粗论仿古建筑物的防雷设施的施工方法与技术

目录1引言………………………12古建筑物的结构和雷电防护………………………32.1接闪器………………………32.2.引下线………………………32.3接地装置………………………33实例………………………53.1数据采集于分析………………………53.2地理位置参数………………………53.3都匀市40年（1966-2005）气象观测数据分析………………………53.4贵州省雷电监测网数据分析（2006-2011年）………………………73.4.1雷暴日………………………73.4.2地闪密度………………………83.4.3雷电流强度分布及极值………………………93.4.4风雨桥所在地闪电活动………………………93.5土壤电阻率………………………103.6区域特征………………………103.7风险估算………………………124评估结果和防雷装置完善建议………………………144.1评估结果………………………144.2防雷装置完善建议………………………155防雷技术措施………………………155.1设计依据………………………155.2设计要求………………………155.3实施方案………………………156结束语………………………16参考文献………………………16粗论仿古建筑物的防雷设施的施工方法与技术赵波南京信息工程大学继续教育学院南京210044摘要:本文主要从古建筑及仿古建筑的可观性、保护价值、历史意义等论点入手，以都匀风雨桥等仿古建筑物为实例论据粗略的阐述了古建筑物的防雷设置的重要性。在针对古建筑物的防雷设施的具体实施过程中一定要考虑到不能破坏该建筑物的整体美观和使用功能，方法是用避雷网、避雷带、避雷针、避雷器、垂直接地极、水平接地极等材料利用防直击雷、感应雷、侧击雷、雷电波入侵等的施工方法用严谨的施工方案、施工方式和施工措施确保该建筑物的防雷工程的安全实施和建筑物本身的安全。如都匀风雨桥等古建筑物的防雷设计施工因而让我施工设计、施工措施、施工材料、施工现场的具体实施等方面对防雷工作有了一个全新的认识。对自身在今后的工作中有很大的帮助和提高。关键词:现代仿古建筑；防护措施；防雷施工1引言中国是一个有着几千年文明发展史的并蕴育了厚重而丰富的历史文化内涵的文明国度。在这些充分体现我泱泱大国厚重文化的文明积淀中，古建筑及现代仿古建筑就是其中一支璀璨的奇葩。在这几千年的发展中，中国人用其充满智慧和激情的头脑和双手建造出了数以万计的如北京故宫、唐王宫、侗寨钟鼓楼、风雨桥等等数也数不清的美仑美幻的精美建筑。它们的建造者们用他们的聪明才智在其作品中把防雷击的一些措施巧妙的融入到了其中，对保护建筑物整体完整性和使用年限起到了一定的积极作用。现在我就把我在以往的施工现场工作中所积累的从古建筑物的易受雷击的结构特点，防雷现存缺陷，古建筑物防雷类别的划分，古建筑物的防雷措施，防侧击雷球雷措施，古建筑物内部防雷等技术问题作如下阐述：在新中国成立以前，因为人们的科学发展观受各种因素的影响有很大的局限性，建筑家们只是较简单的在建筑物屋面顶端以铜铁等金属材料制成一个装饰性的柱状接闪器等。随着现代科学技术的发展，现代建筑师们用科学技术结合实际，把当代防雷技术充分有效的运用在古建筑物和仿古建筑物上，在不影响该幢建筑物的整体美观和使用功能前提下从防护直击雷感应雷以及雷电波入侵等方面着手，根据该幢建筑物的实际结构、外部特征等结合实际地质情况采用避雷网带、避雷针、人工接地网、避雷器等防雷设施把建筑物进行一些有效的防护。我国现存古代建筑物是世界文化遗产中的瑰宝，除巍巍皇宫王府外，更大量是宗教寺庙。千百年来，除毁于人为外，如唐武宗灭法时，一次便毁掉了4600余座寺庙，更多的则毁于地震、洪水以及雷火之中。北京法源寺悯忠高阁五层木塔、妙应寺白塔、天坛祈年殿、明清承天门（今天安门）和三大殿、布达拉宫、开封佑国寺木塔、宣城敬亭山双塔、承德外八庙普佑寺、沈阳明东陵等古建筑物被雷击焚毁的部分事例。