JP2003120072A - ケーブル式超高層タワー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】中央部に位置するシャフトと、シャフトの頂部
から地面レベルの間の外周部分に放射状に配置され予張
力を導入されたケーブル群とで構成されたケーブル式超
高層タワーを提供する。 【解決手段】シャフトとケーブル群とは中間部位を緊結
せず完全に縁が切られ、シャフトとケーブルはそれぞれ
独立した変形が可能に構成されており、風荷重を負担し
たときは風上側ケーブルの湾曲変形を許容してシャフト
頂部の変形を風上側へ引き戻させる構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、中央部に位置す
るシャフトと、前記シャフトの頂部から地面レベルの間
の外周部分に放射状に配置され予張力を導入されたケー
ブル群とで構成されたケーブル式超高層タワーの技術分
野に属する。

【０００２】

【従来の技術】中央部に位置するシャフトと、前記シャ
フトの頂部から地面レベルの間の外周部分に放射状に配
置され予張力を導入されたケーブル群とで構成されたケ
ーブル式超高層タワーは、構造的に合理的であり、鉄骨
造のタワーなどに比べて価格的な利点が大きいので、こ
れまでにも種々な構造形式が研究され提案されている。
例えば、

【０００３】（１）本出願人が所有する特許第２７６２
０９６号、及び特許第２８２９６２８号に係るケーブル
式超高層タワーは、ケーブル群を水平方向に束ねるフー
プケーブルと中央部のシャフト（コア）との間にＹ形ケ
ーブルを設置して緊結した構成である。特許第２８２９
６２８号に係る発明の場合には更に、ダイアフラムが追
加されて一層強固な緊結が行われている。 （２）清水建設の特許第３１６０６８６号に係るケーブ
ル式タワー構造物は、シャフトの上下方向に間隔をあけ
て鉄筋コンクリート造の水平な平板状突出部を設け、前
記突出部の外周縁を上下方向に接続するように配置した
ケーブル群とで構成されており、ケーブル群とシャフト
とが緊結されている。 （３）新日本製鐵の特開平４−６２２７６号に係るケー
ブル式超高層タワーも、中央部の主塔（シャフト部）の
上下方向に間隔をあけて、且つケーブルが所望の双曲線
近似の曲線を描くように順次直径を変化させた水平スポ
ーク部を設け、各水平スポーク部の外周縁を上下方向に
接続するように配置されたケーブル群とで構成されてお
り、やはりケーブル群とシャフトとは緊結されている。

【０００４】

【本発明が解決する課題】上記（１）、（２）、（３）
に説明した従来のケーブル式超高層タワーはいずれも、
中央部のシャフトとその外周部分に配置したケーブル群
とを何等かの構造で緊結した構成の点が共通している。
したがって、風荷重を受けた場合に、ケーブル群のうち
風上側のケーブルの変形を利用してシャフト頂部の変形
を引き戻すという、自己釣り合いの変形制御ないし変形
の低減化という技術的思想を実現する構成ではなく、そ
うした作用効果を期待することもできない。

【０００５】一般的にケーブル式超高層タワーは、固有
周期が非常に長く、架構が相対的に柔らかい柔構造であ
る為、地震荷重よりも風荷重によって設計条件が決まっ
ている。したがって、強風時に生ずる水平変形や風揺れ
をいかにして抑えるかが設計上のキーポイントである。
現状では塔体（シャフト）の剛性を大きくしたり、風揺
れを抑制するために制振装置を設置する等々の方策が採
用されている。

【０００６】しかし、塔体の剛性を大きくするために部
材断面を大きくすると、躯体数量や重量が増加して躯体
コストの高騰を招く。また、制振装置を採用する場合に
は、制振装置の価格分だけコストが高騰する。しかも風
荷重は、地震荷重とは異なって、図１のように、平均成
分Ｗａと変動成分Ｗｖとに分けて考えることが出来ると
ころ、制振装置はあくまでも風荷重の変動成分Ｗｖによ
って発生する振動現象（その変形量をδｖで示す。）を
小さく抑制するための装置でしかない。平均成分Ｗａに
よって発生する振動現象（その変形量をδａで示す。）
までも抑制し又は低減化する機能までは有していないこ
とが理解されるべきである。

【０００７】ここで、上記の風荷重を受けた場合に、ケ
ーブル群のうち風上側のケーブルの変形を利用してシャ
フト頂部の変形を引き戻すという、自己釣り合いの変形
制御ないし変形の低減化の技術的思想について概説す
る。

【０００８】この技術的思想については、実は上記した
本出願人の第２７６２０９６号特許発明に係る「超高層
タワー」においても、明細書の「作用」の項（公報第２
頁右欄の２３行ないし同３頁４行目）に一応の説明がな
されている。しかしながら、同特許発明に係る超高層タ
ワーは、前記の理論を積極的に活用する構成にはなって
いない。

