從明祖陵文保所的服務(wù)中心防雷談古建筑及仿古建筑的防雷

錢紅

（淮陰工學(xué)院教育設(shè)計研究院,江蘇 淮安 223001）

從明祖陵文保所的服務(wù)中心防雷談古建筑及仿古建筑的防雷

錢紅

（淮陰工學(xué)院教育設(shè)計研究院,江蘇 淮安 223001）

中國的古建筑，是千年古國的一個縮影，其龐大的數(shù)量、各具特色的結(jié)構(gòu)、無法估量的歷史價值在中華民族悠久的發(fā)展史上占有特殊的地位。當(dāng)今旅游業(yè)發(fā)展迅速，各地風(fēng)景區(qū)大量興建仿古建筑，古建筑及仿古建筑被雷電擊毀或因雷電引起火災(zāi)被焚的事件有增加的趨勢，災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失也愈來愈嚴(yán)重。因此，古建筑及仿古建筑的防雷保護(hù)工作就顯得尤為重要。筆者根據(jù)盱眙明祖陵文物保護(hù)管理所的服務(wù)中心這個仿古建筑的具體工程實例，分析了古建筑及仿古建筑易遭雷擊的原因以及防雷現(xiàn)狀，提出古建筑及仿古建筑防雷的措施。

古建筑；仿古建筑；防雷設(shè)計；防雷措施

我國是一個歷史悠久的文明古國，在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。其獨有的建筑美學(xué)在世界建筑史上也是獨一無二的。

我國古代建筑非常推崇磚木結(jié)構(gòu)，以木質(zhì)材料為建筑物的梁、柱、門窗等，這種結(jié)構(gòu)也就決定了我國古建筑易于遭受雷擊并引起火災(zāi)。雷電災(zāi)害已成為古建筑遭受破壞的主要自然災(zāi)害?，F(xiàn)今中國的旅游市場蓬勃發(fā)展，在各地風(fēng)景區(qū)大量興建仿古建筑，隨著國家道路交通發(fā)展，人們對環(huán)境及健康的重視，利用節(jié)假日去旅游景區(qū)度假的人越來越多，景區(qū)的雷電隱患如不及時控制，將阻礙旅游業(yè)的安全發(fā)展。怎樣對這些古建筑及仿古建筑進(jìn)行防雷保護(hù)，已是一項重要的任務(wù)。

盱眙明祖陵文保所的服務(wù)中心位于盱眙縣郊區(qū)，明祖陵遺址旁，是一座仿古建筑。該處為江蘇省重點古文化保護(hù)單位，也是重要的休閑旅游勝地。它的周圍地勢空曠，基本是農(nóng)田、魚塘等，易受雷電侵襲。防雷措施尤為重要。

筆者在近兩年的設(shè)計工作中，積累了一點對古建筑及仿古建筑進(jìn)行防雷保護(hù)的心得，與大家分享。

一、古建筑易遭雷擊的原因

1.古建筑遭受雷擊的外部因素

我國古時候進(jìn)行大型土木建設(shè)之前，多進(jìn)行風(fēng)水考察，一般都會遵循依山傍水的原則。很多古代建筑坐落名山，或依傍江湖。山區(qū)地形突出，水體周圍土壤較濕潤，導(dǎo)電性較好，這些區(qū)域在雷電發(fā)生之前，地表更容易聚積電荷遭受雷擊。

另外，現(xiàn)代化元素的引入增加了古建筑物遭雷擊的幾率。據(jù)調(diào)查了解，大多數(shù)國家、省、市級重點文物保護(hù)單位的古建筑物內(nèi)部增設(shè)了消防、報警、監(jiān)視系統(tǒng)等。而這些現(xiàn)代化弱電設(shè)施的引入給古建筑帶來了更多的雷電入侵通道，無疑增大了古建筑物遭雷擊的幾率。

2.古建筑遭受雷擊的內(nèi)部因素

雖然我國古建筑主體多以磚木結(jié)構(gòu)為主，但建筑物上也有不少裝飾物采用金屬材質(zhì)。建筑物最高處常安置一些寶盒之類的金屬物用于避邪，特別是一些古塔上有金屬熔鑄的寶頂，還有的建筑物屋面有金屬鏈條作裝飾用。這些金屬物均沒有作任何接地處理，而且通常都安置在建筑物的最頂端，只能增加建筑物遭受雷擊的概率。古建筑立柱和橫梁為粗大木料，天花板均為薄木板架于木棱木條之上，這些都是易于燃燒的木質(zhì)材料，一旦遭受雷擊，極易引起木質(zhì)構(gòu)件燃燒。

二、古建筑防雷保護(hù)的方式和方法

(一)安裝防雷裝置的原則

第一，在古建筑上安裝的防雷裝置不能對古建筑物本身造成損害。防雷裝置不是古建筑的一部分，這些裝置在古建筑物上固定、支撐、連接和敷設(shè)時，不能對古建筑物造成二次破壞。此外，古建筑年代久遠(yuǎn)，大部分建筑經(jīng)歷長年的風(fēng)雨侵蝕，質(zhì)地已經(jīng)脆弱不堪，不能因為施工不慎對古建筑物造成破壞。

