Conception de la structure
La technologie derrière 634 m
Une immense tour de 634 m,
Comment le soutenir en toute sécurité ?
La TOKYO SKYTREE est la seule structure au monde qui allie technologie de pointe et ingéniosité japonaise.
Nous expliquerons de manière simple et compréhensible l'ingéniosité de la conception structurelle qui a permis d'atteindre cette hauteur et ce niveau de sécurité.
Analyse détaillée de la conception structurelle de la TOKYO SKYTREE, section par section.
STRUCTURAL
DESIGN?
Commencez par effectuer des recherches sur des zones inconnues.
La TOKYO SKYTREE mesure environ 634 mètres de haut.
En 2006, lorsque le site de construction de la TOKYO SKYTREE a été choisi dans le quartier d'Oshiage, dans l'arrondissement de Sumida, la plus haute structure du Japon était la Tour de Tokyo (conçue par Nikken Sekkei), achevée en 1958, mesurant environ 333 mètres.
Après près de 50 ans, ils tentent d'atteindre presque le double de cette hauteur, un exploit jamais réalisé auparavant, ce qui constitue un « défi en territoire inexploré » grâce à une technologie de pointe.
Pour garantir la sécurité, nous avons commencé par explorer ce territoire inexploré.
Comprendre le vent à une altitude de 600 m
Pour déterminer la nature des vents soufflant à 600 mètres d'altitude, nous avons lancé un ballon-sonde afin d'étudier la distribution de la vitesse du vent et les turbulences à haute altitude. Outre les relevés au sol habituels, nous avons également mis en œuvre une méthode d'étude rare (un réseau de microtremblements) pour analyser la structure géologique profonde jusqu'à environ 3 km de profondeur, ce qui nous a permis de simuler plus précisément les secousses sismiques ressenties à cet endroit.
Grâce à ces investigations approfondies, à diverses innovations de conception et à des vérifications, nous avons confirmé la sécurité face aux séismes et aux vents violents, qui ne sont pas pris en compte dans la conception des immeubles de grande hauteur ordinaires.
Comme un grand arbre,
Comment se connecter au sol
Plus un bâtiment est haut, plus les « forces de traction » et « de compression » exercées sur ses fondations par les secousses lors de tremblements de terre et de Vents forts importantes.
Dans le cas d'une structure haute et élancée comme cette Tour, des forces particulièrement importantes s'exercent.
Ce problème complexe devait être résolu par la conception des sols.
C'est comme les piquets de fixation au mur sous les semelles des chaussures à pointes.
Pour contrer ce phénomène, les pieux de fondation sont conçus comme des parois, avec des joints pour accroître la résistance au frottement. Ces joints sont comparables aux semelles de chaussures à crampons. De plus, en reliant ces pieux et en les étirant radialement sous terre, l'objectif est de les intégrer au sol à la manière des racines d'un arbre.
De plus, la Structure en acier de la Tour visible au-dessus du sol est reliée en continu à des pieux souterrains, transmettant directement les forces. Autrement dit, on pourrait dire qu'elle « se dresse comme un arbre géant qui a jailli de la terre ».
Connectez et intégrez
Conception de cadre en Structure en acier
Le secret des matériaux en acier à haute résistance qui soutiennent la Tour
Nous utilisons des « tubes en acier à haute résistance » comme éléments de structure, qui sont environ deux fois plus résistants que les Structure en acier standard.
Les tuyaux d'acier à la base de la Tour sont énormes : ils mesurent 2,3 mètres de diamètre et 10 centimètres d'épaisseur.
La structure de la tour est une Structure en treillis, un assemblage où les éléments principaux, horizontaux et diagonaux sont reliés entre eux en forme triangulaire. Ces éléments sont assemblés par soudage direct de tubes d'acier, sans plaques ni autres intermédiaires. Cette méthode, à la fois esthétique et simple, offre une excellente résistance à la corrosion.
Vue d'ensemble de la Structure en acier
| Kanae (chaudron sur pieds) | La structure est composée de quatre colonnes, d'éléments horizontaux et d'éléments de contreventement, placés à chaque sommet d'un plan triangulaire. Elle constitue la structure principale qui résiste aux charges horizontales. |
|---|---|
| Treillis connecté horizontalement | La tour centrale est une colonne qui relie la poutre annulaire tous les deux étages (25 m). Elle sert d'élément de transmission pour les forces horizontales (dans le plan) et de raidisseur anti-flambement pour la Kanae (chaudron sur pieds) et les colonnes du périmètre extérieur. |
| treillis annulaire | Les éléments horizontaux placés tous les deux étages (12,5 m) servent de raidisseurs anti-flambement pour les colonnes extérieures. |
Un nouveau mécanisme pour réduire l'oscillation des bâtiments
Système de contrôle des vibrations du Pilier central
Après plusieurs tentatives pour créer un bâtiment sûr et résistant aux tremblements de terre et aux Vents forts, nous avons adopté un nouveau système de contrôle des vibrations qui sépare structurellement un cylindre en béton armé (Pilier central) au centre de la Structure en acier sur le périmètre extérieur, la partie supérieure de la Pilier central centrale faisant office de « poids ».
Le principe sous-jacent est l'application d'une technologie moderne de contrôle des vibrations appelée « mécanisme d'ajout de masse », qui permet de réduire l'effort tranchant d'environ 40 % lors d'un séisme majeur. Par ailleurs, les pagodes Tradition japonaises, telles que la « Pagode à cinq étages», ne se sont jamais effondrées lors de tremblements de terre, et l'on suppose que leur résistance tient à leur Pilier central .
Avec un profond respect pour cette sagesse ancestrale, nous l'avons nommée « Contrôle Pilier central », établissant une analogie avec une Pagode à cinq étages .
- La Pagode à cinq étages est un type unique de structure en bois que l'on ne trouve qu'au Japon. Bien que des effondrements aient été constatés suite à des typhons et des incendies, aucun cas d'effondrement dû à des tremblements de terre n'a été recensé, et elle est considérée comme un édifice d'une excellente résistance aux séismes. Plusieurs théories expliquent cette résistance, mais on pense que le pilier central, appelé « Pilier central», joue un rôle majeur.
mécanisme d'ajout de masse
Ce système de contrôle des vibrations atténue les secousses d'un bâtiment en ajoutant une masse additionnelle qui vibre à un rythme différent de celui du bâtiment principal lors des séismes, annulant ainsi les vibrations de ce dernier et de la masse additionnelle. Si l'on utilise généralement des blocs d'acier ou de béton comme masse additionnelle, il existe aussi des exemples d'utilisation d'équipements volumineux ou de réservoirs de stockage de chaleur. Il s'agit du premier exemple au monde d'utilisation Pilier central(Escaliers) comme masse additionnelle.
Le Pilier central de la TOKYO SKYTREE
Dans le contexte de la TOKYO SKYTREE, cela fait référence à la section cylindrique centrale (en béton armé, avec un Escaliers de secours à l'intérieur). Elle a été nommée « Pilier central) en hommage à la sagesse ancestrale des Pagode à cinq étages .
Fournisseur de contenu
Nikken Sekkei Ltd. "Projet de conception TOKYO SKYTREE"
Contenu spécial de Nikken Sekkei, la société impliquée dans la conception de la TOKYO SKYTREE.
Vous pouvez consulter des contenus qui abordent la TOKYO SKYTREE du point de vue de la conception structurelle, notamment les technologies structurelles réellement utilisées et les témoignages des concepteurs qui ont participé au projet.
