園林建筑的防雷設計探討

上海市園林工程有限公司 上海 200083

1 中國園林建筑特點

我國園林建筑在世界建筑史上是獨樹一幟的，按外形上區分主要有廡殿式、歇山式、懸山式、硬山式；按屋頂形式區分有攢尖頂、卷棚頂等；按格局區分有殿、堂、樓、閣、亭、榭、廊、廈、坊、塔等；按建筑層級區分有單檐、重檐，以及多檐。由于風水及文化原因有很多園林建筑都建造在山頂及偏僻之處，周圍沒有相對高大的樹木及構筑物，正因為上述建筑獨特的造型以及特殊的地理位置，造成了此類建筑相對易遭雷擊的可能性。

2 木質結構園林建筑防雷[1-6]

2.1 木質園林古建筑特點

我國木質結構園林建筑物的建筑材料主要有木材和磚瓦2 種，建筑的屋架結構主要為木結構。木結構起著承重、支撐，和維持整體建筑物的作用。梁、柱、斗、栱、檁、椽、窗、扉主要材質均為木材。有些建筑物部位會用金屬材料裝飾。某種程度上來說此類建筑物應為絕緣或半絕緣物體。雖然經歷了成百上千年，并沒有采用任何防雷措施，有些古建筑還是以比較好的狀態存在。但是這并不說明這些建筑能避免雷電的襲擊，木結構雖然絕緣，但并不一定能防雷，相反的遭受雷擊的古建筑也有很多，如1976年6月28日，全國重點文物保護單位、河北省易縣清西陵崇陵東配殿遭受雷擊起火，五間殿宇被毀；1987年8月24日，北京故宮博物院景陽宮遭受雷擊引起火災，景陽宮是紫禁城重要殿之一，火災中使局部建筑燒毀；等等。另外也有部分建筑往往會建立在相對較偏僻、地勢較高，或山或水體附近，不同土壤電阻也提供此類建筑不同的受雷擊率。

2.2 木質結構園林建筑防雷設計

首先現行防雷設計主要將防雷標準《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010）作為建筑物防雷標準執行。將防雷要求分為一、二、三類。

其次根據《古建筑木結構維護與加固技術規范》（GB 50165—1992）第5.3.1條規定，古建筑的防雷，根據其文物價值與雷害后果分為三類。第一類，國家級重點保護的古建筑；第二類，省、自治區、直轄市保護的古建筑物；第三類，其他古建筑。

然后將現行防雷規范與古建筑分類相結合，GB 50165—1992第5.3.4條第一款作了如下規定：防雷裝置的選擇與構造要求，對第一類古建筑，應專門研究，對第二類古建筑，應按第一類民用建筑考慮，對第三類古建筑，應按第二類民用建筑考慮。根據國家現行建筑物防雷設計規范（GB 50057—2010）第3章關于建筑物的防雷分類對于古建筑的防雷等級劃分為一、二、三類防雷3 個等級。

2.3 木質結構園林建筑防雷措施

為了和下文的混凝土結構園林建筑防雷設計相比較，這里主要選擇第三類古建筑，以木質結構園林建筑的三類防雷建筑設計作為參照。

2.3.1 接閃器

木質結構園林建筑防雷設計一般采用避雷帶和避雷針（圖1），材料為圓鋼或扁鋼。避雷帶沿建筑物屋脊的輪廓進行敷設。避雷針安裝在正脊上突出的尖塔、寶頂。尖塔和寶頂處如為金屬外層，其厚度大于4 mm時可作為接閃器用，但必須和避雷帶相連。為了與古建建筑相匹配，不影響建筑外部景觀，避雷針和避雷帶的顏色也一般與建筑物周邊的顏色色調保持一致。

避雷帶相互連接形成避雷網（接閃網），按照三類防雷要求。接閃網應在整個屋面組成不大于20 mm×20 mm或24 mm×16 mm的網格。所以現場在建筑不能到達該要求時也應該增設接閃帶數量，以滿足防雷接閃網的要求。

圖1 木質結構建筑接閃器示意

2.3.2 引下線

根據防雷規范三類防雷建筑物專設引下線不應少于2 根，且引下線平均間距不應大于25 m，同樣為了不破壞建筑外部景觀，木質結構園林建筑在引下線的敷設時，一般應避開建筑物的正面，引下線采用明敷設方式以最短的路徑，在建筑物外立面的4 個角、側面、后面等不容易被人察覺到的地方安裝。且敷設應盡量平直，無彎分段固定。并在引下線距地0.3～1.8 m處裝設斷接卡。并采用鍍鋅鋼管或硬塑料套管進行保護（圖2）。

圖2 引下線示意

2.3.3 接地裝置

三類防雷建筑接地體電阻不應大于10 歐姆，如前文所述，由于環境條件原因，一般園林建筑所在的地理條件的土壤電阻較高，且木質結構園林建筑一般本身無接地體，所以需要增設人工接地體。木質結構園林建筑接地裝置應圍繞該建筑就近埋設。 且應做成閉合環形接地體并做到等電位連接。

