基于古建筑物雷击事故分析的防雷设计和施工要点

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2018.06.065

2018 NO.06SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯基于古建筑物雷击事故分析的防雷设计和施工要点

朴文 马海鹏

（北京市气象灾害防御中心 北京 100089）

摘　要：根据古建筑物特点和性质，分析其易受雷击的原因和部位，指出传统古建筑物防雷措施的不足之处，提到在进行古建筑物防雷设计时应综合考虑安全与文物保护等因素。结合已有古建筑物雷击事故，进行实地勘察，并分析事故的主要原因。最后，基于相关文物保护与雷电防护标准，对受雷击的古建筑物防雷设施改造提出几点建议。关键词：雷电防护 古建筑物 外部防雷 内部防雷中图分类号：P429 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)02(c)-0065-02

①

雷电灾害是文物古建筑遭受破坏的主要原因之一，除了直接对建筑结构造成机械损伤之外，还有可能引发火灾，使古建筑物大面积损毁。由于古建筑物的结构特点和建筑材料的不同，使得这类建筑物极易遭受雷击，而遭受雷击后造成的损失是无法弥补的。所以，提高古建筑物雷电防护水平，保护其免受雷击的破坏是非常重要的。

1 古建筑易受雷击的主要原因

1.1 古建筑物自身的因素

从古建筑物的结构特点、所用建筑材质、所处地理环境、用途及性质等角度分析古建筑易受雷击，主要有以下一些原因。一是古建筑多为砖木结构，以木质为主，这些木材经过千百年时间的干燥，含水量很低，且内部材质疏松，容易积蓄静电，吸引雷电流。二是古建筑物的修建地点大都地势较高，位于旷野中或江、河、湖泊附近，这些地区的建筑物极易成为雷电袭击的目标。三是古建筑结构中的飞檐、翘角、梁柱、屋脊、吻兽、塔刹等突出部分十分容易接闪雷电。四是古建筑所在之处，大都有高大树木相依，而这些高大的古树最容易成为雷电的落脚点，引起雷电反击，增大了古建筑受雷击的概率。

1.2 古建筑物现存防雷缺陷

除上述古建筑自身因素外，古建筑物的现存防雷缺陷也是其易受雷击的一个原因。一是未设避雷保护设施，虽然《中华人民共和国文物保护法》颁布后，古建筑物的防雷装置陆续得到改进，但目前还有部分的古建筑物未设防雷装置。二是已有防雷设施未达防雷技术标准，从实际检测发现，部分古建筑物的防雷装置还存在对易受雷击部分布设不到位、防雷引下线少、接地装置位置不适宜、无均压措施、室内外电气管线路与防雷系统距离不够等问题。三是由于古建筑物周围的地理环境、地质条件不理想，导致给古建筑物防雷装置的施工安装带来难度，防雷效果相对现代建筑物要差一些。

2.1 雷击现场勘查

被雷击建筑物位于一独立院内，屋后种有较高的树木，与附近另一较高建筑物之间有一定距离。由于落雷的影响，造成建筑物内6台计算机损坏。经过测量，院内配电箱电源取自西分配电室，配电箱内N排接地电阻为1.11Ω，PE排接地电阻为2.75Ω，这是由于电源线引入后配电箱处未做重复接地。通过勘查还发现该建筑物未安装任何直击雷防护措施，且此院分配电箱处以及室内供电设备前端均未安装电涌保护器。2.2 事故分析

根据以上的现场勘查，受雷击古建筑物没有直击雷防护措施，且距离最近的直击雷防护有300m远，根本无法达到直击雷防护的要求。建筑物靠近水源，并且后檐树木较多，这些都增加了其遭受雷击的概率。室内用电设备较多，据事发现场人员描述，雷击时见空调室内断路器冒出火球。现场勘查未找到雷击点，初步判定此次事故是由于空调室外机受到雷电感应影响所致。

3 古建筑物防雷设计的建议

3.1 防直击雷措施

3.1.1 接闪器

对于此次受雷击的古建筑物，采用敷设接闪带的方式，在建筑物正脊、硬山脊、屋檐等易受雷击的部位明敷接闪带，接闪带网格不大于8m×8m。接闪带在安装时高出正脊、斜脊屋檐瓦等100～300mm，沿建筑屋脊的轮廓弯曲，通过抱箍式支持卡子与瓦面固定。接闪带水平敷设时，支持卡子的间距为0.8～0.9m，垂直敷设时，支持卡子的间距不大于1m，转弯处支持卡子的间距为0.5～1.0m。接闪带之间的连接全部采用电气连接中的放能焊接，并在所有接闪带支持卡两侧，涂刷与建筑物瓦面颜色统一的丙烯酸防水胶，每点涂刷不少于两遍。

3.1.2 引下线设置

引下线主要设置在远离游客和出入口建筑的侧面，材料选用Φ8的紫铜棒，根据建筑物长宽确定引下线数量为4根。引下线上端与接闪带连接，下端与接地母线相连接。在

(下转67页)

2 雷击事故分析

本部分以某一真实雷击古建筑事故为例，对雷击事故

进行系统分析。

①基金项目：北京市气象局科技项目（标准类）（项目编号：BMBKJ201706010）。

科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION

65

Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.工 程 技 术

压实的方法加固地基这样可以使疏松的土体更加密实，从而稳固地基。通常，冲击压实的次数不要超过30次，而且要确保土的水分适宜，不能过于干燥，也不能过于湿润。冲击压实的时候，通常路基的长度会因机型而有所区别。要一层一层地进行冲压，还要对路基边沿进行冲压，这样就可以减少冲击对路基造成的副作用。在路堤边缘冲击压实的时候，不要速度过快，稳步压实，还要注意击压实机要实现连续性冲压。

