木结构历史文化街区保护修复中的防雷接地研究.pdf
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1、553http:/lwww.jzdq-木结构历史文化街区保护修复中的防雷接地研究(陈旭文)53China)OO防雷与接地木结构历史文化街区保护修复中的防雷接地研究陈旭文(福州市规划设计研究院集团有限公司,福州市350108)Research on Lightning Protection and Earthing in the Conservation andRestoration of Wooden Structure Historical and Cultural BlockCHEN Xuwen(Fuzhou Planning&Design Research Institute Group
2、 Co.,Ltd.,Fuzhou350108,Abstract:Based on the characteristics of woodenstructure historical buildings,this article studies andanalyzes the classification of lightning protection,calculation of annual predicted lightning strikes,arrangement of air-termination system,down-conductorsystem,and earth-term
3、ination system,and providescorrespondingprinciplessfortheirimplementation.TakingthehistoricalandculturalblockofNangonghekou in Fuzhou as an example,in conjunctionwith the conservation and restoration work of thishistorical and cultural block,this article proposes afeasible implementation scheme that
4、 ensures the safetyof the buildings,personal safety,and environmentalsafety of thehistorical1andcultural blockkwhileminimizingginterventionandpreservingthe overalllandscape of buildings.Key words:lightning protection and earthing;wooden structure buildings;historical and culturalblock;conservation a
5、ndrestoration;down-conductorsystem;air-terminationsystem;earth-electrodenetwork;lightning protection classification摘要:根据木结构历史建筑本身的特点,对其防雷分类,年预计雷击次数计算,接闪器、防雷引下线及接地装置设置等进行研究分析,并给出相应的设置原则。同时,以福州市南公河口历史文化街区的保护修工作为例,在确保该历史文化街区建筑安全、人身安全及环境安全的前提下,按最少干预及不破坏建筑的整体风貌原则提出相应可行的实施方案。关键词:防雷接地;木结构建筑;历史文化街区;保护修复;引下线
6、;接闪器;接地网;防雷分类中图分类号:TU895文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1003-8493.2023.08.0090引言历史文化街区作为文化遗产,是一种不可再生资源,对世界各国来说都是一笔宝贵的社会财富,如果遭到破坏,将带来不可挽回的损失。雷击风险是造成历史建筑损坏一个较常见的安全风险因素,雷电对历史建筑的损坏案例不甚枚举。为了防止或减少雷击引起历史建筑外观损坏、人身伤亡和火灾,本文以福州市南公河口历史文化街区为例,针对木结构历史文化街区保护建筑的防雷分类,年预计雷击次数计算,接闪器、防雷引下线及接地装置设置等方面开展实践性研究探讨。南公河口历史文化街区,古称“河口