3 混凝土結構園林建筑防雷

3.1 混凝土結構園林建筑特點

相比上述的木質結構園林建筑防雷，混凝土結構園林建筑的防雷有很大的不同。混凝土結構的主要構件有板、梁和柱，均配有受力或構造鋼筋。這些構件連接成一個牢固的整體，這樣上部結構就形成了一個鋼筋骨架。在混凝土結構中，鋼筋的連接可采用綁扎搭接、機械連接或焊接在節點處板、梁和柱上，建筑物的鋼筋得到了有效的連接，同時在各構件中對鋼筋的連接也有相應要求。上部結構完全可以滿足電氣通路要求。此外、這類園林建筑結構多采用獨立基礎，有時還增設地圈梁，而柱子的鋼筋必須是深入基礎并可與基礎配筋相連，這部分結構還能與上部的鋼筋骨架有很好的橋接。因此，導電的路徑在鋼筋混凝土結構中能夠保證，換句話說此類建筑都為防雷措施的布設提供了很好的先決條件。

3.2 混凝土結構園林建筑防雷設計

混凝土結構園林建筑的防雷設計原理可以借鑒木質園林結構的防雷設計，但由于建筑材料和結構形式的不一樣。此類建筑在防雷設計上也有很大的不同。其防雷標準也應該沿用現行防雷標準《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010），并將此類建筑物的防雷等級劃分為一、二、三類。

3.3 混凝土結構園林建筑防雷措施

下面通過筆者設計的江蘇省鹽城大洋灣櫻花公園的賞櫻亭的防雷設施，來對混凝土結構園林建筑防雷設計進行分析。江蘇省鹽城雷暴日數為32.5 d/a，該建筑年預計雷擊次數為0.0201，所以該建筑為三類防雷。

3.3.1 接閃器

賞櫻亭的防直擊雷設計采用在建筑物屋頂裝設避雷針和避雷帶做接閃器防雷，避雷帶采用熱鍍鋅扁鋼鋼暗敷。由于采用暗敷，所以部分鋼筋連接處需要土建預埋，接閃網的網格均應小于20 m×20 m或24 m×16 m，凡突出屋面的所有金屬構件，均應與其鄰近避雷帶可靠焊接連通（且焊接點不得少于二處），組成一個完整的避雷網，避雷帶及有關構件必須做防腐處理。

圖3 賞櫻亭接閃器布設示意

3.3.2 引下線

同樣根據防雷規范，三類防雷建筑物專設引下線不應少于2 根，賞櫻亭利用柱體結構內2 根主鋼筋（2Φ16 mm）暗敷引下（共8 組），作為防雷引下線。因為本建筑防雷引下線間距均小于25 m，所以能滿足防雷要求，上端與避雷帶接閃器焊接連通，下端與基礎接地網焊接連通，形成良好的電氣通路。防雷體系的鋼筋均可靠焊接，并在有接地檢測電阻處距室外地坪0.5 m處設1塊100 mm×100 mm×6 mm預埋鋼板與引下線焊接作接地電阻測試點。

圖4 賞櫻亭防雷設計立面示意

3.3.3 接地裝置

賞櫻亭接地極利用其基礎底板主鋼筋及樁基內主鋼筋作為基礎接地網，引下線上端與避雷帶連接，下端與接地極連接。基礎內主鋼筋按柱網焊通，所有焊接的鋼筋應焊接成閉合回路，作為環形接地體。按照三類防雷規范要求接地電阻也不應大于10 歐姆，如果不能滿足要求，則引下線3 m范圍內地表層敷設厚15 cm礫石層。

4 結語

通過木質結構園林建筑和混凝土園林建筑防雷設計的比較可以看出。由于建筑結構和材料不一樣，所以采取的防雷措施是有很大差異的。木質結構園林建筑由于本身沒有電氣通路，所以其防雷接閃帶通常需要明敷，在建筑的四周需要增設防雷引下線，其次由于土壤電阻較大，一般情況下需要另外增設人工接地體。這樣在某種程度上對建筑外觀肯定是會造成一定破壞的。另外由于大部分防雷設施外露，如果長期受環境影響，也會帶來一些危險性（如引下線），防雷效果也會有所減弱。

混凝土結構園林建筑由于本身內部由鋼筋互相連接，板、梁和柱均配有受力或構造鋼筋，柱子的鋼筋也是深入基礎并可與基礎配筋相連，這樣就形成了一個良好電氣導電通路。一般情況下防雷設計后外觀不容易受到破壞。且基礎內的鋼筋與大地相連，接地電阻本身就相對較小，只有在達不到相應的防雷等級接地電阻大小要求時，才增設人工接地體。所以從防雷設計的角度來說，混凝土結構園林建筑是優于木質結構園林建筑的。