古建筑防雷施工應(yīng)注意的幾個事項

1? 前言

我們知道，古建筑多為磚木結(jié)構(gòu)，一旦遭受雷擊，輕者造成物理損害，重者會引起著火，對古建筑損失嚴重。

然而，近年來，我們到一些古建筑景區(qū)參觀考察，發(fā)現(xiàn)許多古建筑打著防雷幌子，本來造型古樸典雅美觀的頂部被密密麻麻裝了許多避雷針、避雷帶，四周的引下線、保護套管格外引人注目，嚴重影響了古建筑的本體形象，使古建筑頓失風(fēng)采。那么，古建筑防雷設(shè)計施工有哪些工藝要求，應(yīng)注意哪些事項呢？

2? 古建筑防雷工藝

2.1 ?接閃器^[1]

在古建筑群所涉防的文物建筑正脊、垂脊、戧脊（岔脊）、檐口、吻獸、寶頂、寶瓶、等易受雷擊部位安裝接閃帶，屋面接閃帶網(wǎng)格尺寸不大于10×10m 或12m×8m，接閃帶采用紫銅棒φ 8;屋頂較大金屬裝飾物可以作為接閃器組成部分。

工藝要求：

（1）支架根據(jù)古建筑屋面瓦型和特殊部位定制，支架安裝位置準確，每個支架能承受49N（5kg.f）垂直拉力。

（2）各排支架應(yīng)平正順直，分布均勻，呈幾何線條，并且與古建筑屋面流線協(xié)調(diào)一致。支架水平安裝時，間距為：1m，遇到轉(zhuǎn)角距離縮短至0.5m。支架垂直安裝時，間距為：1 m，遇到轉(zhuǎn)角距離縮短至0.5m。

（3）支架高度150mm，各支架間距應(yīng)均勻，允許偏差30^。轉(zhuǎn)角處兩邊的支架距

轉(zhuǎn)角中心不大于250^。水平度每2m 檢查段允許偏差3/1000，垂直度每3m 檢查段允許偏差2/1000;但全長偏差不得大于10。

（4）支架與屋面固定處采用金屬頂絲加緩沖墊片，避免頂絲直接施力于瓦面給古建帶來傷害，同時也防止熱脹冷縮效導(dǎo)致接閃帶張力拉開瓦片。

（5）接閃帶不應(yīng)有高低起伏和彎曲現(xiàn)象，距離建筑物應(yīng)一致，平直度每2m 檢查段允許偏差3/ 1000，但全長不得超過10。

（6）帶彎曲處不得小于90°，彎曲半徑不得小于圓鋼直徑的10 倍。

（7）接閃桿能夠承受基本風(fēng)壓0.7kN/m2。

2.2? 引下線

在每棟建筑物立面安裝引下線，引下線均勻或?qū)ΨQ布置，平均間距不大于18m，對正房、廂房及山門搭接在一起的建筑，屋面接閃帶互連的情況下，計算周長可以按整體建筑考慮，引下線采用紫銅棒φ 8。

工藝要求：

（1）引下線支架高度為：150mm，支架安裝位置準確，每個支架能承受49N（5kg.f）

垂直拉力。

（2）各排支持件應(yīng)平正順直，無急彎，分段固定。

（3）支持件水平方向間距1m，垂直方向間距1～1.5m，彎曲部分0.5m。

（4）引下線盡量沿柱子敷設(shè)時，其抱箍與柱子之間采用隔熱防護措施：墊三層石棉墊層等。

（5）引下線沿墻體敷設(shè)時，應(yīng)首先安裝頂端和底端支架，盡量減小對墻體的損傷。

（6）各支架間距應(yīng)均勻，允許偏差30。轉(zhuǎn)角處兩邊的支架距轉(zhuǎn)角中心不大于250，水平度每2m 檢查段允許偏差3/1000，垂直度每3m 檢查段允許偏差2/1000;但全長偏差不得大于10。

（7）引下線兩端應(yīng)分別與接閃器和接地裝置做可靠的電氣連接，安裝應(yīng)平正順

直，焊縫飽滿，無虛焊、漏焊，距離附近其它已建電氣線路安全距離不小于1m。

（8）引下線上應(yīng)無附著的其他電氣線路;

（9）引下線不應(yīng)敷設(shè)在下水管道內(nèi)，并不宜敷設(shè)在排水槽溝內(nèi);

2.3? 斷接卡

斷接卡安裝主要是考慮防雷接地裝置測量使用。工藝要求：

（1）斷接卡上端與引下線連接，下端與接地線連接。

（2）斷接卡各種連接螺栓，要采用雙墊一母（其中有防松動墊圈）;