1957年7月6日明十三陵长陵陵恩殿西部的兽头被雷击掉一半，横梁被炸裂、楠木大柱劈裂20厘米，同时造成一死三伤。两天后（即7月8日）雷击焚毁了北京中山公园音乐堂。这连续的两桩雷击事故惊动了周恩来总理，他当即指示北京人民政府，对北京市重要古建筑物采取防雷措施，由此开始了天安门、三大殿、景山万春亭、北海白塔、鼓楼、天坛祈年殿、颐和园排云殿等古建筑物的防雷。由于我国古建筑物尚存量较多，目前还有不少古建未完善防雷装置，雷害仍在连续发生。急需建立古建筑物防雷体系，保护古建筑长久平安。古建筑易遭雷击的原因一般雷击类型可分为直击雷、感应雷、雷电波侵入三种。对古建筑危害较大的雷电灾害主要是直击雷。而要产生雷击，首先必须有足够的电量积累，达到一定的强度，击穿绝缘空气，形成电流通道；其次要有突出的物体造成其周围电场突变，感应出异号电荷。古建筑多为木结构，木材经过千百年变得十分干燥，在雨天潮湿，电阻率变小，并且内部年久积满灰尘，易积蓄净电，带有电荷容易引来雷电流。还有很多古建筑建于高山上，本身地势较高，且位置突出，更容易遭受雷击；同时有些古建筑内高大树木较多，也容易引雷殃及古建筑。古建筑的雷击规律雷击规律的影响因素。大量雷害事故统计资料和试验研究证明，雷击的地点和建筑物遭受雷击的部位是有一定规律的，这些规律称为雷击规律。地面上建筑物的性质、形状，以及建筑物的结构、内部设备情况对雷击的选择都会产生影响。当雷电先驱发展到离地面不远的空中时，地面上的电场不断增强，在高大建筑物的尖顶和边缘上场强最大，构成雷电发展的良好条件。雷电先驱就自然被吸引到这些地方，因此高大建筑物就容易遭雷击。A、地点上的规律。雷害事故表明，多数雷击发生在靠近河湖池沼和潮湿地区，其次是大树、旗杆、杉槁。B、雷击部位上的规律。古建筑易受雷击的部位多为屋角兽头、房脊和梁柱以及丰宝铜顶。北京十三陵长陵的棱恩殿、鼓楼、故宫的承乾殿皆因兽头、屋脊被雷击起火，也恰恰说明了这一规律。故此在防雷时应加以防范。古建筑防雷技术随着科技大发展，人们对雷电知识的了解逐步深入，防雷技术也不断更新，（但主要有以下7种：避雷针防雷法、法拉第笼式防雷法、滚球防雷法、E·F避雷保护系统、消雷器防护法、避雷设施保护法、人工影响雷电防雷法）。几种方法各有侧重，对古建筑较为适用的是避雷针防雷法。2古建筑物的结构和雷电防护古建筑物的结构主要分为木结构和砖木结构两种，有些建筑物上饰有金属材料，但因当时金属加工工艺所限，没有承担柱、梁等承重作用。从物理角度看，古建筑物应为绝缘物体或半绝缘物体。这些古建筑经历了几百年、上千年，并没有采取任何防雷措施，但是仍然完好存在，很多人觉得这些建筑的自身绝缘能力可以避免遭受雷电袭击，不会轻易受到破坏。其实木质结构虽然绝缘，但并不能防雷，并不能免除雷击，山西应县木塔，纯木质结构，千年古塔，建于辽清宁二年（公元1056年），至今948年仍屹立于雁北大地。2002年9月7日夜曾发生过一起雷击损坏事故，木塔顶部戗脊被炸开了一长约1.1m、深0.25m的豁口，从塔下用肉眼都能看得清清楚楚。木塔内东北角辅柱遭雷击，木质撕裂，裂口长约1m、宽0.1m、深0.05m，击碎的木片将几米外的泥塑神像击毁。不可否认，良好的绝缘有助于阻止两个存在电位差之间的电流通过。绝缘或半绝缘的古塔遭受雷击的概率一般会比同等条件的铁塔低。但是高电压试验的结论告诉我们，高电压脉冲作用于绝缘物体上是否放电取决于沿面放电强度，而不是绝缘水平。在雷击电流的上万伏特的电位差、几十万安培的电流下，绝缘或半绝缘的古建筑是无法实现“消雷”或“绝缘防雷”的。2004年5月11日，山西省运城市稷山县大佛寺遭受雷击，绝缘的大殿顶部有十三处雷击痕迹，造成大殿起火和倒塌。在IEC第81委员会（防雷委员会）的标准中称“迄今为止，尚无一种装置和方法能阻止雷电的产生，也没有能阻止雷击到建筑物上的器具和方法。”采用金属材料接闪并引下导入大地是目前唯一有效的外部防雷方法。我国一些古建筑之所以长久保存，是因为其自身都拥有一定的、科学的防雷措施。