JP2006131025A

JP2006131025A - 浮体構造

Info

Publication number: JP2006131025A
Application number: JP2004320538A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Nanba; 治之難波
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】必要な剛性と浮力とを有した上で部材量を少なくすることができる浮体構造を提供する。
【解決手段】浮体として形成したトラス部材１によって立体トラス１０を構成している。すなわち、立体トラス１０によって高い剛性を備え、かつ、当該立体トラス１０を構成するトラス部材１によって浮力を備えて、トラス部材を主体として剛性および浮力の機能を合わせ持つ浮体構造を得る。この結果、所望の剛性と浮力とを有した上で部材量を少なくして生産コストを低減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば洋上風力発電設備などに用いられる浮体構造に関するものである。

従来の浮体構造として、洋上において１基の風力発電施設を立設支持するものがある。この浮体構造は、風力発電施設を立設する軸方向に長い円筒状の主浮体と、この主浮体を囲繞するトラスによって主浮体に一体的に設けた複数の従浮体とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の従来の浮体構造として、平面視三角形状の枠組み構造物と、この枠組み構造物の各頂点位置に立設された風力発電施設と、風力発電施設および枠組み構造物を水面上に浮かべる浮体とを備えている（例えば、特許文献２参照）。

このように、従来の浮体構造は、風力発電施設を立設する機能を有する構造物（トラスおよび枠組み構造物）と、これら風力発電施設および構造物を浮かべる機能を有する浮体とを要している。

特開２００３−２５２２８８号公報特開２００２−１３０１１３号公報

しかしながら、従来の浮体構造では、構造物と浮体とが機能分離している。構造物側では、風力発電施設を支持したり、洋上での揺れなどを抑えるために剛性を増す必要がある。一方、浮体側では、構造物の剛性を増すことにより重量が嵩むので、浮体数を増したり、浮体を大きくすることによって浮力を上げる必要がある。特に、１つの風力発電施設を備える浮体構造では、洋上での風力発電施設の姿勢を安定し難いので揺れを抑える構成を付加する必要がある。また、複数の風力発電施設を備える浮体構造では、各風力発電施設を支持するために剛性を増す必要がある。さらに、浮体が船体構造の場合には、浮体の胴体内に補強リブを要する。これらの結果、浮体および構造物の部材量が多くなってコストが嵩むことになる。

本発明は、上記実情に鑑みて、所望とする剛性と浮力とを有した上で部材量を少なくすることができる浮体構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る浮体構造は、浮体として形成したトラス部材によって立体トラスを構成してなることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る浮体構造は、上記請求項１において、前記トラス部材は中空形状とした内部に空気または浮力材を充填してあることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る浮体構造は、上記請求項１または２において、前記トラス部材は鋼材、コンクリート材、鉄筋コンクリート材、または鋼材とコンクリート材との合成体からなることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る浮体構造は、上記請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記立体トラスの引張部は張弦ケーブルからなることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る浮体構造は、上記請求項１〜４のいずれか一つにおいて、前記立体トラスには風力発電施設が載置してあることを特徴とする。

本発明に係る浮体構造は、トラス部材により構成した立体トラスによって高い剛性を備え、かつ、当該立体トラスを構成するトラス部材によって浮力を備えているので、トラス部材を主体とした骨組みによって剛性を備える機能および浮力を備える機能を合わせ持つ。この結果、所望の剛性と浮力とを有した上で部材量を少なくしてコストを低減することができる。

トラス部材は、中空形状とした内部に空気または発泡スチロールなどの浮力材を充填してある。この結果、浮体機能を容易かつ安価に得ることができる。

トラス部材は鋼材、コンクリート材、鉄筋コンクリート材、または鋼材とコンクリート材との合成体からなる。この結果、生産性が向上してコストを低減することができる。

立体トラスの引張部が張弦ケーブルで構成してある。この結果、構成を簡素化してコストを低減することが可能になる。また、張弦ケーブルを用いれば風波の抵抗を受け難い。

立体トラスに風力発電施設を載置した場合には、洋上風力発電設備として、高い剛性を有した上で部材量を少なくして生産コストを低減することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る浮体構造の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は本発明に係る浮体構造の実施例を示す平面図、図２は図１に示した浮体構造の正面図、図３は図１に示した浮体構造の斜視図、図４は図１に示したトラス部材を示す構成図、図５は図４に示したトラス部材の断面図、図６は風力発電施設の取付状態を示す斜視図である。

浮体構造は、図１〜図３に示すように浮体として形成した複数のトラス部材１によって立体トラス１０を構成してなるものである。また、本実施例の浮体構造は、図２に示すように例えば水上（洋上）１００において風力発電施設３などの施設を設置するためのものとして用いられる。なお、施設としては風力発電施設３に限らない。

トラス部材１によって構成した立体トラス１０は、本実施例では図１〜図３で示す正四面体トラスを組み合わせたものである。また、図１〜図３で示す立体トラス１０は、正四面体トラスの組み合わせによって平面視で三角形状の外形を呈している。

