园林建筑的防雷设计探讨

上海市园林工程有限公司 上海 200083

1 中国园林建筑特点

我国园林建筑在世界建筑史上是独树一帜的，按外形上区分主要有庑殿式、歇山式、悬山式、硬山式；按屋顶形式区分有攒尖顶、卷棚顶等；按格局区分有殿、堂、楼、阁、亭、榭、廊、厦、坊、塔等；按建筑层级区分有单檐、重檐，以及多檐。由于风水及文化原因有很多园林建筑都建造在山顶及偏僻之处，周围没有相对高大的树木及构筑物，正因为上述建筑独特的造型以及特殊的地理位置，造成了此类建筑相对易遭雷击的可能性。

2 木质结构园林建筑防雷[1-6]

2.1 木质园林古建筑特点

我国木质结构园林建筑物的建筑材料主要有木材和砖瓦2 种，建筑的屋架结构主要为木结构。木结构起着承重、支撑，和维持整体建筑物的作用。梁、柱、斗、栱、檩、椽、窗、扉主要材质均为木材。有些建筑物部位会用金属材料装饰。某种程度上来说此类建筑物应为绝缘或半绝缘物体。虽然经历了成百上千年，并没有采用任何防雷措施，有些古建筑还是以比较好的状态存在。但是这并不说明这些建筑能避免雷电的袭击，木结构虽然绝缘，但并不一定能防雷，相反的遭受雷击的古建筑也有很多，如1976年6月28日，全国重点文物保护单位、河北省易县清西陵崇陵东配殿遭受雷击起火，五间殿宇被毁；1987年8月24日，北京故宫博物院景阳宫遭受雷击引起火灾，景阳宫是紫禁城重要殿之一，火灾中使局部建筑烧毁；等等。另外也有部分建筑往往会建立在相对较偏僻、地势较高，或山或水体附近，不同土壤电阻也提供此类建筑不同的受雷击率。

2.2 木质结构园林建筑防雷设计

首先现行防雷设计主要将防雷标准《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）作为建筑物防雷标准执行。将防雷要求分为一、二、三类。

其次根据《古建筑木结构维护与加固技术规范》（GB 50165—1992）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，其他古建筑。

然后将现行防雷规范与古建筑分类相结合，GB 50165—1992第5.3.4条第一款作了如下规定：防雷装置的选择与构造要求，对第一类古建筑，应专门研究，对第二类古建筑，应按第一类民用建筑考虑，对第三类古建筑，应按第二类民用建筑考虑。根据国家现行建筑物防雷设计规范（GB 50057—2010）第3章关于建筑物的防雷分类对于古建筑的防雷等级划分为一、二、三类防雷3 个等级。

2.3 木质结构园林建筑防雷措施

为了和下文的混凝土结构园林建筑防雷设计相比较，这里主要选择第三类古建筑，以木质结构园林建筑的三类防雷建筑设计作为参照。

2.3.1 接闪器

木质结构园林建筑防雷设计一般采用避雷带和避雷针（图1），材料为圆钢或扁钢。避雷带沿建筑物屋脊的轮廓进行敷设。避雷针安装在正脊上突出的尖塔、宝顶。尖塔和宝顶处如为金属外层，其厚度大于4 mm时可作为接闪器用，但必须和避雷带相连。为了与古建建筑相匹配，不影响建筑外部景观，避雷针和避雷带的颜色也一般与建筑物周边的颜色色调保持一致。

避雷带相互连接形成避雷网（接闪网），按照三类防雷要求。接闪网应在整个屋面组成不大于20 mm×20 mm或24 mm×16 mm的网格。所以现场在建筑不能到达该要求时也应该增设接闪带数量，以满足防雷接闪网的要求。

图1 木质结构建筑接闪器示意

2.3.2 引下线

根据防雷规范三类防雷建筑物专设引下线不应少于2 根，且引下线平均间距不应大于25 m，同样为了不破坏建筑外部景观，木质结构园林建筑在引下线的敷设时，一般应避开建筑物的正面，引下线采用明敷设方式以最短的路径，在建筑物外立面的4 个角、侧面、后面等不容易被人察觉到的地方安装。且敷设应尽量平直，无弯分段固定。并在引下线距地0.3～1.8 m处装设断接卡。并采用镀锌钢管或硬塑料套管进行保护（图2）。

图2 引下线示意

2.3.3 接地装置

三类防雷建筑接地体电阻不应大于10 欧姆，如前文所述，由于环境条件原因，一般园林建筑所在的地理条件的土壤电阻较高，且木质结构园林建筑一般本身无接地体，所以需要增设人工接地体。木质结构园林建筑接地装置应围绕该建筑就近埋设。 且应做成闭合环形接地体并做到等电位连接。

