古建筑防雷施工应注意的几个事项

1  前言

我们知道，古建筑多为砖木结构，一旦遭受雷击，轻者造成物理损害，重者会引起着火，对古建筑损失严重。

然而，近年来，我们到一些古建筑景区参观考察，发现许多古建筑打着防雷幌子，本来造型古朴典雅美观的顶部被密密麻麻装了许多避雷针、避雷带，四周的引下线、保护套管格外引人注目，严重影响了古建筑的本体形象，使古建筑顿失风采。那么，古建筑防雷设计施工有哪些工艺要求，应注意哪些事项呢？

2  古建筑防雷工艺

2.1  接闪器^[1]

在古建筑群所涉防的文物建筑正脊、垂脊、戗脊（岔脊）、檐口、吻兽、宝顶、宝瓶、等易受雷击部位安装接闪带，屋面接闪带网格尺寸不大于10×10m 或12m×8m，接闪带采用紫铜棒φ 8;屋顶较大金属装饰物可以作为接闪器组成部分。

工艺要求：

（1）支架根据古建筑屋面瓦型和特殊部位定制，支架安装位置准确，每个支架能承受49N（5kg.f）垂直拉力。

（2）各排支架应平正顺直，分布均匀，呈几何线条，并且与古建筑屋面流线协调一致。支架水平安装时，间距为：1m，遇到转角距离缩短至0.5m。支架垂直安装时，间距为：1 m，遇到转角距离缩短至0.5m。

（3）支架高度150mm，各支架间距应均匀，允许偏差30^。转角处两边的支架距

转角中心不大于250^。水平度每2m 检查段允许偏差3/1000，垂直度每3m 检查段允许偏差2/1000;但全长偏差不得大于10。

（4）支架与屋面固定处采用金属顶丝加缓冲垫片，避免顶丝直接施力于瓦面给古建带来伤害，同时也防止热胀冷缩效导致接闪带张力拉开瓦片。

（5）接闪带不应有高低起伏和弯曲现象，距离建筑物应一致，平直度每2m 检查段允许偏差3/ 1000，但全长不得超过10。

（6）带弯曲处不得小于90°，弯曲半径不得小于圆钢直径的10 倍。

（7）接闪杆能够承受基本风压0.7kN/m2。

2.2  引下线

在每栋建筑物立面安装引下线，引下线均匀或对称布置，平均间距不大于18m，对正房、厢房及山门搭接在一起的建筑，屋面接闪带互连的情况下，计算周长可以按整体建筑考虑，引下线采用紫铜棒φ 8。

工艺要求：

（1）引下线支架高度为：150mm，支架安装位置准确，每个支架能承受49N（5kg.f）

垂直拉力。

（2）各排支持件應平正顺直，无急弯，分段固定。

（3）支持件水平方向间距1m，垂直方向间距1～1.5m，弯曲部分0.5m。

（4）引下线尽量沿柱子敷设时，其抱箍与柱子之间采用隔热防护措施：垫三层石棉垫层等。

（5）引下线沿墙体敷设时，应首先安装顶端和底端支架，尽量减小对墙体的损伤。

（6）各支架间距应均匀，允许偏差30。转角处两边的支架距转角中心不大于250，水平度每2m 检查段允许偏差3/1000，垂直度每3m 检查段允许偏差2/1000;但全长偏差不得大于10。

（7）引下线两端应分别与接闪器和接地装置做可靠的电气连接，安装应平正顺

直，焊缝饱满，无虚焊、漏焊，距离附近其它已建电气线路安全距离不小于1m。

（8）引下线上应无附着的其他电气线路;

（9）引下线不应敷设在下水管道内，并不宜敷设在排水槽沟内;

2.3  断接卡

断接卡安装主要是考虑防雷接地装置测量使用。工艺要求：

（1）断接卡上端与引下线连接，下端与接地线连接。

（2）断接卡各种连接螺栓，要采用双垫一母（其中有防松动垫圈）;

（3）连接板紫铜板30×3mm。

2.4  防雷接地装置

防雷接地装置根据地形、地质和现场条件，为了减小对文物基础影响和景区硬化路面、植被的破坏，A 型接地极可采用深孔接地井安装方式。接地装置冲击接地电阻值≤10Ω。其工艺要求：

（1）接地线上与断接卡连接，下与接地极相连。

（2）断接卡至地面段接地线，如果其可以直接入地的应采用PVC 绝缘管保护，对不能直接入地且需经过台阶入地的，应改用钢槽，在接地线上穿3mm 厚交联乙烯软管再放在钢槽内安装，拐弯处可以采用管箍连接。

（3）接地线在地中连接，应采用放热熔焊接。

（4）接地极采用以垂直方式安装的防腐接地棒。接地棒安装应采用接地井深埋方式安装，利用专业打井机挖出深6m，直径150mm 接地井，对个别位置难以实现上述深度的，可适当降低深度要求。接地井安装完毕后，将垂直接地极连同焊好的接地线共同放入井内。向井内回填土壤，用专用工具分层夯实。

