古建筑防雷工程设计与施工技术讲义

古建筑防雷工程设计与施工技术郭红晨河南省防雷中心2012年手机号建筑防雷工程设计与施工技术探讨

我国是一个历史悠久文明古国，在这几千年璀璨的历史长河中，我们的祖先为我们留下为数众多、造型各异的古建筑。这些古建筑种类繁多，结构独特，是古代工程技术、建筑艺术与工艺和人类创造智慧的结晶，是前人认识社会、创造居住环境的重要体现和历史见证，是不可再生的，任何损坏和破坏都将无法弥补。

雷电是古建文物遭受自然灾害破坏的主要原因之一。除造成直接损毁外，因我国传统古建筑多为木结构，雷击还易导致古建筑起火造成大面积损失。中国古建筑种类繁多、造型各异、结构独特，因此防雷设计和施工须根据其特点进行，使安装的防雷设施既安全可靠、又美观隐蔽。让古建筑物获取最大的美观和最可靠的安全保障。本文根据所接触过的古建筑物防雷工程设计和施工及从事防雷工程多年的实践经验，就古建筑物防雷设计和施工技术措施，浅谈一些经验体会与大家共同探讨研究一、我国古建筑物的特点我国古建筑以木材、砖瓦为主要建筑材料，以木构架结构为主要的结构方式，木结构作为建筑物的基本骨架，起到支撑屋面、承重和维持结构等作用，其中粗大的木材作为建筑物的梁、柱等，边材作为建筑物的门窗等物。砖石作为建筑物的墙体，起来承重、分隔的作用，同时砖石也可铺作地板，埋设成为建筑物周边的基台。其平面布局以“间”为单座建筑单位，再以单座建筑组成庭院，进而组成各种形式的建筑群落。古建筑平面呈圆形、正方形、十字形等几何形状。屋顶造型各异、种类繁多，主要有庑殿、歇山、悬山、硬山、攒尖、卷棚等形式。屋顶中直线和曲线组合，形成向上翘的飞檐，不但扩大了采光面、有利于雪、雨水排泄，而且增添了建筑物的美感。我国古建筑在进行设计时都十分注意周围的山川形势、地理特点、气候条件、水体、林木植被等，务使建筑布局、形式、色调等跟周围的环境相适应，而相互融合为一体。二、古建筑物易遭受雷击的原因分析古建筑物遭受雷击的外部因素分析

