JP2004285721A - 小型いかり材を用いた送電用鉄塔基礎 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄塔基礎の施工が容易で、かつ構造設計が容易となり、基礎の縮小が可能となる小型いかり材を用いた送電用鉄塔基礎を提供する。
【解決手段】鉄塔を支持する脚材の周囲に、取付板３を介していかり材４を放射状に突設し、この脚材を基礎コンクリート内に埋め込む送電用鉄塔基礎において、前記いかり材４の先端部を前記取付板３の縁端部近傍位置に配置し小型化したことで、杭主鉄筋等の鉄筋かご内側へ配置することができ、基礎床板幅や用地幅の増大を防止することも可能となり、土工量が削減できる。また、小型化により、コンクリート床板内側の配筋、脚材据付作業が容易となり、施工性が向上する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄塔基礎の脚材の定着方法に関し、送電用の鉄塔等の基礎の脚材を定着させるいかり材を適切な大きさ、形態のものとして設計し、鉄塔基礎の脚材を確実に基礎に定着させる小型いかり材を用いた送電用鉄塔基礎に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に送電用などの鉄塔５１は、図６に示すように、鉄塔の自重、電線の自重、電線の張力に加え、外界の風の影響を受け、その基礎５０には様々な応力が加わる。すなわち、風上では引き抜き荷重、風下では圧縮荷重が加わる。
【０００３】
鉄塔５１の脚材と基礎５０は基礎に応じた定着方法が採用されており、鉄塔５１の基礎５０では、通常、図５（ａ）（ｂ）に示すように、主脚材５２にいかり材５４と呼ばれるいかり材の部材を取り付けて基礎５０に埋め込み、上部構造物からの荷重を下部構造物に伝達する働きをしている。
【０００４】
基礎５０は、主脚材５２、取付板５３、いかり材５４を組み付けた部材をコンクリート内に埋め込んだ定着形式を有している。なお、主脚材５２には、取付板５３が溶接接合されており、この取付板５３を介していかり材５４が取り付けられている。また、いかり材５４は取付板５３にボルトにより固定されている。
【０００５】
このように、いかり材５４の形状は、大型の送電用鉄塔になるに連れ、基礎に作用する荷重が大きくなるので、その先端部を、取付板５３の縁端部よりも外側に張り出して支圧面を広く取っている。そのため、張り出し部の構造設計を行う必要があり、この構造設計は、いかり材５４の曲げ強度、いかり材軸直角方向のせん断強度、いかり材５４と取付板５３の剛性比等を照査する。これらの事象は、図９に示す引き抜き載荷試験で耐力が確認されており、この際のコンクリート床板内のひび割れは取付板５３の先端からひび割れが発生することを見出している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２８２４８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、大型の鉄塔では、基礎に作用する荷重が大きいため、いかり材５４の縁端部を広く張り出す必要があったが、基礎に作用する荷重がさほど大きくない小型の鉄塔では広く張り出して支圧面を確保する必要がない。しかしながら、従来のいかり材の構造設計では、取付板５３より張り出した部分を有することによって、いかり材５４の曲げ強度、いかり材軸直角方向のせん断強度、いかり材５４と取付板５３の剛性比等の検討が必要となり、構造設計が複雑なものになっている。
【０００８】
また、基礎の施工においても、コンクリート基礎床板内に埋め込むいかり材５４の張り出し部によって、基礎床板幅や用地幅が増大する。従って、いかり材５４の張り出し部によって床板幅が決定されてしまうため、掘削残土等の土工量も多くなるため周辺環境に与える影響や、市街地に建設される鉄塔においては周辺住民に与える影響も大きく、用地幅に制限があるような箇所に適用することは困難であった。
【０００９】
さらに、基礎の施工において、張り出し部を有するいかり材５４の形状は、コンクリート床板内の配筋、脚材据付作業を煩雑化し、施工性の低下及び建設コストの増加の原因となっている。