第二，防雷裝置安裝后確實能對古建筑物起到防雷保護(hù)作用。

第三，安裝的防雷裝置要盡可能美觀，與古建筑的風(fēng)格樣式統(tǒng)一和諧。古建筑造型優(yōu)美、形態(tài)各異，具有很高的觀賞價值。因此，采用的防雷裝置應(yīng)盡可能做到與原古建筑融為一體，不能喧賓奪主。防雷裝置用與建筑物相近的色調(diào)，必要時還需偽裝處理，盡可能使其融入周圍環(huán)境。

（二）明祖陵文保所的服務(wù)中心防雷分類

筆者就所設(shè)計的盱眙明祖陵文保所的服務(wù)中心仿古建筑的防雷措施加以說明。該服務(wù)中心長39.9m，寬17.1m，高10.04m，內(nèi)部設(shè)有售票處、游客休息處、當(dāng)?shù)靥禺a(chǎn)銷售處等，人員比較密集，且位于盱眙縣郊區(qū)，曠野孤立，防雷級別較高。

1．雷擊概率計算

按淮安市雷電活動強度計算雷擊地面年平均密度[次 /km2·a]：

Ng=0.9072[次 /km2·a]

建筑物雷擊概率： N=KNgAe

式中，N:為建筑物預(yù)計雷擊次數(shù)(次/a)，k為校正系數(shù)(因位于曠野孤立，選取 2)，A為建筑物雷擊等效面積。

當(dāng)建筑物高度H小于100m，其每邊的擴大寬度D和等效面積A，按下式計算:

式中，D為每邊擴大寬度 (m)，L，W，H分別為建筑物長、寬、高 (m)(這里取區(qū)域最大值，分別為39.9m、17.1m、10.04m)，由以上公式計算得:雷擊次數(shù)N:=0.0631次/a。

2.防雷等級劃分及防雷的特殊做法

根據(jù)國家現(xiàn)行《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB5OO57—94(2000版)，建筑物的防雷分類根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求可分為3類。參照其中第2.0.3條第8款，計算所得年預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.06次；參照第2.0.3條第1款，盱眙明祖陵文保所的服務(wù)中心建筑群防雷類別應(yīng)為2類。

筆者認(rèn)為，該建筑不能單純按照現(xiàn)代建筑防雷設(shè)計，而應(yīng)該結(jié)合明祖陵文保所的服務(wù)中心的特殊性進(jìn)行設(shè)計，具體分為防直擊雷、側(cè)擊雷、電源系統(tǒng)防雷、等電位處理及接地系統(tǒng)。通過以上措施將建筑物及通過各種管線導(dǎo)入建筑物的雷電流、電磁波安全地導(dǎo)入大地，避免和減少建筑物及內(nèi)部設(shè)施和人員受到損壞和傷亡。

根據(jù)雷擊規(guī)律，古建筑最容易遭受雷擊的部位是垂脊或正脊、屋頂端檐和屋頂上的各式吻獸。應(yīng)沿著這些突出部位敷設(shè)避雷帶和安裝避雷短針。避雷帶用來保護(hù)建筑物和按滾球法套算被保護(hù)的區(qū)域，避雷短針主要用來保護(hù)各式脊上安裝的各式吻獸和飾物。為了最大限度地體現(xiàn)建筑物景觀，本來避雷帶應(yīng)該沿脊、檐瓦下暗敷設(shè)，但考慮該建筑物附近游人多、場地狹窄，雷擊易造成覆瓦脫落、弄傷游人；再者，根據(jù)查閱資料，厚度約在2cm左右的琉璃瓦(筒瓦)在干燥狀態(tài)情況下，絕緣強度為31.4KV/cm，絕緣電阻為600mΩ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的絕緣擊穿強度15KV/cm，避雷帶暗敷在琉璃瓦下不起接閃作用的。所以與各部門經(jīng)多次商討最終還是選擇明裝。

(1)盱眙明祖陵文保所的服務(wù)中心仿古建筑是按2類防雷保護(hù)的建筑，在其屋角、屋脊等易受雷擊的部位明敷設(shè)避雷網(wǎng)，組成網(wǎng)格不超過10m×10m或12m×8m；避雷帶采用Φ10.0mm鍍鋅圓鋼(部份為24×4mm鍍鋅扁鋼)，高出屋脊150mm敷設(shè)，每間隔300mm用一個特制的卡子卡住脊梁固定，接口處雙面背接，背接長度大于60mm,檐口等處如需在瓦上鉆孔，用木螺加橡膠墊固定，避雷帶刷兩遍暗紅防銹漆，既起到防銹作用，又因其色與琉璃瓦色較近，看上去和建筑屋頂混為一色。其引下線間距不大于18 m，每根引下線的沖擊接地電阻不應(yīng)大于10歐。

