CN101672039A - 塔状结构物的基础结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供支柱或塔等塔状结构物的基础结构，在该基础结构中具有使用导入预应力的无粘结锚固件进行完全固定的柱脚部，极力抑制产生混凝土的龟裂。对于架设在与塔状结构物(1)呈同心圆状的基板(4)和锚固板(6)上的、导入预应力的无粘结锚固件(5)，配置与其长度方向平行的纵筋(7)，将这些纵筋(7)与环形筋(8)接合，与无粘结锚固件(5)和纵筋(7)交叉地将水平筋(9)配置成以塔状结构物(1)截面中心为中心的放射状。将上述纵筋(7)的下端部伸长到基础(3)的基脚部(3a)。对这些构件进行配筋而将混凝土(10)做成台座部(3b)外径可配置水平筋(9)的大小。

Description

塔状结构物的基础结构

技术领域

本发明涉及如建设在地上的支柱或塔、纪念碑等那样构筑到上空的高位置的塔状结构物的基础结构，特别是使用了导入预应力的无粘结锚固件的基础结构。

背景技术

作为在地上建设的塔状结构物，具有各种塔或纪念碑、烟囱等结构物，作为其中之一是风力发电用的风车支柱、即风车用塔。在塔顶部设置有装有多片螺旋桨翼(叶片)并通过该风车的旋转发电的发电机、成为使风车的指向方向与风向一致的旋转机构等重物的导流罩。另外，为了稳定地提高发电效率，必须稳定地接受风，希望顶部位于极高位置。即，在风车塔中必须使顶部伸长到极高位置，在顶部支承重物。

在塔状结构物中，由于高空的风作用将会受到水平方向的大的负荷。因此，在塔状结构物的基础部分作为翻转力矩作用有弯曲力矩。特别是在风车用塔中，除水平方向负荷以外，由风车叶片的旋转或上述旋转机构所产生的风车朝向的变更等、进而这些多种负荷的组合，反复作用有复杂的负荷，有可能使风车用塔翻倒。另外，在日本由于由地震负荷产生的翻转力矩也很大，所以希望可以应对风所产生的负荷及地震的基础结构。

将高层建筑物或塔状建造物的基础结构作为提案，例如有专利文献1公开的地基锚固件兼用桩工法、专利文献2公开的风力发电塔、专利文献3公开的风车塔的锚固框、专利文献4公开的钢筋柱脚等。

例如，在专利文献4中公开了如下构成，即，作为不会使基础混凝土尺寸过大而可确保锚固螺栓的固定耐力的钢筋柱脚，将与钢筋柱下端接合的柱脚金属件用埋设在基础混凝土中的锚固螺栓和螺母固定在基础混凝土上而成，在该钢筋柱脚中，(a)在基础混凝土中在锚固螺栓的外周埋设钢筋，(b)上述钢筋和锚固螺栓的距离是各锚固螺栓直径的12倍以内，(c)上述钢筋截面积总和(Ar)相对配置在最外缘的锚固螺栓截面积总和(Ab)具有用Ar≥(bF/γF)·Ab(在此，bF：锚固螺栓原材料的屈服应力，γF：钢筋原材料的屈服应力)表示的关系。

另外，在非专利文献4中，阐述了基脚基础的立起部(支架)的柱状钢筋的设计方法，对于锚固螺栓的设计，研究了由用螺母等接合在螺栓下端部的连接部件(锚固环)引起的各种应力是否满足混凝土的允许值及锚固环部件自身的允许值，与锚固螺栓表面的混凝土的附着是否满足允许值。

进而，在非专利文献5中，在由带头锚固螺栓的锥状破坏力决定的容许拔出力和锚固螺栓部件自身的允许值小的方面进行设计。

[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

[专利文献4]日本特开平5-25832号公报

[非专利文献5]烟囱结构设计施工指南(日本建筑中心)

[非专利文献6]各种合成结构设计指南(日本建筑学会)

