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建筑结构,西半球最高独立式建筑,553米高加拿大国家通讯塔CN Tower

  在至今将近50年的时间里, CN Tower(加拿大国家通信塔)一直是加拿大多伦多城市天际线的统治者,西半球最高独立式建筑,是有史以来建造的最高的通讯塔之一,塔总高553m(包括天线高度),也是20世纪最伟大的结构工程成就之一。自1976年夏季向公众开放以来一直是世界上最高的独立式建筑结构,并位居榜首三十多年,直到2007年才被哈利法塔(BurjKhalifa)所超越。

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  尽管其建成至今已近半个世纪,它仍然是目前西半球最高的独立式建筑结构,并且依旧是世界十大最高的独立结构之一。毫无疑问,CNTower是现代结构工程史上的杰作,但是当您意识到它的设计是完成于半个世纪前的1960年代底和70年代初,是在计算机还没有被应用于结构设计之前的手算设计时代所完成的,你一定会对它更加印象深刻,这简直就是结构工程史上的奇迹。

  CN Tower从设计开始至建造完毕正式投入使用总计耗时9年多近10年的时间,在结构设计和施工中应用了大量创新手段来解决这一项目中所遇到的史无前例的设计和施工等技术层面的挑战。1995年,该塔被美国土木工程师学会(ASCE)评为世界现代七大奇观之一。这也是对设计和建造该塔的结构工程师,建筑师和施工人员所取得的历史性成就的高度认可。

  如今,CN Tower已经成为多伦多的城市名片、加拿大最著名的地标性建筑,也是加拿大结构工程界的骄傲。那么下面我们就从它的基础结构一直到其顶部的天线结构对其结构设计和施工建造作一个全方位介绍。

  CN Tower的设计背景

  尽管今天的多伦多市和大多伦多地区已成为北美乃至世界上最大的都市区之一,位于安大略湖沿岸的多伦多市中心地区摩天大楼林立,但加拿大国家电视塔- CN Tower依然是多伦多市城市天际线的核心。然而,在1960年代开始规划设计建造CNTower之前,这座城市的外观看上去与现在完全不同。但正是在6、70年代那段时期,多伦多经历了巨大的建筑热潮,并且第一批摩天大楼开始在城市周围出现。

  这些高大的建筑物很快就成为当地广播和电视广播公司的问题,因为该地区当时现有的发射塔太矮了,无法通过它们进行广播。解决此问题的方法是建造一个大型通讯塔,该塔能够不受任何阻挡地在可预见的将来建造的任何新的摩天大楼上方传输信号。为此,政府对于拟建的新通讯塔的设计高度作了严格的要求,新塔必须要满足用于转播电视广播的UHF发射机的最小高度为338m,而主要用于FM广播的VHF发射机的高度为460m至540m之间。

  因此,CN Tower的结构设计无论是从塔身的结构尺寸和几何形状的选型,还是到结构材料和施工方法的确定都必须要严格满足以上政府所规定的最小结构高度要求。毫无疑问,这一要求决定了这座新的通讯塔将成为当时有史以来人类所建造的最高的独立式建筑。另外,这一项目的成功建成将既满足政府对于多伦多广播电视的通讯要求,也是一个绝好的机会向世界展示加拿大工业特别是结构工程的实力,因此当时的业主Canadian National(简称CN)决定将这座高塔命名为Canadian National Tower (即CN Tower), 并决定此塔的高度必须超过规定的540 m的最低高度要求。CN Tower最初的设计概念是由平面呈现三角形分布的三个独立的塔肢组成的类似于三肢空间组合格构柱的形式,但由于三肢空间组合格构柱方案的建筑美学和实用效率及结构效率方面的限制,这一方案最终被体形更加优美的钢筋混凝土三肢束筒方案所取代,塔总高度为553.3m。CN Tower的建造在当时耗资6300万美元(按今天的价值计算,这笔费用约为3.5亿美元)。为了帮助分担这个巨型项目的一部分成本费用,该设计中还考虑整合了多个旅游景观功能使用空间,用以吸引来自世界各地的游客。其中包括360度旋转餐厅,空中距离超过350m,还有几个观景台,可欣赏多伦多和安大略湖的壮丽景色。


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