從明祖陵文保所的服務中心防雷談古建筑及仿古建筑的防雷

錢紅

（淮陰工學院教育設計研究院,江蘇 淮安 223001）

從明祖陵文保所的服務中心防雷談古建筑及仿古建筑的防雷

錢紅

（淮陰工學院教育設計研究院,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、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。當今旅游業(yè)發(fā)展迅速，各地風景區(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被焚的事件有增加的趨勢，災害造成的經(jīng)濟損失也愈來愈嚴重。因此，古建筑及仿古建筑的防雷保護工作就顯得尤為重要。筆者根據(jù)盱眙明祖陵文物保護管理所的服務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，以木質(zhì)材料為建筑物的梁、柱、門窗等，這種結(jié)構也就決定了我國古建筑易于遭受雷擊并引起火災。雷電災害已成為古建筑遭受破壞的主要自然災害。現(xiàn)今中國的旅游市場蓬勃發(fā)展，在各地風景區(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行防雷保護，已是一項重要的任務。

盱眙明祖陵文保所的服務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。

筆者在近兩年的設計工作中，積累了一點對古建筑及仿古建筑進行防雷保護的心得，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

我國古時候進行大型土木建設之前，多進行風水考察，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、市級重點文物保護單位的古建筑物內(nèi)部增設了消防、報警、監(jiān)視系統(tǒng)等。而這些現(xiàn)代化弱電設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)構件燃燒。

二、古建筑防雷保護的方式和方法

(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、連接和敷設時，不能對古建筑物造成二次破壞。此外，古建筑年代久遠，大部分建筑經(jīng)歷長年的風雨侵蝕，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作用。

第三，安裝的防雷裝置要盡可能美觀，與古建筑的風格樣式統(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中心防雷分類

筆者就所設計的盱眙明祖陵文保所的服務中心仿古建筑的防雷措施加以說明。該服務中心長39.9m，寬17.1m，高10.04m，內(nèi)部設有售票處、游客休息處、當?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中心建筑群防雷類別應為2類。

筆者認為，該建筑不能單純按照現(xiàn)代建筑防雷設計，而應該結(jié)合明祖陵文保所的服務中心的特殊性進行設計，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入建筑物的雷電流、電磁波安全地導入大地，避免和減少建筑物及內(nèi)部設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。應沿著這些突出部位敷設避雷帶和安裝避雷短針。避雷帶用來保護建筑物和按滾球法套算被保護的區(qū)域，避雷短針主要用來保護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，本來避雷帶應該沿脊、檐瓦下暗敷設，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，遠遠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中心仿古建筑是按2類防雷保護的建筑，在其屋角、屋脊等易受雷擊的部位明敷設避雷網(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，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，高度以剛好能達到保護對象為佳，安裝位置以隱蔽為宜，因不便于維修和養(yǎng)護，固強度與耐腐性均要求甚嚴，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中心仿古建筑物屋面敷設避雷帶接閃器，設引下線與接地網(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合導體。該導體既有鋼的高強度、較大的熱阻和高導磁特性，又有銅的良好導電性能和優(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，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備需注意如下幾個問題

(1)避雷針設置于古建筑塔頂?shù)模ǔ２捎秒p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。當引下線沿古建筑輪廓彎曲時，應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、防雷設施的維護

(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情況發(fā)生變化；

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

(4)檢查各處明裝導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施的安裝敷設和保護與古建筑原有風貌相協(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施建設等技術，建立適合于古建筑及仿古建筑的雷電防護技術標準，對減少雷電災害、保障古建筑及仿古建筑安全、促進和諧社會建設有重要的現(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