【０００９】図２に示したように、中央部のシャフト１
と、同シャフト１の頂部から地面レベルの基礎２との間
の外周部分に放射状に設置したケーブル３とで構成され
たケーブル式超高層タワーに風荷重Ｆが作用した場合、
風上側（図２中の左側）のケーブル３’は湾曲状に大き
く変形することになる。その結果、同ケーブル３’に増
大した引張り応力は、自己釣り合いの作用効果として、
自由なシャフト１の頂部を風上側へ引き戻すところとな
り（同シャフトの頂部変形をδｃで示す。）、本来発生
するはずの変形δａ±δｖ（図１を参照）を抑制し又は
低減化する作用効果を奏する。前記の作用効果は、ケー
ブル３とシャフト１を緊結していないことを条件として
達成される。しかも、前記の風荷重Ｆには、上述した平
均成分Ｗａと変動成分Ｗｖの双方を含むことが特徴であ
る。

【００１０】とりわけ、ケーブル式超高層タワーを電波
送信塔に利用する場合には、図３に示したようにアンテ
ナ２０の変形（変形量δ）と電波到達エリアＡ_１とＡ_２
との大小差Ｒを見ると、同アンテナ２０の変形を低減
する意義の大きいことを理解できるのである。

【００１１】本発明の目的は、上記したように風上側の
ケーブル３’の変形を利用してシャフト頂部の変形を引
き戻すという、自己釣り合いの変形制御ないし変形の低
減化の技術的思想を積極的に有効に具現化するケーブル
式超高層タワーを提供することである。

【００１２】本発明の目的は、シャフトとケーブル群と
は緊結せず完全に縁を切り、シャフトとケーブル群はそ
れぞれが独立した変形をすることを可能となし、風荷重
を負担したときは風上側ケーブルの湾曲変形を許容して
シャフト頂部の変形を風上側へ引き戻させる構成であ
り、変形を低減し、タワー構造の安全性と機能性を大き
く向上させたケーブル式超高層タワーを提供することで
ある。

【００１３】本発明の更なる目的は、風荷重を積極的に
受ける受圧機構を採用し、しかもケーブル群の風揺れ
（振動）を抑制する減衰装置を設置してなるケーブル式
超高層タワーを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の課題
を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係
るケーブル式超高層タワーは、中央部に位置するシャフ
トと、前記シャフトの頂部から地面レベルの間の外周部
分に放射状に配置され予張力を導入されたケーブルとで
構成されたケーブル式超高層タワーにおいて、前記シャ
フトとケーブル群とは中間部位を緊結せず完全に縁が切
られ、シャフトとケーブルはそれぞれ独立した変形が可
能に構成されており、風荷重を負担したときは風上側ケ
ーブルの湾曲変形を許容してシャフト頂部の変形を風上
側へ引き戻させる構成であることを特徴とする。

【００１５】請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載したケーブル式超高層タワーにおいて、ケーブル群を
周方向に束ねるリング金物の外面に、又はケーブル群の
外周面に直接、風荷重の受圧面積が大きい板材又は膜材
等の受圧部材を環状に設けていることを特徴とする。

【００１６】請求項３に記載した発明は、請求項１又は
２に記載したケーブル式超高層タワーにおいて、ケーブ
ル群を周方向に束ねるリング金物とシャフトとの間の放
射方向にケーブル群の振動を抑制する減衰装置が設置さ
れていることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施形態】以下に、請求項１〜３に記載した発
明に係るケーブル式超高層タワーの実施形態を図面に基
いて説明する。図２に基づいて既に説明したように、風
荷重を受けた場合に、ケーブル群３のうち風上側のケー
ブル３’の変形を利用してシャフト頂部の変形を引き戻
すという自己釣り合いの変形制御ないし変形の低減化の
技術的思想を実現するために、請求項１〜３記載の発明
に係るケーブル式超高層タワーは、図４に好適な実施形
態をスケルトンで示したように構成されている。

【００１８】即ち、中央部に位置する鉄筋コンクリート
造のシャフト１と、前記シャフト１の頂部１０から地面
レベルの基礎部分１１との間の外周部分に、例えば図５
に示すように周方向に間隔をあけて複数放射状に配置さ
れ、且つ適度な予張力を導入されたケーブル群３とで構
成されている。そして、前記シャフト１とケーブル群３
とは中間部位を相互に緊結せず完全に縁が切られてい
る。つまり、シャフト１とケーブル群３とは、それぞれ
独立した変形が可能に構成されている。よって、風荷重
Ｆを負担したときは、図２で説明したように、風上側ケ
ーブル３’の湾曲変形を許容し、同ケーブル３’に増大
した引張り応力によってシャフト１頂部の変形を風上側
へ引き戻させる構成である。

【００１９】もっとも、シャフト１を支持するケーブル
は、上記した外周部分のケーブル３のほかに、同シャフ
ト１の中間部及び下部を支持するケーブル３１〜３３も
使用されている。しかし、いずれのケーブル３１〜３３
もシャフト１とは中間部の縁が切られている。前記外周
部分のケーブル３の上端を止着した頂部１０は、止着リ
ング１２の部位及び展望台１３を含む意味である。