1、古建筑物多数建在地势较高的山上，或建在山脚边或者水体附近，是不同导电土壤相接、土壤电阻发生畸变的地方，易遭雷电侵袭。

2、现代化元素的引入增加了古建筑物遭雷击的几率。二、古建筑物易遭受雷击的原因分析古建筑物易遭受雷击的原因分析古建筑遭受雷击的内部因素分析1、我国的古建筑绝大多数为砖木结构，这些也都是极易燃烧的材料。一旦遭受雷击，极易引起木质构件燃烧。2、多数古建筑物大殿正脊中部埋设有用于辟邪金属宝盒，有的建筑物屋顶内部还有锡背，铜质宝顶，还有的建筑物屋面有金属链条作装饰用。这些金属物均没有任何接地处理，而且通常都安置在建筑物的最顶端，这些金属物都大大增加了建筑物遭受雷击的概率。3、从结构上看，古代建筑多以坡屋顶为主，坡度较大，且大多有高翘的飞檐和高耸的屋顶且屋脊比较多。而这些高翘的飞檐，高耸的屋脊也正好为带电云层放电创造条件。古建筑物防雷现状分析有相当一部分古建筑缺少有效的防雷保护措施，或防雷措施不完善。国内尚无关于古建筑的防雷规范和标准，简单地应用现代建筑防雷措施安装在古建筑物上的防雷装置，既影响了古建原有的艺术风貌，也降低了其防雷效果。古建筑防雷类别的划分古建筑防雷类别的定性划分参照国家现行《建筑物防雷设计规范》、《古建筑木结构维护与加固技术规范》，古建筑防雷类别应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，宜划分为三个防雷类别。被联合国教科文组织列入“世界文化遗产”目录的和属于国家级重点文物保护的古建筑；省、自治区和直辖市级重点文物保护单位的古建筑；市县级文物保护的古建筑三类。当古建筑为园林式群体建筑时，应以其中最高类别来确定。古建筑防雷类别的划分古建筑防雷类别的定量划分计算古建物的年预计雷击次数定量划分对于园林式的古建群落，应以其占地面积换算成规则几何图形的面积来计算，其高度则以该古建群落中最高建筑（或者为古树）的高度来确定。古建筑直直击雷防防护装置置的形式式接闪器古建筑防防雷工程程设计和和施工中中，须遵遵守不改改变文物物原状的的文物保保护原则则。选择择使用接接闪器的的颜色应应与古建建筑物相相应位置置的颜色色协调一一致。既既要做到到保证其其防雷效效果，也也要做到到不影响响古建筑筑的外观观与其周周围环境境协调一一致；并并尽可能能做到避避免对古古建筑造造成破坏坏。选用避雷雷带作为为其接闪闪器时，，宜使用用铜质材材料，而而不使用用热镀锌锌钢材。。在古建筑筑物上敷敷设避雷雷带，其其支持卡卡子不能能靠在古古建筑上上打孔来来固定，，这会破破坏古建建筑，可可以采用用U型（抱箍箍式）固固定件、、固定螺螺丝与瓦瓦面之间间应加橡橡胶垫进进行保护护[5]，接闪导导线的固固定支件件的高度度不宜小小于150mm，可选用用25mm×4mm的热镀锌锌钢。攒尖顶古古建筑物物接闪器器的敷设设古建筑直直击雷防防护装置置的形式式引下线古建筑物物引下线线敷设时时，应避避开建筑筑物的正正面，尽尽量在建建筑物的的侧面、、后面等等不经常常被人注注意到的的地方敷敷设；并并做到分分段固定定，并以以最短路路径敷设设到接地地体，敷敷设应平平正顺直直、无急急弯。。引下线可可选热镀镀锌钢材材或铜材材。木立立柱引下下时，，采用环环形抱箍箍固定。。古建筑直直击雷防防护装置置的形式式接地装置置接地装置置的材料料选择和和现代建建筑物类类似，采采用热镀镀锌角钢钢和扁钢钢敷设就就行。古古建筑接接地装置置的形式式，要充充分考虑虑古建周周围场地地、环境境施工时时受局限限的情况况，应本本着为节节约经费费和有利利于防止止跨步电电压危害害的原则则。采用A型接地装装置（见见图3A型）。反反之，在在土壤电电阻率较较高和古古建筑周周围较空空旷且便便于施工工时，可可采用B型接地装装置（见见图3B型）。敷设时还还需注意意接地装装置与地地下管线线路的安安全距离离。注意意在进行行接地施施工时应应避免掘掘到地宫宫或其他他文物，，在挖掘掘之前要要进行仔仔细勘测测。接地地装置开开挖时，，需对地地面所敷敷设的古古砖、石石做好方方位标记记和编号号，回填填时，将将其恢复复原貌。。古建筑物物防侧击击雷、球球雷措施施古建筑物物防侧击击雷，要要根据古古建的地地理位置置和其遭遭雷历史史来决定定。一般般情况下下，位于于城市里里的古建建筑物一一般不需需要设防防侧击雷雷；对建建在海拔拔较高的的山体、、水体附附近的且且较为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设置环环形避雷雷带，并并使环形形避雷带带和古建建四周的的金属窗窗等与防防雷引下下线可靠靠连接。。而防球球雷的最最好措施施是对古古建上的的开放式式门、窗窗安装金金属屏蔽蔽网并可可靠接地地，但古古建有时时是很难难做到的的。比较较适宜的的方法是是把古建建的所有有窗都装装上玻璃璃，并应应注意在在雷雨天天紧闭门门窗，以以防球雷雷的进入入室内。。