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古人對古建築防雷電有著特殊的方法應對

日期:2016/12/15 1:25:49      編輯:中國古代建築
 

  1752年6月的一個夜晚,美洲費城陰雲密布,一位中年男子將一只用綢子制成的大風筝放到了烏雲的底部。隨著男子的手指湊近風筝上的銅鑰匙,只見鑰匙與手指之間放出了火花。這個試驗就是著名的風筝試驗,這個中年男子就是被後人譽為 從蒼天處獲得閃電 的本傑明“富蘭克林。大風筝幫助人們發現了 雷就是電 ,從此開啟了西方建築防雷的歷程。而翻看浩瀚的文史資料,人們驚奇地發現:早在清朝康熙年間,西方使者安文思就曾記錄過中國古代建築的防雷 秘技 ,這個發現要遠遠早於富蘭克林的風筝試驗。
    古建築一般是指古人遺留下來的具有較長歷史年代的寺、廟、殿、樓、塔等建築,它是研究古代社會政治經濟、文化藝術、宗教信仰的歷史資料,也是人類文化遺產的瑰寶。由於古建築多為木結構,火災荷載較大,一旦遭雷擊起火,火勢易蔓延,可能造成難以挽回的損失。而我國現存古建築的防雷還存在許多問題,比如防雷引下線少,不易采取均衡電位措施,沒有防球雷措施等。因此筆者撰文介紹幾種常見的防雷琉璃瓦技術,希望對古建築防雷工作有所啟示。
    古建築易遭雷擊的原因,一般雷擊類型可分為直擊雷、感應雷、雷電波侵入和球雷四種。對古建築危害較大的主要是直擊雷和球雷。而要產生雷擊,首先必須有足夠的電量積累,達到一定的強度,擊穿絕緣空氣,形成電流通道;其次要有突出的物體造成其周圍電場突變,感應出異號電荷。古建築多為木結構,木材經過千百年變得十分干燥,在雨天潮濕,電阻率變小,並且內部年久積滿灰塵,易積蓄淨電,帶有電荷容易引來雷電流。還有很多古建築建於高山上,本身地勢較高,且位置突出,更容易遭受雷擊;同時有些古建築內高大樹木較多,也容易引雷殃及古建築。
    古建築的雷擊規律,雷擊規律的影響因素。大量雷害事故統計資料和試驗研究證明,雷擊的地點和建築物遭受雷擊的部位是有一定規律的,這些規律稱為雷擊規律。地面上建築物的性質、形狀,以及建築物的結構、內部設備情況對雷擊的選擇都會產生影響。當雷電先驅發展到離地面不遠的空中時,地面上的電場不斷增強,在高大建築物的尖頂和邊緣上場強最大,構成雷電發展的良好條件。雷電先驅就自然被吸引到這些地方,因此高大建築物就容易遭雷擊。
  A、地點上的規律。雷害事故表明,多數雷擊發生在靠近河湖池沼和潮濕地區,其次是大樹、旗桿、杉槁,球雷占8%.
  B、雷擊部位上的規律。古建築易受雷擊的部位多為屋角獸頭、房脊和梁柱以及豐寶銅頂。北京十三陵長陵的稜恩殿、鼓樓、故宮的承乾殿皆因獸頭、屋脊被雷擊起火,也恰恰說明了這一規律。故此在防雷時應加以防范。
  中國在直擊雷防護技術上到底有何卓越之處?本網特別邀請國際電工委員會IEC/TC81(第三工作組)中國專家關象石,為我們詳解中國古代建築的防雷術。“相對而言,西方的石頭古建築不大怕雷,雷打掉了石頭的一個邊角,損壞是物理性的。但中國古代建築上木頭的損壞,就不僅僅是物理損壞,還有可能引發火災。”“作為我國歷史上現存最久的防雷建築,慈氏塔的特殊之處在於,這八條鐵鏈至翼角處尚不終止,而是逶迤垂下直到地面。這樣,雷電打上去,就會順著鐵棍子洩到地上,從而保護了旁邊的建築。這鐵杵不就是避雷針(接閃桿)嗎?那鐵鏈不就是引下線並接地了嗎?”由此看來,想通過應縣木塔近千年毫發無損來說明"絕緣防雷"機制似乎是不大可能了。”
