简议古建筑防雷保护

姜海灵　赵海江　郭砚茗

摘 要：古建筑一般是指古人遗留下来的具有较长历史年代的寺、庙、殿、楼、塔等建筑，它是研究古代社会政治经济、文化艺术、宗教信仰的历史资料，也是人类文化遗产的瑰宝。目前大部分古建筑物未得到有效地防雷保护，保护古建筑物的防雷意识还比较淡薄，手段相对滞后，防雷装置设施不完善，雷电灾害仍在不断发生。该文就关于古建筑的防雷评估及雷电防护措施进行了阐述，为避免雷击对古建筑的危害，减少不必要的人员伤亡和财产损失，起到一定的作用。

关键词：古建筑 雷电评估 防雷保护

中图分类号：TU89 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（c）-0100-04

Abstract：Ancient buildings generally referred to the temple，tower building and so on that had a long history.They were considered the historical data of the study of ancient society，politics，economy，culture and art，religious belief，and also the the human's treasures of cultural heritage.At present，most of the ancient buildings have not been effectively lightning protection.The protection of ancient buildings was relatively weak，the means were relatively lagging behind and lightning protection device was not perfect.So lightning disasters were still occurring.The assessment on lightning protection and lightning protection measures about the ancient architecture were described in order to avoid the damage of lightning to the ancient buildingsa and reduce unnecessary losses of casualties and property.

Key Words：Ancient buildings；Lightning assessment；Lightning protection

雷电是自然界中极为壮观的声、光、电现象。在我国大部分地区，雷电经常出现在春夏、夏秋这些气温变化较剧烈的季节。雷电破坏力极大，有时使建筑物遭受破坏，有时使电子信息系统遭受损坏，对国民经济和人民生活造成严重危害。

近年来，对建筑物防雷保护的研究越来越多[1]，但专门针对古建筑物的雷电防御研究甚少。中国的古建筑物以其庞大的数量、各具特色的结构、无法估量的历史价值而在中华民族悠久的发展史上占有特殊的地位[2]。因此，做好古建筑物的保护工作就显得尤为重要，尤其是古建筑物的防雷保护。但这里强调，防止或减少雷击古建筑所造成的无法估量的文物损失，是因为就目前的状况，尚没有100%的把握避免雷电造成的灾害，只能是防止或减少。

1 古建筑物的特点及存在的隐患

由于古建筑多为木质结构，火灾风险隐患较大[3]，一旦遭受雷击起火，火势急易蔓延，可能造成难以挽回的损失。而我国现存古建筑的防雷设施还存在许多问题，比如防雷引下线少，不易采取均衡电位措施，没有防球形雷的措施等。

1.1 古建筑物防雷隐患分析

由于古建筑物结构、用途、性质及所建地理环境与一般建筑物不同，所以极容易遭受雷击。具体表现在以下几个方面：

（1）古建筑物大多数建在地势较高的山上，或建在土壤电阻率有突变的山脚边及地势较为开阔的区域，易被雷电侵袭。

（2）从结构上看，为了体现建筑的雄伟、挺拔，古建筑物都建有高耸的屋脊，而这些高耸的屋脊也正好为带电云层放电创造了极好的条件。

（3）多数古建筑物大殿正脊中部都埋设有金属宝盒，有的建筑物屋顶内部还有锡背，这些金属物都大大增加了建筑物接闪放电的可能性。

（4）古建筑绝大多数为砖木结构，一旦遭受雷击，极易引起木质构件部位的燃烧。

1.2 古建筑物防雷现存缺陷分析

（1）未进行防雷保护设施的安装：虽然1982年11月19日《中华人民共和国文物保护法》颁布后，全国部分省、市开始对古建筑物根据其重要性陆续补做防雷装置，但据统计，目前大约还有三分之二的古建筑物未设防雷装置。

（2）已有防雷设施未达到防雷技术标准：部分通过修建、改建、扩建的古建筑物以及较高的宝塔类型建筑物多数进行安装了防雷装置，从实际检测发现，这些古建筑物的防雷装置还存在着不少缺陷[4]。如：接闪器大多采用“苏式”长针，对易受雷击部分保护布设不到位；防雷引下线少；接地引下线过长，独立垂直接地体数量少，接地装置位置不适宜；无均压环措施；无防球雷措施；室内外的电气管线路及设备与防雷系统的距离不够等；一些单位在设计防雷方案时因对雷电气候环境影响缺乏认识，降低了建筑物的防雷类别，从而降低了防雷安全系数。