公元1100年所建的湖南岳阳慈氏塔，此塔顶部立一铁刹，全由铁杆制成，由铁杆引下六条铁链直到地面。这样古塔的防雷方式与富兰克林的避雷针、引下线和接地体完全一样，只不过比富兰克林的发明早了650年。我们主要依据《建筑物防雷设计规范》GB-50057、《古建筑木结构维护与加固技术规范》GB-50165等国家标准，同时参考《建筑物防雷设施安装》图集中“古建筑物防雷做法”对古建筑防雷做了如下设计和施工。2.1接闪器按GB-50057规定，该古建筑属第二类防雷建筑物，应在古建上安装网格尺寸不大于10mx10m或12mx8m的避雷网。“古建筑顶部、屋脊、挑檐、走兽，左右兽头及宝顶都是建筑物上部的尖端，按雷击规律，它都是易于被雷击的部位。”GB-50057的附录也说明了“屋角、屋脊、檐角、屋檐”是易受雷击的部件。我们按99D501-1的做法，在屋脊、屋檐上除装上暗敷避雷带之外，并在脊顶、宝顶、兽头、挑檐等处安装相应规格的小尺寸避雷针，使整座庙宇建筑最易受雷击的部位都置于接闪器的保护之下。并与古建筑相匹配，不会影响建筑的外观。2.2.引下线对第二类防雷建筑物而言，引下线的间距不应大于18m。建筑物中如钟楼和鼓楼面积较小，每座建筑物只需对称的引下两根便能满足要求了。但是大雄宝殿面阔达55m，除在建筑物四角做引下线外，并利用殿前后的主柱共四根引下，平均间距小于19m。2.3接地装置按GB-50057要求，第二类防雷建筑物冲击接地阻抗不应大于10Ω，可是古建筑一般所在山体多为花岗岩石，土壤电阻率偏高。为达到10Ω的要求，可能要大量换土及加降阻剂，不但加大了施工难度，且需投入大量的资金。因此，在工程实际中我们主要采取了以下两种技术措施。1、加大接地面积，努力降低人工接地极的接地电阻《交流电气装置的接地》PL/T621中规定了垂直接地极的接地电阻可按⑴式计算：式中：RV──垂直接地极的接地电阻，Ω；ρ──土壤电阻率，Ω?m；L──垂直接地极的长度，m；d──接地极的圆钢直径，m；当用等边角钢时，d为边长的0.84倍，用钢板时d为宽度的0.5倍。从⑴式中可以看出土壤电阻率一定时，埋设深度（L）和接地极的接地土壤面积均与接地电阻呈反比。因此，我们将原拟使用50mmx50mm的角钢换成厚15mm、宽500mm、深1500mm的热镀锌钢板，仅从d值上计算，500/z50x0.84（25042）。同样，在水平接地极接地电阻的计算中，我们根据式⑵计算方法式中：L──水平接地极的总长度，m；h──水平接地极的埋设深度，m；d──水平接地极的直径或等效直径，m；A──水平接地极的形状系数。使用4mmx40mm扁钢，而本采用GB-50057中圆钢直径不应小于10mm的方法，将等效直径扩大到14.3mm。在形状条数上首先采用环形闭合形式，A值可以取1，之后适当加放降阻剂，以降低接地电阻值。2、采用等电位连接技术措施对岩类土壤中的接地体，/EC61024-1-2中3.3.5条规定：“在无基础接地体的地方，应采用环形接地体。”未提及接地电阻值要求。在英国防雷标准BS6651中16.5条规定，岩石上的建筑物可“提供以沿着地面轮廓的环形接地电极。……接地电阻的10Ω值不适用于这种情况”。日本防雷标准JISA4201中3.1.4条规定“对于土壤电阻率高的山地和砂地等，按照⑷、⑸规定（总接地电阻为10Ω以下、每支引下线单独接地电阻为50Ω以下）不能实现时，可用长度达5m以上的四根埋地线从被保护物向外呈外延，以0.5m深度埋设，再沿被保护物外围在同样深度设环形水平接地线，以替代⑷要求的10Ω接地极。”GB-50057中第3.2.4条（六）、第3.3.6条和第3.4.4条规定了各类防雷建筑物接地装置可不计及接地电阻值的条件，其一是土壤电阻率条件（二类规定在小于3000Ω?m时），其二是环形接地体所包围的面积（二类规定大于80m2）。以上IEC、BS、JISA和GB的规定在原则上是一致的。BS的注释是做到“在闪电放电期，基本保持在大地电位上”。JISA的