古建筑防雷保護工程實例分析

中國傳統古建筑多為全木結構或磚木結構。因被雷電擊中而造成直接破壞或引起火災一直是傳統古建筑主要存在的安全隱患。本文以三峽工程湖北庫區最大的文物保護工程屈原祠仿古新建工程為實例，淺析古建筑防雷保護工程實施。

　　中國傳統古建筑多為全木結構或磚木結構。因被雷電擊中而造成直接破壞或引起火災一直是傳統古建筑主要存在的安全隱患之一，歷史上因被雷電擊中而發生火災至全部建筑被損毀殆盡的例子不在少數。為了盡量減少雷電對古建筑的破壞程度，現代古建筑保護工程均有防雷設計要求。一般的防雷處理方式是根據設計要求在建筑物屋面的翼角和屋頂正脊上安裝引導線，將雷電引至地面，從而達到保護建筑物本體的目的。其判斷依據是根據對建筑物周邊的接地電阻值進行檢測，判斷是否達到國家及設計防雷要求。若測得接地值無法達到標準要求，則要進行升級處理方式，即防雷補充接地工程，直到接地電阻值達到設計規范要求。本文以三峽工程湖北庫區最大的文物保護工程屈原祠仿古新建工程為實例，介紹并分析古建筑防雷保護工程。
　　1 建筑工程概況
　　屈原祠始建于唐代，是為紀念我國偉大愛國主義詩人屈原而建的紀念性祠堂。因興建三峽水利樞紐工程，位于秭歸縣歸州鎮的老屈原祠將于水位上漲至175米后被淹沒，屈原祠將以仿古新建形式建于秭歸新縣城茅坪鳳凰山。新建的屈原祠占地面積12500余平方米，建筑面積5800平方米，由山門、前殿、正殿、南配房、北配房、南碑廊、北碑廊、南陳列室、北陳列室、南廂房、北廂房、享堂、屈原墓冢、消防監控室、衛生間15座建筑組成，分為屈原祠、屈原墓兩部分。屈原祠以山門、前殿、正殿為中軸線對稱布局，屈原墓建于屈原祠東面，由神道、享堂、屈原墓冢組成。正殿、前殿、南、北廂房、享堂為木結構建筑，屈原墓冢為石結構建筑，其余為鋼筋混凝土仿古建筑。屈原祠仿古新建工程由國務院三峽工程建設委員會批準立項，湖北省文物局負責具體組織建設。其主體工程于2006年底開始建設，2009年初建設完成并通過驗收。同時，屈原祠所在秭歸縣鳳凰山古建筑群，被國家文物局批準為第六批全國重點文物保護單位。因此，屈原祠仿古新建工程的建設意義十分重大，一直受到各級政府部門的高度重視和社會各界的廣泛關注。
　　在屈原祠主體工程竣工后，建設單位邀請秭歸縣防雷控制中心對該建筑群防雷控制數據進行檢測，具體是對建筑物接地電阻值進行測量。經過檢測，屈原祠最主要的正殿接地電阻值為15.4Ω，前殿接地電阻值為16.0Ω，均未達到《建筑物防雷設計規范》GB50057-94（2000年版）的要求。因此，必須進行防雷補充接地工程。而屈原祠主體工程施工單位不具備防雷補充工程施工資質，建設單位另委托了宜昌市一家具有防雷工程專業資質的單位承擔該工程的方案設計編制及施工。
　　2 環境及地質勘察分析
　　防雷工程承擔單位首先對屈原祠建設環境及地質情況進行勘察分析。屈原祠建設新址鳳凰山面對三峽大壩。三峽大壩建成以后，鳳凰山成為長江中的半島，屈原祠正好處于向東開口的喇叭型地形的尖端，當西南暖濕氣流輸送到此將形成上升氣流，加上充足的水汽條件，極易出現雷暴天氣。據當地氣象資料統計，秭歸縣年平均雷暴日數大約為54天，因而雷電活動較為頻繁。
