CN101265708A - 塔状结构物的基础结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种塔状结构物的基础结构，其为支柱或塔等塔状结构物的基础结构，具有使用导入预应力的无粘结锚栓而完全固定的柱脚部，其中，极力抑制混凝土的裂纹的生成。相对于跨设在基板(2a)和锚栓板(2b)上的、导入预应力的无粘结锚栓(1)，在与其长度方向交叉的方向上配设横钢筋(3)和环状钢筋(5)，配设与该长度方向平行的方向的纵钢筋(4)。在配置这些钢筋并浇筑混凝土(6)时，极力增大与所述无粘结锚栓(1)的长度方向交叉的方向混凝土(6)的厚度。

Description

塔状结构物的基础结构

技术领域

本发明涉及如下的基础结构，该基础结构是像建在地上的支柱、塔、纪念碑等那样一直构筑到上空的高位置的塔状结构物的基础结构，特别是使用导入预应力的无粘结锚栓(アンボンドアンカ一)的基础结构。

背景技术

作为建在地上的塔状结构物，有各种塔、纪念碑、烟囱等各种结构物，风力发电用的风车的支柱即风车用塔作为其中的一种。在塔的顶上部具有被水平轴支承的多片螺旋桨翼(叶片)，并设置有利用该风车的旋转进行发电的发电机、使风车的指向与风向吻合的旋转机构等重量物。另外，为了使其稳定并提高发电效率而需要接收一定强度的强风，优选使顶上部位于极高位置。即，对风车用塔而言，需要使顶上部伸长到极高位置，且在顶上部支承重量物。

在塔状结构物中，因上空的风的作用而受到水平方向的大载荷。因此，弯曲力矩作为翻转力矩作用于塔状结构物的基础部分。特别是，对风车用塔而言，除水平方向的载荷之外，根据风车叶片的旋转或由所述旋转机构引起的风车指向的变更等、进一步根据这些种载荷的组合，复杂的载荷作用于风车用塔，从而有可能使风车用塔倒塌。另外，在日本，因由地震载荷而产生的翻转力矩也很大，所以，希望一种在应对因风而产生的载荷的基础上也可应对地震的基础结构。

作为高层建筑物或塔状结构物的基础结构的提案例如有：在专利文献1中公开的地盘锚栓兼用排桩法、在专利文献2中公开的风力发电塔、在专利文献3中公开的风车塔的锚栓框等。

另外，在非专利文献4中，论述了底脚基础的立起部(基座)的柱状钢筋的设计方法，关于锚栓螺栓的设计，进行有如下的研究，即，因利用螺母等与螺栓下端部接合的连接部件(锚栓环)而产生的各种应力是否满足混凝土的容许值及锚栓环部件其本身的容许值，锚栓表面与混凝土的粘附是否满足容许值。

并且，在非专利文献5中，以由带头锚栓螺栓的锥状破坏而确定的容许牵引力和锚栓螺栓部件其本身的容许值中的较小的值进行设计。

【专利文献1】(日本)特公平5-59219号公报

【专利文献2】：(日本)特开2002-122066号公报

【专利文献3】：(日本)特开2004-278400号公报

【非专利文献4】：烟囱结构设计施工手册(日本建筑中心)

【非专利文献5】：各种合成结构设计手册(日本建筑学会)

根据专利文献1中公开的排桩法的支承建造物主要是建筑物，因风或地震等产生的水平力而受到翻转力矩，抵抗在建筑物中生成的浮力，在像风车用塔那样生成复杂的翻转力矩时，恐怕不能确保可靠性。另外，在专利文献2公开的风力发电塔中构成为，将叠置中空筒体而形成的塔本体和横截面为T字形的预应力混凝土加强部件沿所述塔本体的基底部侧的外周设置，将所述加强部件与基础及塔本体结合紧固。另外，专利文献3公开的锚栓框架包括上下一对环状的锚栓板、设置一定间隔而连接该上下一对锚栓板的多个连接部件、配置于该连接部件间的多个锚栓螺栓、为了使所述上下一对锚栓板位于基础上的规定高度而与下部锚栓板的下面连接的多根立柱，利用钢管构成所述连接部件和所述立柱。