7、”,是福州市历史文化名城格局的重要组成部分。整个街区占地面积约7 5亩,建筑形式大多为围合式的多进院落,院落大多为木结构多层建筑,院落之间多采用山墙分隔,院落按街区内部的巷道为界成片相连。南公河口历史文化街区防雷接地存在的困难和问题主要有:作者信息陈旭文,男,福州市规划设计研究院集团有限公司,高级工程师,电气专业副主任工程师。554http:/Aug.2023Vol.42No.854ELECTRICITY2023年第8 期BUILDING建筑电气a.建筑为木结构或砖木结构,为易燃材质,雷击火灾风险较大。b建筑之间的间距较小,通常是成片相连,建筑物等效雷击截收面积A。不好界定C.建筑屋面未设置防
8、直击雷的设施。d建筑为木柱结构,无法利用结构柱作为防雷引下装置,须设专用引下线,同时专用引下线无法在木结构建筑内暗敷,会影响建筑观感。e.既有建筑未设置接地装置,接地网不易设置,单体的基础基本为浅层条石基础,不利于深埋接地网。历史建筑的防雷保护宜与修保护工程相结合,修保护工程最大限度保留原结构和建筑风貌,所以它既不是改建,也不是扩建,更不是新建工程,因此,现代建筑的防雷保护方法无法直接移植到历史建筑的防雷保护上,下文将结合历史建筑本身的特点作进一步的分析和研究。1历史文化街区的防雷分类1.1历史文化街区防雷分类原则历史建筑为具有一定年代的既有建筑,其建造的结构和制式与现代建筑差异较大,因此,应
9、针对历史建筑本身的特点、位置、结构、建筑高度、保护级别、使用要求、发生雷击事故的可能性和后果来划分防雷分类。历史文化街区建筑防雷分类的划分,根据保护建筑的历史价值、发生雷击事故的概率及其后果划分为三类 2-3。保护建筑的历史价值主要以建筑物的保护级别来反映,比如全国重点文物保护单位、省级重点文物保护单位等,保护的级别越高相对应的历史价值也就越高,相应的防雷等级也越高;发生雷击事故的概率则主要以建筑物的年预计雷击次数(N)来衡量。特别需要注意的是,当历史文化街区建筑中各个院落单体的防雷等级各不相同时,应按单体中最高防雷级别确定历史建筑群的防雷级别 1。1.2年预计雷击次数的计算历史建筑的年预计雷
10、击次数计算主要取决于等效雷击截收面积A.的计算,而A的计算受屋面型式的影响较大,历史建筑的屋面型式通常有坡屋面(通常有硬山、悬山、歇山、殿等制式构造)和尖屋面(通常有二角、四角、五角、六角、八角、单檐、重檐、多层檐等制式构造)等制式。对于不同屋面型式的单体建筑,Aa可根据GB51017-2014古建筑防雷工程技术规范第A.2节公式计算。特别地,由于历史文化街区是由多个院落组成的建筑群,对于建筑群的等效雷击截收面积可按式(1)计算:ZAd=(Adi+Ad2+:+Adn)(1)式中:Adn建筑群第n个院落单体的等效雷击截收面积,m。1.3南公河口历史文化街区木结构建筑的防雷分类南公河口历史文化街区
11、的院落建筑以巷道为界成片相连,当院落与院落之间有山墙分隔时,山墙可在一定程度上防止雷击火灾的蔓延,雷击风险区域范围可仅考虑该单体院落及其左、右相邻院落;当单体院落与单体院落没有山墙分隔、也没有足够的防火间距时,其中一个院落发生雷击事故,与该院落相连的其他院落受影响的风险是相同的,此时雷击风险区域范围应扩大为巷道界内与该院落相连的所有院落,防雷等级应以建筑群为单位进行确定。如图1所示,选取该历史街区内由龙津街、龙津二巷、路通街等几条相互连通的街巷分隔而成的局部区域为例进行说明。在该区域内,根据实际的物理位置和院落之间的分隔情况,一共划分了ZZ共6 个不同的雷击风险防范区域。其中,Z,由相邻院落1
12、5组成,Zz由独立院落6 组成,Z,由独立院落7 组成,Z4由相邻院落8 11组成,Zs由相邻院落12 16 组成,Z.由相邻院落17 2 2 组成。由图1可以直观地看出,6 个雷击风险防范区域中,等效雷击截收面积最大的防范区为Z,区。故选取Z,区作为该区域年预计雷击次数N的计算区域,然后计算确定该区域的防雷等级。南公河口历史文化街区为福州市区级保护历史文物建筑,暂未查询到历史上关于该区域的雷击记录。按本街区历史建筑保护规划要求,街区的建筑总高度控制在12 m;另根据计算结果,建筑群最大年预计雷击次数约为0.0 37 次年,因此,按QX189-2013文物建筑防雷技术规范该历史文化街区的历史建
