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    古建筑防雷技术

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    一、古建筑易遭雷击的原因和规律

    1.古建筑易遭雷击的原因

    一般雷击类型可分为直击雷、感应雷、雷电波侵入和球雷四种。对古建筑危害较大的主要是直击雷和球雷。而要产生雷击,首先必须有足够的电量积累,达到一定的强度,击穿绝缘空气,形成电流通道;其次要有突出的物体造成其周围电场突变,感应出异号电荷。古建筑多为木结构,木材经过千百年变得十分干燥,在雨天潮湿,电阻率变小,并且内部年久积满灰尘,易积蓄净电,带有电荷容易引来雷电流?;褂泻芏喙沤ㄖㄓ诟呱缴?,本身地势较高,且位置突出,更容易遭受雷击;同时有些古建筑内高大树木较多,也容易引雷殃及古建筑。

    2.古建筑的雷击规律

    雷击规律的影响因素。大量雷害事故统计资料和试验研究证明,雷击的地点和建筑物遭受雷击的部位是有一定规律的,这些规律称为雷击规律。地面上建筑物的性质、形状,以及建筑物的结构、内部设备情况对雷击的选择都会产生影响。当雷电先驱发展到离地面不远的空中时,地面上的电场不断增强,在高大建筑物的尖顶和边缘上场强最大,构成雷电发展的良好条件。雷电先驱就自然被吸引到这些地方,因此高大建筑物就容易遭雷击。

    A、地点上的规律。雷害事故表明,多数雷击发生在靠近河湖池沼和潮湿地区,其次是大树、旗杆、杉槁,球雷占8%.

    B、雷击部位上的规律。古建筑易受雷击的部位多为屋角兽头、房脊和梁柱以及丰宝铜顶。北京十三陵长陵的棱恩殿、鼓楼、故宫的承乾殿皆因兽头、屋脊被雷击起火,也恰恰说明了这一规律。故此在防雷时应加以防范。

    二、古建筑防雷技术

    随着科技大发展,人们对雷电知识的了解逐步深入,防雷技术也不断更新,但主要有以下7种:避雷针防雷法、法拉第笼式防雷法、滚球防雷法、E·F避雷?;は低?、消雷器防护法、避雷设施?;し?、人工影响雷电防雷法。几种方法各有侧重,对古建筑较为适用的是避雷针防雷法。

    1.避雷针系统

    防雷原理及使用范围

    A、防雷原理。避雷针防雷法是利用避雷针高出被?;の锏母叨?,使雷云下的电场发生畸变,从而将雷电流吸引到避雷针上,通过引下线和接地装置导入大地,使被?;ざ韵竺庠饫椎缰被?。也就是说其实质并不是避雷,而是引雷。

    B、适用范围。避雷针系统主要用于防直击雷,这一系统的接闪器有很多,如:避雷针、避雷线、避雷网、带等。由于古建筑防雷设置不仅要具有实效性,同时要尽量保持其原有风貌,所以多用避雷带、网作为古建筑防雷的接闪器。

    2.避雷针系统的局限性

    A、?;し段Р晃榷?。避雷针?;し段且桓錾⌒位蛭菁剐伪;で?,其张开角度受到接闪器设置高度、雷电强度等多种参数的影响,有的采用30,有的采用60,尽管关于?;そ堑募扑愎胶芏?,但如何确定一直是富兰克林防雷理论的最大困扰所在。

    B、反击问题。当雷击避雷针或避雷带时,由于引下线的阻抗,对地电压可达到相当高的数值,以至于可能造成接闪器及引下线向周围设备跳火反击。避雷针系统还存在着感应电压的危害,以及接触电压和跨步电压等问题,但其对古建筑危害不大,在此不作详细讨论。

    3.球雷的预防

    A、球雷概述。球雷很久以来就引起了人们的注意,根据球雷现象规律和许多球雷案例剖析及模仿实验表明:球雷是空中带静电荷气雾层运动相互作用放电电离的结果。其本质是一个由高速旋转电子封闭的等离子球体,之所以能形成球体,主要是空气中气雾层电离产生强电场和高频电磁振荡,产生一团漩涡状等离子体的缘故。漩涡体的存在或消失,取决于其内部的电磁平衡和能量补充。球雷是一个复杂的电荷系统,球体本身好似法拉第笼,对外不呈现电性,普通避雷针、网、带对其不起作用,并能从网、带孔洞缝隙中自由出入。故此,目前还没有同它斗争的较为有效、可靠的办法。

