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古建筑防雷工程设计与施工技术探讨

发布日期:2018-06-12 01:05???浏览次数:???行业资讯

古建筑防雷工程设计与施工技术探讨

我国是一个历史悠久文明古国,在这几千年璀璨的历史长河中,大家的祖先为大家留下为数众多、造型各异的古建筑。这些古建筑种类繁多,结构独特,是古代工程技术、建筑艺术与工艺和人类创造智慧的结晶,是前人认识社会、创造居住环境的重要体现和历史见证,是不可再生的,任何损坏和破坏都将无法弥补。

雷电是古建文物遭受自然灾害破坏的主要原因之一。除造成直接损毁外,因我国传统古建筑多为木结构,雷击还易导致古建筑起火造成大面积损失。中国古建筑种类繁多、造型各异、结构独特,因此防雷设计和施工须根据其特点进行,使安装的防雷设施既安全可靠、又美观隐蔽。让古建筑物获取最大的美观和最可靠的安全保障。本文根据所接触过的古建筑物防雷工程设计和施工及从事防雷工程多年的实践经验,就古建筑物防雷设计和施工技术措施,浅谈一些经验体会与大家共同探讨研究

一、我国古建筑物的特点

我国古建筑以木材、砖瓦为主要建筑材料,以木构架结构为主要的结构方式,木结构作为建筑物的基本骨架,起到支撑屋面、承重和维持结构等作用,其中粗大的木材作为建筑物的梁、柱等,边材作为建筑物的门窗等物。砖石作为建筑物的墙体,起来承重、分隔的作用,同时砖石也可铺作地板,埋设成为建筑物周边的基台。

其平面布局以“间”为单座建筑单位,再以单座建筑组成庭院,进而组成各种形式的建筑群落。古建筑平面呈圆形、正方形、十字形等几何形状。

屋顶造型各异、种类繁多,主要有庑殿、歇山、悬山、硬山、攒尖、卷棚等形式。屋顶中直线和曲线组合,形成向上翘的飞檐,不但扩大了采光面、有利于雪、雨水排泄,而且增添了建筑物的美感。

我国古建筑在进行设计时都十分注意周围的山川形势、地理特点、气候条件、水体、林木植被等,务使建筑布局、形式、色调等跟周围的环境相适应,而相互融合为一体。

二、古建筑物易遭受雷击的原因分析

古建筑物遭受雷击的外部因素分析

1、古建筑物多数建在地势较高的山上,或建在山脚边或者水体附近,是不同导电土壤相接、土壤电阻发生畸变的地方,易遭雷电侵袭。

2、现代化元素的引入增加了古建筑物遭雷击的几率

古建筑遭受雷击的内部因素分析

1、我国的古建筑绝大多数为砖木结构,这些也都是极易燃烧的材料。一旦遭受雷击,极易引起木质构件燃烧。

2、多数古建筑物大殿正脊中部埋设有用于辟邪金属宝盒,有的建筑物屋顶内部还有锡背,铜质宝顶,还有的建筑物屋面有金属链条作装饰用。这些金属物均没有任何接地处理,而且通常都安置在建筑物的最顶端,这些金属物都大大增加了建筑物遭受雷击的概率。

3、从结构上看,古代建筑多以坡屋顶为主,坡度较大,且大多有高翘的飞檐和高耸的屋顶且屋脊比较多。而这些高翘的飞檐,高耸的屋脊也正好为带电云层放电创造条件。

古建筑物防雷现状分析

有相当一部分古建筑缺少有效的防雷保护措施,或防雷措施不完善。

国内尚无关于古建筑的防雷规范和标准 ,简单地应用现代建筑防雷措施安装在古建筑物上的防雷装置,既影响了古建原有的艺术风貌,也降低了其防雷效果。

古建筑防雷类别的划分

古建筑防雷类别的定性划分

参照国家现行《建筑物防雷设计规范》、《古建筑木结构维护与加固技术规范》,古建筑防雷类别应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,宜划分为三个防雷类别。

