古建筑防雷保护工程实例分析

中国传统古建筑多为全木结构或砖木结构。因被雷电击中而造成直接破坏或引起火灾一直是传统古建筑主要存在的安全隐患。本文以三峡工程湖北库区最大的文物保护工程屈原祠仿古新建工程为实例，浅析古建筑防雷保护工程实施。

　　中国传统古建筑多为全木结构或砖木结构。因被雷电击中而造成直接破坏或引起火灾一直是传统古建筑主要存在的安全隐患之一，历史上因被雷电击中而发生火灾至全部建筑被损毁殆尽的例子不在少数。为了尽量减少雷电对古建筑的破坏程度，现代古建筑保护工程均有防雷设计要求。一般的防雷处理方式是根据设计要求在建筑物屋面的翼角和屋顶正脊上安装引导线，将雷电引至地面，从而达到保护建筑物本体的目的。其判断依据是根据对建筑物周边的接地电阻值进行检测，判断是否达到国家及设计防雷要求。若测得接地值无法达到标准要求，则要进行升级处理方式，即防雷补充接地工程，直到接地电阻值达到设计规范要求。本文以三峡工程湖北库区最大的文物保护工程屈原祠仿古新建工程为实例，介绍并分析古建筑防雷保护工程。
　　1 建筑工程概况
　　屈原祠始建于唐代，是为纪念我国伟大爱国主义诗人屈原而建的纪念性祠堂。因兴建三峡水利枢纽工程，位于秭归县归州镇的老屈原祠将于水位上涨至175米后被淹没，屈原祠将以仿古新建形式建于秭归新县城茅坪凤凰山。新建的屈原祠占地面积12500余平方米，建筑面积5800平方米，由山门、前殿、正殿、南配房、北配房、南碑廊、北碑廊、南陈列室、北陈列室、南厢房、北厢房、享堂、屈原墓冢、消防监控室、卫生间15座建筑组成，分为屈原祠、屈原墓两部分。屈原祠以山门、前殿、正殿为中轴线对称布局，屈原墓建于屈原祠东面，由神道、享堂、屈原墓冢组成。正殿、前殿、南、北厢房、享堂为木结构建筑，屈原墓冢为石结构建筑，其余为钢筋混凝土仿古建筑。屈原祠仿古新建工程由国务院三峡工程建设委员会批准立项，湖北省文物局负责具体组织建设。其主体工程于2006年底开始建设，2009年初建设完成并通过验收。同时，屈原祠所在秭归县凤凰山古建筑群，被国家文物局批准为第六批全国重点文物保护单位。因此，屈原祠仿古新建工程的建设意义十分重大，一直受到各级政府部门的高度重视和社会各界的广泛关注。
　　在屈原祠主体工程竣工后，建设单位邀请秭归县防雷控制中心对该建筑群防雷控制数据进行检测，具体是对建筑物接地电阻值进行测量。经过检测，屈原祠最主要的正殿接地电阻值为15.4Ω，前殿接地电阻值为16.0Ω，均未达到《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）的要求。因此，必须进行防雷补充接地工程。而屈原祠主体工程施工单位不具备防雷补充工程施工资质，建设单位另委托了宜昌市一家具有防雷工程专业资质的单位承担该工程的方案设计编制及施工。
　　2 环境及地质勘察分析
　　防雷工程承担单位首先对屈原祠建设环境及地质情况进行勘察分析。屈原祠建设新址凤凰山面对三峡大坝。三峡大坝建成以后，凤凰山成为长江中的半岛，屈原祠正好处于向东开口的喇叭型地形的尖端，当西南暖湿气流输送到此将形成上升气流，加上充足的水汽条件，极易出现雷暴天气。据当地气象资料统计，秭归县年平均雷暴日数大约为54天，因而雷电活动较为频繁。