【００１０】
大型送電用鉄塔では、基礎に作用する荷重が大きいため、いかり材５４は広く張り出す必要がある。また、杭の支持力も１本では満足せず、コンクリート床板の中心にいかり材５４を配置しなければ杭と脚材のバランスも悪いため、最少でも４本の杭が必要であった。
【００１１】
しかし、小型送電用鉄塔では、基礎に作用する荷重が小さいため、杭の支持力は１本で満足する場合が多く、近年の施工技術向上から、太径の杭も施工可能となっている。従って、図７に示すように、いかり材の先端部を取付板の縁端部近傍に配置した小型いかり材５４Ａであれば、杭主鉄筋５５内部にいかり材を定着することが可能となり、杭の直上に脚材を配置できるためバランスも良くなり、１本杭５６の基礎の採用も可能となる。このように、１本杭５６の基礎の設計・施工は可能であったが、大型送電用鉄塔に用いる広く張り出した従来のいかり材５４では、１本杭５６の基礎に適用することができなかった。
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みてされたものであり、鉄塔基礎の施工が容易で、かつ構造設計が容易となり、土工量・用地幅の削減、基礎の縮小が可能となる小型いかり材を用いた送電用鉄塔基礎を提供することを技術的課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題の達成のため、本発明は以下のような構成とした。
すなわち、本発明は、鉄塔を支持する脚材の周囲に、取付板を介していかり材を放射状に突設し、この脚材を基礎コンクリート内に埋め込む小型送電用鉄塔基礎の荷重に対応して、前記いかり材の先端部を前記取付板の縁端部近傍に配置し小型化したことを特徴とする。
【００１４】
以上の条件を満足させるため、小型送電用鉄塔に対応した取付板の縁端部といかり材の先端部を同位置にしたいかり材形状の試験を７体行った。図１０に示すように、張り出し部を有しなくても、張り出し部を有するいかり材と同様に取付板の先端からコンクリート床板内に斜めせん断ひび割れが発生し、脚材定着耐力も張り出し部を有するいかり材と同様に評価できることを確認した（図１１参照）。いかり材の先端部を取付板の縁端部近傍に配置し小型化したことで、杭主鉄筋等の鉄筋かご内側へ配置することができ、基礎床板幅や用地幅の増大を防止することも可能となり、土工量が削減できる。また、小型化により、コンクリート床板内側の配筋、脚材据付作業が容易となり、施工性が向上する。
【００１５】
また、本発明は、前記いかり材の先端部は前記取付板の縁端部の位置と等しい位置に配置された構成とすることが好ましい。また、前記いかり材の先端部は前記取付板の縁端部の位置より内側に配置された構成としてもよい。このように、いかり材の張り出し部を無くして、その先端部と取付板の縁端部とを合わせることにより、構造設計を、いかり材軸方向のせん断応力度、いかり材上下のコンクリートの支圧応力度、取付板のせん断応力度、取付板溶接部のせん断応力度、いかり材および取付板ボルト穴の支圧応力度、ボルトのせん断、それぞれを照査して小型いかり材の形状が容易に得られる。従って、従来の構造設計で行われていた、いかり材の曲げ強度、軸直角方向のせん断強度、いかり材と取付板の剛性比の検討が不必要となる。
【００１６】
なお、前記いかり材は山形材もしくは鋼板を組み合わせた形状であり、前記脚材の周囲に放射状に配置されている。
【００１７】
また、前記脚材と前記いかり材の取付は、前記取付板を脚材に溶接もしくはボルト接合し、この取付板に前記いかり材を溶接もしくはボルト接合しているのが好ましい。
【００１８】
いかり材の構造設計において、前記取付板および前記いかり材の形状は、
ａ．いかり材軸方向のせん断応力度（τｓ２）
ｂ．いかり材上下のコンクリートの支圧応力度（σｃ ）
ｃ．取付板のせん断応力度（τｓ）
ｄ．いかり材及び取付板溶接部のせん断応力度（τｓｃ）
ｅ．いかり材及び取付板ボルト穴の支圧応力度（σａＢ ）
ｆ．ボルトのせん断応力度（τＢ ）
を考慮して決定することを特徴とする。
【００１９】
例えば、ａ．いかり材軸方向のせん断応力度（τｓ２）は次式にて決定する。
【数１】