    B、球雷的基本预防措施。由于球雷的难预防性,防护球雷的最好方法是采用屏蔽。对于一般的建筑(钢筋混凝土),可将门窗加上金属纱网与全部钢筋连成一片,构成一个笼式防雷网,可以防止球雷侵入。但对古建筑这样做是很困难的。对重要的古建筑应当做金属纱窗和金属纱门,将它可靠接地;对次要的古建筑,如不能补加金属纱门窗,应注意在雷雨天紧闭门窗,力争达到全封闭状态,以防球雷的侵入,但不可用纸裱糊门窗。

    三、避雷设施的安装与管理

    1.安装及注意事项

    接闪器。接闪器一般可分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等,针对古建筑则主要有这样几种形式:A、避雷针是经常置于古建筑屋顶的,通常采用双支接闪器,置于大吻内自箭把伸出。此种做法美观但费时,一般置于大吻的一侧,用铁卡子卡牢,然后与导线焊接牢固,固定的长度为针长的三分之一左右。B、采用避雷带时,按大吻的轮廓用避雷线绕一圈,须离开构件10~15cm,用铁卡子卡牢。但?;し段Р话ㄩ芡肥?,避雷线应顺脊延续至翼角至檐头,并将垂兽、戗兽、翼角的小兽等都包括在内。C、有铜宝顶的建筑物,如果其范围够用时,可利用铜宝顶做接闪器,仅将倒替焊接在最上面铜块上即可。

    导线(引下线)导线安装分为明、暗两种,对古建筑而言,应采用明线,易于检查施工。导线一般应垂直引下,但古建筑轮廓复杂,事实上不可能做到。当引下线沿古建筑轮廓弯曲时,应保证其弯曲段开口部分的直线距离,不小于弯曲段全长的十分之一,并避免弯折成直角或锐角。古建筑的导线安装应自上而下,先与接闪器焊接,至檐头斗拱部位,预先在瓦顶上打一个直径10cm的圆洞,套在磁管内,将导线穿洞而下。

    接地体。接地体应选择安装在土壤电阻率较低的地方,同时应考虑在行人较少的地方,以避免或减少跨步电压的危害。距离建筑物的台基不小于300cm,埋深深度在100cm以上。地极的形状有闭合形、一字形、放射形,闭合形又分为方形、三角形、圆形。我们一般采用闭合方形或一字形。方形地极用镀锌铁管4根,每角1根,管距不小于250cm;一字形用管3~4根排列成一字形。安装时,管子打入地内,上露50cm以便与导线连接,导线引至地极自作一弯与第一根管子接上,用卡子卡紧焊牢,同样将第

    二、

    三、四根与导线焊接。

    2.维护检查

    为了使建筑物的防雷装置有可靠的?;ばЧ?,不仅要有合理的设计和正确的施工,还要注意经常维护检查。维护检查分为定期检查和临时检查。一般检查事项有如下几条:①是否由于修缮古建筑和建筑物本身变形引起防雷装置的?;で榭龇⑸浠?;②检查有无因挖土方,敷设其他管线或种植树木而挖断接地装置;③检查各处明装导体有无因锈蚀或机械力的损伤而折断的情况;④检查接闪器有无因接受雷击而熔断或折断的情况;⑤检查引下线的绝缘?;ご碛形奁苹?;⑥检查断接卡子有无接触不良情况;⑦检查木结构接闪器支架有无腐朽现象;⑧检查接地装置周围的土壤有无沉陷情况;⑨测量全部接地装置的流散电阻。

    四、古建筑中高大树木的防雷

    很多古建筑中都有不少高大树木,这些树木可能遭受直击雷或引下球雷,对古建筑造成破坏,因此应注意采取以下措施:

    A、在树顶安装避雷针,沿树干敷设引下线,下部埋设接地装置;B、枯朽树木的洞穴应用灰膏封堵严密,防止积水,导致树木接闪;C、树木本身或根部不得缠绕钢筋,并不得在树下堆放大量金属物体;D、古建筑周围栽种树木时,树干应距建筑物不应小于5米,树冠不应小于3米。

    以上是对古建筑防雷技术的初步探讨,可以看到防雷技术存在很大的缺陷,避雷针系统虽然经过安装设计上的调整,但仍存在不妥之处。相信随着对雷电认识的逐步加深,还会出现更完善、有效的防雷技术,能够更好地?;す沤ㄖ?。

    古建筑防雷技术责任编辑:刘老师    阅读:人次