古建筑防雷工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)講義

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

我國(guó)是一個(gè)歷史悠久文明古國(guó)，在這幾千年璀璨的歷史長(zhǎng)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(dú)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(shí)社會(huì)、創(chuàng)造居住環(huán)境的重要體現(xiàn)和歷史見(jiàn)證，是不可再生的，任何損壞和破壞都將無(wú)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(guó)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(guó)古建筑種類繁多、造型各異、結(jié)構(gòu)獨(dú)特，因此防雷設(shè)計(jì)和施工須根據(jù)其特點(diǎn)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(guò)的古建筑物防雷工程設(shè)計(jì)和施工及從事防雷工程多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就古建筑物防雷設(shè)計(jì)和施工技術(shù)措施，淺談一些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)與大家共同探討研究一、我國(guó)古建筑物的特點(diǎn)我國(guó)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(lái)承重、分隔的作用，同時(shí)磚石也可鋪?zhàn)鞯匕澹裨O(shè)成為建筑物周邊的基臺(tái)。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(guó)古建筑在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)都十分注意周圍的山川形勢(shì)、地理特點(diǎn)、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(shì)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(guó)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(méi)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(guó)內(nèi)尚無(wú)關(guān)于古建筑的防雷規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)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(guó)家現(xiàn)行《建筑物防雷設(shè)計(jì)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(gè)防雷類別。被聯(lián)合國(guó)教科文組織列入“世界文化遺產(chǎn)”目錄的和屬于國(guó)家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的古建筑；省、自治區(qū)和直轄市級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)單位的古建筑；市縣級(jí)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(shí)，應(yīng)以其中最高類別來(lái)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(jì)算古建物的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)定量劃分對(duì)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(lái)計(jì)算，其高度則以該古建群落中最高建筑（或者為古樹(shù)）的高度來(lái)確定。古建筑直直擊雷防防護(hù)裝置置的形式式接閃器古建筑防防雷工程程設(shè)計(jì)和和施工中中，須遵遵守不改改變文物物原狀的的文物保保護(hù)原則則。選擇擇使用接接閃器的的顏色應(yīng)應(yīng)與古建建筑物相相應(yīng)位置置的顏色色協(xié)調(diào)一一致。既既要做到到保證其其防雷效效果，也也要做到到不影響響古建筑筑的外觀觀與其周周圍環(huán)境境協(xié)調(diào)一一致；并并盡可能能做到避避免對(duì)古古建筑造造成破壞壞。選用避雷雷帶作為為其接閃閃器時(shí)，，宜使用用銅質(zhì)材材料，而而不使用用熱鍍鋅鋅鋼材。。