新津观音寺防雷工程设计

第四类

该寺在2006年进行保护性修复时，实施了防雷工程。在防雷工程设计中，涉及一些技术难题，下面就该寺防雷工程设计方案中重点部分加以说明，供大家交流。 1 防雷类别的确定 古建筑需要安装防雷设施，首先要确定古建筑的防雷类别。目前在用的涉及古建筑防雷类别确定的标准主要有两个，一个是国家标准《古建筑木结构维护与加固技术规范》GB 50165-92，另一个是《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94,2000版），两个标准在古建筑防雷类别的确定上含义是不一样的，在改、扩建或修缮古建筑时进行防雷装置设计时容易造成混淆和争议。如何根据古建筑物的特殊结构和对防雷的要求，正确划分古建筑物防雷类别，是做好古建筑防雷工程设计、施工的基础。 《古建筑木结构维护与加固技术规范》GB 50165-92中第5.3.1条规定，古建筑的防雷，根据其文物价值与雷害后果分为三类： 第一类：国家级重点保护的古建筑； 第二类：省、自治区、直辖市保护的古建筑物； 第三类：其它古建筑物。 当确定古建筑群的防雷类别时，若各建筑物的保护级别不同，则应以其中最高一级的建筑物为准。 该标准根据古建筑的实际情况，规定了需要采取的一些必要的防雷措施。 该标准在第5.3.4条中规定：古建筑的防雷装置，应按现行国家标准《建筑防雷设计规范》的规定和下列要求进行设计，即防雷装置的选择与构造要求，对一类古建筑，应专门研究；对二类古建筑，应按第一类民用建筑考虑；对三类古建筑，应按第二类民用建筑考虑。 该标准在本条中引用了国家标准《建筑防雷设计规范》，即国家建筑标准GBJ57-83《建筑防雷设计规范》。 而GBJ57-83《建筑防雷设计规范》中将建筑物防雷类别分为两大类，一类工业建筑物和构筑物，另一类是民用建筑物和构筑物。其中工业建筑物和构筑物的防雷类别分为三类，民用建筑物和构筑物的防雷类别分为两类，该标准在10.5.2条中规定：民用建筑物和构筑物根据其重要性和使用性质，按防雷要求分为两类。第一类民用建筑物：具有重大政治意义的建筑物，如重要的国家机关、迎宾馆、大会堂、大型火车站、大型体育馆、大型展览馆、国际机场等的主要建筑物．第二类民用建筑物和构筑物：a．重要的公共建筑物，如大型百货公司、大型影剧院等，结合当地雷击情况确定需要防雷者；b．根据雷击后产生的后果，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的Q－3级爆炸危险场所或H－1、H－2、H－3级火灾危险场所。 国家现行标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）的第2.0.1条规定：建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。其中第一类防雷建筑物是指有爆炸危险，因电火花而引起爆炸，会造成巨大损失和人身伤亡者。第二类防雷建筑物有国家级重点文物保护的建筑物，国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物等。第三类防雷建筑物有省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆等。该标准中明确将国家级重点文物保护的建筑物划为第二类防雷建筑，省级重点文物保护的建筑物划为第三类防雷建筑。 以上的三个标准对古建筑防雷分类各有不同，根据各标准对古建筑的防雷类别的划分见表1。 表1 各标准对古建筑的防雷类别的划分 国家级文物保护建筑省级文物保护建筑其它古建筑 GB 50165-92《古建筑木结构维护与加固技术规范》一类二类三类 GBJ57-83《建筑防雷设计规范》民用建筑物一类民用建筑物二类 《建筑物防雷设计规范》GB50057-94二类三类 如果考虑古建筑的防雷分类如何与其它建筑防雷分类结合起来，笔者认为应按照古建筑的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果来确定。 在GB50057-94中，第一类防雷建筑物是指有爆炸危险，因电火花而引起爆炸，会造成巨大损失和人身伤亡者。但古建筑屋架大多为木结构，容易起火燃烧，在第一类古建筑物中属于“国宝”级的和列入联合国世界人类文化遗产的大型古建筑群应参照第一类防雷建筑物标准进行防护。