　　由于茅坪鎮地區的地表為片麻巖角閃石風化顆粒狀的沙石土層，其水分含量少，因此這種土壤的電阻率一般都很高。根據現場勘察，屈原祠所處的地質條件北面多為花崗巖石層，其他為強風化砂地質。由于這兩種土壤電阻率都很高，導電性能差，雷電過程會產生強大的閃電電流，當建筑物落雷時，通過接閃器、引下線，接地體將雷電流擴散于大地之中。土壤的電阻率越小，雷電流擴散越快，越安全；土壤電阻率越大，雷電流擴散越慢，越危險。如果沒有良好的接地，就會直接危及建筑物的安全。綜合屈原祠所處的地理環境和地質條件，簡單的利用建筑物基礎接地是很難達到規范要求，必須增設補充接地設施才能達到防雷設計要求。
　　3 方案設計
　　針對屈原祠建設地址秭歸縣鳳凰山的地質地貌情況，防雷工程承擔單位開始編制專項防雷工程設計方案。首先，屈原祠防雷施工方案主要設計技術標準及驗收依據是：
　　⑴《建筑物防雷設計規范》（GB50057-94）（2000版）
　　⑵《中華人民共和國文物保護法》
　　⑶《建筑物電子信息系統防雷技術規范》
　　（GB50343-2004）
　　綜合考慮到屈原祠內各建筑等級、結構形式及工程預算，對院落內規模最大、等級最高、受雷電影響最大的前殿和正殿兩棟建筑進行防雷補充接地工程。
　　接地是防雷的重要環節，雷電防護的根本原理即是通過不同的方式將雷電流泄放引入大地，從而保護建筑物、人員或設備的安全。為了將來電氣設備、電子設備的工作接地和保護接地容易實施和達到規范要求的接地電阻值，該接地系統采用基礎接地與人工接地做為聯合接地裝置。基于屈原祠所處的兩種地質條件和各建筑物所處的位置，做防雷接地設計：
　　考慮到屈原祠內各個建筑所處的位置及地質條件，對屈原祠正殿、南北廂房、前殿設置一圈閉合環形接地網。
　　接地網具體做法是：距各建筑物基礎1-3米（因地質條件限制可適當放寬）處增加一圈水平接地體和垂直接地體，水平接地體采用40×4的熱鍍鋅扁鋼，垂直接地體視地質條件而定，對土壤條件好的采用1.5米長，50×50的熱鍍鋅角鋼；對是花崗巖地質，我們采用鉆深孔，在孔內各放置一根6米長Φ65鍍鋅無縫鋼管做為垂直接地體，再灌注降阻劑填滿巖石與該鋼管接地體之間縫隙。水平接地體與垂直接地體焊接后，用高效無毒降阻劑和黃土回填來改變土壤結構，使之接地電阻符合國家防雷規范要求R≤10Ω。
　　4 工程施工
　　方案確定后，防雷工程承擔單位立即組織人員開始施工。按照方案要求，施工人員在距離正殿建筑輪廓線4米，前殿建筑輪廓線3米外，按建筑物輪廓線開挖一閉合地槽。在開挖槽過程中，土壤多為三類黃土，未見花崗巖。將規格為40×4的熱鍍鋅扁鋼放置槽底，做為水平接地體。在建筑物防雷引導線接地點開挖一條地槽與外地槽相連，用同樣規格的熱鍍鋅扁鋼與水平接地體焊接成一體。根據地質情況，選擇將1.5米長，50×50的熱鍍鋅角鋼做為垂直接地體，與水平接地體焊接成型。通過監理檢查驗收后，灌注高效無毒降阻劑和回填黃土將槽填滿，以此來改變土壤結構，分層夯實地面。以上防雷工程所用材料都有出廠證明和產品合格證，并嚴格通過監理檢查驗收后才能使用。經過1個月的緊張施工，承擔單位完成全部防雷補充接地工程任務。經再次檢測，正殿接地電阻值為3.9Ω，前殿接地電阻值為4.5Ω，達到防雷設計規范要求，并通過防雷檢測中心驗收。
　　通過現代化防雷補充接地手段，在不影響古建筑外觀及建筑形式的前提下，較好的達到了建筑物防雷要求，降低了建筑物雷電安全隱患，值得在古建筑保護工程中推廣應用。