用专利文献1公开的桩工法建成的支承建造物主要是建筑物，由于承受由风或地震等产生的水平力而导致翻转力矩，抵抗由此在建筑物上产生的浮力，在像风车用塔那样产生复杂的翻转力矩的情况下，可能无法确保可靠性。另外，在专利文献2公开示的风力发电塔中为如下结构，即，堆积中空筒体而形成塔本体，沿上述塔本体的基底部侧外周设置横截面为T字形的预应力混凝土加强部件，使上述加强部件与基础及塔本体结合固定。另外，专利文献3所公开的锚固框由上下一对环状的锚固板、将该上下一对锚固板隔开一定间隔连接的多根连接部件、配置在该连接部件间的多根锚固螺栓、和用于使上述上下一对锚固板在基础上位于规定高度而连接在下部锚固板的下面的多根支柱构成，上述连接部件和上述支柱由钢管构成。

上述专利文献2或专利文献3所公开的基础结构是形成在基础部件中央部突出的基础台座部即支架、将塔固定在该支架上的结构，由上述连接部件和锚固螺栓、支柱构成。但是，由于用附着力接合浇注的混凝土和锚固螺栓，所以在承受翻转力矩载荷、切断该附着的情况下，在混凝土上产生龟裂，进而在超过混凝土允许应力度的情况下，混凝土可能破损。因此，希望做成这样的结构，即，基础没有锚固螺栓和混凝土的附着的形式，通过改变负荷的传递机理，使用了减轻混凝土的负担的无粘结锚固件。

另外，在专利文献4所公开的钢筋柱脚中，对于在混凝土上沿水平方向产生的负荷，通过满足该发明涉及的尺寸条件，将锚固螺栓的拉伸力传递给钢筋，成为可以抑制锥状破坏、使基础尺寸变小的结构。但是，混凝土基础的破坏机理不只是由锥破坏产生的，特别在风力发电用的塔中，如前所述，认为也有在塔顶部设置重物、作用有锥破坏以外的破坏机理的情况。因此，在专利文献4所述的发明中，作为像风车塔那样顶部伸长到上空高位置的塔状结构物的基础结构，可能无法具备充分的耐久力，特别是风力发电用塔的破坏机理，可以说并非仅针对专利文献4所述的在钢筋柱脚中构成问题的锥破坏就能确保足够耐力。

另外，如非专利文献5及非专利文献6所公开的那样，以前的塔状结构物的基础结构，将上述指南等作为参考，用附着在混凝土上的锚固螺栓及在其下端部通过螺母等接合的连接部件(锚固环)配置在基脚基础的立起部(支架)上，将用柱状结构抵抗从上部结构受到的翻转力矩作为基本方针进行设计。

烟囱等所代表的塔状结构物(塔)的支承结构物是形成在基础部件的中央部突出的基础台座部即支架、在该支架上固定塔的结构，固定部在浇注的混凝土中由上述的锚固螺栓和连接部件(锚固环)构成。另外，以混凝土和锚固螺栓附着接合为前提进行设计，加载翻转力矩时借助混凝土将拉伸力传递给配置在锚固螺栓横向侧的纵方向钢筋。

另外，风车用塔等可以通过完全固定脚部来确定上部结构物的固有周期。在该完全固定或者想要形成接近完全固定的状态的情况下，可以考虑使用无粘结锚固件，形成在浇注混凝土后给予锚固螺栓张紧力(预应力)的结构。另外，以由风车那样的旋转机在经常承受负荷变化的基础螺栓上不引起疲劳破坏为目的，有时在螺栓上施加预应力。