トラス部材１は、鋼材、コンクリート材、鉄筋コンクリート材、または鋼材とコンクリート材との合成材などの剛体からなる。トラス部材１は、図４に示すように両端部を連結部材２に連結し、当該連結部材２を介して立体トラス１０を構成する。具体的にトラス部材１は、両端部に雄ネジ部１ａが延設してある。一方、連結部材２は、例えば球状の外形を呈しており、トラス部材１の雄ネジ部１ａが螺合する雌ネジ部２ａが形成してある。そして、連結部材２の雌ネジ部２ａに対してトラス部材１の雄ネジ部１ａを螺合することによって、連結部材２を介して複数のトラス部材１を連結することで立体トラス１０を構成する。このように構成したトラス部材１および連結部材２により立体トラス１０を容易に構成できる。なお、連結部材２は、球状の外形に限らないが、外形が球状であれば雌ネジ部２ａの位置を考慮することによって様々な形状の立体トラスに対応することができる。なお、トラス部材１の雄ネジ部１ａおよび連結部材２（雌ネジ部２ａを含む）は、鋼材で形成してある。すなわち、トラス部材１がコンクリート材からなる場合には、雄ネジ部１ａを含む端部を鋼材で形成する。また、トラス部材１および連結部材２において、鋼材が外部に表出する部分には、防腐効果を有する塗料などを塗布することが好ましい。

トラス部材１は、図５に示すように中空な箱断面を呈している。トラス部材１を箱断面に形成するには、鋼材からなる場合では鋼管として形成し、鉄筋コンクリート材からなる場合では鉄筋コンクリート造の中空管として形成し、鋼材とコンクリート材との合成材からなる場合では鋼管の内周面にスタットボルトを溶接するとともに当該スタットボルトを介してコンクリートを施工した中空合成管として形成し、コンクリート材からなる場合ではヒューム管として形成する。これらの異なる材料からなる各トラス部材を組み合わせて使用してもよいし、同じ材料からなるトラス部材を採用してもよく、適宜選択できる。そして、トラス部材１の中空とした箱断面の内部には、空気または発泡スチロールなどの浮力材が充填してある。これにより、トラス部材１が浮体として形成される。なお、トラス部材１の箱断面は、図５に示す略円形に限らず矩形など様々であってもよい。

風力発電施設３は、上述した立体トラス１０に設置してある。風力発電施設３は、本実施例では立体トラス１０に連結した支柱３ａと、支柱３ａの上端に対して垂直な軸線の周りに回転可能に配置した発電機３ｂと、発電機３ｂに対して水平な軸線の周りに回転可能に配置した風車３ｃとで構成してある。この風力発電施設３は、風向きに対して風車３ｃの向きを可変する態様で発電機３ｂが回転しつつ、風車３ｃが回転することによって発電が行われる。

また、風力発電施設３は、上記立体トラス１０の平面視三角形状の各頂部にそれぞれ設置してある。この場合、図２に示すように水平方向に投影したときに各風車３ｃが重なることがなく互いの風力発電施設３の発電能力を低下させない形態とすることが好ましい。例えば、風力発電施設３の風車３ｃが直径１２５ｍである場合に、各支柱３ａの間隔を少なくとも２５０ｍとする。なお、風力発電施設３は、立体トラス１０の平面視三角形状の各頂部に設けた３つに限らない。

風力発電施設３を立体トラス１０に設置する場合には、図２および図６に示すように立体トラス１０を構成する正四面体トラスの下側の頂部にある連結部材２に対して支柱３ａの下端を連結して、当該支柱３ａを正四面体トラスの内部に通す。そして、支柱３ａを囲む３つの連結部材２と、支柱３ａの中途部との間にそれぞれトラス部材１を設ける。これにより、支柱３ａが、立体トラス１０に対して下端と中途部との２箇所で固定されるので風力発電施設３を立体トラス１０に強固に設置できる。

このように構成した浮体構造は、図２に示すように風力発電施設３などの施設を水上１００から表出した形態で立体トラス１０を水中に浮遊させた没水型（セミサブ型）とすることが好ましい。これにより、浮体構造が水上１００の風波の影響を受けにくい。また、上述した浮体構造は、図には明示しないが、立体トラス１０に対してチェーンあるいはロープなどを介して連結したアンカーを水底に投げ込んだ緊結係留方式などによって係留する。この係留に関しては緊結係留方式に限らず、設置場所の諸状況に応じて適宜選択すればよい。