在上述专利文献2或专利文献3中公开的基础结构中，为形成作为在基础部件的中央部突出的基础台座部的基座、使塔固定于该基座的结构，由所述连接部件、锚栓螺栓、立柱构成。但是，因浇筑的混凝土和锚栓螺栓粘附而接合，在翻转力矩产生载荷而切断该粘附时，在混凝土上生成裂纹，并且，在超过混凝土的容许应力强度时，恐怕会破坏混凝土。因此，优选将基础形成为如下结构，即，使用形成为不具有粘附锚栓螺栓和混凝土的形式、通过改变载荷的传递机理而使混凝土的负担减轻的无粘结锚栓。

另外，如非专利文献4及非专利文献5所公开的那样，以往的塔状结构物的基础结构以如下内容作为基本进行设计，即，参考上述手册等粘附于混凝土的锚栓螺栓及利用螺母等与其下端部接合的连接部件(锚栓环)配置于底脚基础的立起部(基座)，以通过柱状结构抵抗从上部结构受到的翻转力矩。

以烟囱等为代表的塔状结构物(塔)的支承结构物构成为，形成作为在基座部件的中央部突出的基台部的基座，使塔固定在该基座上，固定部在浇筑的混凝土中由所述锚栓螺栓和连接部件(锚栓环)构成。另外，以混凝土和锚栓螺栓粘附接合为前提进行设计，翻转力矩被载荷，经由混凝土将牵引力传递到配置于锚栓螺栓横向的纵向的钢筋上。

另一方面，可考虑设为如下所述的结构，即，如风车用塔那样，在要调整上部结构物的固有周期、或将脚部完全固定或设为与其相近的状态时，使用无粘结锚栓，在浇筑混凝土之后，对锚栓螺栓施加张紧力(预应力)。

一旦使用无粘结锚栓施加预应力，则对无粘结锚栓周围的混凝土在该无粘结锚栓的下端固定部(锚栓环)下方的长度方向和无粘结锚栓的交叉方向上作用牵引载荷，所以，产生不同于期待未加载预应力的与混凝土粘附的锚栓螺栓的应力状态，若在预应力导入时需要的钢筋不够，则在紧接预应力导入后及在向塔状结构物施加的通常的载荷下，也会在混凝土上生成裂纹，一旦该裂纹扩开，则有可能导致混凝土沿无粘结锚栓断裂。另外，通过该结构，在脚部成为完全固定状态时，抵抗翻转力矩的结构与经由混凝土将牵引力传递到配置于所述锚栓螺栓横向的纵钢筋的柱状结构不同。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种考虑基础形状和配置钢筋的塔状结构物的基础结构，其使用无粘结锚栓，即便在导入预应力时也不会在混凝土上生成有害的裂纹，另外也可充分地抵抗翻转力矩。

作为实现上述目的的技术手段，本发明的塔状结构物的基础结构其顶上部一直伸长到上空的高位置，利用作用于该顶上部及支柱部的外力，翻转力矩及水平力等作用，其特征在于，使用导入预应力的无粘结锚栓固定所述塔状结构物的柱脚部，在与所述无粘结锚栓的长度方向交叉的方向配置横钢筋，配置与所述无粘结锚栓平行的方向的纵钢筋，并浇筑混凝土。

在利用导入预应力的无粘结锚栓支承塔状结构物的状态下，因无粘结锚栓和混凝土之间没有粘附，由此，不传递载荷。但是，由导入预应力的无粘结锚栓螺栓及下端部的锚栓环包围的混凝土牢固地形成为一体，在与所述无粘结锚栓螺栓交叉的方向上趋于膨胀，另外，由作用于该顶上部的外力而产生的翻转力矩也作为承压应力对一体化的混凝土周围的混凝土进行作用。因此，进一步在锚栓螺栓的导入部周围将横钢筋配置成环状来抵抗所述承压应力。