【００２０】
また、ｂ．いかり材上下のコンクリートの支圧応力度（σｃ ）は次式にて決定する。
【数２】

【００２１】
更に、ｃ．取付板のせん断応力度（τｓ）は次式にて決定する。
【数３】

【００２２】
更にまた、ｄ．いかり材及び取付板溶接部のせん断応力度（τｓｃ）は次式にて決定する。
【数４】

【００２３】
更にまた、ｅ．いかり材及び取付板ボルト穴の支圧応力度（σａＢ ）は次式にて決定する。
【数５】

【００２４】
更にまた、ｆ．ボルトのせん断応力度（τＢ ）は次式にて決定する。
【数６】

【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る鉄塔基礎の脚材の定着方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態にて説明する鉄塔は送電用などの鉄塔である（図６参照）。
【００２６】
この実施の形態の鉄塔５１の基礎５０は、図１に示すように、いかり材４と呼ばれるアンカーが埋め込まれており、上部構造物からの荷重を下部構造物に伝達する働きをしている。
【００２７】
（実施の形態１）
この実施の形態の主脚材２は鋼管を部材としている。主脚材２の側壁には略台形状（図１（ｂ）参照）の取付板３が、図１（ａ）の平面図から見て主脚材２の周囲十字方向に４枚溶接されている。いかり材４は山形鋼を部材とし、１枚の取付板３に対し２個ずつ、ボルトＢを用いて固定されている。すなわち、いかり材４は主脚材２の周囲十字方向に４セット（山形鋼は計８個）接合されている。このいかり材４は鉄塔基礎５０を形成するコンクリート内に埋め込まれる。
【００２８】
そして、この実施の形態では、いかり材４の先端部を取付板３の縁端部近傍位置に配置し小型化している。すなわち、いかり材４の先端部と取付板３の縁端部の位置を等しくした構成となっている。
【００２９】
この実施の形態にかかる鉄塔基礎の構造設計において、考慮する項目を以下のａ〜ｆにて示す。
すなわち、いかり材の構造設計において、取付板３およびいかり材４の形状は、
まず、ａ．いかり材軸方向のせん断応力度（τｓ２）は次式にて決定する。
【数７】

【００３０】
次に、ｂ．いかり材上下のコンクリートの支圧応力度（σｃ ）は次式にて決定する。
【数８】

【００３１】
次に、ｃ．取付板のせん断応力度（τｓ）は次式にて決定する。
【数９】

【００３２】
次に、ｄ．いかり材及び取付板溶接部のせん断応力度（τｓｃ）は次式にて決定する。
【数１０】

【００３３】
次に、ｅ．いかり材及び取付板ボルト穴の支圧応力度（σａＢ ）は次式にて決定する。
【数１１】

【００３４】
次に、ｆ．ボルトのせん断応力度（τＢ ）は次式にて決定する。
【数１２】

以上の条件を満足させていかり材をコンクリート床板等の鉄筋かご内側への設置する。
【００３５】
次に、この実施の形態に係る小型いかり材を用いた場合の設計例（図８（ａ）参照）を示す。なお、設計条件は図８（ｂ）に示す。
【００３６】
まず、ａ．いかり材軸方向のせん断応力度（τｓ２）は次式にて求める。
【数１３】