（3）連接板紫銅板30×3mm。

2.4? 防雷接地裝置

防雷接地裝置根據(jù)地形、地質(zhì)和現(xiàn)場條件，為了減小對文物基礎(chǔ)影響和景區(qū)硬化路面、植被的破壞，A 型接地極可采用深孔接地井安裝方式。接地裝置沖擊接地電阻值≤10Ω。其工藝要求：

（1）接地線上與斷接卡連接，下與接地極相連。

（2）斷接卡至地面段接地線，如果其可以直接入地的應(yīng)采用PVC 絕緣管保護，對不能直接入地且需經(jīng)過臺階入地的，應(yīng)改用鋼槽，在接地線上穿3mm 厚交聯(lián)乙烯軟管再放在鋼槽內(nèi)安裝，拐彎處可以采用管箍連接。

（3）接地線在地中連接，應(yīng)采用放熱熔焊接。

（4）接地極采用以垂直方式安裝的防腐接地棒。接地棒安裝應(yīng)采用接地井深埋方式安裝，利用專業(yè)打井機挖出深6m，直徑150mm 接地井，對個別位置難以實現(xiàn)上述深度的，可適當降低深度要求。接地井安裝完畢后，將垂直接地極連同焊好的接地線共同放入井內(nèi)。向井內(nèi)回填土壤，用專用工具分層夯實。

2.5? 防接觸電壓（旁側(cè)閃絡(luò)）和機械損傷

建筑物外的引下線敷設(shè)在人員可停留或經(jīng)過的區(qū)域時，應(yīng)采用下列一種或多種方法，防止接觸電壓和旁側(cè)閃絡(luò)電壓對人員造成傷害：

（1）外露引下線在高2.7m 以下部分穿不小于3mm 厚的交聯(lián)聚乙烯管，交聯(lián)聚

乙烯管應(yīng)能耐受100kV 沖擊電壓（1.2/50μs 波形）。

（2）應(yīng)設(shè)立阻止人員進入的護攔或警示牌，警示牌應(yīng)設(shè)在醒目位置。

（3）在易受機械損傷之處，地面上1.7m 至地面下1m 和臺階不能直接入地地段，

（4）防接觸電壓保護管和防機械損傷保護管（槽）可以合為一套裝置，為了測量方面，在斷接卡處分為上下兩截，兩截之間采用加強型管接頭連接或在此處設(shè)在測試端子箱。

2.6? 防止跨步電壓

在建筑物外人員可經(jīng)過或停留的引下線與接地體連接處3m 范圍內(nèi)，應(yīng)采用防止跨步電壓。

2.7? 焊接和防腐

明裝專用防雷接地裝置所使用的鋼材與鋼材之間應(yīng)采用電弧焊接。地中防雷裝置必須采用焊接或熔接。

3? 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的校驗

3.1? 接地電阻

（1）接地電阻設(shè)計基本參數(shù)

1）垂直接地極：

材料名稱：離子接地棒

長度L=3m

有效直徑d=0.06m（接地棒與接地井周圍灌滿低阻降阻劑）

數(shù)量n=2 組

2）水平接地線

材料名稱：紫銅帶30×3mm

水平接地網(wǎng)接地線等效直徑d=0.015m

有效長度：10m

3）接地裝置周圍土壤電阻率

經(jīng)現(xiàn)場實測：土壤電阻率為127.3Ω .m。

（2）接地體接地阻值計算

1）垂直接地極接地電阻

經(jīng)計算，單組A型接地裝置垂直接地極工頻接地電阻Rn=7.913Ω，符合沖擊接地電阻值≤10Ω 設(shè)計要求。

3.2? 主材使用年限校驗

（1）紫銅帶30×3mm 使用年限校驗：

N1/3 =W/3/k=3/3/0.02=50 年

N= W/ k =3/ k =150 年

（2）紫銅棒直徑8mm 使用年限校驗：

N1/3 =d/3/ k =8/3/0.02=133.34 年

N= d/ k =8/ k =400 年

N1/3—材料腐蝕1/3 所需年限;

N—材料全部腐蝕所需年限;

W—扁形銅材的寬帶，mm。

d—圓形材料的直徑，mm。

k—銅材腐蝕率，0.02mm/年。

3.3? 接閃帶保護范圍校驗

依據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》，滾球半徑取45m 來計算接閃帶的保護范圍。把接閃帶看作架設(shè)接閃桿，計算其保護范圍。

1）單支接閃桿的保護范圍計算：

（1）當接閃桿高度h 小于或等于hr 時：

①距地面hr 處作一平行于地面的平行線;

②以桿尖為圓心，hr 為半徑，作弧線交于平行線的A、B 兩點;