另外，第二方面的塔状结构物的基础结构，其特征在于，所述混凝土的一部分、即承压在与所述无粘结锚栓的贯入部长度方向交叉的方向上进行作用的部分，针对该承压，确保可适当配置与无粘结锚栓交叉方向的环状钢筋的程度的宽度。

为了使混凝土本身可抵抗其受到的水平方向的承压应力，增大该承压应力所的方向的壁厚，从而获得必要的抗剪阻力面积。在形成基座的结构中，将沿塔状结构物径向的壁厚充分增大。

另外，第三方面的塔状结构物的基础结构，其特征在于，所述无粘结锚栓的下端部配置在相比竖直设置所述塔状结构物的部分的台座部足够深的位置上，一直固定到混凝土的基础部，成为可容易获得所述必要的抗剪阻力面积的结构。

也可将混凝土的整个上面做成未形成基座的水平面，只要是与埋入混凝土的锚栓螺栓长度相比高度足够低的基座、具有所述承压应力所需的截面积的壁厚的话，也可不是水平面。但是，考虑到完全形成为水平面较困难、且在混凝土的上面形成雨水的水槽，所以，优选为平缓的倾斜面。

另外，第四方面的塔状结构物的基础结构，其特征在于，所述塔状结构物是风力发电用的支柱。

形成为有特别大的载荷作用的风力发电用的塔的基础结构。

根据本发明的塔状结构物的基础结构，即便在导入预应力之后，相对于所述无粘结锚栓而配置的横钢筋和纵钢筋抵也可抗向混凝土作用的应力，混凝土的裂纹被抑制，此后，即便是因风等外力而作用有翻转力矩的情况，也可防止断裂。

另外，根据第二方面的塔状结构物的基础结构，因导入预应力的无粘结锚栓部分像埋入型柱脚那样牢固地形成为一体，故形成为以水平方向的混凝土承压为主的载荷的传递机理，可抵抗翻转力矩，根据该结构可防止因拉伸导致混凝土断裂。

另外，根据第三方面的塔状结构物的基础结构，其为不极力形成基座的结构，可将基础的形状形成为单一形状，可容易地进行施工，并且，可容易地使与无粘结锚栓的长度方向交叉的方向的混凝土厚度具有足够的厚度。

另外，根据第四方面的塔状结构物的基础结构，可极力防止风车用塔的倒塌，其中，该风车用塔在顶上部设有风车或发电机等，比因风而受到的载荷大的翻转力矩对该风车用塔作用。

附图说明

图1是说明本发明的塔状结构物的基础结构的配置钢筋的图；

图2是表示本发明的塔状结构物的基础结构的概略结构的剖面图；

图3是说明作用于导入有预应力的无粘结锚栓周围的荷载分布的概略的图。

附图标记说明

1  无粘结锚栓

2a 基板

2b 锚栓板

3  横钢筋

4  纵钢筋

5  环状钢筋

6  混凝土

6a 台座部

6b 倾斜面

具体实施方式

以下，基于图示的优选实施方式具体说明本发明的塔状结构物的基础结构。

如图1所示，在该基础结构中，构成为，利用导入预应力的无粘结锚栓1，将风车用塔这样的塔状结构物固定在基础上。该无粘结锚栓1被导入预应力而跨设于基板2a和锚栓板2b上。在相对于该无粘结锚栓1长度方向而交叉的方向上，配设有适当根数的横钢筋3，并配设有与无粘结锚栓1的长度方向平行的方向的纵钢筋4。

例如，在风力发电塔中，因中空圆筒叠置形成，所以，所述无粘结锚栓1以适当间隔配置于沿该中空圆筒的圆弧上。另外，在图1中，虽然表示了在塔状结构物的径向上配置了一根无粘结锚栓1的结构，但也可在相同的径向配置两根以上的无粘结锚栓1。在所述纵钢筋4上，沿与塔状结构物的同心圆弧配设有适当根数的环状的钢筋5。

