簡議古建筑防雷保護

姜海靈　趙海江　郭硯茗

摘 要：古建筑一般是指古人遺留下來的具有較長歷史年代的寺、廟、殿、樓、塔等建筑，它是研究古代社會政治經濟、文化藝術、宗教信仰的歷史資料，也是人類文化遺產的瑰寶。目前大部分古建筑物未得到有效地防雷保護，保護古建筑物的防雷意識還比較淡薄，手段相對滯后，防雷裝置設施不完善，雷電災害仍在不斷發生。該文就關于古建筑的防雷評估及雷電防護措施進行了闡述，為避免雷擊對古建筑的危害，減少不必要的人員傷亡和財產損失，起到一定的作用。

關鍵詞：古建筑 雷電評估 防雷保護

中圖分類號：TU89 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（c）-0100-04

Abstract：Ancient buildings generally referred to the temple，tower building and so on that had a long history.They were considered the historical data of the study of ancient society，politics，economy，culture and art，religious belief，and also the the human's treasures of cultural heritage.At present，most of the ancient buildings have not been effectively lightning protection.The protection of ancient buildings was relatively weak，the means were relatively lagging behind and lightning protection device was not perfect.So lightning disasters were still occurring.The assessment on lightning protection and lightning protection measures about the ancient architecture were described in order to avoid the damage of lightning to the ancient buildingsa and reduce unnecessary losses of casualties and property.

Key Words：Ancient buildings；Lightning assessment；Lightning protection

雷電是自然界中極為壯觀的聲、光、電現象。在我國大部分地區，雷電經常出現在春夏、夏秋這些氣溫變化較劇烈的季節。雷電破壞力極大，有時使建筑物遭受破壞，有時使電子信息系統遭受損壞，對國民經濟和人民生活造成嚴重危害。

近年來，對建筑物防雷保護的研究越來越多[1]，但專門針對古建筑物的雷電防御研究甚少。中國的古建筑物以其龐大的數量、各具特色的結構、無法估量的歷史價值而在中華民族悠久的發展史上占有特殊的地位[2]。因此，做好古建筑物的保護工作就顯得尤為重要，尤其是古建筑物的防雷保護。但這里強調，防止或減少雷擊古建筑所造成的無法估量的文物損失，是因為就目前的狀況，尚沒有100%的把握避免雷電造成的災害，只能是防止或減少。

1 古建筑物的特點及存在的隱患

由于古建筑多為木質結構，火災風險隱患較大[3]，一旦遭受雷擊起火，火勢急易蔓延，可能造成難以挽回的損失。而我國現存古建筑的防雷設施還存在許多問題，比如防雷引下線少，不易采取均衡電位措施，沒有防球形雷的措施等。

1.1 古建筑物防雷隱患分析

由于古建筑物結構、用途、性質及所建地理環境與一般建筑物不同，所以極容易遭受雷擊。具體表現在以下幾個方面：

（1）古建筑物大多數建在地勢較高的山上，或建在土壤電阻率有突變的山腳邊及地勢較為開闊的區域，易被雷電侵襲。

（2）從結構上看，為了體現建筑的雄偉、挺拔，古建筑物都建有高聳的屋脊，而這些高聳的屋脊也正好為帶電云層放電創造了極好的條件。

（3）多數古建筑物大殿正脊中部都埋設有金屬寶盒，有的建筑物屋頂內部還有錫背，這些金屬物都大大增加了建筑物接閃放電的可能性。

（4）古建筑絕大多數為磚木結構，一旦遭受雷擊，極易引起木質構件部位的燃燒。

1.2 古建筑物防雷現存缺陷分析

（1）未進行防雷保護設施的安裝：雖然1982年11月19日《中華人民共和國文物保護法》頒布后，全國部分省、市開始對古建筑物根據其重要性陸續補做防雷裝置，但據統計，目前大約還有三分之二的古建筑物未設防雷裝置。

（2）已有防雷設施未達到防雷技術標準：部分通過修建、改建、擴建的古建筑物以及較高的寶塔類型建筑物多數進行安裝了防雷裝置，從實際檢測發現，這些古建筑物的防雷裝置還存在著不少缺陷[4]。如：接閃器大多采用“蘇式”長針，對易受雷擊部分保護布設不到位；防雷引下線少；接地引下線過長，獨立垂直接地體數量少，接地裝置位置不適宜；無均壓環措施；無防球雷措施；室內外的電氣管線路及設備與防雷系統的距離不夠等；一些單位在設計防雷方案時因對雷電氣候環境影響缺乏認識，降低了建筑物的防雷類別，從而降低了防雷安全系數。

（3）與現代建筑物相比，大多古建筑物周圍的地理環境、地質條件不理想，建筑物的外形結構也比較復雜。因此，給古建筑物防雷裝置的施工安裝帶來了一定的難度，防雷效果相對現代建筑物要差一些。