当利用无粘结锚固件施加预应力时，由于在无粘结锚固件周围的混凝土上，在从该无粘结锚固件下端固定部(锚固件环)之下的垂直方向和无粘结锚固件的交叉方向(水平方向)上作用拉伸负荷，所以产生了与不施加预应力的期待同混凝土附着的锚固螺栓不同的应力状态，若在导入预应力时所需要的钢筋不足，则即使在预应力刚导入后及塔状结构物处于通常负荷下时，在混凝土上也会产生龟裂，若该龟裂继续进展，混凝土可能沿无粘结锚固件断裂。另外，根据该构成针对脚部翻转力矩进行抵抗的结构，当通过混凝土将拉伸力传递给上述锚固螺栓横向侧平行配置的纵方向钢筋，同时放射状的水平筋抵抗在翻转力矩的压缩侧产生的水平方向的拉伸力。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种塔状结构物的基础结构，其使用无粘结锚固件，即使在导入预应力的情况下也不会产生对混凝土有害的龟裂，另外考虑了也可以充分抵抗翻转力矩的基础形状和钢筋配置。

作为用于达到上述目的的技术手段，本发明所涉及的塔状结构物的基础结构，其顶部伸长到上空的高位置，通过作用于该顶部及柱脚部的外力而作用有至少翻转力矩及水平力等，其特征在于，在该塔状结构物的基础结构中，包括：固定上述塔状结构物的柱脚部的、导入预应力的无粘结锚固件，配置在与上述无粘结锚固件平行的方向上的纵筋，分别接合上述纵筋并沿该纵筋长度方向按适当间隔配置的形成圆周的环形筋，和配置在与上述无粘结锚固件和上述纵筋交叉的方向上的放射状水平筋；对上述无粘结锚固件和纵筋、圆周的环形筋、放射状水平筋浇注混凝土，形成混凝土基础部。

在由导入了预应力的无粘结锚固件支承塔状结构物的状态下，由于无粘结锚固件和混凝土之间无附着，由此不传递负荷。但是，导入了预应力的无粘结锚固螺栓及由下端部的锚固环包围的混凝土牢固地形成一体，混凝土有向与上述无粘结锚固螺栓交叉的方向膨胀的趋势，另外，通过作用于该顶部的外力产生的翻转力矩在压缩侧混凝土部作用压缩应力。与上述锚固螺栓交叉配置的上述放射状水平筋抵抗该压缩应力。

另外，本发明第二方面的塔状结构物的基础结构，其特征在于，将上述混凝土基础部形成为具有基脚部和从该基脚部立起的台座部的形状，使上述纵筋到达上述基脚部。

在基脚部的上面也可以不具有台座部，而是形成倾斜到能排出雨水的程度的平面或者倾斜面，也可以形成为在基脚部的上部形成台座部的形状。台座部只要按能配置上述放射状水平筋的大小形成即可。在上述无粘结锚固件和纵筋、环形筋、水平筋中浇注混凝土而形成该台座部。在该情况下，纵筋的下端部伸长到基脚部，与配置在该基脚部的钢筋接合。

另外，本发明第三方面的塔状结构物的基础结构，其特征在于，将上述无粘结锚固件配置在应进行支承的塔状结构物的脚部下圆周上。

为了有效地配置无粘结锚固件，形成配置在以塔状结构物的柱截面中心位置为中心的圆周上的结构，进而，在该圆弧的径向并列设置一对无粘结锚固件。在该情况下，理想的是在夹住无粘结锚固件的位置上配置上述纵筋。

另外，本发明第四方面的塔状结构物的基础结构，其特征在于，在作为上述塔状结构物截面中心的圆的法线方向配置上述水平筋。

上述水平筋需要在与无粘结锚固件和纵筋交叉的方向配设成放射状。由于无粘结锚固件和纵筋配置在圆周上，所以通过使水平筋配置在与该无粘结锚固件交错的位置上，可以有效地进行配筋。另外，配置水平筋的放射方向的中心与塔状结构物的柱截面中心大体一致。另外，只要水平筋是配设成与配置在无粘结锚固件外侧位置的柱截面纵筋交叉的长度就足够了。