在古建筑筑物上敷敷設(shè)避雷雷帶，其其支持卡卡子不能能靠在古古建筑上上打孔來(lái)來(lái)固定，，這會(huì)破破壞古建建筑，可可以采用用U型（抱箍箍式）固固定件、、固定螺螺絲與瓦瓦面之間間應(yīng)加橡橡膠墊進(jìn)進(jìn)行保護(hù)護(hù)[5]，接閃導(dǎo)導(dǎo)線的固固定支件件的高度度不宜小小于150mm，可選用用25mm×4mm的熱鍍鋅鋅鋼。攢尖頂古古建筑物物接閃器器的敷設(shè)設(shè)古建筑直直擊雷防防護(hù)裝置置的形式式引下線古建筑物物引下線線敷設(shè)時(shí)時(shí)，應(yīng)避避開(kāi)建筑筑物的正正面，盡盡量在建建筑物的的側(cè)面、、后面等等不經(jīng)常常被人注注意到的的地方敷敷設(shè)；并并做到分分段固定定，并以以最短路路徑敷設(shè)設(shè)到接地地體，敷敷設(shè)應(yīng)平平正順直直、無(wú)急急彎。。引下線可可選熱鍍鍍鋅鋼材材或銅材材。木立立柱引下下時(shí)，，采用環(huán)環(huán)形抱箍箍固定。。古建筑直直擊雷防防護(hù)裝置置的形式式接地裝置置接地裝置置的材料料選擇和和現(xiàn)代建建筑物類類似，采采用熱鍍鍍鋅角鋼鋼和扁鋼鋼敷設(shè)就就行。古古建筑接接地裝置置的形式式，要充充分考慮慮古建周周圍場(chǎng)地地、環(huán)境境施工時(shí)時(shí)受局限限的情況況，應(yīng)本本著為節(jié)節(jié)約經(jīng)費(fèi)費(fèi)和有利利于防止止跨步電電壓危害害的原則則。采用A型接地裝裝置（見(jiàn)見(jiàn)圖3A型）。反反之，在在土壤電電阻率較較高和古古建筑周周圍較空空曠且便便于施工工時(shí)，可可采用B型接地裝裝置（見(jiàn)見(jiàn)圖3B型）。敷設(shè)時(shí)還還需注意意接地裝裝置與地地下管線線路的安安全距離離。注意意在進(jìn)行行接地施施工時(shí)應(yīng)應(yīng)避免掘掘到地宮宮或其他他文物，，在挖掘掘之前要要進(jìn)行仔仔細(xì)勘測(cè)測(cè)。接地地裝置開(kāi)開(kāi)挖時(shí)，，需對(duì)地地面所敷敷設(shè)的古古磚、石石做好方方位標(biāo)記記和編號(hào)號(hào)，回填填時(shí)，將將其恢復(fù)復(fù)原貌。。古建筑物物防側(cè)擊擊雷、球球雷措施施古建筑物物防側(cè)擊擊雷，要要根據(jù)古古建的地地理位置置和其遭遭雷歷史史來(lái)決定定。一般般情況下下，位于于城市里里的古建建筑物一一般不需需要設(shè)防防側(cè)擊雷雷；對(duì)建建在海拔拔較高的的山體、、水體附附近的且且較為孤孤立高大大的古建建筑物（（如古塔塔），可可以每隔隔6m沿古建四四周外伸伸的脊檐檐設(shè)置環(huán)環(huán)形避雷雷帶，并并使環(huán)形形避雷帶帶和古建建四周的的金屬窗窗等與防防雷引下下線可靠靠連接。。而防球球雷的最最好措施施是對(duì)古古建上的的開(kāi)放式式門、窗窗安裝金金屬屏蔽蔽網(wǎng)并可可靠接地地，但古古建有時(shí)時(shí)是很難難做到的的。比較較適宜的的方法是是把古建建的所有有窗都裝裝上玻璃璃，并應(yīng)應(yīng)注意在在雷雨天天緊閉門門窗，以以防球雷雷的進(jìn)入入室內(nèi)。。古樹(shù)的的防雷雷技術(shù)術(shù)措施施被列為為國(guó)家家級(jí)文文物保保護(hù)單單位的的名貴貴古樹(shù)樹(shù)，也也是防防雷的的保護(hù)護(hù)對(duì)象象之一一。一一般情情況下下，古古樹(shù)的的防雷雷往往往在樹(shù)樹(shù)上做做防雷雷裝置置，即即在古古樹(shù)樹(shù)樹(shù)冠的的主要要干叉叉上裝裝設(shè)圓圓鋼制制成的的避雷雷針，，支持持其避避雷針針的支支承桿桿必須須固定定在樹(shù)樹(shù)干上上，因因?yàn)闃?shù)樹(shù)木要要逐漸漸長(zhǎng)粗粗，因因此支支承桿桿的抱抱箍以以及固固定引引下線線的抱抱箍必必須做做成能能松緊緊的圓圓形卡卡箍，，以便便不影影響樹(shù)樹(shù)木的的生長(zhǎng)長(zhǎng)；引引下線線用絕絕緣軟軟銅線線上端端與接接閃器器電氣氣連接接、中中間部部分彎彎曲布布設(shè)，，并與與樹(shù)根根附近近的環(huán)環(huán)形（（B型）人人工垂垂直接接地極極連接接。對(duì)古樹(shù)樹(shù)群或或者古古建筑筑群可可在古古樹(shù)群群或者者古建建筑群群的中中央部部位設(shè)設(shè)置不不影響響古建建筑整整體觀觀瞻的的仿真真樹(shù)（（仿真真樹(shù)太太高就就和周周圍環(huán)環(huán)境不不協(xié)調(diào)調(diào)）形形式的的避雷雷針，，使周周邊古古樹(shù)或或者古古建筑筑群在在其保保護(hù)范范圍內(nèi)內(nèi)古建筑筑群可可在古古樹(shù)群群或者者古建建筑群群的中中央部部位設(shè)設(shè)置不不影響響古建建筑整整體觀觀瞻的的仿真真樹(shù)（（仿真真樹(shù)太太高就就和周周圍環(huán)環(huán)境不不協(xié)調(diào)調(diào)）形形式的的避雷雷針，，使周周邊古古樹(shù)或或者古古建筑筑群在在其保保護(hù)范范圍內(nèi)內(nèi)仿真樹(shù)樹(shù)防雷雷設(shè)施施古樹(shù)的的防雷雷技術(shù)術(shù)措施施通過(guò)實(shí)實(shí)踐，，我們們認(rèn)為為，對(duì)對(duì)于古古建筑筑群、、古樹(shù)樹(shù)群或或無(wú)法法在其其上敷敷設(shè)避避雷帶帶或架架立避避雷針針，且且其自自身高高度低低于20米時(shí)，，使用用常規(guī)規(guī)避雷雷針難難于將將被保保護(hù)的的古建建筑群群落、、古樹(shù)樹(shù)群置置于保保護(hù)范范圍內(nèi)內(nèi)，可可采用用仿真真樹(shù)樹(shù)樹(shù)頂安安裝具具有提提前放放電功功能的的避雷雷針，，以達(dá)達(dá)到不不增加加接閃閃桿高高度而而擴(kuò)大大保護(hù)護(hù)范圍圍的目目的。。