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五台山南台普济寺防雷工程设计探讨

时间:2016-02-23  作者:王文祥马杰周小平申媚先

摘要:雷电是自然界中较为严重的自然灾害之一,而本文中的五台山南台普济寺又处于高海拔多雷区,要在不影响古建筑旅游景观的前提下,正确合理巧妙安装防雷设施显得至关重要,工程要求技术精,施工难度大。本文就寺庙防雷工程设计方面的措施提出了一些针对性方案,将对诸如各类旅游建筑、寺庙等防雷工程具有一定的指导意义。
论文关键词:五台山南台普济寺,防雷工程,设计探讨

由于古代建筑多为木结构,火灾的荷载较大,雷电对古建筑的破坏事例不胜枚举。如:1969年9月,河北省承德市避暑山庄外八庙之一的普佑寺,因为没有安装防雷设施,遭雷击后起火,很著名的法轮殿和周围的楼群、配殿94间全部付之一炬;1957年7月6日明十三陵长陵陵恩殿西部的兽头被雷击一半,南木大柱劈裂20厘米,横梁被炸裂,造成人员一死三伤,两天后雷击焚毁了北京中山公园音乐堂,这连续两次雷击事故曾惊动了周恩来总理,他当即指示北京人民政府对北京重要古建筑物采取防雷措施,由此开始了天安门、三大殿、景山万春亭、北海白塔、鼓楼、天坛祈年殿、颐和园排云殿等古建筑物的防雷。因此,高山景区尤其是高山寺庙的防雷工作越来越受到人们的重视。五台山是驰名中外的佛教名山和国际性佛教道场,寺庙作为神圣的佛教场所,遍及山间各处,而今五台山正处在申报世界文化遗产期间,对寺庙的保护更显得十分重要。南台普济寺始建于隋朝,隋文帝诏令修建,明朝成化年间重修,现属县级重点保护寺庙。随着改革开放的不断深入和旅游经济的快速发展,寺庙已成为人员密集、活动频繁的场所。对寺庙采取有效的防雷措施来保护寺庙及人员的安全,显得迫在眉睫,具有重要社会意义。

1 五台山雷暴特征概要

1.1 雷暴日数多。五台山年平均雷暴日数为40.5天,最多年份可达60天,是典型的雷击灾害频发地区。

1.2 时空分布不均匀。时间上,全年均有雷击发生的可能性。其中,6-8月份最为集中,占全年雷暴日数的75%,4-5月份占全年雷暴日数的13%,9-10月占全年雷暴日数的12%,年变化曲线呈“单峰型”。空间上,南边多北边少,山顶多山谷少。而五台山南台普济寺处在山顶多雷区,这也是我们开展防雷工作的重点区域所在。

1.3 雷电强度大、直击雷危害严重,这也是高山区雷电普遍特征。

2 寺庙建筑的结构特点以及防雷工程设计措施探讨

2.1 寺庙建筑的结构特点

a) 南台普济寺海拔2474米,建在地势较高的山脊,是周围的最高点,占地约5300平方米,所处地理环境孤立、空旷,容易遭受雷击危害。

b) 寺庙在结构上雄伟、挺拔,且都有高耸的屋脊,有利于雷雨云下行先导放电。

c) 寺庙屋脊中有铜兽等金属饰物,而这些都没有可靠的接地,增加了建筑物接收闪电的可能性。

d) 寺庙主要是木质或砖木结合结构,均为易燃材料,加上寺庙内有大量的经幡、幔帐等易燃物。一但受到雷击,极易引起火灾,且灭火十分困难,易造成人员及财产严重损失。

2.2 五台山普济寺防雷设计措施探讨

普济寺是五台山南台的主要景点,寺内由大雄宝殿、古佛殿、三大士殿、普贤塔,天王殿等重要建筑设施组成。整体建筑于山顶,海拔2474米。由于山体多为风化岩结构,岩石缝隙和低凹处仅有少量地表风化土,土壤电阻率极高,通过打入接地极方法难以实现,而防雷接地又是防雷工作的重点。

通过认真地实地勘察,同时考虑不影响寺庙结构风格和整体美观,根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94、《古建筑木结构维护和加固技术规范》GB50165等国家标准,我们对普济寺防雷工程做了如下设计:

2.2.1 全部建筑安装防雷带

a) 接闪器

为保护寺庙建筑的可靠防雷,接闪器采用避雷带方式,接闪材料选用∮10毫米镀锌圆钢,采用10M×l0M和12 M×8M的避雷网格带,带高12厘米,支柱间距1米,与传统的防雷带不同的是支柱立在下面的镀锌钢筋网格上,这样做的好处是减小对古建筑的破坏。根据寺庙结构接闪的规律,对易受雷击的部位,如屋脊、挑檐、左右兽头处增设避雷带并增设高出10CM的短支架,间距1M,使得建筑不但可以良好地接受闪电,而且整个庙宇都处于保护范围之内,又不影响建筑物的整体风格。在铺设避雷带时,为了减小雷电流产生的电动力危害,避雷带在拐弯处均采用了圆弧型弯曲并可靠焊接。

b) 引下线

防雷引下线根数少则雷电流分流就小,每根引下线所承受的雷电流也就越大,易产生雷电反击和雷电的二次效应危害。对于普济寺防雷引下线的设计,我们将引下线设计在寺庙的后墙,引下线采用5毫米乘50毫米的镀锌扁钢,引下线不应少于两根,且均匀、对称,间距不应大于18米,每根引下线的冲击接地电阻不应大于10欧,以加大雷电流的分流。

c) 接地装置

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94要求,寺庙的防雷冲击接地电阻不应大于10欧姆。但普济寺所处之地多为风化岩石,土壤电阻率极高,并且大殿和寮房之间多为人行通道,游客较多。为此,我们对大殿和寮房分别做了接地装置,根据实际情况采用了两种不同方法。

⑴ 对于大殿接地装置,我们主要采用“法拉第笼”结构。利用大殿附近有少量土层,制作了人工接地池,加大了接地体接触面积,然后填土夯实,并添加高山用化学降阻剂,从而改善了接地处的土壤电阻率。

⑵ 对西窑、西僧舍、正房、客堂、五观堂、东耳殿、西耳殿、东大门、南寮采用传统接地方法。我们在风化的岩石土中多处预埋接地体做接地体,用4×40毫米镀锌扁铁焊连成网络,将多根引下线分多处进行等电位连接,形成环形人工接地。

2.2.2 增加防侧击雷和雷电过电压波入侵措施

南台普济寺所处海拔较高,受侧击雷、旁络闪击的概率较大。我们对原有建筑的屋脊、挑檐等都做了等电位连接,接地引下线尽可能沿寺庙外侧悬崖面敷设,避开人行通道,以保护游客安全。

2.2.3 防二次雷击措施的考虑

南台普济寺现在还没有通电,当通电后很多电器设备如电视、电脑等,各种线路从山下一直延伸到寺庙内时,雷电过电压波就容易沿导线传导进入寺庙,对寺庙里的人员及设备造成很大危害。这就要通过在配电盘入端加装多级电源避雷器,并在电话及有线电视等弱电系统入端加装信号SPD,有效地减轻了过电压波对设备的破坏力。同时,对寺庙的各种线路,做到穿金属管并尽量埋地进入寺内,防止雷电电磁感应在室内设备上产生的静电高压,避免设备的旁络闪击。 结束语

1)上述防雷设计方案充分考虑了古建筑特点,在不影响古建筑原貌的基础上进行了设计,但是也有它的局限性,造成工程量大,人员工费高,且在建筑顶施工易损坏建筑。基于这种考虑,我们进行了第二种方案设想,即在寺院墙外四个角立防雷塔,但被寺院方否决,主要理由是破坏古寺庙的整体建筑风貌。2)五台山风景区6-8月强雷暴频发,而此时游人最集中,极易发生雷击灾害,而大部分寺院均未安装防雷设施,需各级政府及寺院高度重视,按照有关规定把防雷措施落到实处。3)高山景区的防雷技术复杂,施工难度大,要严格按照国家相关规范要求设计和施工,还应注意保持庙宇的风格和美观,防雷措施更要强调全方位综合考虑,更重要的是接地处理要因地制宜、设计合理,本文针对性地设计了一些特别的方案。


参考文献:
[1] 关象石.防雷技术标准规范汇编.北京,2001年8月

 

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