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立夏时节话防雷
山西太原防雷检测公司发布:2022-05-06
所谓“春意藏,夏初长”立夏是夏季的第一个节气,人们把它视为夏天的开始。

立夏之后,日照增加,逐渐升温,雷雨增多。虽然雨水的增多让农作物进入了茁壮成长阶段,萌发着满溢屏幕的生机,但有雷之处便易生火。雷对于建筑来说始终是安全隐患。今天就来和大家聊聊建筑防雷的那些事儿。

为了减少和避免雷电造成的危害,在近代出现了避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器等防雷装置,不过其实早在我国古代的房屋上已经有了避雷装置的身影。唐代《炙毂子》记载:汉朝时柏梁殿遭到火灾,一位巫师建议,将一块鱼尾形状的铜瓦放在屋顶上,就可以防止雷电所引起的天火,屋顶上所设置的鱼尾开头的瓦饰,实际上兼作避雷之用,可认为是现代避雷针的雏形。

故宫是世界上现存规模最大的以木结构为主的古代宫殿建筑群。不论何时,防火都是宫中安全的重中之重。明清两代,宫中建筑周围都安置有盛水的铜、铁缸,称作“太平缸”,用于防范火患。清代时宫中规定,每年小雪至次年的惊蛰期间要“熏缸化冰”。太监们给铜缸裹上棉套、盖上盖子,再根据气候冷暖在院中的太平缸底部烧炭,以防缸中水结成冰耽误了救火。

即便如此防范,宫中失火依旧频仍。据不完全统计,从1414年紫禁城建设初具规模,到1911年清王朝灭亡,紫禁城在497年间共发生火灾58起。有些火情是出于人祸,还能被及时发现、尽快控制。与人祸相比,生发于天雷的火患转瞬即至、来势汹汹,是更可怕的“古建杀手”。

雷击的普遍特征是多发于较高的地方。前朝三大殿是紫禁城体量最大的建筑,加之耸立于八米高的汉白玉台基之上,使得它们与雷火结下了不解之缘。 永乐十九年(1421年),刚刚建成仅一年的前朝三大殿就遭受雷击起火,被焚为灰烬;1441年重建后,在1557年再一次惊雷引火,前三殿和文、武楼(今体仁阁、弘义阁),奉天门(今太和门)、左顺门(今协和门)、右顺门(今熙和门)等一并化为焦土。这一次雷火波及范围巨大,损失非常惨重。据《钦定日下旧闻考》记载,三万名军士用五千辆小车才把火场打扫干净。

在建成后的两百年间,前三殿两次受雷击起火烧尽,五次被雷击碎建筑上的正吻。明朝时,仅《明史》和《明实录》中就记载有紫禁城遭受雷击导致起火、毁坏建筑16次。清朝时的前三殿区也并不清净:乾隆四十八年(1783年),雷电击毁紫禁城西北角楼后,绕过高大的太和殿,又击毁了比太和殿略矮的体仁阁。

雷击的危害真可谓是触目惊心,为了防雷避火,古人们在建筑设计上也是用心良苦。在明代的紫禁城中,一些尖顶、锥形的建筑上就出现了类似于“避雷针”的设计——也就是宝顶和屋架内的雷公柱所组合而成的装置,其避雷方式首先由宝顶接收雷电,再由宝顶连接隐藏在琉璃瓦下的的雷公柱将电流引向地面。

中和殿避雷宝顶

而随着故宫保护工程的开展,故宫匠人们采取了现代防雷装置包含接闪器、引下线和接地装置三个部分,通过将雷电的能量引入大地来防止雷击生火。其中最引人注目的部分就是避雷针,通常俗称的“避雷针”其实只是接闪器的一种,是用来接收直接雷击的部分,故宫的避雷针除了考虑实用外还要保证美观,因而有很多不同的形式。