    中國古建築多木制 須比西方更防雷,法國大文豪雨果曾說,西方的建築史是”一部用石頭寫成的歷史“。也就是說,西方建築多為”石制“。而中國古代建築則以”木制“為主。“相對而言,西方的石頭建築不大怕雷,雷打掉了石頭的一個邊角,損壞是物理性的。但中國古代建築上木頭的損壞,就不僅僅是物理損壞,還有可能引發火災。”關象石說。自遠古以來,雷擊便一直造成人和動物的傷亡、毀壞了無數豪華的皇宮、寺塔和民宅。公元762年,一場雷擊引發的大火,導致西藏拉薩的布達拉宮內1000多間房屋中,絕大多數被燒毀,僅有曲結竹普和帕巴拉康兩處幸免。無獨有偶,明永樂十九年五月初九(公元1421年),閃電擊中了新近完工的北京紫禁城三大殿奉元殿、華蓋殿、謹身殿。大火在高大的朱紅圓柱上迅速延燒,精致雕琢、彩繪的藻井與支撐的斗拱都付之一炬。一位目擊此景的波斯貢臣描述,當時火焰照耀,看起來直如“十萬火把”。
    慈氏塔:我國歷史上現存最久的防雷建築。雷火無情,但勞動人民用自己的血汗和智慧,給中國古代建築防雷史留下了一個個可供後人研究的典范,其中有的或許是刻意為之,有的則是無心之舉。江南,湘北,有一泊湖水以天下為懷,以一首“岳陽樓記”為世人傳誦,這就是洞庭湖。慈氏塔正位於洞庭湖邊西南,塔為磚石結構,樓閣式,八角七層,通高39米。寶塔巍然聳立,雄視洞庭湖,為“巴陵勝狀”之一。傳說,慈氏塔是一個叫慈氏的寡婦投資修建。這個弱小女子,在年輕的丈夫葬身浩渺洞庭之後,便把自己的養老錢,投身在這個浩大工程之中,為的就是鎮住塔下被神仙鎖住的一條孽龍。而在湖中,還有一個鐵枷,幾條巨鏈,枷、鏈、塔,守護著岳陽這座大城。
    山西應縣木塔:“絕緣避雷”可靠不可靠?有著“中國古建築斗拱博物館”之稱的山西應縣木塔,建於遼代清寧二年,即公元1056年,塔高67.31米,是現存世界上最高、最古老的純木結構建築。雷火煉金殿:已消逝的自然奇景“雷火煉金殿”是自然界雷電現象的正常反映,也是我國古代人們獨具匠心的結果,一方面有防雷的效果,另一方面又使道教聖地武當山更負盛名。此座“金殿”,是在明朝永樂十四年(公元1416年)間,工匠在北京先制成銅片,再將其運送到武當山金頂,像“組裝家具”一樣焊接而成。古代建築防雷仍面臨難題“古代文物不僅要防御雷擊,還要在安裝防雷設施時盡量保護文物原貌,這就給古建築防雷增加了難度。”關象石最後強調道。面對變幻莫測的自然災害,以及巧奪天工的防雷技藝,國人如何讓這些“千年不動產”保值增值,依然值得思考。
    古建築磚雕防雷技術。隨著科技大發展,人們對雷電知識的了解逐步深入,防雷技術也不斷更新,但主要有以下7種:避雷針防雷法、法拉第籠式防雷法、滾球防雷法、E•F避雷保護系統、消雷器防護法、避雷設施保護法、人工影響雷電防雷法。幾種方法各有側重,對古建築較為適用的是避雷針防雷法。

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