【００３７】
次に、ｂ．いかり材上下のコンクリートの支圧応力度（σｃ ）は次式にて求める。
【数１４】

【００３８】
次に、ｃ．取付板のせん断応力度（τｓ）は次式にて求める。
【数１５】

【００３９】
次に、ｄ．いかり材及び取付板溶接部のせん断応力度（τｓｃ）は次式にて求める。
【数１６】

【００４０】
次に、ｅ．いかり材及び取付板ボルト穴の支圧応力度（σａＢ ）は次式にて求める。
【数１７】

【００４１】
次に、ｆ．ボルトのせん断応力度（τＢ ）は次式にて求める。
【数１８】

【００４２】
この実施形態１のいかり材４の形状は、いかり材４の先端部と取付板３の縁端部の位置を等しい位置に配置し小型化したことで、杭中にいかり材５４を挿入する必要がある１本杭のいかり材定着が可能となり、基礎床板幅や用地幅の増大を防止でき、土工量の削減となる。
【００４３】
また、小型化により、張り出し部がないので、コンクリート床板等の鉄筋かご内側への設置作業が簡略化され、施工が容易となり建設コストも下げることが可能になる。
【００４４】
また、実施形態１のいかり材４の形状は、いかり材４の先端部を取付板３の縁端部近傍位置に配置した構成とし、いかり材の張り出し部を無くして、その先端部と取付板３の縁端部とを合わせることにより、構造設計を、ａ．いかり材軸方向のせん断応力度、ｂ．いかり材上下のコンクリートの支圧応力度、ｃ．取付板のせん断応力度、ｄ．いかり材及び取付板溶接部のせん断応力度、ｅ．いかり材及び取付板のボルト穴の支圧応力度、ｆ．ボルトのせん断応力度、それぞれを照査して小型いかり材の形状が容易に得られる。従って、従来の構造設計で行われていた、いかり材の曲げ強度、軸直角方向のせん断強度、いかり材と取付板の剛性比の検討が不必要となり、設計が簡略化できる。
【００４５】
前述の実施形態１では、主脚材２の部材が鋼管の場合で説明したが、本発明は前述の実施形態１に限定されるものではなく、鉄塔の形状、建設手順あるいは設置位置の地形により、主脚材の部材に山形鋼を採用した場合や部材同士の取付関係を溶接、あるいはボルト接合にした場合も本発明に含まれる。
【００４６】
次に、主脚材の部材に山形鋼を採用した場合や部材同士の取付関係を溶接、あるいはボルト接合にした場合である本発明の別の実施の形態を、図２〜図４に基づき説明する。
【００４７】
（実施の形態２）
すなわち、図２は主脚材２１の部材に山形鋼を採用した実施の形態２を示す。この実施の形態２の主脚材２１の歯部及び背部には略台形状（図２（ｂ）参照）の取付板３１ａ，３１ｂが、図２（ａ）の平面図から見て主脚材２１の周囲十字方向にそれぞれ２枚ずつ溶接されている。いかり材４１ａ，４１ｂは山形鋼を部材とし、１枚の取付板に対し２個ずつ、ボルトＢを用いて固定されている。すなわち、いかり材４１ａ，４１ｂは主脚材２の周囲十字方向に２セットずつ（計４セット）接合されている。
【００４８】
（実施の形態３）
図３は主脚材２２の部材に山形鋼を採用し、この山形鋼と取付板との取付関係を溶接ではなく、ボルト接合にした実施の形態３を示す。この実施の形態３の主脚材２２には略台形状（図３（ｂ）参照）の２枚の鋼板３２ａ，３２ｂが、図３（ａ）の平面図から見て主脚材２２の周囲Ｔ字方向にそれぞれボルトＡ及びボルトＢの一部を用いて固定されている。そして、いかり材４２ａ，４２ｂ，４２ｃは山形鋼を部材とし、鋼板３２ａ，３２ｂに対し囲むように、ボルトＢを用いて固定されている。この実施の形態３の場合、現場において組み立て作業を行う場合に適している。
【００４９】
（実施の形態４）
図４は主脚材２３の部材に山形鋼を採用し、いかり材をボルト接合ではなく溶接構造にした実施の形態４を示す。この実施の形態４の主脚材２３の歯部及び背部には略三角形状（図４（ｂ）参照）の取付板３３ａ，３３ｂが、図４（ａ）の平面図から見て主脚材２３の周囲十字方向にそれぞれ２枚ずつ溶接されている。いかり材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは鋼板を部材とし、取付板に対し直角方向にそれぞれ溶接されている。すなわち、いかり材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは主脚材２３と取付板３３ａ，３３ｂに対し直角方向に４枚溶接接合されている。この実施の形態４の場合、現場で組み立てる必要がないので施工性が向上する。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、いかり材を小型化することにより、コンクリート床板等への設置作業が簡略化でき、特に１本杭基礎が可能となり、杭形状の縮小化によって、施工性の向上を図ることができる。
【００５１】
また、本発明によれば、いかり材の先端部を取付板の縁端部近傍位置に配置し小型化することにより、いかり材の曲げ強度、軸直角方向のせん断強度、及びいかり材と取付部の剛性比の照査を省略することができ、建設コストの削減を図ることができる。
【００５２】
従って、本発明は、材料の高強度化・軽量化など近年の多様化した鉄塔の基礎に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉄塔基礎の脚材を示す図であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は平面図を示す。
【図２】別の実施形態（実施の形態２）の鉄塔基礎の脚材を示す図であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は平面図を示す。
【図３】別の実施形態（実施の形態３）の鉄塔基礎の脚材を示す図であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は平面図を示す。
【図４】別の実施形態（実施の形態４）の鉄塔基礎の脚材を示す図であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は平面図を示す。
【図５】従来の鉄塔基礎の脚材を示す図であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は平面図を示す。
【図６】鉄塔とその基礎を示す図である。
【図７】鉄塔とその１本杭基礎を示す図である。
【図８】小型いかり材を用いた場合の設計例の説明図であり、（ａ）は小型いかり材の平面図を示し、（ｂ）は設計条件を示す。
【図９】小型いかり材を用いた場合の引き抜き試験の説明図である。
【図１０】小型いかり材を用いた場合の引き抜き試験の説明図である。
【図１１】小型いかり材を用いた場合のコンクリート床板切断面図である。
【符号の説明】
２，２１，２２，２３ 主脚材
３，３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂ 取付板
４，４１ａ，４１ｂ，４２ａ〜４２ｃ，４３ａ〜４３ｄ いかり材
５０ 基礎
５１ 鉄塔
５２ 主脚材
５３ 取付板
５４ いかり材
５４Ａ 小型いかり材
５５ 杭主鉄筋
５６ 一本杭
Ａ，Ｂ ボルト