3 混凝土结构园林建筑防雷

3.1 混凝土结构园林建筑特点

相比上述的木质结构园林建筑防雷，混凝土结构园林建筑的防雷有很大的不同。混凝土结构的主要构件有板、梁和柱，均配有受力或构造钢筋。这些构件连接成一个牢固的整体，这样上部结构就形成了一个钢筋骨架。在混凝土结构中，钢筋的连接可采用绑扎搭接、机械连接或焊接在节点处板、梁和柱上，建筑物的钢筋得到了有效的连接，同时在各构件中对钢筋的连接也有相应要求。上部结构完全可以满足电气通路要求。此外、这类园林建筑结构多采用独立基础，有时还增设地圈梁，而柱子的钢筋必须是深入基础并可与基础配筋相连，这部分结构还能与上部的钢筋骨架有很好的桥接。因此，导电的路径在钢筋混凝土结构中能够保证，换句话说此类建筑都为防雷措施的布设提供了很好的先决条件。

3.2 混凝土结构园林建筑防雷设计

混凝土结构园林建筑的防雷设计原理可以借鉴木质园林结构的防雷设计，但由于建筑材料和结构形式的不一样。此类建筑在防雷设计上也有很大的不同。其防雷标准也应该沿用现行防雷标准《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010），并将此类建筑物的防雷等级划分为一、二、三类。

3.3 混凝土结构园林建筑防雷措施

下面通过笔者设计的江苏省盐城大洋湾樱花公园的赏樱亭的防雷设施，来对混凝土结构园林建筑防雷设计进行分析。江苏省盐城雷暴日数为32.5 d/a，该建筑年预计雷击次数为0.0201，所以该建筑为三类防雷。

3.3.1 接闪器

赏樱亭的防直击雷设计采用在建筑物屋顶装设避雷针和避雷带做接闪器防雷，避雷带采用热镀锌扁钢钢暗敷。由于采用暗敷，所以部分钢筋连接处需要土建预埋，接闪网的网格均应小于20 m×20 m或24 m×16 m，凡突出屋面的所有金属构件，均应与其邻近避雷带可靠焊接连通（且焊接点不得少于二处），组成一个完整的避雷网，避雷带及有关构件必须做防腐处理。

图3 赏樱亭接闪器布设示意

3.3.2 引下线

同样根据防雷规范，三类防雷建筑物专设引下线不应少于2 根，赏樱亭利用柱体结构内2 根主钢筋（2Φ16 mm）暗敷引下（共8 组），作为防雷引下线。因为本建筑防雷引下线间距均小于25 m，所以能满足防雷要求，上端与避雷带接闪器焊接连通，下端与基础接地网焊接连通，形成良好的电气通路。防雷体系的钢筋均可靠焊接，并在有接地检测电阻处距室外地坪0.5 m处设1块100 mm×100 mm×6 mm预埋钢板与引下线焊接作接地电阻测试点。

图4 赏樱亭防雷设计立面示意

3.3.3 接地装置

赏樱亭接地极利用其基础底板主钢筋及桩基内主钢筋作为基础接地网，引下线上端与避雷带连接，下端与接地极连接。基础内主钢筋按柱网焊通，所有焊接的钢筋应焊接成闭合回路，作为环形接地体。按照三类防雷规范要求接地电阻也不应大于10 欧姆，如果不能满足要求，则引下线3 m范围内地表层敷设厚15 cm砾石层。

4 结语

通过木质结构园林建筑和混凝土园林建筑防雷设计的比较可以看出。由于建筑结构和材料不一样，所以采取的防雷措施是有很大差异的。木质结构园林建筑由于本身没有电气通路，所以其防雷接闪带通常需要明敷，在建筑的四周需要增设防雷引下线，其次由于土壤电阻较大，一般情况下需要另外增设人工接地体。这样在某种程度上对建筑外观肯定是会造成一定破坏的。另外由于大部分防雷设施外露，如果长期受环境影响，也会带来一些危险性（如引下线），防雷效果也会有所减弱。

混凝土结构园林建筑由于本身内部由钢筋互相连接，板、梁和柱均配有受力或构造钢筋，柱子的钢筋也是深入基础并可与基础配筋相连，这样就形成了一个良好电气导电通路。一般情况下防雷设计后外观不容易受到破坏。且基础内的钢筋与大地相连，接地电阻本身就相对较小，只有在达不到相应的防雷等级接地电阻大小要求时，才增设人工接地体。所以从防雷设计的角度来说，混凝土结构园林建筑是优于木质结构园林建筑的。