因为这些古建筑物一旦遭雷击焚毁，将是国家和民族无可挽回的莫大损失，同时也是人类文化遗产的莫大损失，所以第一类古建筑物上述部分应划入第一类防雷建筑物重点保护，第一类古建筑物其余部分及第二类古建筑物应划为第二类防雷建筑物。第三类古建筑物中，当古建筑物有电源线、信号线等引入内部，有大型金属构件、金属物体、使用电子设备时，也应划入第二类防雷建筑物。除此之外的第三类古建筑物可划分为第三类防雷建筑物，从GBJ57-83《建筑防雷设计规范》和《建筑物防雷设计规范》GB50057-94中采取的防雷措施也可以看出，GBJ57-83《建筑防雷设计规范》中的民用建筑二类防雷措施对应于《建筑物防雷设计规范》GB50057-94中的建筑物二类防雷措施， 根据以上叙述，考虑新津县观音寺虽属国家级重点文物保护单位，但未列入联合国世界人类文化遗产，而且其面积较小，与北京故宫、甘肃敦煌等文物保护单位相比没有那么重要，且成都市年雷暴日数为34.6天，属多雷区，故将观音寺雷电防护级别定为二类防雷建筑（依照《建筑物防雷设计规范》GB50057-94）。 实际上，笔者在多年古建筑防雷设计、施工的实践中，并不是局限防雷类别的划分，很多时候是采用一、二类防雷措施的结合，如防直击雷措施采用一类的方法，雷电感应与雷电波侵入采用二类防雷措施等方法，很好的解决实际问题 2 现场勘察情况 新津观音寺位于新津县永商镇侧的一个小山丘顶，海拔650m，寺内主要建筑为观音殿和毗卢殿。 观音殿位于寺院中后部（毗卢殿之后）。殿宇为单檐歇山式顶，面阔五间，通面阔20.58m，其中当心间5.21m，进深四间，通进深16.27m，殿宇建筑面积为453㎡，建筑结构为砖木结构。殿内有照明和监控系统，供电由低压配电盘引入。 毗卢殿是观音寺现存年代最久的建筑。位于寺院内二级台地正中，面阔三间，通面阔10.5m，其中当心间为6.03m；进深三间，通进深10.9m，殿宇建筑面积为163㎡；建筑平面接近于正方形，为砖木结构，周围很多高大树木。殿内有照明和监控系统，供电由低压配电盘引入。 该寺低压供电有架空引入至寺内配电盘，然后分别分配至各大殿及生活区。 该寺无任何防雷装置。 3. 设计方案 3.1 外部防雷装置 3.1.1 接闪器设计 沿各建筑物的正屋脊设置避雷带；在正屋脊的两端设置30～50cm的短针加以保护，正脊中间较突出的尖塔、法轮宝顶处安装短避雷针。 保护范围计算结果：建筑物屋脊与屋面沿角垂直高度为3m，距离沿角最长水平距离为6m，根据IEC1024-1和GB50057-94(2000版)的有关规定:一类建筑物按hr=30m滚球法计算得出屋脊上避雷带保护范围为R=13m。建筑物屋脊两端安装避雷针与屋面四个翘角的垂直高度为2.8m，水平距离为6.8m，按hr=45m滚球法计算得出屋脊上避雷针保护范围为R=12m。保护范围足以覆盖整个建筑物。 避雷带安装方法及工艺：根据建筑物的结构特征进行相应的设计； (1) 屋脊顶部有一定高度（屋脊上有堆瓦或其它材料构筑的）； 揭开屋脊的屋脊瓦，将25×4镀锌扁钢压在瓦下，弯曲后与Φ10mm2圆钢进行焊接作为支撑架，避雷带（Φ10mm2圆钢）与屋脊上的支撑架进行焊接，支持架间距不大于1m，对支持架底部敷设适的防水沥青；避雷带（Φ10mm2圆钢）应沿建筑物屋脊的轮廊弯曲，避雷带应高出正脊的高度，以及其上的吻兽、法轮宝顶等10㎝。 b、根据屋脊瓦的高度和宽度定做相应的U形卡（U形卡具体形状见设计图），将U形卡卡在屋脊上，间隔距离为1-2m，将避雷带（Φ10mm2圆钢）与U形卡进行有效连接；避雷带（Φ10mm2圆钢）应沿建筑物屋脊的轮廊弯曲，避雷带应高出正脊的高度，以及其上的吻兽、法轮宝顶等10㎝。 (2) 屋脊为卷棚式的建筑物（结义庙、孔明苑、孔明殿、观星楼、文物库房的部分屋脊），在离屋脊两边20～30cm的背瓦上安装U形卡，将2个U行卡用Φ10mm2圆钢连接作为避雷带支撑架，避雷带（Φ10mm2圆钢）与屋脊上的支撑架进行焊接，支持架间距不大于1m，避雷带（Φ10mm2圆钢）应沿建筑物屋脊的轮廊弯曲，避雷带应高出正脊的高度，以及其上的吻兽、法轮宝顶等10㎝。 避雷带材质：热镀锌圆钢；避雷带规格：Φ10mm2。 避雷短针材质：热镀锌圆钢；避雷针规格：Φ14mm2 在距离毗卢殿较近的高大古树上架设避雷针。 