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你知道东京塔吗?

2011-08-04 16:56:52 本文行家:孔领昊

东京塔诞生以前,世界上第一高塔是法国巴黎的艾菲尔铁塔,但东京塔超过它13米,高达333米。而所使用的建筑材料却只有艾菲尔铁塔的一半,造塔费时一年半,还不到艾菲尔铁塔施工时间的三分之一。


东京塔东京塔

东京塔 - 基本信息


  中文名称:东京塔

  英文名称:Tokyo Tower

  地址:东京都港区芝公园20号地1番

  主要用途:综合电波塔,瞭望塔1

  设计指导:日建设计工务(今日建设计)

  结构设计者:同上(负责人镜才吉)

  施工者:竹中工务店1

  钢结构制作:松尾桥梁,新三菱重工业

  钢结构安装:宫地建设

  东京塔规模:东京塔高333米,占地2,118平方米。

  地理位置: 东京塔位于东京都港区芝公园西侧,东经139°44′55″、北纬35°39′20″。

东京塔 - 简介


  这座日本最高的独立铁塔上部装有东京都7个电视台、21个电视中转台和广播台等的无线电发射天线。东京使用的建筑材料是艾菲尔铁塔的一半,东京塔造塔费时一年半,不到艾菲尔铁塔施工时间的三分之一,用这样少的材料和这样短的时间,平地竖起这座防台风、抗地震的庞然大物,震惊了全世界。 在100米高的地方,建有一个二层楼高的展望台;在250米高的地方,也设有一个特别展望台。展望台四边都是落地的大玻璃窗,窗向外倾斜。站在展望台上可俯瞰东京市容,全市景观尽收眼底。塔的下部为铁塔大楼,一楼为休息厅,二楼有商场,三楼是规模居日本及远东第一的蜡像馆,蜡像馆内有数十尊和真人一般大小的蜡像,四周的布景,有神话中的仙境、恐怖的囚室及逼供室等场面,使游客宛若其境之感;在大楼的入口处右侧,还矗立着参加第一次南极考察队的犬群塑像。

  东京塔诞生以前,世界上第一高塔是法国巴黎的艾菲尔铁塔,但东京塔超过它13米,高达333米。而所使用的建筑材料却只有艾菲尔铁塔的一半,造塔费时一年半,还不到艾菲尔铁塔施工时间的三分之一。用这样少的材料和这样短的时间,平地竖起这座防台风、抗地震的庞然大物,震惊了全世界。东京塔是东京的最高点。

东京塔 - 建造背景


  自从1953年2月,NHK(日本放送协会)电视实验局在日本首次发出电波以来,短短的几年内,电视在日本全国已经普及到家家户户了。从1958年末起到1959年初这段时间,在原有的3家电视台的基础上,又新增了3家,共有6家电视台向外发出电波。鉴于这样发展,在以邮政省为首的广播电视有关部门之间,从1955年前后,对建设“综合发射塔”的想发展开了严肃认真的探讨。1957年5月成立了“日本电视塔株式会社”,早稻田大学教授内藤多仲博士被提名作为设计指导,他不仅在抗震设计方面,同时在铁塔设计领域也是权威人士。在内藤博士的指导下,由日建设计工务课的镜才吉先生负责结构的技术设计及施工图设计。此外,类似的电视塔还有名古屋电视塔,也是内藤博士及日建设计共同设计,并早已竣工(1954年竣工)。

东京塔 - 结构


  这座日本最高的独立铁塔是东京的最高点。棱锥体形的铁塔由四脚支撑,塔身涂成澄黄和乳白相间的颜色,鲜艳夺目。塔的上部装有东京都7个电视台、21个电视中转台和广播台等的无线电发射天线。

  塔的上部是整个建筑物的心脏,对外发送无线电波,为NHK(日本广播协会的缩写)、日本电视网、东京放送、朝日电视、富士电视、十二台等电视台的7个频道传送节目。另外,还可以发射侦察、消防等方面的特种电波。塔基底的四只坐脚墩之间各隔80米,四脚之内建有一座5层大楼,里面设有餐厅、百货店等,供应齐全,大大方便了游客。特别值得一提的是,楼内特开辟了科学馆,展出电视、无线电设备、各式各样的实验仪器、丰富多彩的科普图片,使游客既尽游兴,又增长知识。

  塔身150米的高处建有一座2层楼的瞭望台,供来客登高赏景。250米的高处设有特别瞭望台。3台电梯不停地运送参观的人们。从大楼底层到瞭望台,乘电梯只需一分钟,若徒步则需攀登563级阶梯。

