結構設計
支援634米的技術支持
一座高達634公尺的巨塔，
它是如何得到安全支撐的？
東京晴空塔是世界上唯一一座將尖端科技與日本匠心精神結合的建築。
我們將以簡單易懂的方式解釋實現這一高度和安全目標的結構設計巧思。
東京晴空塔結構設計詳解
STRUCTURAL
DESIGN?
我們將從探索未知領域開始。
東京晴空塔的高度約為634公尺。
2006 年，東京晴空塔的建設地點被確定為墨田區的押上地區時，日本最高的建築是東京塔（由日建設計設計），於 1958 年建成，高約 333 公尺。
經過大約 50 年的努力，他們正試圖達到近乎兩倍的高度，這是一項前所未有的壯舉，利用尖端技術，這是一次「進入未知領域的挑戰」。
為了確保安全，我們首先對這片未知領域進行了研究。
了解600公尺高空的風況
為了研究600公尺高空的風況，我們發射了一個名為無線電探空儀的氣象氣球，用於研究高空風速分佈和風湍流情況。除了標準的地面勘測外，我們還採用了一種非常規的勘測方法（微震陣列勘測），以探測地下約3公里深處的地質結構，從而更準確地模擬該地區在地震發生時的震動情況。
透過這些細緻的調查、各種設計創新及其驗證，我們證實了其在抗震防風暴方面的安全性，而這通常是傳統摩天大樓設計中無法預料到的。
像一棵大樹一樣，
它如何與地面連接
建築物越高，地震和強風期間，建築物地基受到的「拉力」和「壓力」就越大。
對於像這座塔一樣高而細長的結構，會受到特別大的力。
這個難題需要透過地面設計來解決。
這就像釘鞋鞋底上的牆釘一樣。
因此，基礎樁被設計成帶有節點的牆狀結構，以增加摩擦阻力並抵消這種影響。這些節點就像是「釘鞋的鞋底」。此外，透過使這些牆狀樁連續並呈放射狀分佈於地下，目的是使其像「樹根」一樣與土壤融為一體。
此外，地上可見的塔鋼骨與地下樁基連續連接，直接傳遞力量。換句話說，它就像一棵從大地中長出的參天大樹。
連接和集成鋼骨框架設計
支撐塔的高強度鋼材背後的秘密
我們採用「高強度鋼管」作為結構部件，其強度約為標準鋼骨的兩倍。
塔的鋼管非常巨大，直徑達 2.3 米，厚度達 10 公分。
該塔的結構為“桁架結構”，這是一個由主構件、水平構件和斜撐構件以三角形方式連接而成的結構框架。構件之間的連接採用一種稱為「分支節點」的方法，即直接焊接鋼管，無需使用鋼板或其他中間部件。這種方法不僅外觀簡潔，而且在耐腐蝕性方面也具有優勢。
鋼骨塔概覽
| 鼎桁架 | 由四根立柱、水平構件和支撐構件組成的柱系統。這些構件位於三角形平面形狀的每個頂點。 它將作為抵抗水平荷載的主要結構構件。 |
|---|---|
| 水平連接桁架 | 中央塔是一根柱子，每隔兩層（25公尺）連接環形桁架。它既是水平力（平面內）的傳遞構件，也是鼎桁架和外圍柱的屈曲加勁構件。 |
| 環形桁架 | 每層每隔 12.5 公尺設置水平構件。它們起到加固外圍柱子的作用，防止其屈曲。 |
一種減少建築物搖擺的新機制中心支柱振動控制系統
為了建造一座能夠抵禦地震和強風的安全可靠的建築物，我們進行了各種嘗試，最終採用了一種新的振動控制系統，該系統將中心的鋼筋混凝土圓柱體（中心支柱）與外圍的鋼骨框架塔在結構上分離，中心中心支柱的上部起到“配重”的作用。
其原理是應用了一種名為「質量增加機制」的現代振動控制技術，該技術可在強震期間將響應剪力降低約40%。另一方面，傳統的日本寶塔，例如“五重塔*”，從未因地震而倒塌，據推測，其秘訣在於建築物的中央柱，也稱為“中心支柱”。
我們懷著對這一古老智慧的深深敬意，將其命名為“中心支柱控制”，借用五重塔的比喻。
- 五重塔是日本特有的木造建築。雖然曾經有因颱風和火災而倒塌的記錄，但至今沒有因地震而倒塌的記錄，據說它具有極佳的抗震性能。關於其抗震性能優異的原因眾說紛紜，但普遍認為，被稱為「中心支柱」的中央支柱起著至關重要的作用。
品質添加機制
這種振動控制系統透過在建築物上增加一個額外的質量塊（重量塊）來抑制建築物的整體震動。此額外質量塊在地震期間的振動頻率與主體建築不同，從而抵消主體建築和額外質量塊的振動。雖然通常使用鋼塊或混凝土塊作為額外質量塊，但也存在使用大型設備或蓄熱罐的例子。這是世界上首例使用中心支柱（樓梯間）作為額外質量塊的案例。
東京晴空塔的中心支柱
就東京晴空塔而言，這指的是中央圓柱形部分（由鋼筋混凝土製成，內部設有緊急樓梯）。它被命名為“中心支柱），以表達對五重塔古老智慧的深深敬意。
內容提供者
日建設計株式會社“東京晴空塔設計專案”
來自參與東京晴空塔設計的日建設計公司的特別內容。
您可以從結構設計的角度查看有關東京晴空塔的內容，包括實際使用的結構技術以及參與專案的設計師的心聲。