（3）与现代建筑物相比，大多古建筑物周围的地理环境、地质条件不理想，建筑物的外形结构也比较复杂。因此，给古建筑物防雷装置的施工安装带来了一定的难度，防雷效果相对现代建筑物要差一些。

（4）古建筑物防雷装置设施的安装敷设与保护古建筑原有风貌相矛盾，影响了防雷设施的安装与使用。

2 古建筑物防雷指导意见

（1）对古建筑物进行防雷保护的过程中，本着修旧如旧的原则，对其外形不能有破坏，在接地过程中尽量采用相连的一些金属下水管道对大部分的雷击电流进行泄放入地。一定要做注意做好接地引线的屏蔽工作，使它尽量不要在雷电泄放的过程中引起火灾等情况的出现。

（2）在对古建筑物进行现代防雷的过程中，可以尽量采用对它原有的古老建筑风格进行保护，并对它原有的可以在现代直击雷防护中起到功效的一些设施进行保护维修，使这批古老的防雷措施可以继续发挥它们的功效。对古建筑物进行防雷整改时，主要应对建筑物主体的防直击雷及其内部的电源系统、弱电监控系统的雷电防护进行全面考虑设计。

（3）古建筑物完工后，禁止在项目区域内私自设置、搭接各类线路，确保防雷工程的完整性。

3 古建筑物直击雷的防护措施

3.1 古建筑物接闪器的设计

为保持古建筑物的艺术特点，接闪器宜采用接闪带与短支针的组合[5]，并宜在敷设有引下线屋角的接闪带上焊接30～50cm左右的短支针，以便有效接闪雷电泄流人地。根据雷击规律，接闪带应沿正脊、垂脊、屋檐等易受雷击的部位敷设。为减小雷电流产生的电动力危害，在敷设接闪带时应尽量避免直、锐角弯曲，即采用圆弧形弯曲，使其接闪带弯曲的弦长应大于对应弧长的十分之一。

高度低于15m古建筑可以在距离古建筑不小于5m地方借用高大树木，在树木上装设接闪针，引下线沿树干敷设，冲击接地电阻不大于10Ω，其接闪针保护按滚球法计算。如果古建筑上有金属装饰物等，尽量在不破坏古建筑的前提下，将所有金属装饰物与接闪带做等电位连接，如果古建筑上有吻兽，可以把吻兽等电位连接，使吻兽起到接闪短针的作用。在屋脊、屋檐上敷设接闪带之外，还可以在脊顶、宝顶、兽头、挑檐等处用Φ16的以上的紫铜棒做接闪小针并且接闪带材质选择好与古建筑相协调。

古建筑群多属木结构或兽头、屋脊较多的特殊结构，应设计加装接闪短针或接闪带保护，一般不要加装独立接闪针和接闪塔。

根据古建筑物结构特点及其用途，屋面宜采用直径大于Φ8的紫铜做混合接闪器，即在建筑物屋面沿建筑物屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击部位敷设接闪带和接闪网组成混合接闪器，接闪器采用接闪带的方式在各建筑顶部的正脊、垂脊、屋檐檐安装，使其形状与建筑物的外形达到一致，在视觉上形成一个整体。接闪带网格的尺寸不大于10m×10m或12m×8m，对于直击雷进行防护。

为保持美观，避免生锈更换，接闪带支撑架建议采用不锈钢材质。统一使用的材料规格为：接闪带支架应采用不小于Ф8的不锈钢圆钢，其与建筑物接触的底面应做成与建筑物形状相同的底座，使其与建筑物有良好的支撑（其具体形状可参考右图）。接闪带支架高度应不低于150mm，接闪带在建筑物外边沿或女儿墙上的投影距外边沿不大于100mm。接闪带应沿古建筑的正脊、垂脊、屋檐等易受雷击的部位敷设。为减小雷电流产生的电动力危害，在敷设接闪带时应尽量避免直、锐角弯曲，应采用圆弧形弯曲，使其接闪带弯曲的弦长应大于对应弧长的十分之一。接闪带应沿古建筑物的轮廓弯曲，应高出正脊、垂脊、屋檐的高度，以及其上的吻兽和斜脊的走兽等10cm的高度。

3.2 古建筑物引下线的设计

防雷引下线根数少，雷电流分流就小，每根引下线所承受的雷电流就越大，容易产生雷电反击和雷电二次效应危害。因此，在布设引下线时尽量多设几根，尽量利用建筑物的柱子和钢筋。但古建筑物多为砖木结构，故只能采用明敷引下线。敷设时应注意做到引下线对称分布，在间距符合规范的前提下，尽可能多设几根引下线。为减少引下线自身电感所引起的雷电感应过压，应以最短的接地路径敷设。引下线弯曲应采用“软连接”的弧形弯曲。在引下线距地面1.8m～0.3 m处应有良好的保护覆盖物，避免与游客接触产生接触电压危害。