  瞭望台内是一个20米见方的房间,四周用整块的大玻璃镶装,游客置身其中,仿佛凌空出世,远离人间。晴天,向下俯视,整个东京一览无余,西边美丽的富士山,淡妆素裹,婉丽多姿,令人赞叹。入夜,塔身饰灯骤然齐明,在夜空中构成一幅绚丽多彩的图案,愈发显得神奇、雄伟。

  塔的下部为铁塔大楼,一楼为休息厅,二楼有商场,三楼是规模居日本及远东第一的蜡像馆,蜡像馆内有数十尊和真人一般大小的蜡像,四周的布景,有神话中的仙境、恐怖的囚室及逼供室等场面,加上灯光及音响效果,使游客宛若其境之感。在大楼的入口处右侧,还矗立着参加第一次南极考察队的犬群塑像。四楼是近代科学馆和电视摄影棚,五楼是电台发射台。

东京塔 - 设计 

 (1)构成

  总体状况在距地面253m的自立铁塔的顶端,又接上了一个高80米的天线支承塔,距地面的总高为333米,这就是发射和接收电视及期货电波的信号收发塔。铁塔将地下1层,地上5层,总面积约为21800平方米的科学馆楼跨塔下。在距地面120米处的塔上设置2层的瞭望台(约1500平方米),而距地面225米处设有作业台(后改为特别瞭望台,面积约130平方米)。瞭望台和塔下的科学馆楼有可乘23人的话台电梯和楼梯进行联络,而上部作业台与瞭望台之间则设置的是可乘10人的电梯和楼梯。另外,在距地面66米处,还做了将来可以增设1000平方米瞭望台的设计。瞭望台的各部分装修一律采用重量轻和不燃性材料,并且尽量采用干式施工法。铁塔由四根正方形截面的主柱和与主柱相连的水平杆及斜杆连接而成的自立式铁塔,构件全是用大型型钢(角钢、槽钢)和钢板组成的组合截面。

  (2)荷载及外力

  固定的永久荷载是塔架本身的自重加上瞭望台的装修材料的重量。这是考虑到地震力而尽量减轻重量的结果。此外,天线和机械类的荷载也按永久荷载计算。活荷载有作用在瞭望台及楼梯上的,按300kg/平方米计算。对于这座铁塔来说,起控制作用的外力就是风压力。于是,按上述的速度压的计算公式来计算塔身不同高度处的风速后,便知,h=300m处,v=90m/s。另外,从1926年到1948年这个期间,关东地区的最大平均风速是在千叶县的铫子为48m/s。再谈一下风力系数,虽然有针对一般性铁塔的标准值,或者是计算公式,然而,东京电视塔却是由与一般的铁塔尺寸相差悬殊的巨大构件所构成的铁塔,再加上,在其迎风面上还有电梯井的存在,就更加与众不同了,因此,委托建设省建筑研究所的龟井勇教授做了风洞实验。

  像铁塔这样的自振周期比较长的柔性结构物,其地震加速度与振动周期之间的关系很密切,虽然,那时尚未想到,当时的建筑基准法中的那种简单和处理不一定是恰当的,加之,又是处于静态分析的时代,况且,对于铁塔来说,风压力是起着控制作用的。按照基准法中的地震力计算法,水平地震系数k=0.16+h/400[h为距地面的高度(m)]。计算结果为:地上16m处,水平地震系数为0.2;塔顶部(h=253m)为k=0.8;天线顶端(h=333m)为k=0.99

  (3)计算方法

  当时,计算机尚未引进(在日本,建筑方面最早使用计算机的时间是在1960年前后,而且,充其量也不过是解多元联立方程而已)。连动态分析手法也没有达到实用化的程度。因此,分析和计算都是手算的。在当时,作为桁架的计算方法,一般来说,实际应用的主要方法有克列莫纳内力图解法和卡斯特利亚诺定理,为了修正立体角度造成的影响,还加入了三角函数。说穿了,完全是三角尺、刻度尺和计算尺和时代(后来,1975年前后,在进行电视塔的承载力调查时,使用的是立体分析程序“FRAN”,计算结果表明,手算所得的内力值,除个别构件的弯曲内力之外,其精度毫不逊色)。
   (4)材料