古树的的防雷雷技术术措施施被列为为国家家级文文物保保护单单位的的名贵贵古树树，也也是防防雷的的保护护对象象之一一。一一般情情况下下，古古树的的防雷雷往往往在树树上做做防雷雷装置置，即即在古古树树树冠的的主要要干叉叉上装装设圆圆钢制制成的的避雷雷针，，支持持其避避雷针针的支支承杆杆必须须固定定在树树干上上，因因为树树木要要逐渐渐长粗粗，因因此支支承杆杆的抱抱箍以以及固固定引引下线线的抱抱箍必必须做做成能能松紧紧的圆圆形卡卡箍，，以便便不影影响树树木的的生长长；引引下线线用绝绝缘软软铜线线上端端与接接闪器器电气气连接接、中中间部部分弯弯曲布布设，，并与与树根根附近近的环环形（（B型）人人工垂垂直接接地极极连接接。对古树树群或或者古古建筑筑群可可在古古树群群或者者古建建筑群群的中中央部部位设设置不不影响响古建建筑整整体观观瞻的的仿真真树（（仿真真树太太高就就和周周围环环境不不协调调）形形式的的避雷雷针，，使周周边古古树或或者古古建筑筑群在在其保保护范范围内内古建筑筑群可可在古古树群群或者者古建建筑群群的中中央部部位设设置不不影响响古建建筑整整体观观瞻的的仿真真树（（仿真真树太太高就就和周周围环环境不不协调调）形形式的的避雷雷针，，使周周边古古树或或者古古建筑筑群在在其保保护范范围内内仿真树树防雷雷设施施古树的的防雷雷技术术措施施通过实实践，，我们们认为为，对对于古古建筑筑群、、古树树群或或无法法在其其上敷敷设避避雷带带或架架立避避雷针针，且且其自自身高高度低低于20米时，，使用用常规规避雷雷针难难于将将被保保护的的古建建筑群群落、、古树树群置置于保保护范范围内内，可可采用用仿真真树树树顶安安装具具有提提前放放电功功能的的避雷雷针，，以达达到不不增加加接闪闪杆高高度而而扩大大保护护范围围的目目的。。用这这种方方式保保护古古建筑筑既不不影响响其原原貌也也与周周围环环境协协调一一致。。防雷电电波侵侵入和和雷击击电磁磁脉冲冲的措措施当古建建筑内内安装装有低低压电电气系系统和和（或或）电电子系系统时时，古古建筑筑内有有大型型金属属构件件或存存有体体积较较大的的金属属物体体时，，应有有防雷雷电波波侵入入和雷雷击电电磁脉脉冲（（LEMP）的技技术措措施。。如采采取等等电位位连接接措施施和在在低压压电气气系统统及电电子系系统中中安装装电涌涌保护护器（（SPD）等。。防LEMP的主要要技术术措施施为：：等电电位连连接、、屏蔽蔽、综综合布布线和和安装装SPD。防雷电电波侵侵入和和雷击击电磁磁脉冲冲的措措施（1）等电电位连连接要要求古建筑筑上和和其内内有金金属物物体，，如金金属宝宝顶、、宝盒盒、锡锡被、、铜被被等金金属物物，要要和防防雷装装置作作等电电位连连接。。同时时还需需考虑虑到古古建筑筑檐下下的防防鸟铁铁丝网网（主主要是是指引引下线线均与与防鸟鸟铁丝丝网连连成一一体，，构成成一个个等电电位体体）、、所有有金属属管线线的屏屏蔽层层、设设备金金属外外壳等等设施施的等等电位位连接接。控制机机房（（如监监控、、消防防）的的等电电位连连接，，应根根据电电子系系统的的工作作频率率分别别采用用星形形（S型）结结构或或网形形（M型）结结构。。（2）屏蔽蔽要求求对于进进入古古建筑筑的供供电线线路、、电话话线等等不宜宜架空空引入入。当当其架架空引引入时时，应应在进进入古古建筑筑前用用埋地地电缆缆或穿穿金属属管屏屏蔽埋埋地引引入，，并在在进入入古建建筑物物时与与古建建筑的的防雷雷装置置相连连。（3）综合合布线线要求求建筑物物内传传输网网络的的综合合布线线施工工应符符合现现行国国家标标准《综合布布线系系统工工程验验收规规范》GB50312-2007的要求求。需需统一一考虑虑其走走向和和相互互间的的距离离，使使各种种室内内布线线合理理。最最低的的要求求是，，将这这些系系统穿穿金属属管或或采用用有金金属外外皮的的电缆缆，并并可靠靠接地地。防雷电电波侵侵入和和雷击击电磁磁脉冲冲的措措施防雷电电波侵侵入和和雷击击电磁磁脉冲冲的措措施（4）安装装电涌涌保护护器的的要求求古建内内不应应随便便引入入架空空电力力线、、通讯讯线缆缆；如如果架架空引引入时时，必必须在在进户户处加加装适适配的的低压压避雷雷器。。对所安安装防防雷设设施的的要求：：尽可能能采取取既安安全又又隐蔽蔽的施施工工工艺技技术，，以不不影响响古建建的建建筑艺艺术风风格和和观瞻瞻为原原则。。综述（1）从古古建筑筑物的的整体体风貌貌，到到大量量的珍珍贵木木刻、、砖雕雕、绘绘画等等艺术术品，，许多多都是是无价价之宝宝，是是世界界人类类文化化珍贵贵遗产产，多多属于于国家家重点点文物物保护护单位位。因因此，，古建建筑物物防雷雷，须须首先先对古古建筑筑物有有全面面了解解，对对它的的雷击击历史史、结结构特特性、、自然然环境境、地地质地地理、、建筑筑物内内的电电器设设备、、金属