古树平均高度约为32m，根据IEC1024-1和GB50057-94(2000版)的有关规定：一类建筑物按hr=30m滚球法计算得出单针保护范围为R=30m；在充分保护古树的条件下，还可以保护部分古树周边古建筑及其附属建筑。 避雷针型号：ZGZ200-1.5； 高度：1.5m； 此型号避雷针为中光公司高效避雷针，可以有效扩大保护半径（详见避雷针检测报告）。 避雷针安装方法及工艺：用定做的金属抱箍固定避雷针于树木的顶部，避雷针应高出树顶部2m～3m。 3.1.2 引下线设计： (1)、建筑物： 引下线材质：热镀锌圆钢或镀锌钢绞线；引下线规格：φ10mm。 引下线安装方法及工艺：引下线从建筑物外立面四角、后檐墙等布设，尽可能对称隐蔽安装。建筑物正面为安全及美观考虑不宜设引下线，面阔较大的大殿前屋檐避雷带可选直径较粗的材料敷设，两端引下线也须加大材料直径。引下线4根，平均间距12m，敷设时引下线尽量沿建筑四周对称布置，安装完后应涂上与建筑物颜色相适宜的颜料。 为减少引下线自身电感所引起的雷电感应过电压，以最短的接地路径敷设。引下线弯曲应采用弧形弯曲。在引下线距地面以上1.8m加装绝缘护套管，以防止接触电压对人员的伤害。 (2)、古树： 引下线材质：热镀锌圆钢或镀锌钢绞线；引下线规格：φ35 mm； 引下线数量：1根； 引下线安装方法及工艺：敷设时，沿树木的主干引下，用卡子每隔3m固定；安装完后应涂上与树木颜色相适宜的颜料。在引下线距地面以上1.8m加装绝缘护套管，以防止接触电压对人员的伤害。 3.1.3 地网设计 安装方法及工艺： 由于周围环境复杂，所以接地网的设计以每根引下线到地面的位置单独设置，尽量选择在周围绿化带中做人工辅助接地网。接地装置采用水平接地体与垂直接地体相结合的方式，地网的形状均为鸭脚型。地沟要求挖深≥60cm、宽≥50 cm，水平接地体用4×40mm的镀锌扁钢，垂直接地体用5mm×50mm×2000 mm的镀锌角钢，两者之间的焊接要求为单面焊接长度应大于12d、双面焊接应大于6d为标准，焊接部位应采取防锈处理。地网回填时应敷埋适量降阻剂以保持接地电阻的长期稳定。地网冲击接地电阻设计值为≤10Ω。 注意：接地装置与地下管线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。另外，为降低雷电跨步电压对人员的危害，当接地体距建筑物出入口或人行道小于3m时，接地体局部应深埋地面1m以下，若深埋有困难，则应敷设50--80㎜厚的沥青层。如果地网在人行道下，则应该在地网所在地面设置接地网标志，以保护游客安全。 4 结论 古建筑的防雷类别确定是个难点，主要是使用标准不同。笔者认为应使用国家现行标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版），并且在实践中要灵活运用，在不增加投资情况下适当提高防护级别。 古建筑防雷工程的实施很容易对古建筑外观的造成影响。为了保证古建筑的原始性，本例在施工过程中尽量做到隐蔽、对称；如接闪器安装在屋脊的两端和中间宝顶处，以保持古建筑的视觉平衡；引下线沿古建筑墙体较隐蔽处敷设，并涂上与建筑物颜色相适宜的颜料，有树木离建筑物较近时沿树干布设；地网在建成后原貌回填。因此，工程对古建筑外观的影响不大，基本可以保持古建筑的视觉完整。 作者简介 路云涯，（1969—），女，毕业于成都信息工程学院防雷专业（函授本科）。现任成都市新津县防雷中心副主任，气象科技服务工程师。2000年开始从事防雷装置常规检测、技术审查、竣工验收、工程施工等各项防雷工作近十年。曾多次主持和参与地方企业、事业单位防雷工程整改和设计方案制作。 游建国，男，1972年出生，四川兰电防雷有限公司副总经理。1992年南昌气象学校毕业，2004年成都信息工程学院计算机网络技术专科毕业，现本科在读。多年从事防雷检测、防雷工程，积累了丰富的实践经验，主持和参加民航、铁路、高速公路、金融、石油石化、计算机信息系统等行业上百项防雷工程的设计和施工。 (详细请见《中国防雷》2009年第四期) 观音寺，距成都41公里，殿系仿唐建筑，为国家级重点文物保护单位。 该寺现存毗卢、观音二殿。毗卢殿建于明天顺六年（公元1426年），殿堂两壁保留有六幅壁画，系明成化四年（公元1468年）彩绘。观音店建于明成化二年 （公元1466年），殿中的塑像南海观音，被誉之为“东方维纳斯”。