13、筑防雷分类为第三类防雷历史建筑。555http:/木结构历史文化街区保护修复中的防雷接地研究(陈旭文)55O防雷与接地路通街4161921图1历史文化街区雷击风险区域范围划分示意Fig.1Schematic division of lightning strike riskzones in historical and culture blocks2历史建筑防雷接闪器的设置2.1接闪器的选型及设置原则历史建筑防雷接闪器主要有以下几种类型 3:a.直接装设在建筑物上的接闪杆、接闪带或接闪网。b.独立接闪杆。a.直接装设在建筑物上的接闪杆、接闪带或接闪网。b.独立接闪杆。C.架空接闪线或架空接闪网
14、。历史建筑接闪器的设置类型应与保护建筑相协调,应根据历史建筑的特点,并结合建筑类型和屋顶制式,在容易遭受雷击的正脊、垂脊、脊、屋面檐角部位随形安装接闪器。当防雷装置的设置与文物保护发生矛盾时,应遵照文物保护优先的原则提出可行的实施方案 3。防雷设计方案应在确保防雷安全的前提下,执行最少干预原则,不得破坏建筑的整体风貌。不应在头、干摆、丝缝墙和立柱等建筑结构上敷设接闪线、打孔或安装支架。不应在由易燃材料构成的屋顶(如木结构屋顶)上直接安装接闪器;在可燃材料构成的屋顶上安装接闪器时,接闪器的支撑架应采用隔热层与可燃材料之间进行隔离。在历史文化街区的实际修保护设计过程中,宜优先采用类型a中的接闪器或
15、其组合。当不宜在建筑本体上设置接闪器时,可在受保护建筑附近设置将历史文物建筑置于直击雷防护区内的独立接闪杆。设计时应充分结合历史文物建筑的类型和屋顶制式,优先采用对历史文物建筑影响最小的方法 2 。当正脊上敷设的接闪杆可保护到建筑的檐口时,可仅在正脊、垂脊和战脊处设置接闪杆。当正脊上有突出的脊兽或宝瓶时,接闪带应高出脊兽或宝瓶敷设,或者在脊兽或宝瓶处加装短接闪杆,短接闪杆伸出脊兽或宝瓶的高度宜为150 mm,使其处于短接闪杆的保护范围。当屋顶面积较大时,宜采用类型a中的暗装接闪带和接闪网与短接闪杆的组合。需要注意的是,根据QX189-2014第6.1.9条的规定,第一类防雷历史文物建筑的接闪器
16、宜选用铜材;考虑到性价比的要求,对于第二、第三类防雷历史建筑的接闪器选用热镀锌钢材导体。木结构历史建筑接闪杆、接闪带、接闪网其中一种相对合理的设置方法详表1所示。对于由易燃材料构成的木结构历史建筑,短接闪杆、接闪带及引下线之间的相互连接,应采用螺丝扣、专用压接连接件等冷连接方式进行连接,同时应采用隔热材料将接闪器、引下线与可燃材料之间进行隔离。需要注意的是,由于木结构历史建筑都是由可燃材料建造,在建筑施工修期间,金属脚手架等施工设施会高出屋面架设,如果脚手架等施工设施接闪雷电,则会对木结构历史建筑造成反击,从而损坏建筑或引起火灾。因此在施工修期间,金属脚手架等构架设施同样需要做好防雷击措施,外
17、露可导电金属部件应单独作接地或与建筑防雷装置就近连接,避免施工期间的雷击对修保护建筑的损坏。2.2南公河口历史文化街区木结构建筑接闪器的设置南公河口历史文化街区的建筑单体高度不超过12m,该街区中大多数历史建筑的外轮廓周长不超过90m,因此,本街区中大多数历史建筑可采用以下方法简化设置防雷装置1:a本工程建筑高度较低,所设置接闪杆长度不超过0.5m,因此接闪杆所受的基本风压等机械应力较小,未达到临界值,故按表1中第三类防雷历史建筑的做法,接闪杆采用12mm热镀锌圆钢;接闪带Aug.2023Vol.42No.8556http:/56223年第8 期ELECTRICITYBUILDING建筑电气表
18、1木结构历史建筑接闪杆、接闪带、接闪网选型Tab.1 Selection of air-termination rod,air-termination bar,and air-termination networkfor wooden structure historical buildings1m以下短接闪杆、接闪带接闪网防雷等级材质、规格保护滚球半径材质、规格网格尺寸(1-2 第一类接闪杆圆铜:15mm1,2,4扁铜:S50mm10m10m防雷历史扁铜:S50mm(厚度2 mm)1-4(厚度2 mm)1,2.4或接闪带45 ml1-2建筑圆铜:8 mml1-4 圆铜:8 mml1,2.41
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