  塔身的主要构件一律使用JIS(日本工业标准)的标准品SS41号钢,而容许应力则按建筑基准法的规定采用。材料试险结果表明,几乎所有的钢材的屈服强度都比规定值高出10%~15%,当时的刚才也许就是这种情况。
  (5)连接

  除上述的天线支承塔外,构件的连接一律采用铆接。但是,考虑到高空作业时,施工和维修的难度增加,距地面140m以上,由于防锈,构件经过镀锌(浸锌),现场安装则采用精制螺栓连接(使用弹簧垫圈、单头螺纹的螺帽)。天线支承塔则按每10-12m为一段,在工厂里焊接组装之后,为消除内应力,将其放入炉内,用625摄氏度左右的温度,视构件的粗细的不同,进行4-6小时的退火。现场的连接采用凸缘型拉力螺栓连接,材料为SNC-2,sft=5t/cm2。此外,上述的焊接组装属于高强度大直径圆钢的焊接,这在当时是一件非常困难的技术,是在早稻田大学鹤田明教授的指导下,在规定材质的成分和施工试验等周密的研究的情况下,进行施焊。

  (6)防锈涂饰

  由于铁塔是处于风吹雨淋之下的,它的耐久性是靠防锈来保证的。该电视塔的140m以下部分的构件利用喷砂机清除铁锈和氧化皮等后,涂一道蚀洗用涂料,再涂一道铅丹之后,再涂两道邻苯二甲酸系彩色涂料。塔身的140m以上部分经酸洗后,如前所述,旗以镀锌,然后,再将构件组装起来。饰面则是用与下部颜色相同的涂料上两道。此外,该铁塔的构件几乎全部都是组合截面,所以,应采用雨水不易存留的形式,同时还要便于实施内部涂饰,原则上,不能采用封闭型截面,必须有一部分是开放型的(箱形截面时,应有两面是使用缀条的)。在实在避免不了的部位也要通过开泄水孔等措施,以免构件生锈。还有,竣工后,每经过5-7年,包括天线支承塔在内,整个铁塔都要进行一次重新涂饰,做一次确保耐久性的维护。

  (7)基础

  电视塔所在地的地层属于关东粉质黏土层、砂质黏土层和砂层的相互重叠的地层,在距地表约20-26m深处出现了密实的砂砾层。4座塔脚基础就是采用木田式深基础施工法(手挖),用该砂砾层作为持力层的(长期设计承载力为50t/m2)。支承4座塔脚的基础用对角线方向的连系梁相连,以便承受长期水平力。为了防止塔脚基础发生移动,在连系梁中施加初应力(使连系梁中的钢筋处于预热伸长状态之下,浇注混凝土,用现在的话说,就是施加预应力)。

东京塔 - 施工概要


  该铁塔在施工上的难点有防护措施、工期、初应力、高强度圆钢焊接等等,不一而足,就连钢构件的安装也是一件艰难工程。尤其是,在距地面40m处,以拱的形式会合的4根斜主柱的安装时,哪怕是有微小的角度偏差,都会对上部铁塔的安装精度造成巨大影响,因此,必须慎之又慎。由于塔下的科学馆也要同时施工,所以,无法实现全面支撑,只好采取装有顶升机构的钢架(支架)和后拉索并用的方法。天线支承塔的架设也曾是棘手工程,是利用在主塔的塔顶上(高度为253m)安装一个高30m的临时支架的方法进行装配的。

东京塔 - 再现新塔

  由于东京已有一座1958年建成的高333米的名为“东京塔”的广播塔,因而这座新塔暂被称为“新东京塔”,预计塔高613米高,将取代原来的东京塔成为东京的新地标性建筑。

  高达610米的日本“新东京塔”预计将于2011年完工。届时,它将取代中国台北的“101大楼”和阿联酋的迪拜塔,成为全球最高建筑物以及世界最高的通信塔。“新东京塔”总耗资约为500亿日元。

  “新东京塔”是由日本知名建筑师安藤忠雄和雕刻家澄川喜一联袂设计。它将建在一个三角形的底座上,呈圆柱形,随着高度上升塔身逐渐变细,顶端呈圆球形。据种类似日本国宝“五重塔”的结构造型,主要是为了有效抵抗地震和强风。游客通过观光电梯攀登其上,能够远眺整个关东平原。而空中走廊则采用全透明玻璃设计,以便让游客能在高空来个“云中漫步”。“新东京塔”是由日本广播协会和5家民间电视台共同出资500亿日元建造,新塔落成后,将由这6家电视台分别租用。

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