用這這種方方式保保護(hù)古古建筑筑既不不影響響其原原貌也也與周周圍環(huán)環(huán)境協(xié)協(xié)調(diào)一一致。。防雷電電波侵侵入和和雷擊擊電磁磁脈沖沖的措措施當(dāng)古建建筑內(nèi)內(nèi)安裝裝有低低壓電電氣系系統(tǒng)和和（或或）電電子系系統(tǒng)時(shí)時(shí)，古古建筑筑內(nèi)有有大型型金屬屬構(gòu)件件或存存有體體積較較大的的金屬屬物體體時(shí)，，應(yīng)有有防雷雷電波波侵入入和雷雷擊電電磁脈脈沖（（LEMP）的技技術(shù)措措施。。如采采取等等電位位連接接措施施和在在低壓壓電氣氣系統(tǒng)統(tǒng)及電電子系系統(tǒng)中中安裝裝電涌涌保護(hù)護(hù)器（（SPD）等。。防LEMP的主要要技術(shù)術(shù)措施施為：：等電電位連連接、、屏蔽蔽、綜綜合布布線和和安裝裝SPD。防雷電電波侵侵入和和雷擊擊電磁磁脈沖沖的措措施（1）等電電位連連接要要求古建筑筑上和和其內(nèi)內(nèi)有金金屬物物體，，如金金屬寶寶頂、、寶盒盒、錫錫被、、銅被被等金金屬物物，要要和防防雷裝裝置作作等電電位連連接。。同時(shí)時(shí)還需需考慮慮到古古建筑筑檐下下的防防鳥(niǎo)鐵鐵絲網(wǎng)網(wǎng)（主主要是是指引引下線線均與與防鳥(niǎo)鳥(niǎo)鐵絲絲網(wǎng)連連成一一體，，構(gòu)成成一個(gè)個(gè)等電電位體體）、、所有有金屬屬管線線的屏屏蔽層層、設(shè)設(shè)備金金屬外外殼等等設(shè)施施的等等電位位連接接。控制機(jī)機(jī)房（（如監(jiān)監(jiān)控、、消防防）的的等電電位連連接，，應(yīng)根根據(jù)電電子系系統(tǒng)的的工作作頻率率分別別采用用星形形（S型）結(jié)結(jié)構(gòu)或或網(wǎng)形形（M型）結(jié)結(jié)構(gòu)。。（2）屏蔽蔽要求求對(duì)于進(jìn)進(jìn)入古古建筑筑的供供電線線路、、電話話線等等不宜宜架空空引入入。當(dāng)當(dāng)其架架空引引入時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)在進(jìn)進(jìn)入古古建筑筑前用用埋地地電纜纜或穿穿金屬屬管屏屏蔽埋埋地引引入，，并在在進(jìn)入入古建建筑物物時(shí)與與古建建筑的的防雷雷裝置置相連連。（3）綜合合布線線要求求建筑物物內(nèi)傳傳輸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的綜合合布線線施工工應(yīng)符符合現(xiàn)現(xiàn)行國(guó)國(guó)家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《綜合布布線系系統(tǒng)工工程驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)規(guī)范》GB50312-2007的要求求。需需統(tǒng)一一考慮慮其走走向和和相互互間的的距離離，使使各種種室內(nèi)內(nèi)布線線合理理。最最低的的要求求是，，將這這些系系統(tǒng)穿穿金屬屬管或或采用用有金金屬外外皮的的電纜纜，并并可靠靠接地地。防雷電電波侵侵入和和雷擊擊電磁磁脈沖沖的措措施防雷電電波侵侵入和和雷擊擊電磁磁脈沖沖的措措施（4）安裝裝電涌涌保護(hù)護(hù)器的的要求求古建內(nèi)內(nèi)不應(yīng)應(yīng)隨便便引入入架空空電力力線、、通訊訊線纜纜；如如果架架空引引入時(shí)時(shí)，必必須在在進(jìn)戶戶處加加裝適適配的的低壓壓避雷雷器。。對(duì)所安安裝防防雷設(shè)設(shè)施的的要求：：盡可能能采取取既安安全又又隱蔽蔽的施施工工工藝技技術(shù)，，以不不影響響古建建的建建筑藝藝術(shù)風(fēng)風(fēng)格和和觀瞻瞻為原原則。。綜述（1）從古古建筑筑物的的整體體風(fēng)貌貌，到到大量量的珍珍貴木木刻、、磚雕雕、繪繪畫(huà)等等藝術(shù)術(shù)品，，許多多都是是無(wú)價(jià)價(jià)之寶寶，是是世界界人類類文化化珍貴貴遺產(chǎn)產(chǎn)，多多屬于于國(guó)家家重點(diǎn)點(diǎn)文物物保護(hù)護(hù)單位位。因因此，，古建建筑物物防雷雷，須須首先先對(duì)古古建筑筑物有有全面面了解解，對(duì)對(duì)它的的雷擊擊歷史史、結(jié)結(jié)構(gòu)特特性、、自然然環(huán)境境、地地質(zhì)地地理、、建筑筑物內(nèi)內(nèi)的電電器設(shè)設(shè)備、、金屬