从明祖陵文保所的服务中心防雷谈古建筑及仿古建筑的防雷

钱红

（淮阴工学院教育设计研究院,江苏 淮安 223001）

从明祖陵文保所的服务中心防雷谈古建筑及仿古建筑的防雷

钱红

（淮阴工学院教育设计研究院,江苏 淮安 223001）

中国的古建筑，是千年古国的一个缩影，其庞大的数量、各具特色的结构、无法估量的历史价值在中华民族悠久的发展史上占有特殊的地位。当今旅游业发展迅速，各地风景区大量兴建仿古建筑，古建筑及仿古建筑被雷电击毁或因雷电引起火灾被焚的事件有增加的趋势，灾害造成的经济损失也愈来愈严重。因此，古建筑及仿古建筑的防雷保护工作就显得尤为重要。笔者根据盱眙明祖陵文物保护管理所的服务中心这个仿古建筑的具体工程实例，分析了古建筑及仿古建筑易遭雷击的原因以及防雷现状，提出古建筑及仿古建筑防雷的措施。

古建筑；仿古建筑；防雷设计；防雷措施

我国是一个历史悠久的文明古国，在几千年璀璨的历史长河中，我们的祖先为我们留下为数众多、造型各异的古建筑。其独有的建筑美学在世界建筑史上也是独一无二的。

我国古代建筑非常推崇砖木结构，以木质材料为建筑物的梁、柱、门窗等，这种结构也就决定了我国古建筑易于遭受雷击并引起火灾。雷电灾害已成为古建筑遭受破坏的主要自然灾害。现今中国的旅游市场蓬勃发展，在各地风景区大量兴建仿古建筑，随着国家道路交通发展，人们对环境及健康的重视，利用节假日去旅游景区度假的人越来越多，景区的雷电隐患如不及时控制，将阻碍旅游业的安全发展。怎样对这些古建筑及仿古建筑进行防雷保护，已是一项重要的任务。

盱眙明祖陵文保所的服务中心位于盱眙县郊区，明祖陵遗址旁，是一座仿古建筑。该处为江苏省重点古文化保护单位，也是重要的休闲旅游胜地。它的周围地势空旷，基本是农田、鱼塘等，易受雷电侵袭。防雷措施尤为重要。

笔者在近两年的设计工作中，积累了一点对古建筑及仿古建筑进行防雷保护的心得，与大家分享。

一、古建筑易遭雷击的原因

1.古建筑遭受雷击的外部因素

我国古时候进行大型土木建设之前，多进行风水考察，一般都会遵循依山傍水的原则。很多古代建筑坐落名山，或依傍江湖。山区地形突出，水体周围土壤较湿润，导电性较好，这些区域在雷电发生之前，地表更容易聚积电荷遭受雷击。

另外，现代化元素的引入增加了古建筑物遭雷击的几率。据调查了解，大多数国家、省、市级重点文物保护单位的古建筑物内部增设了消防、报警、监视系统等。而这些现代化弱电设施的引入给古建筑带来了更多的雷电入侵通道，无疑增大了古建筑物遭雷击的几率。

2.古建筑遭受雷击的内部因素

虽然我国古建筑主体多以砖木结构为主，但建筑物上也有不少装饰物采用金属材质。建筑物最高处常安置一些宝盒之类的金属物用于避邪，特别是一些古塔上有金属熔铸的宝顶，还有的建筑物屋面有金属链条作装饰用。这些金属物均没有作任何接地处理，而且通常都安置在建筑物的最顶端，只能增加建筑物遭受雷击的概率。古建筑立柱和横梁为粗大木料，天花板均为薄木板架于木棱木条之上，这些都是易于燃烧的木质材料，一旦遭受雷击，极易引起木质构件燃烧。

二、古建筑防雷保护的方式和方法

(一)安装防雷装置的原则

第一，在古建筑上安装的防雷装置不能对古建筑物本身造成损害。防雷装置不是古建筑的一部分，这些装置在古建筑物上固定、支撑、连接和敷设时，不能对古建筑物造成二次破坏。此外，古建筑年代久远，大部分建筑经历长年的风雨侵蚀，质地已经脆弱不堪，不能因为施工不慎对古建筑物造成破坏。

