古建筑防雷施工应注意的几个事项

2020-11-04 05:22付国振
科学导报·学术 2020年86期
关键词:接地装置校验偏差

1  前言

我们知道,古建筑多为砖木结构,一旦遭受雷击,轻者造成物理损害,重者会引起着火,对古建筑损失严重。

然而,近年来,我们到一些古建筑景区参观考察,发现许多古建筑打着防雷幌子,本来造型古朴典雅美观的顶部被密密麻麻装了许多避雷针、避雷带,四周的引下线、保护套管格外引人注目,严重影响了古建筑的本体形象,使古建筑顿失风采。那么,古建筑防雷设计施工有哪些工艺要求,应注意哪些事项呢?

2  古建筑防雷工艺

2.1  接闪器[1]

在古建筑群所涉防的文物建筑正脊、垂脊、戗脊(岔脊)、檐口、吻兽、宝顶、宝瓶、等易受雷击部位安装接闪带,屋面接闪带网格尺寸不大于10×10m 或12m×8m,接闪带采用紫铜棒φ 8;屋顶较大金属装饰物可以作为接闪器组成部分。

工艺要求:

(1)支架根据古建筑屋面瓦型和特殊部位定制,支架安装位置准确,每个支架能承受49N(5kg.f)垂直拉力。

(2)各排支架应平正顺直,分布均匀,呈几何线条,并且与古建筑屋面流线协调一致。支架水平安装时,间距为:1m,遇到转角距离缩短至0.5m。支架垂直安装时,间距为:1 m,遇到转角距离缩短至0.5m。

(3)支架高度150mm,各支架间距应均匀,允许偏差30转角处两边的支架距

转角中心不大于250水平度每2m 检查段允许偏差3/1000,垂直度每3m 检查段允许偏差2/1000;但全长偏差不得大于10。

(4)支架与屋面固定处采用金属顶丝加缓冲垫片,避免顶丝直接施力于瓦面给古建带来伤害,同时也防止热胀冷缩效导致接闪带张力拉开瓦片。

(5)接闪带不应有高低起伏和弯曲现象,距离建筑物应一致,平直度每2m 检查段允许偏差3/ 1000,但全长不得超过10。

(6)带弯曲处不得小于90°,弯曲半径不得小于圆钢直径的10 倍。

(7)接闪杆能够承受基本风压0.7kN/m2。

2.2  引下线

在每栋建筑物立面安装引下线,引下线均匀或对称布置,平均间距不大于18m,对正房、厢房及山门搭接在一起的建筑,屋面接闪带互连的情况下,计算周长可以按整体建筑考虑,引下线采用紫铜棒φ 8。

工艺要求:

(1)引下线支架高度为:150mm,支架安装位置准确,每个支架能承受49N(5kg.f)

垂直拉力。

(2)各排支持件應平正顺直,无急弯,分段固定。

(3)支持件水平方向间距1m,垂直方向间距1~1.5m,弯曲部分0.5m。

(4)引下线尽量沿柱子敷设时,其抱箍与柱子之间采用隔热防护措施:垫三层石棉垫层等。

(5)引下线沿墙体敷设时,应首先安装顶端和底端支架,尽量减小对墙体的损伤。

(6)各支架间距应均匀,允许偏差30。转角处两边的支架距转角中心不大于250,水平度每2m 检查段允许偏差3/1000,垂直度每3m 检查段允许偏差2/1000;但全长偏差不得大于10。

(7)引下线两端应分别与接闪器和接地装置做可靠的电气连接,安装应平正顺

直,焊缝饱满,无虚焊、漏焊,距离附近其它已建电气线路安全距离不小于1m。

(8)引下线上应无附着的其他电气线路;

(9)引下线不应敷设在下水管道内,并不宜敷设在排水槽沟内;

2.3  断接卡

断接卡安装主要是考虑防雷接地装置测量使用。工艺要求:

(1)断接卡上端与引下线连接,下端与接地线连接。

(2)断接卡各种连接螺栓,要采用双垫一母(其中有防松动垫圈);

(3)连接板紫铜板30×3mm。

2.4  防雷接地装置

防雷接地装置根据地形、地质和现场条件,为了减小对文物基础影响和景区硬化路面、植被的破坏,A 型接地极可采用深孔接地井安装方式。接地装置冲击接地电阻值≤10Ω。其工艺要求:

(1)接地线上与断接卡连接,下与接地极相连。

(2)断接卡至地面段接地线,如果其可以直接入地的应采用PVC 绝缘管保护,对不能直接入地且需经过台阶入地的,应改用钢槽,在接地线上穿3mm 厚交联乙烯软管再放在钢槽内安装,拐弯处可以采用管箍连接。

(3)接地线在地中连接,应采用放热熔焊接。

(4)接地极采用以垂直方式安装的防腐接地棒。接地棒安装应采用接地井深埋方式安装,利用专业打井机挖出深6m,直径150mm 接地井,对个别位置难以实现上述深度的,可适当降低深度要求。接地井安装完毕后,将垂直接地极连同焊好的接地线共同放入井内。向井内回填土壤,用专用工具分层夯实。

2.5  防接触电压(旁侧闪络)和机械损伤

建筑物外的引下线敷设在人员可停留或经过的区域时,应采用下列一种或多种方法,防止接触电压和旁侧闪络电压对人员造成伤害:

(1)外露引下线在高2.7m 以下部分穿不小于3mm 厚的交联聚乙烯管,交联聚

乙烯管应能耐受100kV 冲击电压(1.2/50μs 波形)。

(2)应设立阻止人员进入的护拦或警示牌,警示牌应设在醒目位置。

(3)在易受机械损伤之处,地面上1.7m 至地面下1m 和台阶不能直接入地地段,

(4)防接触电压保护管和防机械损伤保护管(槽)可以合为一套装置,为了测量方面,在断接卡处分为上下两截,两截之间采用加强型管接头连接或在此处设在测试端子箱。

2.6  防止跨步电压

在建筑物外人员可经过或停留的引下线与接地体连接处3m 范围内,应采用防止跨步电压。

2.7  焊接和防腐

明装专用防雷接地装置所使用的钢材与钢材之间应采用电弧焊接。地中防雷装置必须采用焊接或熔接。

3  关键技术参数的校验

3.1  接地电阻

(1)接地电阻设计基本参数

1)垂直接地极:

材料名称:离子接地棒

长度L=3m

有效直径d=0.06m(接地棒与接地井周围灌满低阻降阻剂)

数量n=2 组

2)水平接地线

材料名称:紫铜带30×3mm

水平接地网接地线等效直径d=0.015m

有效长度:10m

3)接地装置周围土壤电阻率

经现场实测:土壤电阻率为127.3Ω .m。

(2)接地体接地阻值计算

1)垂直接地极接地电阻

经计算,单组A型接地装置垂直接地极工频接地电阻Rn=7.913Ω,符合冲击接地电阻值≤10Ω 设计要求。

3.2  主材使用年限校验

(1)紫铜带30×3mm 使用年限校验:

N1/3 =W/3/k=3/3/0.02=50 年

N= W/ k =3/ k =150 年

(2)紫铜棒直径8mm 使用年限校验:

N1/3 =d/3/ k =8/3/0.02=133.34 年

N= d/ k =8/ k =400 年

N1/3—材料腐蝕1/3 所需年限;

N—材料全部腐蚀所需年限;

W—扁形铜材的宽带,mm。

d—圆形材料的直径,mm。

k—铜材腐蚀率,0.02mm/年。

3.3  接闪带保护范围校验

依据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》,滚球半径取45m 来计算接闪带的保护范围。把接闪带看作架设接闪杆,计算其保护范围。

1)单支接闪杆的保护范围计算:

(1)当接闪杆高度h 小于或等于hr 时:

①距地面hr 处作一平行于地面的平行线;

②以杆尖为圆心,hr 为半径,作弧线交于平行线的A、B 两点;

③以A、B 为圆心,hr 为半径作弧线,该弧线与杆尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面止就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体;

④接闪杆在hx 高度的xxˊ平面上和在地面上的保护半径,

经计算:

6.7 米接闪杆在4.0 米檐口高度的保护半径为:5.077 米。

4  存在的几个突出问题【2】

4.1  过度防护

在整个防雷装置设计中安全可靠是核心,这就要求古建筑防雷设计中,应按照国家相关法规、标准、技术规范、施工图集的要求,做到层层设防,分类防护,重点突出,综合考虑。对雷电风险评估较高的建筑可适当提高防护类别。

但是,以此为借口,例如:把许多全国重点文保护区域统一按一类文物建筑进行设计,甚至低矮的围墙、门楼、石碑、牌坊等都大量加装接闪杆,引下线,接地装置。有的文物保护单位先期较高建筑尚没有设计屋檐接闪带,后期很低的附属古建筑却加装屋檐接闪带。造成不伦不类,过度防护。

4.2  采用过时标准

在整个防雷装置设计中技术先进性原则是关键,它是实现安全可靠的重要技术保障。技术先进包括:设计是不是采用最新的国家(国际)标准,施工是不是采用最新的且在工程中实践应用过的技术,材料的选择是不是合理。

古建筑防雷设计有国家标准《古建筑防雷工程技术规范》GB51017-2014;行业标准《文物建筑防雷技术规范》QX189-2013;许多地方还有古建筑防雷地方标准。许多防雷设计没有依据最新的国家、行业标准,反而依据本地较早的地方标准,本地标准则没有依据最新的国标、行标进行修订,造成许多设计争议。

4.3  全部采用高贵设计

在整个防雷装置设计中经济合理性原则是基础,它是实现安全可靠、技术先进的的经济支撑,必须充分地做好雷电风险评估,选择最合理设计方案、施工方案。

我们知道离子接地极能有效降低接地电阻,且占地较少。有的地方土壤电阻率很低,普通接地极就可以满足要求,却大量采用离子接地极,绝大部分资金用于接地施工。

4.4  不经过校验计算

古建筑屋顶大多是斜坡结构,许多防雷设计勘察不测量坡度、不计算保护范围,擅自把古建筑主楼及附属建筑的正脊、垂脊、戗脊(岔脊)、檐口、吻兽、宝顶、宝瓶等所有部位一律安装接闪带,分不清主次。

4.5  影响文物本体

在整个古建筑防雷装置设计中,古建筑防雷根本是保护文物,绝不能一边保护,一边损害,更不能做打着保护文物建筑旗帜,损害文物建筑。古建筑防雷必须遵守不改变文物原状的文物保护原则,防雷装置安装要最大程度做到与建筑原貌一致。实际上,许多古建筑防雷施工很难做到这一点。存在现象:

(1)为了支撑引下线,擅自在木制、砖体、石头结构梁、柱打孔,加支撑架。

(2)接闪带不能均匀布设,有吻兽地方,不能做到随行就行,高低错落有致。

(3)引下线暴露明显,没有遵守尽量隐藏在角落、屋后、侧面等原则。

(4)保护套管太粗,太高,明显影响古建筑视觉和本体形象。

(5)施工不规范,引下线等布线散乱。

4.6  忽视电子信息系统防护

古建筑大多加装了安防监控、消防报警、计算机网络等电子信息系统。许多古建筑不进行统筹考虑,只重视古建筑本体防雷保护,造成许多电子系统雷击事故。

参考文献:

[1]《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2010,中国计划出版社,2011年.

[2]杨世刚等,《文物建筑防雷技术规范》  QX189-2013  2013.5,气象出版社。

作者简介:

付国振;出生年月:1968.5;男;汉族;河北灵寿;大学;副研高工;研究方向:雷电防护。

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