　　由于茅坪镇地区的地表为片麻岩角闪石风化颗粒状的沙石土层，其水分含量少，因此这种土壤的电阻率一般都很高。根据现场勘察，屈原祠所处的地质条件北面多为花岗岩石层，其他为强风化砂地质。由于这两种土壤电阻率都很高，导电性能差，雷电过程会产生强大的闪电电流，当建筑物落雷时，通过接闪器、引下线，接地体将雷电流扩散于大地之中。土壤的电阻率越小，雷电流扩散越快，越安全；土壤电阻率越大，雷电流扩散越慢，越危险。如果没有良好的接地，就会直接危及建筑物的安全。综合屈原祠所处的地理环境和地质条件，简单的利用建筑物基础接地是很难达到规范要求，必须增设补充接地设施才能达到防雷设计要求。
　　3 方案设计
　　针对屈原祠建设地址秭归县凤凰山的地质地貌情况，防雷工程承担单位开始编制专项防雷工程设计方案。首先，屈原祠防雷施工方案主要设计技术标准及验收依据是：
　　⑴《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）（2000版）
　　⑵《中华人民共和国文物保护法》
　　⑶《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
　　（GB50343-2004）
　　综合考虑到屈原祠内各建筑等级、结构形式及工程预算，对院落内规模最大、等级最高、受雷电影响最大的前殿和正殿两栋建筑进行防雷补充接地工程。
　　接地是防雷的重要环节，雷电防护的根本原理即是通过不同的方式将雷电流泄放引入大地，从而保护建筑物、人员或设备的安全。为了将来电气设备、电子设备的工作接地和保护接地容易实施和达到规范要求的接地电阻值，该接地系统采用基础接地与人工接地做为联合接地装置。基于屈原祠所处的两种地质条件和各建筑物所处的位置，做防雷接地设计：
　　考虑到屈原祠内各个建筑所处的位置及地质条件，对屈原祠正殿、南北厢房、前殿设置一圈闭合环形接地网。
　　接地网具体做法是：距各建筑物基础1-3米（因地质条件限制可适当放宽）处增加一圈水平接地体和垂直接地体，水平接地体采用40×4的热镀锌扁钢，垂直接地体视地质条件而定，对土壤条件好的采用1.5米长，50×50的热镀锌角钢；对是花岗岩地质，我们采用钻深孔，在孔内各放置一根6米长Φ65镀锌无缝钢管做为垂直接地体，再灌注降阻剂填满岩石与该钢管接地体之间缝隙。水平接地体与垂直接地体焊接后，用高效无毒降阻剂和黄土回填来改变土壤结构，使之接地电阻符合国家防雷规范要求R≤10Ω。
　　4 工程施工
　　方案确定后，防雷工程承担单位立即组织人员开始施工。按照方案要求，施工人员在距离正殿建筑轮廓线4米，前殿建筑轮廓线3米外，按建筑物轮廓线开挖一闭合地槽。在开挖槽过程中，土壤多为三类黄土，未见花岗岩。将规格为40×4的热镀锌扁钢放置槽底，做为水平接地体。在建筑物防雷引导线接地点开挖一条地槽与外地槽相连，用同样规格的热镀锌扁钢与水平接地体焊接成一体。根据地质情况，选择将1.5米长，50×50的热镀锌角钢做为垂直接地体，与水平接地体焊接成型。通过监理检查验收后，灌注高效无毒降阻剂和回填黄土将槽填满，以此来改变土壤结构，分层夯实地面。以上防雷工程所用材料都有出厂证明和产品合格证，并严格通过监理检查验收后才能使用。经过1个月的紧张施工，承担单位完成全部防雷补充接地工程任务。经再次检测，正殿接地电阻值为3.9Ω，前殿接地电阻值为4.5Ω，达到防雷设计规范要求，并通过防雷检测中心验收。
　　通过现代化防雷补充接地手段，在不影响古建筑外观及建筑形式的前提下，较好的达到了建筑物防雷要求，降低了建筑物雷电安全隐患，值得在古建筑保护工程中推广应用。