文昌塔仿古建筑防雷設計與施工

康 強，鄧寧文，葉木林

1.廣西壯族自治區防雷中心，廣西 南寧 530022

2.鄂州市氣象局，湖北 鄂州 436000

0 引言

為努力建設文化大縣和在全國群眾文化先進縣中舞好傳統文化的龍頭，浦北縣縣委、縣政府決定通過各種方式籌集資金建設浦北縣城文昌塔。整個項目由某古建園林工程設計有限公司設計，然而他們并非專業防雷設計單位，對防雷接地設計較為隨意，沒有針對性、可操作性差，因此，我公司針對項目仿古建筑物的特點派專業技術人員進行實地勘察，有針對性地對浦北縣城文昌塔仿古建筑物進行了雷電防護設計并對工程進行了實施。

浦北縣文昌塔仿古建筑物為觀光塔，是全國的第五座文昌塔，但其規格最高、規模最大、藝術水平最高的文昌塔。塔共9層，結構高度為48.88m，結構體系為混凝土框架結構。與現代建筑物相比，仿古建筑物外形結構復雜，防雷裝置安裝不容易。

1 文昌塔仿古建筑物防雷類別的確定

根據規范“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；第三類：其它古建筑”及“古建筑防雷裝置的選擇與構造要求，對一類古建筑，應專門研究；對二類古建筑，應按第一類民用建筑考慮；對三類古建筑，應按第二類民用建筑考慮”， 浦北縣文昌塔仿古建筑物為三類古建筑物，其防雷等級按二類防雷建筑物考慮。

2 文昌塔仿古建筑物防雷措施

目前古（仿古）建筑物設計主要采用的技術標準有《建筑物防雷設計規范》GB50057-1994（2000）及《古建筑木結構維護與加固技術規范》GB50165。在進行防雷設計時應該根據建筑物所處環境，氣象地理條件對多方面的因素進行綜合考慮，防雷設計是一個整體的概念，既包括建筑物本身，又包括建筑物內部的設備及人員，以及建筑物周圍的環境及樹木。其防護效果直接關系到整個區域的安全，如處理不當，很可能造成火災，甚至人生安全。針對文昌塔的防雷要求，我們分別從現代防雷技術的三個方面外部防雷保護、內部防雷保護和LEMP防護進行設計和施工。

2.1 外部防雷保護

外部防雷主要是指防護建筑物及室外設施免受直擊雷的危害所采用的外部防雷裝置，主要有接閃器，引下線和接地裝置三部分，其主要作用是由接閃器接閃雷電通過引下線引流到接地裝置，并能過接地裝置將雷電流散流到大地中去。

2.1.1 避雷針、避雷帶的裝設

由于文昌塔有她獨特的建筑風格及建筑美學，所以在屋頂的避雷針及各層的避雷帶必須與文昌塔渾然一體。

避雷針：利用塔頂的金屬寶頂（金屬層厚度大于4mm）作為避雷針，安裝在文昌塔的塔頂、金屬寶頂底座采用Ф12熱鍍鋅圓鋼與3根引下線柱結構鋼筋可靠焊接作為接閃器泄流通道。

避雷帶：在文昌塔的塔頂，采取Ф12熱鍍鋅圓鋼沿琉璃瓦輪廓彎曲敷設，形成環形避雷帶。避雷帶，支撐卡明設（各支架采取防水措施，孔內空隙用高標水泥漿填實到孔口，在孔口封灌防水膠）；避雷帶必須與3根引下線柱結構鋼筋焊接；

2.1.2 引下線的裝設

引下線是雷電流的通路，根據分流原理，引下線數量越多，每根引下線所通過的雷電流就越小，這樣一來就可以減少雷電反擊及二次雷電的危害，因此應盡可能多的設置引下線。對于二類防雷建筑物引下線不大于18m的要求，塔半徑為8m,應該設置3根避雷針引下線，引下線沿塔均勻布置；利用塔樓外側3大結構柱內的2根Ф16mm以上規格主鋼筋作為雷電泄流引下線，通長焊接，并在各層平臺上用Ф12mm的熱鍍鋅圓鋼從2根Ф16mm柱主筋焊出預留點，供各層避雷帶接地用，同時在一層外側的引下線在距地500mm處預留測試板或盒。

2.1.3 接地體的布置

根據浦北縣文昌塔《巖土工程勘察報告》，文昌塔所建場地自上而下主要由平均厚度0.48m的素填土，主要成份粘性土和較多礫砂顆粒；平均厚度13.92m的砂質粘性土，主要成份粘性土和含較多石英粗礫砂顆粒；平均厚度7.12m強風化花崗巖組成；采用文納四極法測出視土壤電阻率高達2500Ω·m，土壤電阻率較高。而某古建園林工程設計有限公司設計“要求接地電阻不大于 1歐姆，實測不滿足要求時，增設人工接地極”。這一設計對于技術經濟來說十分不合理。眾所周知，接地裝置的接地電阻主要由接地體的幾何尺寸和土壤電阻率確定，對降低文昌塔的接地電阻，我們采取了如下措施與方法：