（4）古建筑物防雷裝置設施的安裝敷設與保護古建筑原有風貌相矛盾，影響了防雷設施的安裝與使用。

2 古建筑物防雷指導意見

（1）對古建筑物進行防雷保護的過程中，本著修舊如舊的原則，對其外形不能有破壞，在接地過程中盡量采用相連的一些金屬下水管道對大部分的雷擊電流進行泄放入地。一定要做注意做好接地引線的屏蔽工作，使它盡量不要在雷電泄放的過程中引起火災等情況的出現。

（2）在對古建筑物進行現代防雷的過程中，可以盡量采用對它原有的古老建筑風格進行保護，并對它原有的可以在現代直擊雷防護中起到功效的一些設施進行保護維修，使這批古老的防雷措施可以繼續發揮它們的功效。對古建筑物進行防雷整改時，主要應對建筑物主體的防直擊雷及其內部的電源系統、弱電監控系統的雷電防護進行全面考慮設計。

（3）古建筑物完工后，禁止在項目區域內私自設置、搭接各類線路，確保防雷工程的完整性。

3 古建筑物直擊雷的防護措施

3.1 古建筑物接閃器的設計

為保持古建筑物的藝術特點，接閃器宜采用接閃帶與短支針的組合[5]，并宜在敷設有引下線屋角的接閃帶上焊接30～50cm左右的短支針，以便有效接閃雷電泄流人地。根據雷擊規律，接閃帶應沿正脊、垂脊、屋檐等易受雷擊的部位敷設。為減小雷電流產生的電動力危害，在敷設接閃帶時應盡量避免直、銳角彎曲，即采用圓弧形彎曲，使其接閃帶彎曲的弦長應大于對應弧長的十分之一。

高度低于15m古建筑可以在距離古建筑不小于5m地方借用高大樹木，在樹木上裝設接閃針，引下線沿樹干敷設，沖擊接地電阻不大于10Ω，其接閃針保護按滾球法計算。如果古建筑上有金屬裝飾物等，盡量在不破壞古建筑的前提下，將所有金屬裝飾物與接閃帶做等電位連接，如果古建筑上有吻獸，可以把吻獸等電位連接，使吻獸起到接閃短針的作用。在屋脊、屋檐上敷設接閃帶之外，還可以在脊頂、寶頂、獸頭、挑檐等處用Φ16的以上的紫銅棒做接閃小針并且接閃帶材質選擇好與古建筑相協調。

古建筑群多屬木結構或獸頭、屋脊較多的特殊結構，應設計加裝接閃短針或接閃帶保護，一般不要加裝獨立接閃針和接閃塔。

根據古建筑物結構特點及其用途，屋面宜采用直徑大于Φ8的紫銅做混合接閃器，即在建筑物屋面沿建筑物屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊部位敷設接閃帶和接閃網組成混合接閃器，接閃器采用接閃帶的方式在各建筑頂部的正脊、垂脊、屋檐檐安裝，使其形狀與建筑物的外形達到一致，在視覺上形成一個整體。接閃帶網格的尺寸不大于10m×10m或12m×8m，對于直擊雷進行防護。

為保持美觀，避免生銹更換，接閃帶支撐架建議采用不銹鋼材質。統一使用的材料規格為：接閃帶支架應采用不小于Ф8的不銹鋼圓鋼，其與建筑物接觸的底面應做成與建筑物形狀相同的底座，使其與建筑物有良好的支撐（其具體形狀可參考右圖）。接閃帶支架高度應不低于150mm，接閃帶在建筑物外邊沿或女兒墻上的投影距外邊沿不大于100mm。接閃帶應沿古建筑的正脊、垂脊、屋檐等易受雷擊的部位敷設。為減小雷電流產生的電動力危害，在敷設接閃帶時應盡量避免直、銳角彎曲，應采用圓弧形彎曲，使其接閃帶彎曲的弦長應大于對應弧長的十分之一。接閃帶應沿古建筑物的輪廓彎曲，應高出正脊、垂脊、屋檐的高度，以及其上的吻獸和斜脊的走獸等10cm的高度。

3.2 古建筑物引下線的設計

防雷引下線根數少，雷電流分流就小，每根引下線所承受的雷電流就越大，容易產生雷電反擊和雷電二次效應危害。因此，在布設引下線時盡量多設幾根，盡量利用建筑物的柱子和鋼筋。但古建筑物多為磚木結構，故只能采用明敷引下線。敷設時應注意做到引下線對稱分布，在間距符合規范的前提下，盡可能多設幾根引下線。為減少引下線自身電感所引起的雷電感應過壓，應以最短的接地路徑敷設。引下線彎曲應采用“軟連接”的弧形彎曲。在引下線距地面1.8m～0.3 m處應有良好的保護覆蓋物，避免與游客接觸產生接觸電壓危害。