被联合国教科文组织列入“世界学问遗产”目录的和属于国家级重点文物保护的古建筑;省、自治区和直辖市级重点文物保护单位的古建筑;市县级文物保护的古建筑三类。当古建筑为园林式群体建筑时,应以其中最高类别来确定。

古建筑防雷类别的定量划分

计算古建物的年预计雷击次数定量划分

对于园林式的古建群落,应以其占地面积换算成规则几何图形的面积来计算,其高度则以该古建群落中最高建筑(或者为古树)的高度来确定。

古建筑直击雷防护装置的形式

接闪器

古建筑防雷工程设计和施工中,须遵守不改变文物原状的文物保护原则。选择使用接闪器的颜色应与古建筑物相应位置的颜色协调一致。既要做到保证其防雷效果,也要做到不影响古建筑的外观与其周围环境协调一致;并尽可能做到避免对古建筑造成破坏。

选用避雷带作为其接闪器时,宜使用铜质材料,而不使用热镀锌钢材。

在古建筑物上敷设避雷带,其支撑卡子不能靠在古建筑上打孔来固定,这会破坏古建筑,可以采用U型(抱箍式)固定件、固定螺丝与瓦面之间应加橡胶垫进行保护[5],接闪导线的固定支件的高度不宜小于150mm,可选用25mm×4mm的热镀锌钢。

引下线

古建筑物引下线敷设时,应避开建筑物的正面,尽量在建筑物的侧面、后面等不经常被人注意到的地方敷设;并做到分段固定,并以最短路径敷设到接地体,敷设应平正顺直、无急弯 。

引下线可选热镀锌钢材或铜材。木立柱引下时 ,采用环形抱箍固定。

接地装置

接地装置的材料选择和现代建筑物类似,采用热镀锌角钢和扁钢敷设就行。古建筑接地装置的形式,要充分考虑古建周围场地、环境施工时受局限的情况,应本着为节约经费和有利于防止跨步电压危害的原则。

采用A型接地装置(见图3 A型)。反之,在土壤电阻率较高和古建筑周围较空旷且便于施工时,可采用B型接地装置(见图3 B型)。

敷设时还需注意接地装置与地下管线路的安全距离。注意在进行接地施工时应避免掘到地宫或其他文物,在挖掘之前要进行仔细勘测。接地装置开挖时,需对地面所敷设的古砖、石做好方位标记和编号,回填时,将其恢复原貌。

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古建筑物防侧击雷、球雷措施

古建筑物防侧击雷,要根据古建的地理位置和其遭雷历史来决定。一般情况下,位于城市里的古建筑物一般不需要设防侧击雷;对建在海拔较高的山体、水体附近的且较为孤立高大的古建筑物(如古塔),可以每隔6m沿古建四周外伸的脊檐设置环形避雷带,并使环形避雷带和古建四周的金属窗等与防雷引下线可靠连接。而防球雷的最好措施是对古建上的开放式门、窗安装金属屏蔽网并可靠接地,但古建有时是很难做到的。比较适宜的方法是把古建的所有窗都装上玻璃,并应注意在雷雨天紧闭门窗,以防球雷的进入室内。

古树的防雷技术措施

被列为国家级文物保护单位的名贵古树,也是防雷的保护对象之一。一般情况下,古树的防雷往往在树上做防雷装置,即在古树树冠的主要干叉上装设圆钢制成的避雷针,支撑其避雷针的支承杆必须固定在树干上,因为树木要逐渐长粗,因此支承杆的抱箍以及固定引下线的抱箍必须做成能松紧的圆形卡箍,以便不影响树木的生长;引下线用绝缘软铜线上端与接闪器电气连接、中间部分弯曲布设,并与树根附近的环形(B型)人工垂直接地极连接。