对于有宝顶的建筑,则沿用了古人的智慧:利用金属宝顶做避雷针,再把线路隐藏在瓦片下,达到最佳隐蔽。

中和殿的避雷针

有些建筑实在是太大,两端正吻上的避雷针做不到完全保护。对于这类建筑,则架设避雷带,有时还会将脊兽的角或者仙人头改为金属制造,作为接闪器使用。

随着钢筋混凝土结构在城市建筑中的广泛应用,在20世纪中叶前后,建筑物上的传统避雷针一般被“笼式避雷网”所代替。

什么是“笼式避雷网”?“笼式避雷网”比传统的避雷针有了更多的优点,是现代建筑使用最广泛的一种避雷技术。它主要是利用建筑本身的钢筋网作为引下线和接地体,把建筑物内的钢筋通过焊接连为一体,建筑物周围的电磁脉冲场会大大减弱,对建筑物包括其内的弱电设备都起到保护作用。

大家非常熟悉的鸟巢,就是采用了“笼式避雷网”。防雷设计巧妙地利用鸟巢巨大的金属屋面板充当接闪器。因此,鸟巢的接闪器是一个巨大的“避雷面”,而它所有的“钢筋铁骨”则构成了一个笼式避雷网。这个巨大的笼子保护着鸟巢,当雷电到来时,电流会顺着一根根钢筋和一块块钢板连成的“高速公路”,迅速导入地面。除了直接的雷击之外,近年来,高精尖设备受雷击的事故日益增多,因为其内部的电子设备耐压很低,非常怕感应雷(即雷云对建筑物的各类金属管、线上产生的雷电脉冲,会威胁到建筑物内人员及各种电器设备的安全),因此,感应雷成为现代防雷的重点。

如何防备感应雷呢?目前,建筑设计师们普遍采取的措施是建筑物内各种设备要有良好的接地、等电位均压和综合布线系统,以及安全的距离,并且根据各种线路的情况安装相应的浪涌保护器或采取屏蔽措施。比如,在公共建筑里,采暖设备、排水管道上都另外连着一根接地铜线;计算机房或信息数据机房的地板都采用了特殊的地板材料,这些都是为了防雷而设置的。

在建筑避雷方面上,设计师们都有着自己的精妙措施。最后为大家总结一下建筑防雷设计的六要素:

1、接闪功能

指实现接闪功能所应具备的条件,包括接闪器的形式(避雷针、避雷带和避雷网)、耐流耐压能力、连续接闪效果、造价以及接闪器与建筑物的美学统一性等。

2、分流影响

引下线的粗细和数量直接影响分流效果,引下线多,每根引下线通过的雷电流就小,其感应范围就小。引下线相互之间的距离不应小于防雷规范中的规定。当建筑物很高,引下线很长时,应在建筑物的中间部位增加均压环,以减小引下线的电感电压降。

3、均衡电位

若建筑物内的结构钢筋与各种金属设置及金属管线都能连接成统一的导电体,建筑物内当然就不会产生不同的电位,这样就可保证建筑物内不会产生反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压,对防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。

4、屏蔽作用

尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋,即建筑物内地板、顶板、墙面及梁、柱内的钢筋,使其构成一个六面体的网笼,即笼式避雷网(法拉第笼),从而实现屏蔽。由于结构构造的不同,墙内和楼板内的钢筋有疏有密,钢筋密度不够时,设计人应按各种设备的不同需要增加网格的密度。

5、接地效果

当钢筋混凝土结构的建筑物符合规范条件时,应利用基础内的钢筋作为接地装置。当达不到规范中规定的条件或基础包在防水卷材层内时,可做周圈环形接地装置,但应将周圈环形接地装置预先埋在基础槽的最外边(不必离开建筑物3m以外)。对木结构和砖混结构建筑物,必须做独立引下线并采用独立接地方式,当土壤电阻率大,使用接地极较多时,也可做周围环形接地装置。

6、合理布线

为保证在防雷装置接闪时建筑内部管线不受影响,首先应将电线穿于金属管内,金属管就近与接地装置连接,以实现可靠的屏蔽;其次,把这些线路的主干线的垂直部分设置在高层建筑物的中心部位,且避免靠近用作引下线的柱筋,以尽量缩小被感应的范围;第三,注意电源线、天线和屋顶高处的彩灯及航空障碍灯等线路的引入做法,做好防止雷电波侵入措施。

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