古建筑物多為磚木結構，故采用明敷加防護套管的保護措施，將防護套管的表面涂上與建筑物的相近顏料，盡量不影響建筑外觀并應以最短的接地路徑敷設。

明敷時應注意引下線要對稱，沿古建筑輪廓彎曲，并保證其彎曲段開口部分的直線距離，不小于彎曲全長的1/10，不應彎成折角或直角，彎曲應采用弧形彎曲，引下線所用材質應與古建筑相協調。宜采用熱鍍鋅鋼筋作為引下線，通長焊接且引下線宜沿建筑物四周對稱布置。

焊接時應注意搭接長度：扁鋼與扁鋼搭接為扁鋼寬度的2倍，不少于三面施焊；圓鋼與圓鋼搭接為圓鋼直徑的6倍，雙面施焊；圓鋼與扁鋼搭接為圓鋼直徑的6倍，雙面施焊；扁鋼和圓鋼與鋼管、角鋼互相焊接時，除應在接觸部位兩側施焊外，還應增加圓鋼搭接件，焊接處應做防腐處理。

3.3 古建筑物接地裝置的設計

古建筑物接地裝置的布設應根據其用途、性質、地理環境和游客多少等情況來選擇結構方式和位置。對重要的游客集中的古建筑物內部應做均壓措施。對寬度較窄的古建筑物可采用水平周圈式接地裝置，并注意接地裝置與地下管線路的安全距離。若達不到規范要求的一律連接成一體，構成均壓接地網。這樣可以使到接地網界面以內的電場分布比較均勻，可以減小跨步電壓對游客的危害，也可以減小室內在被雷擊時由于地面電位梯度大而容易產生的反擊高壓危害。

接地裝置的布設應根據其用途、性質、地理環境和游客多少等情況來選擇接地方式和位置，對重要的游客集中的古建筑物內部應做均勻措施。為降低雷電跨步電壓對游客的危害，當接地體距建筑物出入口或人行道小于3m時，接地體局部應埋深1m以下，若埋深有困難，則應敷設50～80mm厚的瀝青層，其寬度應超過接地體2m。

接地位置的選擇應盡量選擇古建筑兩側，陰面等游人相對較少或沒有觀景點和休息廳的偏僻處。要以垂直接地極為主，加大接地深度，以減少對古建筑內部地表的破壞。

弱電設備的接地系統要和接閃帶等直接雷擊的接地系統間隔5m以上，否則要在地面下采取等電位連接措施。

該項目應采用增加人工接地系統，若附近還有其它建（構）筑物，則其接地裝置與本建筑物接地裝置之間的水平距離應不小于20m，否則應采取等電位聯結措施，形成聯合接地網。

3.4 古建筑物球形雷預防

對古建筑最難防的是球形雷，建議最好安裝金屬屏蔽網并可靠接地，最低要求是把建筑物的所有門窗都裝上玻璃（最好有金屬網格），使其沒有孔洞，以防球形雷沿孔洞鉆進古建筑內，以至爆炸使古建筑部分損壞或造成人身傷亡。金屬窗要做等電位連接，一般在窗框或窗扇的四角處，采用鍍鋅扁鋼將框內的襯鋼連為一個閉合體，通過四顆金屬連接螺絲與襯鋼接為一體，用16mm2多股銅線做等電位。此外，還應注意附近高大樹木引來的球形雷，要考慮樹木與建筑物的安全距離，滿足樹干距古建筑不應小于5m，樹冠距古建筑不應小于3m。

古建筑物采取總等電位聯結措施和局部等電位聯結措施。各建筑物均應設置人工環形接地聯結體，作總等電位聯結，利用建筑物四周的引下線在基礎沿建筑物外側焊接環通作為環形接地聯結體。

4 結語

綜上所述，雷電活動高發、雷電災害頻繁、雷擊造成人員傷亡、嚴重的經濟損失，這些現實充分說明：保障人民生命財產安全、經濟發展安全和社會公共安全，迫切需要依靠科技進步，在古建筑物雷電災害防護方面上完善項目防雷設計，達到全面、系統、科學地防御雷電災害的目的。

參考文獻

[1] 王兵利，李艷芝.現代建筑物的防雷保護[J].建筑技術，2013，44（9）：845-847.

[2] GB50348—2004.安全防范工程技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2004.

[3] GB50165-92.古建筑木結構維護與加固技術規范[S].成都：四川省建筑科學研究所，1993.

[4] 石金鋮，王殿江.防雷接地電阻異常情況的分析[J].氣象科技，2006，34（3）：357.

[5] QX/T2006—67.古建筑物防雷技術規范[S].北京：中國氣象局，2010.