2.5  防接触电压（旁侧闪络）和机械损伤

建筑物外的引下线敷设在人员可停留或经过的区域时，应采用下列一种或多种方法，防止接触电压和旁侧闪络电压对人员造成伤害：

（1）外露引下线在高2.7m 以下部分穿不小于3mm 厚的交联聚乙烯管，交联聚

乙烯管应能耐受100kV 冲击电压（1.2/50μs 波形）。

（2）应设立阻止人员进入的护拦或警示牌，警示牌应设在醒目位置。

（3）在易受机械损伤之处，地面上1.7m 至地面下1m 和台阶不能直接入地地段，

（4）防接触电压保护管和防机械损伤保护管（槽）可以合为一套装置，为了测量方面，在断接卡处分为上下两截，两截之间采用加强型管接头连接或在此处设在测试端子箱。

2.6  防止跨步电压

在建筑物外人员可经过或停留的引下线与接地体连接处3m 范围内，应采用防止跨步电压。

2.7  焊接和防腐

明装专用防雷接地装置所使用的钢材与钢材之间应采用电弧焊接。地中防雷装置必须采用焊接或熔接。

3  关键技术参数的校验

3.1  接地电阻

（1）接地电阻设计基本参数

1）垂直接地极：

材料名称：离子接地棒

长度L=3m

有效直径d=0.06m（接地棒与接地井周围灌满低阻降阻剂）

数量n=2 组

2）水平接地线

材料名称：紫铜带30×3mm

水平接地网接地线等效直径d=0.015m

有效长度：10m

3）接地装置周围土壤电阻率

经现场实测：土壤电阻率为127.3Ω .m。

（2）接地体接地阻值计算

1）垂直接地极接地电阻

经计算，单组A型接地装置垂直接地极工频接地电阻Rn=7.913Ω，符合冲击接地电阻值≤10Ω 设计要求。

3.2  主材使用年限校验

（1）紫铜带30×3mm 使用年限校验：

N1/3 =W/3/k=3/3/0.02=50 年

N= W/ k =3/ k =150 年

（2）紫铜棒直径8mm 使用年限校验：

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—材料全部腐蚀所需年限;

W—扁形铜材的宽带，mm。

d—圆形材料的直径，mm。

k—铜材腐蚀率，0.02mm/年。

3.3  接闪带保护范围校验

依据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》，滚球半径取45m 来计算接闪带的保护范围。把接闪带看作架设接闪杆，计算其保护范围。

1）单支接闪杆的保护范围计算：

（1）当接闪杆高度h 小于或等于hr 时：

①距地面hr 处作一平行于地面的平行线;

②以杆尖为圆心，hr 为半径，作弧线交于平行线的A、B 两点;

③以A、B 为圆心，hr 为半径作弧线，该弧线与杆尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面止就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体;

④接闪杆在hx 高度的xxˊ平面上和在地面上的保护半径，

经计算：

6.7 米接闪杆在4.0 米檐口高度的保护半径为：5.077 米。

4  存在的几个突出问题^【2】

4.1  过度防护

在整个防雷装置设计中安全可靠是核心，这就要求古建筑防雷设计中，应按照国家相关法规、标准、技术规范、施工图集的要求，做到层层设防，分类防护，重点突出，综合考虑。对雷电风险评估较高的建筑可适当提高防护类别。

但是，以此为借口，例如：把许多全国重点文保护区域统一按一类文物建筑进行设计，甚至低矮的围墙、门楼、石碑、牌坊等都大量加装接闪杆，引下线，接地装置。有的文物保护单位先期较高建筑尚没有设计屋檐接闪带，后期很低的附属古建筑却加装屋檐接闪带。造成不伦不类，过度防护。

4.2  采用过时标准

在整个防雷装置设计中技术先进性原则是关键，它是实现安全可靠的重要技术保障。技术先进包括：设计是不是采用最新的国家（国际）标准，施工是不是采用最新的且在工程中实践应用过的技术，材料的选择是不是合理。

古建筑防雷设计有国家标准《古建筑防雷工程技术规范》GB51017-2014;行业标准《文物建筑防雷技术规范》QX189-2013;许多地方还有古建筑防雷地方标准。许多防雷设计没有依据最新的国家、行业标准，反而依据本地较早的地方标准，本地标准则没有依据最新的国标、行标进行修订，造成许多设计争议。

4.3  全部采用高贵设计

在整个防雷装置设计中经济合理性原则是基础，它是实现安全可靠、技术先进的的经济支撑，必须充分地做好雷电风险评估，选择最合理设计方案、施工方案。

我们知道离子接地极能有效降低接地电阻，且占地较少。有的地方土壤电阻率很低，普通接地极就可以满足要求，却大量采用离子接地极，绝大部分资金用于接地施工。

4.4  不经过校验计算

古建筑屋顶大多是斜坡结构，许多防雷设计勘察不测量坡度、不计算保护范围，擅自把古建筑主楼及附属建筑的正脊、垂脊、戗脊（岔脊）、檐口、吻兽、宝顶、宝瓶等所有部位一律安装接闪带，分不清主次。

4.5  影响文物本体

在整个古建筑防雷装置设计中，古建筑防雷根本是保护文物，绝不能一边保护，一边损害，更不能做打着保护文物建筑旗帜，损害文物建筑。古建筑防雷必须遵守不改变文物原状的文物保护原则，防雷装置安装要最大程度做到与建筑原貌一致。实际上，许多古建筑防雷施工很难做到这一点。存在现象：

（1）为了支撑引下线，擅自在木制、砖体、石头结构梁、柱打孔，加支撑架。

（2）接闪带不能均匀布设，有吻兽地方，不能做到随行就行，高低错落有致。

（3）引下线暴露明显，没有遵守尽量隐藏在角落、屋后、侧面等原则。

（4）保护套管太粗，太高，明显影响古建筑视觉和本体形象。

（5）施工不规范，引下线等布线散乱。

4.6  忽视电子信息系统防护

古建筑大多加装了安防监控、消防报警、计算机网络等电子信息系统。许多古建筑不进行统筹考虑，只重视古建筑本体防雷保护，造成许多电子系统雷击事故。

参考文献：

[1]《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2010，中国计划出版社，2011年.

[2]杨世刚等，《文物建筑防雷技术规范》  QX189-2013  2013.5，气象出版社。

作者简介：

付国振;出生年月：1968.5;男;汉族;河北灵寿;大学;副研高工;研究方向：雷电防护。