【００２０】上記したように、シャフト１と外周部分の
ケーブル群３とは、中間部位を相互に緊結せず完全に縁
が切られている。しかしながら、同ケーブル群３を周方
向に束ねるリング金物１４を上下方向に複数設置して、
同ケーブル群３の構造的安定性と統一的な変形動作を図
っている（図６）。そして、前記ケーブル３が風荷重を
負担した際に、図２に示すように風上側ケーブル３’の
湾曲変形を許容し増幅する手段として、前記リング金物
１４の全部又は選択した１乃至複数のリング金物１４の
外面に、風荷重の受圧面積が大きい受圧部材としての板
材１５が環状に設けられている（図７）。或いはまた、
ケーブル群３の外周面に直接、風荷重の受圧面積が大き
い受圧部材として膜材１６が環状に設けられている（図
６）（請求項２に記載した発明）。図７において、符号
２６は、シャフト１の側からブラケット状に突出させた
支持台である。これは滑り支承１７を介して前記リング
金物１４を下方から水平移動が自在に支持し、もってケ
ーブル群３の水平変形を円滑に無用な動きを発生しない
よう支持する。

【００２１】なお、ケーブル群３が風荷重により無闇に
揺れ動く不都合を防止する手段として、図５に示したよ
うに、ケーブル群３を周方向に束ねる前記リング金物１
４とシャフト１との間の放射方向に略水平に連結する減
衰装置１８（ダンパー）が設置されケーブル群の振動を
抑制する構成とされている（請求項３に記載した発
明）。

【００２２】図８は、本発明の作用効果を確認するため
に行った数値解析結果を説明する図である。これは期間
５００年に１度吹く可能性のある大きさの風荷重を再現
して、地上４５０ｍのシャフト上端の水平変形δｂ、及
びシャフトの上端からの高さ１５０ｍのアンテナ先端
（従って、先端は地上６００ｍ）の水平変形δｔとを数
値解析した結果を示している。

【００２３】シャフト１のみで風荷重Ｆを負担する場合
のδｔは６．０７ｍ、δｂは３．６４ｍであるのに対し
て、本発明のようにケーブル３に風荷重Ｆを負担させた
場合のδｔは５．１６ｍ、δｂは３．１１ｍであり、変
形がかなり減少することが確認された。

【００２４】

【本発明が奏する効果】請求項１〜３に記載した発明に
係るケーブル式超高層タワーは、風上側のケーブル３’
の変形を利用してシャフト頂部の変形を引き戻すとい
う、自己釣り合いの変形制御ないし変形を低減する技術
的思想を積極的に有効に具現化するので、変形が低減化
され、タワー構造の安全性と機能性が大きく向上する。
しかも構造材の増加や制振装置によるコストアップの要
因もなく、経済的で極めて合理的な解決策になってい
る。

【００２５】本発明の構成によれば、従来の制振装置に
は期待できなかった、風荷重の平均成分（Ｗａ＝図１）
によって生ずる変形をも低減できるのであり、タワー構
造の安全性と機能性の向上に利益するところが大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】高層建築物が風荷重を受けた場合の変形概念図
である。

【図２】ケーブルタワーの風荷重時の挙動説明図であ
る。

【図３】電波送信塔の電波到達エリアの説明図である。

【図４】本発明に係るケーブル式超高層タワーの実施形
態を示す概念図である。

【図５】図４の水平断面図である。

【図６】本発明に係るケーブル式超高層タワーの実施形
態を示す斜視図である。

【図７】リング金物部分の断面図である。

【図８】本発明に係るケーブル式超高層タワーの数値解
析結果を示す説明図である。

【符号の説明】

１ シャフト ３ ケーブル １４ リング金物 １５ 板材（受圧部材） １６ 膜材（受圧部材） １８ 減衰装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 元 千葉県印西市大塚一丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央部に位置するシャフトと、前記シャフ
   トの頂部から地面レベルの間の外周部分に放射状に配置
   され予張力を導入されたケーブル群とで構成されたケー
   ブル式超高層タワーにおいて、 前記シャフトとケーブル群とは中間部位を緊結せず完全
   に縁が切られ、シャフトとケーブルはそれぞれ独立した
   変形が可能に構成されており、風荷重を負担したときは
   風上側ケーブルの湾曲変形を許容してシャフト頂部の変
   形を風上側へ引き戻させる構成であることを特徴とす
   る、ケーブル式超高層タワー。
2. 【請求項２】ケーブル群を周方向に束ねるリング金物の
   外面に、又はケーブル群の外周面に直接、風荷重の受圧
   面積が大きい板材又は膜材等の受圧部材を環状に設けて
   いることを特徴とする、請求項１に記載したケーブル式
   超高層タワー。
3. 【請求項３】ケーブル群を周方向に束ねるリング金物と
   シャフトとの間の放射方向にケーブル群の振動を抑制す
   る減衰装置が設置されていることを特徴とする、請求項
   １又は２に記載したケーブル式超高層タワー。