Claims (5)

1. 鉄塔を支持する脚材の周囲に、取付板を介していかり材を放射状に突設し、この脚材を基礎コンクリート内に埋め込む送電用鉄塔基礎において、
   前記いかり材の先端部を前記取付板の縁端部近傍位置に配置し小型化したことを特徴とする小型いかり材を用いた送電用鉄塔基礎。
2. 前記いかり材の先端部は前記取付板の縁端部の位置と等しい位置もしくは前記取付板の縁端部の位置より内側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の小型いかり材を用いた送電用鉄塔基礎。
3. 前記いかり材は山形材もしくは鋼板を組み合わせた形状であり、前記脚材の周囲に放射状に配置されている請求項１又は２に記載の小型いかり材を用いた送電用鉄塔基礎。
4. 前記脚材と前記いかり材の取付は、前記取付板を脚材に溶接もしくはボルト接合し、この取付板に前記いかり材を溶接もしくはボルト接合している請求項１から３の何れかに記載の小型いかり材を用いた送電用鉄塔基礎。
5. 前記取付板および前記いかり材の形状は、
   ａ．いかり材軸方向のせん断応力度（τｓ２）
   ｂ．いかり材上下のコンクリートの支圧応力度（σｃ ）
   ｃ．取付板のせん断応力度（τｓ）
   ｄ．いかり材及び取付板溶接部のせん断応力度（τｓｃ）
   ｅ．いかり材及び取付板ボルト穴の支圧応力度（σａＢ ）
   ｆ．ボルトのせん断応力度（τＢ ）
   を考慮して決定する請求項１から４の何れかに記載の小型いかり材を用いた送電用鉄塔基礎。

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