1）充分利用建筑物自然接地體，將混泥土基礎鋼筋通長焊接并采用40×4熱鍍鋅扁鋼引出四個點與人工接地體連接，這在技術上是容易實現的，而且節約鋼材；

2）深井接地措施，在水平接地體四周增設垂直接地極是降低接地電阻的有效方法之一，因此在水平地網四周增設4口30m的深井接地極，作為降低電阻值的主要措施；

3）施放接地降阻劑，根據計算垂直接地體接地電阻的公式知道，當使用降阻劑后，相當于增加了導體的直徑，從而使接地電阻減小，達到降低接地電阻的目的。R接地電阻，為土壤電阻率，L為接地體長度，r為接地體等效半徑。

2.1.4 側擊雷與球雷的防護

古建筑物防側擊雷，要根據所在地地理位置來決定。對于周圍空曠，或建在山區的古建筑物應根據實際情況確定，確實需要的可以每隔6m沿建筑物四周設置圈式防雷均壓帶，并使均壓帶和建筑物四周的所有金屬物均與防雷接地可靠連接。防球雷的最好措施是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，使其沒有孔洞，以防球雷沿孔洞鉆進室內。此外，還應注意附近高大樹木引來的球雷，要考慮樹木與建筑物的安全距離。

文昌塔建立在文昌公園的至高點，塔高9層，結構高度為48.88m，屬于獨立的仿古高塔，塔身的上部應有防側擊的措施。除頂層裝避雷帶外，為防側擊雷在各層檐安裝避雷帶。如圖2所示，采取Ф12熱鍍鋅圓鋼沿各層琉璃瓦輪廓彎曲敷設，在塔樓各層屋面形成環形避雷帶，避雷帶，支卡明設（各支架采取防水措施，孔內空隙用高標水泥漿填實到孔口，在孔口封灌防水膠）；在不同標高將防側擊雷的避雷帶與從結構鋼筋焊接引出的Ф12熱鍍鋅圓鋼焊接。文昌塔四周5m內無高大樹木。不存在雷擊樹木對文昌塔的反擊問題。

2.2 內部防雷措施

內部防雷裝置的作用是減少建筑物內的雷電流和所產生的電磁感應以及防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害。為達到此目的所采用的設施均為內部防雷裝置，它包括等電位連接、屏蔽、加裝避雷器以及合理布線和良好接地等措施。針對文昌塔主要如下措施：

1）等電位聯結：在電源進線配電室處間設置總等電位聯結端子板MEB。將設備機殼、電源PE線、電涌保護器的接地線、較大的金屬物以及從LPZOA區進入LPZO1區的各類金屬管就近連接到端子或等電位連接線上，樓梯金屬扶手、等電位連接端子采用-40×4鍍鋅扁鋼與防雷接地裝置連接；

2）屏蔽：對進入文昌塔的電源線、信號線等穿鋼管直接埋地引入，其埋地長度不應小于15m。在低壓電源架空電纜埋地前，應安裝符合Ⅰ級分類試驗的電涌保護器。信號線在室內進入設備端安裝適配的信號電涌保護器；

3）防接觸電壓危害：每條引下線，在地面以上1.8米加裝絕緣套管，以防止接觸電壓對人員的傷害；

4）防跨步電壓：在地面下，圍繞建筑物四周做閉合環形接地體，在該接地體包圍的地面上電位基本均衡，防止了雷電流入地后產生的跨步電壓對人員的傷害。引下線與接地體間的接地引線、接地體的敷設，要符合GB50057-94第4.3.5條的規定。

3 檢測

為更好的做好防雷安全保護工作，應建立定期技術檢測制度，發現問題及時整改、解決；實施避雷設施跟蹤技術檢測，每年至少檢修一次，以防人為和非人為因素破壞。

4 結論

現代防雷技術強調的是全方位防護，綜合治理、層層設防，把防雷看作一個系統工程。文物古建筑是國家重要和珍貴的文化遺產，具有不可復原性，古建筑的防雷安全工作并非小事。因此，避雷設施建設應是文物保護基本建設的項目。全社會都應當增強古建筑雷電災害憂患意識，切實做好古文物建筑的防雷安全保護工作。

[1]紀天斌主編.故宮消防.紫禁城出版社，2005.

[2]古舊建筑防雷設計與施工技術方法.

[3]石擁軍，等.古建筑物防雷略論，2004.

[4]建筑物防雷設計規范 GB50057-94（2000版）.

[5]古建筑木結構維護與加固技術規范 GB50165-92.

[6]古建筑防雷設計措施初探.