(2)屋頂端檐上安裝的寶鼎等飾物,如其是金屬所制且其壁厚符合做接閃器的要求,則直接與避雷帶連接作接閃器；如其為陶、瓷等非金屬材料，則在其一側(cè)做避雷短針保護(hù)，高度以剛好能達(dá)到保護(hù)對象為佳，安裝位置以隱蔽為宜，因不便于維修和養(yǎng)護(hù)，固強度與耐腐性均要求甚嚴(yán)，故放棄現(xiàn)代建筑中避雷短針采用的圓鋼，改選用紫銅圓棒，既保證質(zhì)量又與屋面顏色協(xié)調(diào)。

(3)接地實施方式參照《古建筑物防雷做法》圖集號99D501-1第 2-10。

盱眙明祖陵文保所的服務(wù)中心仿古建筑物屋面敷設(shè)避雷帶接閃器，設(shè)引下線與接地網(wǎng)可靠相聯(lián)。接地極不用現(xiàn)代建筑的做法，即采用基礎(chǔ)鋼筋大于Φ16.0mm可靠焊連成一環(huán)行接地體，該建筑群防雷接地網(wǎng)材料改采用SRB336銅包鋼接地極，接地極間距20-30米，頂端距地面0.8米，與銅包鋼絞線120焊接成一環(huán)行接地體。銅包鋼接地極是一種雙金屬復(fù)合材料，是將銅與鋼兩種金屬通過特殊的工藝加工而成的復(fù)合導(dǎo)體。該導(dǎo)體既有鋼的高強度、較大的熱阻和高導(dǎo)磁特性，又有銅的良好導(dǎo)電性能和優(yōu)良的抗腐蝕性能。

銅包鋼由于其制造工藝獨特、防腐特性更優(yōu)、電氣性能更佳、外觀美觀及減小雷電感應(yīng)，故用銅包鋼作為古建筑的接地極、接地線，其可靠性更高。

三、在古建筑物上及仿古建筑安裝防雷設(shè)備需注意如下幾個問題

(1)避雷針設(shè)置于古建筑塔頂?shù)?，通常采用雙支接閃器，且避雷針需與避雷帶相聯(lián)，引下線與接地網(wǎng)相連。

(2)有銅寶頂?shù)慕ㄖ锘蚪ㄖ斢薪饘傥菝嫫浜穸葷M足規(guī)范，可利用銅寶頂或金屬屋頂接閃器，焊接引下線接地網(wǎng)。

(3)采用避雷帶時，沿輪廓用避雷線繞一圈，須離開構(gòu)件10-15cm，用卡子卡牢。

(4)引下線安裝，根據(jù)對古建筑的裝飾要求，并考慮易于檢查施工的不同情況敷設(shè)。當(dāng)引下線沿古建筑輪廓彎曲時，應(yīng)保證其彎曲段開口部分的直線距離，并避免彎折成直角或銳角。

(5)接地體敷設(shè)沿人行道旁的土地，距離建筑物的邊沿不小于3m。建筑群接地體及接地線組合成閉合形。

四、防雷設(shè)施的維護(hù)

(1)每年定期測量防雷裝置的電阻值，看是否滿足要求，建立定期防雷檢測制度，以便發(fā)現(xiàn)問題及時整改；

(2)如電阻值不滿足要求，需檢查是否由于修繕古建筑和建筑物本身變形引起防雷裝置的保護(hù)情況發(fā)生變化；

(3)檢查有無因挖土方，有無深陷情況，敷設(shè)其他管線或種植樹木而挖斷接地裝置；

(4)檢查各處明裝導(dǎo)體有無因銹蝕或機械力的損傷而折斷的情況；

(5)檢查接閃器有無因遭受雷擊而熔斷或折斷的情況；

(6)檢查引下線的絕緣保護(hù)處理有無破壞。

隨著國家道路交通發(fā)展，人們對環(huán)境及健康越來越重視，利用節(jié)假日去旅游景區(qū)度假的人越來越多，景區(qū)的雷電隱患如不及時控制，將阻礙旅游業(yè)的安全發(fā)展。按照古建筑物防雷裝置設(shè)施的安裝敷設(shè)和保護(hù)與古建筑原有風(fēng)貌相協(xié)調(diào)原則，研究雷電活動規(guī)律，綜合集成雷電攔截、古建筑物防雷裝置設(shè)施建設(shè)等技術(shù)，建立適合于古建筑及仿古建筑的雷電防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對減少雷電災(zāi)害、保障古建筑及仿古建筑安全、促進(jìn)和諧社會建設(shè)有重要的現(xiàn)實意義。

［1］石擁軍，李建宇.古建筑防雷略論［J］.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2004，(12):33-35.

［2］尚杰，于暉.現(xiàn)代條件下的古建筑防雷［J］.氣象科技，2007，(35):57-62.

TU

A

1673-0046（2010）11-0156-02