少等情況來選擇結(jié)構(gòu)方式和位置。對(duì)重要的游客集中的古建筑物內(nèi)部應(yīng)做均壓措施。對(duì)寬度較窄的古建筑物可采用水平周圈式接地裝置，并注意接地裝置與地下管線路的安全距離。若達(dá)不到規(guī)范要求的一律連接成一體，構(gòu)成均壓接地網(wǎng)。這樣可以使到接地網(wǎng)界面以內(nèi)的電場分布比較均勻，可以減小跨步電壓對(duì)游客的危害，也可以減小室內(nèi)在被雷擊時(shí)由于地面電位梯度大而容易產(chǎn)生的反擊高壓危害。

接地裝置的布設(shè)應(yīng)根據(jù)其用途、性質(zhì)、地理環(huán)境和游客多少等情況來選擇接地方式和位置，對(duì)重要的游客集中的古建筑物內(nèi)部應(yīng)做均勻措施。為降低雷電跨步電壓對(duì)游客的危害，當(dāng)接地體距建筑物出入口或人行道小于3m時(shí)，接地體局部應(yīng)埋深1m以下，若埋深有困難，則應(yīng)敷設(shè)50～80mm厚的瀝青層，其寬度應(yīng)超過接地體2m。

接地位置的選擇應(yīng)盡量選擇古建筑兩側(cè)，陰面等游人相對(duì)較少或沒有觀景點(diǎn)和休息廳的偏僻處。要以垂直接地極為主，加大接地深度，以減少對(duì)古建筑內(nèi)部地表的破壞。

弱電設(shè)備的接地系統(tǒng)要和接閃帶等直接雷擊的接地系統(tǒng)間隔5m以上，否則要在地面下采取等電位連接措施。

該項(xiàng)目應(yīng)采用增加人工接地系統(tǒng)，若附近還有其它建（構(gòu)）筑物，則其接地裝置與本建筑物接地裝置之間的水平距離應(yīng)不小于20m，否則應(yīng)采取等電位聯(lián)結(jié)措施，形成聯(lián)合接地網(wǎng)。

3.4 古建筑物球形雷預(yù)防

對(duì)古建筑最難防的是球形雷，建議最好安裝金屬屏蔽網(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（最好有金屬網(wǎng)格），使其沒有孔洞，以防球形雷沿孔洞鉆進(jìn)古建筑內(nèi)，以至爆炸使古建筑部分損壞或造成人身傷亡。金屬窗要做等電位連接，一般在窗框或窗扇的四角處，采用鍍鋅扁鋼將框內(nèi)的襯鋼連為一個(gè)閉合體，通過四顆金屬連接螺絲與襯鋼接為一體，用16mm2多股銅線做等電位。此外，還應(yīng)注意附近高大樹木引來的球形雷，要考慮樹木與建筑物的安全距離，滿足樹干距古建筑不應(yīng)小于5m，樹冠距古建筑不應(yīng)小于3m。

古建筑物采取總等電位聯(lián)結(jié)措施和局部等電位聯(lián)結(jié)措施。各建筑物均應(yīng)設(shè)置人工環(huán)形接地聯(lián)結(jié)體，作總等電位聯(lián)結(jié)，利用建筑物四周的引下線在基礎(chǔ)沿建筑物外側(cè)焊接環(huán)通作為環(huán)形接地聯(lián)結(jié)體。

4 結(jié)語

綜上所述，雷電活動(dòng)高發(fā)、雷電災(zāi)害頻繁、雷擊造成人員傷亡、嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，這些現(xiàn)實(shí)充分說明：保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展安全和社會(huì)公共安全，迫切需要依靠科技進(jìn)步，在古建筑物雷電災(zāi)害防護(hù)方面上完善項(xiàng)目防雷設(shè)計(jì)，達(dá)到全面、系統(tǒng)、科學(xué)地防御雷電災(zāi)害的目的。

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