另外，本发明第五方面的塔状结构物的基础结构，其特征在于，上述塔状结构物是风力发电用的柱脚部。

该发明涉及的基础结构特别适于支承风车塔的柱脚部的情况。作为支承烟囱或各种塔等的基础结构有各种形式的结构，但是对于无论是翻转力矩还是水平力都考虑到的结构，并不是像设计风车的情况那样设计成抵抗反复负荷或由旋转机导致的疲劳负荷的结构。在本申请发明涉及的基础结构中，由于通过配置上述放射状水平筋，可以抵抗作用在与无粘结锚固件交叉的方向上的混凝土基础部的拉伸应力，所以适用于有反复负荷等作用的风车塔用的基础。

根据该发明所涉及的塔状结构物的基础结构，在导入预应力后，相对上述无粘结锚固件配置的水平筋和纵筋抵抗对混凝土作用的应力，导入预应力时，抑制其后由外力产生的作用负荷、由反复产生的疲劳负荷导致的混凝土的龟裂，防止其达到断裂。

另外，根据本发明第二方面的塔状结构物的基础结构，浇注的混凝土量为最少，可以降低建设成本。另外，在不形成台座部，使上面形成为平面或者倾斜面的情况下，由于基础的形状简单，所以可容易进行施工。

另外，根据本发明第三方面所涉及的塔状结构物的基础结构，不管在塔状结构物上作用的外力方向如何，对于在任意方向作用的负荷都可以确实抵抗。

另外，根据本发明第四方面所涉及的塔状结构物的基础结构，可以有效地配设水平筋，在与无粘结锚固件的长度方向交叉的任意方向都能确实地抵抗拉伸应力。

另外，根据本发明第五方面所涉及的塔状结构物的基础结构，在作用有由旋转机等产生的负荷的情况下也不发生倾倒破坏，特别适合在支承受到复杂负荷的风力发电用的柱脚部的基础中采用。

附图说明

图1是具有本发明涉及的结构的基础示意剖视图。

图2是说明本发明涉及的基础结构主要部分的配筋状态的示意立体图。

图3是用图表示的配筋状态的俯视图，省略一部分进行表示。

图4是放大表示图1所示的剖视图的一部分的图。

图5是沿图1的A-A线剖切的剖视图。

图6是说明作用于导入了预应力的无粘结锚固件周围的负荷分布的示意图。

附图标记说明

1塔状结构物；2桩；3基础；3a基脚部；3b台座部；4基板；5无粘结锚固件；6锚固框(锚固环)；7纵筋；7a外侧纵筋；7b内侧纵筋；8环形筋；8a外侧环形筋；8b内侧环形筋；9水平筋；10混凝土；C柱剖面中心。

具体实施方式

以下根据图示的理想的实施方式，具体说明本发明涉及的塔状结构物的基础结构。

在图1中示意表示具有本发明涉及的结构的基础，示出了支承风力发电用的柱脚部等的塔状结构物1的状态。在该塔状结构物1的建设场所地下浇注成的桩2上，配置基础3。在该实施方式中，该基础3形成为具有基脚部3a和台座部3b的形状。

如图2所示，塔状结构物1借助无粘结锚固件5固定在环状的基板4上。该无粘结锚固件5架设在上述基板4和锚固板6上，形成导入预应力的方式。这些基板4和锚固板6形成如图2所示的圆形，无粘结锚固件5在该圆周上，在这些基板4等的圆周上成对成对地进行配置。另外，基板4等的中心与塔状结构物1的柱截面中心C大体一致。纵筋7配置成与该无粘结锚固件5平行。该纵筋7的下端部到达基础3的基脚部3a，与配置在该基脚部3a上的配筋3c接合。该纵筋7隔着锚固螺栓5分别在外侧配置外侧纵筋7a而在内侧配置内侧纵筋7b。另外，以分别与纵筋7接合的方式，在外侧纵筋7a的外侧沿以塔状结构物1的柱截面中心为中心的圆周配设环状的外侧环形筋8a，而在内侧纵筋7b的内侧配设内侧环形筋8b。