なお、図１および図３に示す浮体構造は、平面視で三角形状の中央部にトラスを設けていないが、剛性および浮力をさらに高めるために当該中央部分にトラスを設けてもよい。

図７は本発明に係る浮体構造の他の例を示す斜視図である。図１〜図３で示した浮体構造は、３つの風力発電施設３を設置するにあたり、平面視で１辺ほぼ２５０ｍの三角形状の立体トラス１０を構成してある。そして、立体トラス１０を構成するために正四面体トラスを組み合わせるトラス部材１は、長さほぼ２５ｍとして連結部材２で連結してある。一方、図７で示す他の例の浮体構造は、３つの風力発電施設３（図７では支柱３ａのみを示す）を設置するにあたり、上記と同様に平面視で１辺ほぼ２５０ｍの三角形状の立体トラス１０′を構成してある。そして、立体トラス１０′を構成するために正四面体トラスを組み合わせるトラス部材１′は、長さほぼ１２５ｍとして上記連結部材２′で連結してある。トラス部材１′および連結部材２′は、上記トラス部材１および連結部材２と同様の構成で連結される。このトラス部材１′は、上記トラス部材１と同様の構成によって浮体を形成している。また、風力発電施設３を立体トラス１０′に設置する場合には、図７に示すように平面視三角形状の各頂部にあるトラス部材１′の中途部に対して支柱３ａの下端を連結して、当該支柱３ａを正四面体トラスの内部に通す。そして、支柱３ａを囲む態様で、例えば上記トラス部材１（２５ｍ長）などの連結棒部材４を用いて小型の正四面体トラスを形成することで、支柱３ａの下端と中途部との２箇所を固定する。このように、同様の規模の立体トラス１０，１０′を構成するにあたり、トラス部材１，１′のように長さを設定することで、様々な体系の浮体構造を得ることが可能である。

なお、図には明示しないが、浮体構造は、上述した正四面体トラスを組み合わせてなる立体トラス１０，１０′に限らず、オクテットトラス、張弦トラスまたはテンセグリティトラスなどを組み合わせてなる立体トラスを構成してなるものであってもよい。また、正四面体トラスを組み合わせてなる立体トラス１０，１０′は、平面視三角形状に限らない。このように、本浮体構造は、トラス部材１，１′によって大きな面積を覆う体系を形成し、かつ、トラス部材１，１′自身が浮力を有している。なお、張弦トラスまたはテンセグリティトラスなどの立体トラスのように引張力を受ける引張部を張弦ケーブルとした場合には、構成が簡素化して部材量が少なくなり、また風波の抵抗を受け難くなる。

なお、上述した浮体構造では、浮体として形成したトラス部材１，１′によって立体トラス１０，１０′を構成したものであるから、浮力を増したい場合にトラス部材１，１′を増すことによって浮力を調整できる。他に、浮力を増したい場合には、別途浮体を組み合わせて浮力を調整してもよい。

したがって、上述した浮体構造では、浮体として形成したトラス部材１，１′によって立体トラス１０，１０′を構成している。すなわち、立体トラス１０，１０′によって高い剛性を備え、かつ、当該立体トラス１０，１０′を構成するトラス部材１，１′によって浮力を備えて、トラス部材１，１′を主体とした骨組みによって剛性および浮力の機能を合わせ持つ浮体構造を得ている。この結果、所望の剛性と浮力とを有した上で部材量を少なくして生産コストを低減することが可能になる。

また、トラス部材１，１′を連結部材２で容易に連結する構成のため、例えば沿岸などでトラス部材１，１′を作成して洋上組み立てすることが可能である。浮体が船体構造である従来の場合には、造船ドックなどで作成組み立てを行うことになるが、これと比較して本浮体構造では、造船ドックを占用するコストが掛からない。また、トラス部材１，１′と連結部材２，２′とで構成した立体トラス１０，１０′を複数ユニットに分割して形成することも可能であるため生産性が向上する。

トラス部材１，１′は、中空形状とした内部に空気または発泡スチロールなどの浮力材を充填してあるため、浮体として容易かつ安価に得ることが可能である。

トラス部材１，１′は鋼材、コンクリート材、または鋼材とコンクリート材との合成体からなるため、生産性が向上してコストを低減することが可能になる。

引張部を張弦ケーブルで構成した立体トラスにすれば、構成を簡素化してコストを低減することが可能になる。また、張弦ケーブルを用いれば風波の抵抗を受け難い。

立体トラス１０，１０′に風力発電施設３を載置した場合には、洋上風力発電設備として、高い剛性を有した上で部材量を少なくして生産コストを低減することが可能になる。

本発明に係る浮体構造の実施例を示す平面図である。図１に示した浮体構造の正面図である。図１に示した浮体構造の斜視図である。図１に示したトラス部材を示す構成図である。図４に示したトラス部材の断面図である。風力発電施設の取付状態を示す斜視図である。本発明に係る浮体構造の他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１，１′ トラス部材
１０，１０′ 立体トラス
１ａ雄ネジ部
２，２′ 連結部材
２ａ雌ネジ部
３風力発電施設
３ａ支柱
３ｂ発電機
３ｃ風車
１００水上（洋上）

Claims

浮体として形成したトラス部材によって立体トラスを構成してなることを特徴とする浮体構造。
前記トラス部材は中空形状とした内部に空気または浮力材を充填してあることを特徴とする請求項１に記載の浮体構造。
前記トラス部材は鋼材、コンクリート材、鉄筋コンクリート材、または鋼材とコンクリート材との合成体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の浮体構造。
前記立体トラスの引張部は張弦ケーブルからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の浮体構造。
前記立体トラスには風力発電施設が載置してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の浮体構造。