而且，对组装到上述结构的无粘结锚栓1和配置钢筋3、4、5，如图2所示浇筑混凝土6。图2是具有该基础结构的基础部的剖面图，表示主要部分的钢筋配置。该混凝土6在上面的中央部形成水平面的台座部6a，所述无粘结锚栓1的头部呈圆弧状排列在该台座部6a上，从该台座部6a的端部向外边缘部形成倾斜面6b。该斜面可以是雨水等顺畅地流动的程度的平缓斜面，只要在成为与所述无粘结锚栓1的长度方向交叉的方向的水平方向上确保设计上所需的厚度即可。另外，只要是确保该厚度的结构，也可是根据基座形式的基础形状。另外，也可是一样地形成为水平面的形状。

并且，所述无粘结锚栓的下端部的锚栓环配置在相比作为竖直设置所述塔状结构物的部分的台座部的基座足够深的位置，一直到达成为混凝土基础部的基底。

在如上所述构成的塔状结构物的基础结构中，例如，为了固定风车用塔，关于导入有预应力的无粘结锚栓1周围的混凝土6，如图3虚线所示，在无粘结锚栓1的长度方向和与该长度方向交叉的方向上，作用有牵引载荷。而相对于这些牵引载荷，与无粘结锚栓1的长度方向交叉配置的所述横钢筋3和与无粘结锚栓1的长度方向平行配置的所述纵钢筋4分别进行抵抗，将作用于混凝土6的载荷减轻。因此，可极力抑制在混凝土6上生成裂纹并防止断裂。

另外，在因风或地震等而接受到的水平载荷作为翻转力矩作用时也有与上述相同的载荷作用，除此之外，成为像埋入型柱脚那样牢固地一体化的结构，形成为以水平方向的混凝土承压为主的载荷的传递机理，但通过在周围的混凝土6中配设所述横钢筋3及环状钢筋5，抵抗趋于向半径方向扩展的压力，可极力抑制在混凝土6上生成裂纹，并防止发生断裂。

在上述实施方式中，作为适用于风力发电塔的基础结构进行了说明，但并不限于此，也可作为纪念碑或烟囱等那样一直伸长到上空的高位置的塔状结构物的基础形状而使用。

工业实用性

根据本发明的塔状结构物的基础结构，通过使用导入有预应力的无粘结锚栓，柱脚部被完全固定，翻转力矩向混凝土传递的机理由混凝土的剪切耐力决定，故可改变承压耐力，所以，成为适用于大的水平载荷反复作用的风车用塔的基础结构，可极力防止倒塌，并有利于延长塔状结构物的耐用年数。

Claims (4)

1.一种塔状结构物的基础结构，其顶上部伸长到上空的高位置，通过作用于该顶上部及支柱部的外力，翻转力矩及水平力等进行作用；其特征在于，

利用导入预应力的无粘结锚栓来固定所述塔状结构物的柱脚部；

在与所述无粘结锚栓的长度方向交叉的方向上配置横钢筋；

配置方向与所述无粘结锚栓平行的纵钢筋，并浇筑混凝土。

2.如权利要求1所述的塔状结构物的基础结构，其特征在于，作为所述混凝土的一部分的、在与所述无粘结锚栓的贯入部长度方向交叉的方向上有承压作用的部分，相对于该承压，确保能够适当配置与无粘结锚栓交叉的方向的环状钢筋的程度的宽度。

3.如权利要求2所述的塔状结构物的基础结构，其特征在于，所述无粘结锚栓的下端部配置在相比竖直设置所述塔状结构物的部分的台座部足够深的位置上，一直固定到混凝土的基础部。

4.如权利要求1至3中任一项所述的塔状结构物的基础结构，其特征在于，所述塔状结构物是风力发动用的支柱。

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