另外，在与上述无粘结锚固件5及纵筋7交差的方向配置水平筋9。该水平筋9由于上述无粘结锚固件5架设在环状基板4和锚固板6上沿圆周配置，所以如图2及图5所示，沿以上述柱截面中心C为中心的圆的法线方向配置成放射状。另外，该水平筋9配置在面对上述外侧纵筋7a和内侧纵筋7b的位置上。

如上所述，在基板4和锚固板6上，对在导入预应力的状态下架设的无粘结锚固件5和纵筋7、圆周环形筋8、放射状水平筋9浇注混凝土10，形成上述基脚部3a和台座部3b。对于上述台座部3b，只要形成能配置上述水平筋9的外径尺寸即可。另外，不形成台座部3b而使基础3的上面形成平面或者使外侧降低的倾斜面也是可以的。特别理想的是形成倾斜面，可以适当地排水，以使雨水等不滞留在上面。作为不形成该台座部3b的形状，可以得到配置水平筋9所需的足够的外径。

在以上构成的基础结构中，对于例如用于固定风车用塔而导入了预应力的无粘结锚固件5的周围的混凝土10，如由图6的虚线所示那样，向无粘结锚固件5的长度方向和与该长度方向交叉的方向作用拉伸负荷。针对这些拉伸负荷，分别由与无粘结锚固件5的长度方向交叉配置的上述水平筋9和与无粘结锚固件5的长度方向平行的上述纵筋7进行抵抗。因此，可以极力抑制在混凝土10产生龟裂，可以防止破损。

另外，在从风或地震等接收到的水平负荷作为翻转力矩作用时，除作用与上述同样的负荷外，还在翻转力矩的压缩侧在混凝土基础上附加水平方向的拉伸力。通过在周围的混凝土10中配置上述水平筋9及环形筋8来抵抗法线方向的拉伸应力，可以极力抑制在混凝土10产生龟裂，可以防止破损。

在以上说明的实施方式中，说明了将基板4等做成圆形、将无粘结锚固件5配置在圆周上的结构，但也可以根据塔状结构物的截面形状，按其它形状进行配置。另外，在径向上，配置了成对的无粘结锚固件5，但也可以配置1个或者3个以上。

另外，在上述的实施方式中，说明了作为适于风力发电塔的基础结构，但不限于此，也可以用于作为像纪念碑或烟囱等那样伸长到上空高位置的塔状结构物的基础结构。

根据本发明涉及的塔状结构物的基础结构，通过使用导入了预应力的无粘结锚固件来完全固定柱脚部，抵抗在翻转力矩传递给混凝土时引起的混凝土拉伸应力，成为适于大的水平负荷反复作用的风车用塔的基础结构，可以极力防止倾倒破坏，有助于延长塔状结构物耐用年数。

Claims (5)

1.一种塔状结构物的基础结构，顶部伸长到上空的高位置，由作用于该顶部及柱脚部的外力作用至少翻转力矩及水平力等，其特征在于，包括：

对上述塔状结构物的柱脚部进行固定的、导入预应力的无粘结锚固件，

配置在与上述无粘结锚固件平行的方向上的纵筋，

分别接合上述纵筋并沿该纵筋的长度方向按适当间隔配置的形成圆周的环形筋，和

配置在与上述无粘结锚固件和上述纵筋交叉的方向上的放射状水平筋；

对上述无粘结锚固件和纵筋、圆周的环形筋、放射状水平筋浇注混凝土而形成混凝土基础部。

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，使上述混凝土基础部形成为具有基脚部和从该基脚部立起的台座部的形状；

使上述纵筋到达上述基脚部。

3.如权利要求1或2所述的塔状结构物的基础结构，其特征在于，将上述无粘结锚固件配置在应进行支承的塔状结构物的脚部下圆周上。

4.如权利要求1至3任一项所述的塔状结构物的基础结构，其特征在于，在形成上述塔状结构物截面中心的圆的法线方向配置上述水平筋。

5.如权利要求1至4任一项所述的塔状结构物的基础结构，其特征在于，上述塔状结构物是风力发电用的柱脚部。

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