JP2007046292A - タワー構築用ブロック - Google Patents

Abstract

【課題】 柱の立設位置や基礎梁の配置に支配されることなく、また構造物の形状や大きさに支配されることなく、同一性能の免震能力を持つ免震装置を任意の箇所に設置することにより、免震効果を向上させる。
【解決手段】 円筒状の断面形状からなるタワー状構造物１の周壁を円周方向並びに鉛直方向に分割した形状で構成されるコンクリートパネル２０につき、円周方向より鉛直方向を長く構成させるとともに、長手方向が鉛直方向となるように１以上の鋼管２１を設け、さらに円周方向へ向けて横梁２２を凸設させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、風力発電システムにおいて、風を受けるためのプロペラを支持する際に好適なタワー状構造物並びにその構築方法、ならびにこれを構成するタワー構築用ブロックに関する。

近年、地球環境保全に関する取り組みが地球的規模で行われるようになり、それに伴って自然エネルギーを利用したクリーンな発電システムが注目されている。特に風力発電システムは、自然エネルギーを利用した発電システムの中でも商業的規模での実用化がすすんでいる発電システムであり、特に欧米等においては風力発電システム が大規模に実用化されている。

このような現在実用化されている風力発電システムは、増速機を介して発電機が接続された回転軸の端部にプロペラを設け、風をプロペラで受けることにより、当該回転軸を回転させ、発電機にて発電させるプロペラ型のものが知られている。

プロペラを支持するためのプロペラ支持部は、主塔基礎上に立設したタワー状構造物で構成され、かかるタワー状構造物の上端部でプロペラを支持している。このようなプロペラ支持部によれば、風力による転倒モーメント及び水平推力に耐えて、風車全体を安定に支持することが可能となる。

ところで、このような風力発電用のプロペラを支持するためのタワー状構造物を現場で構築する場合には、かかる現場において大掛かりな施工設備を建設しなければならず、環境破壊も問題となっていた。また建設工事の工期の延長や工事コストが上昇してしまう点も問題となっていた。

このため、従来において、運搬、施工できる最大長の範囲で周方向、或いは鉛直方向に分割してパーツを搬送し、現場で組み立て可能な風力発電施設用主塔が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の開示技術では、例えば、図１０に示すように、周方向に分割されたコンクリート要素１１０ａと、鉛直方向に分割されたコンクリート要素１１０ｂをそれぞれ組み合わせて構成されており、基礎１１３の上に立設されることにより、風力発電施設用主塔１１０を構築する。そして、この風力発電施設用主塔１１０の頂部には、発電機を内蔵したプロペラ１１２を搭載する。図１１は、この風力発電施設用主塔１１０の断面形状の一例を示している。分割されたコンクリート要素１９０の肉厚内には、シース１９１が円弧状に内蔵されている。また、シース１９１は、コンクリート要素１９０の内壁に開口した分岐管１９１ａを有している。分岐管１９１ａは、切断面１９２を跨ぐように配設されている。このため、シース１９１に挿通したＰＣケーブルをこの分岐管１９１ａから引き出すことによって、各コンクリート要素を接続することが可能となる。

また、パーツを組み合わせることにより構成する他の風力発電用のタワー状構造物としては、例えば特許文献２に示すように、コンクリート製筒型セグメントにプレストレスを導入する構成も提案されている。特に、この特許文献２の開示技術では、かかるコンクリート製筒型セグメントの接合面にキー部及びキー溝部を設けることによって、水平荷重に対する抵抗力を増加させるとともに、施工性そのものを向上させることが可能となる。

更に他のタワー状構造物としては、複数の鋼管部を上下方向に同心的に接合する構成も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。鋼管部の外面をプレキャストコンクリートで被覆し、ハイブリッド構造をなす中空の構造物を構築するものである。そして、鋼管部とプレキャストコンクリートからなる筒体ユニットを上下方向に複数個、同心的に積層、連結させる。これにより、使用する鉄筋量、コンクリート量を削減することができ、構造物全体の軽量化を図ることが可能となる。
特開２００４−１１２１０号公報 特開２０００−２８３０１９号公報 特開２００４−１９３０６号公報

ところで、特に近年においてプロペラの大型化に伴って主塔も大型化し、特に１００ｍ程度の高さに至る主塔も構築されつつある。かかる大型の主塔においては、その耐地震構造、耐風力構造をより強力にする必要があるところ、各パーツを鋼製とすることにより、高い主塔を比較的容易に構築することができる。

しかしながら、鋼製の主塔は、腐食により劣化が早いという問題があり、更にその剛性による共振等が問題となる。かかる腐食等の問題点を解消するために各パーツをプレキャストコンクリートで構成した場合には、その接合部たる横目地部、打継ぎ部が破壊の起点ともなる。また、耐風力構造をより向上させるべくプレキャストコンクリートの部材厚を大きくすると、その運搬性が低下してしまうという問題点が生じる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、大型の主塔を構築する際に、特に運搬性、耐震性、耐風性、耐食性を向上させることが可能なタワー構築用ブロック、これにより構成されるタワー状構造物並びにその構築方法を提供することにある。

本発明を適用したタワー構築用ブロックは、上述した課題を解決するために、円筒状の断面形状からなるタワー状構造物の周壁を円周方向並びに鉛直方向に分割した形状で構成されるコンクリートパネルを備え、上記コンクリートパネルは、円周方向より鉛直方向が長く構成されているとともに、長手方向が上記鉛直方向となるように１以上の鋼管が設けられ、さらに上記円周方向へ向けて横梁が凸設されてなることを特徴とする。