3.2 动力固结

动力固结主要利用起重机吊起夯实的锤子，在一定高度下以自由落体形式落下，对地基造成很大的冲击。这种冲击所带来的能量能够对黄土地区的黄土进行有效处理，通过强大的冲击力压缩土体的缝隙。此外，该方法还可以通过冲击力使被冲击的部位产生裂缝，自然形成排水渠道，有一举两得的功效。动力固结可以提高地基的强度，使其更加稳固。

3.3 灰土挤密桩

在黄土地区的路基施工之所以会有一定的难度，主要就是因为黄土的透水性不好，极容易遭到水的侵害，因此，在该地区的路基施工必须要做好排水系统。需要按照规范进行操作，在做好排水系统的同时，对路基进行加固处理，严防出现下沉等质量问题。基于黄土的特殊性，在加固时会采取灰土挤密桩。灰土挤密桩的优势就是针对黄土地区的特(上接65页)

各引下线上距地面0.3～1.8m之间装设断接卡，在距地面上2.7m至地下0.3m处采用绝缘塑料管等保护措施，塑料管的颜色应与建筑物颜色相统一。

3.1.3 接地装置

由于该文物建筑所在区域地质条件相对复杂，地面以下经常遇到特殊三合土及砖石基础，所以本设计采用XIT离子接地极为接地装置，预计每条引下线安装一组离子接地极（独立接地网）。接地极采用深孔安装离子接地极的施工做法，按就近安装避开游人的原则，选择在僻静之处进行安装。对每一接地极距地面不足1m处进行绝缘处理（安装绝缘护套管），水平接地体采用BV95mm2铜绞线，与垂直接地体及水平接地连接线之间采取放能焊接工艺。3.2 电源SPD设计

3.2.1 室外配电箱SPD安装

在受雷击建筑物的室外墙上设有配电箱，用于提供动力及照明供电。根据《文物建筑雷电防护技术规范》，本设计选用I级SPD，以并联方式接在配电箱的总电源空气断路器的输出端，采用上进线方式。电涌保护器在安装时，保持连接导线平直、可靠，且以最短路径接地，其长度不宜大于0.5m，连线的弯曲角度不得小于90°。安装完成后，应检查脱离装置、SPD的工作状态。电源SPD连接线对应相线L、中性线N及地线PE应分别采用相应颜色的多股塑铜线。

3.2.2 室内用电设备前端SPD安装

在为室内用电设备的前端加装电涌保护器时，电涌保护器选用II级SPD，产品的技术参数为：最大持续工作电压385V、标称放电电流20kA、最大放电电流40kA、

2018 NO.06SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯点，实现对路基的有效加固。而且，灰土挤密桩不容易受到水的侵害，可以实现黄土公路地基的稳固和排水系统的完善。

对黄土地区的路基施工进一步完善，一是基于路基施工的重要性，二是由于黄土的特殊性。公路路基施工通常会面临较差的环境，而且工程十分复杂，如果要提高路基质量，就必须要注重施工技术的应用，实现良好的质量控制。

4 结语

综上所述，黄土地区公路路基施工需要考虑到该地区的实际情况，要采取有效的技术处理实现路基的稳固。路基工程在公路施工中至关重要，也是公路施工的基础，打好根基的前提就要做好路基施工，面对黄土地区的特殊性，路基施工的相关技术必须要进一步完善。

参考文献

[1] 王永青.高速公路湿陷性黄土路基填筑的施工技术[J].交通世界,2017(7):26-27.[2] 郎卫军,董错,朱春明.青海黄土地区水泥改良路基施工工艺研究[J].科技创新与应用,2017(9):251.

[3] 陈杰宏.高速公路湿陷性黄土地区路基强夯施工技术研究[J].交通世界(建养·机械),2015(7):100-101.[4] 黄昌生.公路工程路基施工及技术问题分析[J].青海交通科技,2012(3):33-34.电压保护水平≤1.35kV、响应时间≤25ns、工作温度范围-40℃～+80℃。

4 结语

在对古建筑雷击事故现场勘查与分析的基础上，对其避雷设施进行了改造设计，包括防直击雷和电源线路防雷。通过这些措施可以有效降低建筑物遭受雷击的概率，对古建提供较好的保护。在进行防雷设计时，需要考虑所安装的外部防雷装置是否影响了古建筑美观，内部防雷装置是否破坏了古建筑物内结构,所用接闪杆、接闪带、接闪网等是否与建筑物立面相配，低矮建筑物能否由高大建筑物的避雷装置所保护，相距较近的建筑物能否共用接地体等。

参考文献

[1] 童凌.古建筑防雷设计措施初探[J].四川建筑,2007,27 (3):62-63.[2] 王永维,罗苓隆,吴体,等.优秀历史建筑保护的基本原则[J].四川建筑科学研究,2010,36(3):1-4.[3] 罗茂兴.古文物建筑的雷电灾害防护[J].广西气象,2003, 24(2):33-37.[4] 石拥军,李建宇.古建筑物防雷略论[J].消防技术与产品信息,2004(12):17-19.

[5] 万丽岩,邢宇航.兴城古建筑物防雷技术设计探讨[J].气象与环境学报,2008,24(3):29-32.

科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION

67

Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.