古建筑物多为砖木结构，故采用明敷加防护套管的保护措施，将防护套管的表面涂上与建筑物的相近颜料，尽量不影响建筑外观并应以最短的接地路径敷设。

明敷时应注意引下线要对称，沿古建筑轮廓弯曲，并保证其弯曲段开口部分的直线距离，不小于弯曲全长的1/10，不应弯成折角或直角，弯曲应采用弧形弯曲，引下线所用材质应与古建筑相协调。宜采用热镀锌钢筋作为引下线，通长焊接且引下线宜沿建筑物四周对称布置。

焊接时应注意搭接长度：扁钢与扁钢搭接为扁钢宽度的2倍，不少于三面施焊；圆钢与圆钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊；圆钢与扁钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊；扁钢和圆钢与钢管、角钢互相焊接时，除应在接触部位两侧施焊外，还应增加圆钢搭接件，焊接处应做防腐处理。

3.3 古建筑物接地装置的设计

古建筑物接地装置的布设应根据其用途、性质、地理环境和游客多少等情况来选择结构方式和位置。对重要的游客集中的古建筑物内部应做均压措施。对宽度较窄的古建筑物可采用水平周圈式接地装置，并注意接地装置与地下管线路的安全距离。若达不到规范要求的一律连接成一体，构成均压接地网。这样可以使到接地网界面以内的电场分布比较均匀，可以减小跨步电压对游客的危害，也可以减小室内在被雷击时由于地面电位梯度大而容易产生的反击高压危害。

接地装置的布设应根据其用途、性质、地理环境和游客多少等情况来选择接地方式和位置，对重要的游客集中的古建筑物内部应做均匀措施。为降低雷电跨步电压对游客的危害，当接地体距建筑物出入口或人行道小于3m时，接地体局部应埋深1m以下，若埋深有困难，则应敷设50～80mm厚的沥青层，其宽度应超过接地体2m。

接地位置的选择应尽量选择古建筑两侧，阴面等游人相对较少或没有观景点和休息厅的偏僻处。要以垂直接地极为主，加大接地深度，以减少对古建筑内部地表的破坏。

弱电设备的接地系统要和接闪带等直接雷击的接地系统间隔5m以上，否则要在地面下采取等电位连接措施。

该项目应采用增加人工接地系统，若附近还有其它建（构）筑物，则其接地装置与本建筑物接地装置之间的水平距离应不小于20m，否则应采取等电位联结措施，形成联合接地网。

3.4 古建筑物球形雷预防

对古建筑最难防的是球形雷，建议最好安装金属屏蔽网并可靠接地，最低要求是把建筑物的所有门窗都装上玻璃（最好有金属网格），使其没有孔洞，以防球形雷沿孔洞钻进古建筑内，以至爆炸使古建筑部分损坏或造成人身伤亡。金属窗要做等电位连接，一般在窗框或窗扇的四角处，采用镀锌扁钢将框内的衬钢连为一个闭合体，通过四颗金属连接螺丝与衬钢接为一体，用16mm2多股铜线做等电位。此外，还应注意附近高大树木引来的球形雷，要考虑树木与建筑物的安全距离，满足树干距古建筑不应小于5m，树冠距古建筑不应小于3m。

古建筑物采取总等电位联结措施和局部等电位联结措施。各建筑物均应设置人工环形接地联结体，作总等电位联结，利用建筑物四周的引下线在基础沿建筑物外侧焊接环通作为环形接地联结体。

4 结语

综上所述，雷电活动高发、雷电灾害频繁、雷击造成人员伤亡、严重的经济损失，这些现实充分说明：保障人民生命财产安全、经济发展安全和社会公共安全，迫切需要依靠科技进步，在古建筑物雷电灾害防护方面上完善项目防雷设计，达到全面、系统、科学地防御雷电灾害的目的。

参考文献

[1] 王兵利，李艳芝.现代建筑物的防雷保护[J].建筑技术，2013，44（9）：845-847.

[2] GB50348—2004.安全防范工程技术规范[S].北京：中国计划出版社，2004.

[3] GB50165-92.古建筑木结构维护与加固技术规范[S].成都：四川省建筑科学研究所，1993.

[4] 石金铖，王殿江.防雷接地电阻异常情况的分析[J].气象科技，2006，34（3）：357.

[5] QX/T2006—67.古建筑物防雷技术规范[S].北京：中国气象局，2010.