第二，防雷装置安装后确实能对古建筑物起到防雷保护作用。

第三，安装的防雷装置要尽可能美观，与古建筑的风格样式统一和谐。古建筑造型优美、形态各异，具有很高的观赏价值。因此，采用的防雷装置应尽可能做到与原古建筑融为一体，不能喧宾夺主。防雷装置用与建筑物相近的色调，必要时还需伪装处理，尽可能使其融入周围环境。

（二）明祖陵文保所的服务中心防雷分类

笔者就所设计的盱眙明祖陵文保所的服务中心仿古建筑的防雷措施加以说明。该服务中心长39.9m，宽17.1m，高10.04m，内部设有售票处、游客休息处、当地特产销售处等，人员比较密集，且位于盱眙县郊区，旷野孤立，防雷级别较高。

1．雷击概率计算

按淮安市雷电活动强度计算雷击地面年平均密度[次 /km2·a]：

Ng=0.9072[次 /km2·a]

建筑物雷击概率： N=KNgAe

式中，N:为建筑物预计雷击次数(次/a)，k为校正系数(因位于旷野孤立，选取 2)，A为建筑物雷击等效面积。

当建筑物高度H小于100m，其每边的扩大宽度D和等效面积A，按下式计算:

式中，D为每边扩大宽度 (m)，L，W，H分别为建筑物长、宽、高 (m)(这里取区域最大值，分别为39.9m、17.1m、10.04m)，由以上公式计算得:雷击次数N:=0.0631次/a。

2.防雷等级划分及防雷的特殊做法

根据国家现行《建筑物防雷设计规范》GB5OO57—94(2000版)，建筑物的防雷分类根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求可分为3类。参照其中第2.0.3条第8款，计算所得年预计雷击次数大于0.06次；参照第2.0.3条第1款，盱眙明祖陵文保所的服务中心建筑群防雷类别应为2类。

笔者认为，该建筑不能单纯按照现代建筑防雷设计，而应该结合明祖陵文保所的服务中心的特殊性进行设计，具体分为防直击雷、侧击雷、电源系统防雷、等电位处理及接地系统。通过以上措施将建筑物及通过各种管线导入建筑物的雷电流、电磁波安全地导入大地，避免和减少建筑物及内部设施和人员受到损坏和伤亡。

根据雷击规律，古建筑最容易遭受雷击的部位是垂脊或正脊、屋顶端檐和屋顶上的各式吻兽。应沿着这些突出部位敷设避雷带和安装避雷短针。避雷带用来保护建筑物和按滚球法套算被保护的区域，避雷短针主要用来保护各式脊上安装的各式吻兽和饰物。为了最大限度地体现建筑物景观，本来避雷带应该沿脊、檐瓦下暗敷设，但考虑该建筑物附近游人多、场地狭窄，雷击易造成覆瓦脱落、弄伤游人；再者，根据查阅资料，厚度约在2cm左右的琉璃瓦(筒瓦)在干燥状态情况下，绝缘强度为31.4KV/cm，绝缘电阻为600mΩ，远远大于空气的绝缘击穿强度15KV/cm，避雷带暗敷在琉璃瓦下不起接闪作用的。所以与各部门经多次商讨最终还是选择明装。

(1)盱眙明祖陵文保所的服务中心仿古建筑是按2类防雷保护的建筑，在其屋角、屋脊等易受雷击的部位明敷设避雷网，组成网格不超过10m×10m或12m×8m；避雷带采用Φ10.0mm镀锌圆钢(部份为24×4mm镀锌扁钢)，高出屋脊150mm敷设，每间隔300mm用一个特制的卡子卡住脊梁固定，接口处双面背接，背接长度大于60mm,檐口等处如需在瓦上钻孔，用木螺加橡胶垫固定，避雷带刷两遍暗红防锈漆，既起到防锈作用，又因其色与琉璃瓦色较近，看上去和建筑屋顶混为一色。其引下线间距不大于18 m，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10欧。