③以A、B 為圓心，hr 為半徑作弧線，該弧線與桿尖相交并與地面相切。從此弧線起到地面止就是保護范圍。保護范圍是一個對稱的錐體;

④接閃桿在hx 高度的xxˊ平面上和在地面上的保護半徑，

經(jīng)計算：

6.7 米接閃桿在4.0 米檐口高度的保護半徑為：5.077 米。

4? 存在的幾個突出問題^【2】

4.1 ?過度防護

在整個防雷裝置設(shè)計中安全可靠是核心，這就要求古建筑防雷設(shè)計中，應(yīng)按照國家相關(guān)法規(guī)、標準、技術(shù)規(guī)范、施工圖集的要求，做到層層設(shè)防，分類防護，重點突出，綜合考慮。對雷電風(fēng)險評估較高的建筑可適當提高防護類別。

但是，以此為借口，例如：把許多全國重點文保護區(qū)域統(tǒng)一按一類文物建筑進行設(shè)計，甚至低矮的圍墻、門樓、石碑、牌坊等都大量加裝接閃桿，引下線，接地裝置。有的文物保護單位先期較高建筑尚沒有設(shè)計屋檐接閃帶，后期很低的附屬古建筑卻加裝屋檐接閃帶。造成不倫不類，過度防護。

4.2? 采用過時標準

在整個防雷裝置設(shè)計中技術(shù)先進性原則是關(guān)鍵，它是實現(xiàn)安全可靠的重要技術(shù)保障。技術(shù)先進包括：設(shè)計是不是采用最新的國家（國際）標準，施工是不是采用最新的且在工程中實踐應(yīng)用過的技術(shù)，材料的選擇是不是合理。

古建筑防雷設(shè)計有國家標準《古建筑防雷工程技術(shù)規(guī)范》GB51017-2014;行業(yè)標準《文物建筑防雷技術(shù)規(guī)范》QX189-2013;許多地方還有古建筑防雷地方標準。許多防雷設(shè)計沒有依據(jù)最新的國家、行業(yè)標準，反而依據(jù)本地較早的地方標準，本地標準則沒有依據(jù)最新的國標、行標進行修訂，造成許多設(shè)計爭議。

4.3? 全部采用高貴設(shè)計

在整個防雷裝置設(shè)計中經(jīng)濟合理性原則是基礎(chǔ)，它是實現(xiàn)安全可靠、技術(shù)先進的的經(jīng)濟支撐，必須充分地做好雷電風(fēng)險評估，選擇最合理設(shè)計方案、施工方案。

我們知道離子接地極能有效降低接地電阻，且占地較少。有的地方土壤電阻率很低，普通接地極就可以滿足要求，卻大量采用離子接地極，絕大部分資金用于接地施工。

4.4? 不經(jīng)過校驗計算

古建筑屋頂大多是斜坡結(jié)構(gòu)，許多防雷設(shè)計勘察不測量坡度、不計算保護范圍，擅自把古建筑主樓及附屬建筑的正脊、垂脊、戧脊（岔脊）、檐口、吻獸、寶頂、寶瓶等所有部位一律安裝接閃帶，分不清主次。

4.5? 影響文物本體

在整個古建筑防雷裝置設(shè)計中，古建筑防雷根本是保護文物，絕不能一邊保護，一邊損害，更不能做打著保護文物建筑旗幟，損害文物建筑。古建筑防雷必須遵守不改變文物原狀的文物保護原則，防雷裝置安裝要最大程度做到與建筑原貌一致。實際上，許多古建筑防雷施工很難做到這一點。存在現(xiàn)象：

（1）為了支撐引下線，擅自在木制、磚體、石頭結(jié)構(gòu)梁、柱打孔，加支撐架。

（2）接閃帶不能均勻布設(shè)，有吻獸地方，不能做到隨行就行，高低錯落有致。

（3）引下線暴露明顯，沒有遵守盡量隱藏在角落、屋后、側(cè)面等原則。

（4）保護套管太粗，太高，明顯影響古建筑視覺和本體形象。

（5）施工不規(guī)范，引下線等布線散亂。

4.6 ?忽視電子信息系統(tǒng)防護

古建筑大多加裝了安防監(jiān)控、消防報警、計算機網(wǎng)絡(luò)等電子信息系統(tǒng)。許多古建筑不進行統(tǒng)籌考慮，只重視古建筑本體防雷保護，造成許多電子系統(tǒng)雷擊事故。

參考文獻：

[1]《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》 GB50057-2010，中國計劃出版社，2011年.

[2]楊世剛等，《文物建筑防雷技術(shù)規(guī)范》? QX189-2013? 2013.5，氣象出版社。

作者簡介：

付國振;出生年月：1968.5;男;漢族;河北靈壽;大學(xué);副研高工;研究方向：雷電防護。