对古树群或者古建筑群可在古树群或者古建筑群的中央部位设置不影响古建筑整体观瞻的仿真树(仿真树太高就和周围环境不协调)形式的避雷针,使周边古树或者古建筑群在其保护范围内。

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古建筑群可在古树群或者古建筑群的中央部位设置不影响古建筑整体观瞻的仿真树(仿真树太高就和周围环境不协调)形式的避雷针,使周边古树或者古建筑群在其保护范围内

通过实践,大家认为,对于古建筑群、古树群或无法在其上敷设避雷带或架立避雷针,且其自身高度低于20米时,使用常规避雷针难于将被保护的古建筑群落、古树群置于保护范围内,可采用仿真树树顶安装具有提前放电功能的避雷针,以达到不增加接闪杆高度而扩大保护范围的目的。用这种方式保护古建筑既不影响其原貌也与周围环境协调一致。

防雷电波侵入和雷击电磁脉冲的措施

当古建筑内安装有低压电气系统和(或)电子系统时,古建筑内有大型金属构件或存有体积较大的金属物体时,应有防雷电波侵入和雷击电磁脉冲(LEMP)的技术措施。如采取等电位连接措施和在低压电气系统及电子系统中安装电涌保护器(SPD)等。防LEMP的主要技术措施为:等电位连接、屏蔽、综合布线和安装SPD。

(1)等电位连接要求

古建筑上和其内有金属物体,如金属宝顶、宝盒、锡被、铜被等金属物,要和防雷装置作等电位连接。同时还需考虑到古建筑檐下的防鸟铁丝网(主要是指引下线均与防鸟铁丝网连成一体,构成一个等电位体)、所有金属管线的屏蔽层、设备金属外壳等设施的等电位连接。

控制机房(如监控、消防)的等电位连接,应根据电子系统的工作频率分别采用星形(S型)结构或网形(M型)结构。

(2)屏蔽要求

对于进入古建筑的供电线路、电话线等不宜架空引入。当其架空引入时,应在进入古建筑前用埋地电缆或穿金属管屏蔽埋地引入,并在进入古建筑物时与古建筑的防雷装置相连。

(3)综合布线要求

建筑物内传输网络的综合布线施工应符合现行国家标准《综合布线系统工程验收规范》GB50312-2007的要求。需统一考虑其走向和相互间的距离,使各种室内布线合理。最低的要求是,将这些系统穿金属管或采用有金属外皮的电缆,并可靠接地。

(4)安装电涌保护器的要求

古建内不应随便引入架空电力线、通讯线缆;如果架空引入时,必须在进户处加装适配的低压避雷器。

对所安装防雷设施的要求:

尽可能采取既安全又隐蔽的施工工艺技术,以不影响古建的建筑艺术风格和观瞻为原则。

综述

(1)从古建筑物的整体风貌,到大量的珍贵木刻、砖雕、绘画等艺术品,许多都是无价之宝,是世界人类学问珍贵遗产,多属于国家重点文物保护单位。因此,古建筑物防雷,须首先对古建筑物有全面了解,对它的雷击历史、结构特性、自然环境、地质地理、建筑物内的电器设备、金属器物等等做出全面分析,统筹规划古建筑的防雷工程设计和施工。

(2)古建筑是不可再生的资源,一旦由于保护不当,造成不应有的破坏,责任重大。因此,古建筑防雷工程的设计要遵循以保留古建筑原状为准则,坚持古建筑保护与环境保护并重,遗产保护与人身保护并重,应因地制宜,从外部防护和内部防护两个方面采用安全可靠、对建筑原状最小影响的方案与方法,建立完善的雷电防护体系。

(3)古建筑的防雷工程应与其结构、建筑维护相结合。在古建筑进行建筑、结构修缮、维护的同时,应对其防雷工程进行维护或增补。

(4)目前,古建筑防雷技术标准的编制,正在进行当中,相信标准的颁布、实施,将对古建筑物的防雷设计和施工起到更好的规范作用。

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