(2)屋顶端檐上安装的宝鼎等饰物,如其是金属所制且其壁厚符合做接闪器的要求,则直接与避雷带连接作接闪器；如其为陶、瓷等非金属材料，则在其一侧做避雷短针保护，高度以刚好能达到保护对象为佳，安装位置以隐蔽为宜，因不便于维修和养护，固强度与耐腐性均要求甚严，故放弃现代建筑中避雷短针采用的圆钢，改选用紫铜圆棒，既保证质量又与屋面颜色协调。

(3)接地实施方式参照《古建筑物防雷做法》图集号99D501-1第 2-10。

盱眙明祖陵文保所的服务中心仿古建筑物屋面敷设避雷带接闪器，设引下线与接地网可靠相联。接地极不用现代建筑的做法，即采用基础钢筋大于Φ16.0mm可靠焊连成一环行接地体，该建筑群防雷接地网材料改采用SRB336铜包钢接地极，接地极间距20-30米，顶端距地面0.8米，与铜包钢绞线120焊接成一环行接地体。铜包钢接地极是一种双金属复合材料，是将铜与钢两种金属通过特殊的工艺加工而成的复合导体。该导体既有钢的高强度、较大的热阻和高导磁特性，又有铜的良好导电性能和优良的抗腐蚀性能。

铜包钢由于其制造工艺独特、防腐特性更优、电气性能更佳、外观美观及减小雷电感应，故用铜包钢作为古建筑的接地极、接地线，其可靠性更高。

三、在古建筑物上及仿古建筑安装防雷设备需注意如下几个问题

(1)避雷针设置于古建筑塔顶的，通常采用双支接闪器，且避雷针需与避雷带相联，引下线与接地网相连。

(2)有铜宝顶的建筑物或建筑顶有金属屋面其厚度满足规范，可利用铜宝顶或金属屋顶接闪器，焊接引下线接地网。

(3)采用避雷带时，沿轮廓用避雷线绕一圈，须离开构件10-15cm，用卡子卡牢。

(4)引下线安装，根据对古建筑的装饰要求，并考虑易于检查施工的不同情况敷设。当引下线沿古建筑轮廓弯曲时，应保证其弯曲段开口部分的直线距离，并避免弯折成直角或锐角。

(5)接地体敷设沿人行道旁的土地，距离建筑物的边沿不小于3m。建筑群接地体及接地线组合成闭合形。

四、防雷设施的维护

(1)每年定期测量防雷装置的电阻值，看是否满足要求，建立定期防雷检测制度，以便发现问题及时整改；

(2)如电阻值不满足要求，需检查是否由于修缮古建筑和建筑物本身变形引起防雷装置的保护情况发生变化；

(3)检查有无因挖土方，有无深陷情况，敷设其他管线或种植树木而挖断接地装置；

(4)检查各处明装导体有无因锈蚀或机械力的损伤而折断的情况；

(5)检查接闪器有无因遭受雷击而熔断或折断的情况；

(6)检查引下线的绝缘保护处理有无破坏。

随着国家道路交通发展，人们对环境及健康越来越重视，利用节假日去旅游景区度假的人越来越多，景区的雷电隐患如不及时控制，将阻碍旅游业的安全发展。按照古建筑物防雷装置设施的安装敷设和保护与古建筑原有风貌相协调原则，研究雷电活动规律，综合集成雷电拦截、古建筑物防雷装置设施建设等技术，建立适合于古建筑及仿古建筑的雷电防护技术标准，对减少雷电灾害、保障古建筑及仿古建筑安全、促进和谐社会建设有重要的现实意义。

［1］石拥军，李建宇.古建筑防雷略论［J］.消防技术与产品信息，2004，(12):33-35.

［2］尚杰，于晖.现代条件下的古建筑防雷［J］.气象科技，2007，(35):57-62.

TU

A

1673-0046（2010）11-0156-02