また、本発明を適用したタワー状構造物は、上述した課題を解決するために、円周方向より鉛直方向が長く構成されているとともに長手方向が上記鉛直方向となるように１以上の鋼管が設けられ、さらに上記円周方向へ向けて横梁が凸設されてなるコンクリートパネルを、円周方向並びに鉛直方向に組み合わせて周壁を構成した円筒状の断面形状からなることを特徴とする。

また、本発明を適用した円周方向より鉛直方向が長く構成されているとともに長手方向が上記鉛直方向となるように１以上の鋼管が設けられ、さらに上記円周方向へ向けて横梁が凸設されてなるコンクリートパネルを、円周方向並びに鉛直方向に組み合わせて周壁を構成することにより、円筒状の断面形状からなるタワー状構造物を構築することを特徴とする。

本発明では、円筒状の断面形状からなるタワー状構造物の周壁を円周方向並びに鉛直方向に分割した形状で構成されるコンクリートパネルにつき、円周方向より鉛直方向を長く構成させるとともに、長手方向が鉛直方向となるように１以上の鋼管を設け、さらに円周方向へ向けて横梁を凸設させる。これにより、本発明では、大型の主塔を構築する際に、特に運搬性、耐震性、耐風性、耐食性を向上させることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、例えば風力発電システムにおけるプロペラを支持するためのタワー状構造物について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用したタワー状構造物１の全体構造を示している。タワー状構造物１は、主塔基礎１１と、この主塔基礎１１上に構築されるタワー構築用ブロック２により構成される。タワー状構造物１は、図２に示すように円筒状の断面形状からなる。このタワー状構造物１を構成する周壁５を円周方向に向けて所定の角度間隔で分割するとともに、鉛直方向へ向けて所定の間隔で分割することにより、ユニットとしてのタワー構築用ブロック２が構成されることになる。

タワー構築用ブロック２は、例えば図３に示すように、タワー状構造物１の周壁５を円周方向並びに鉛直方向に分割した形状からなるコンクリートパネル２０で構成される。このコンクリートパネル２０は、長手方向が鉛直方向となるように１以上の鋼管２１が設けられている。また、このコンクリートパネル２０は、さらに円周方向へ向けて横梁２２が凸設されている。

また、このコンクリートパネル２０には、鉛直方向に隣接する他のコンクリートパネルとの間でプレストレスを導入するためのＰＣ鋼材の挿通孔２６、６１が鉛直方向に開削されてなる。また、このコンクリートパネル２０には、円周方向に隣接する他のコンクリートパネルとの間でプレストレスを導入するためのＰＣ鋼材の挿通孔２４、２５が円周方向に開削されてなる。この挿通孔２４は、内周側に位置し、挿通孔２５は外周側に位置するものである。なお、これら挿通孔２４〜２６は、コンクリートパネル２０中に開削されていなくてもよいし、何れか１以上開削されていてもよい。

ちなみに、このコンクリートパネル２０は、円周方向と鉛直方向との間でいかなるサイズ比で構成されていてもよいが、円周方向より鉛直方向が長く構成されていることが望ましい。

鋼管２１は、内部が中空状の管体で構成されてなり、コンクリートパネル２０における少なくとも一の端面から突出されている。図３に示す例において、鋼管２１は、横梁２２を構成するコンクリート中に埋設されることで、横梁２２を介して支持されるとともに、横梁２２と交差しない領域に関しては、その外周側面の一部を露出させた状態とされているが、これに限定されるものではない。例えば、この鋼管２１全体につき、コンクリートパネル２０を構成するコンクリート中に埋設させてもよい。但し、周壁外面５ａに関しては鋼管２１を露出させることなく、コンクリートで覆うことが必須となる。また、コンクリートパネル２０に配設される鋼管２１の本数は、１以上であればいかなる数で構成されていてもよいが、垂直方向への接合安定性の観点から２本以上で構成されていることが望ましい。

横梁２２は、地震や強風等に基づいて水平方向から加わる力の伝達性能を向上させるべく配設されるものである。この図３に示す例において、横梁２２は、一のコンクリートパネル２０中に３本に亘り配設されている場合を例にとり説明をしているが、かかる構成に限定されるものではない。即ち横梁２２につき、必要に応じて互いの鉛直方向の間隔を狭くして多数本に亘り配設するようにしてもよいし、互いの鉛直方向の間隔を広くして少数本に亘り配設するようにしてもよい。また、この横梁２２の径に関しては、必要とされる耐震強度等に基づいて調整されることになる。

主塔基礎１１は、例えば図４に示すように、基礎地盤１２に打設された断面略円形状の筒型で構成されている。この主塔基礎１１における上面１１ａ上に、タワー構築用ブロック２が順次立設されていくことになる。この上面１１ａには、コンクリートパネル１０から突出された鋼管２１を差込可能な差込孔１３が所定の角度間隔をおいて開削されている。また、主塔基礎１１には、鉛直方向に隣接する他のコンクリートパネル２０との間でプレストレスを導入するためのＰＣ鋼材の挿通孔３１が鉛直方向に開削されていてもよい。

次に、本発明を適用したタワー状構造物１の構築方法につき、図５に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明をする。

先ずステップＳ１１において、主塔基礎１１を構築する。このステップＳ１１では、予め工場等で製作された筒型の主塔基礎１１を基礎地盤１２中に打設することによりこれを構築することになる。

次に、ステップＳ１２へ移行し、タワー構築用ブロック２を製作する。このタワー構築用ブロック２は、現場打ちで実行してもよいが、工場等で大量に生産してこれをユニット化し、現場へと運搬することがコストや労力の観点から望ましいものといえる。

次に、ステップＳ１３へ移行し、主塔基礎１１上にタワー構築用ブロック２を立設していく。このとき、例えば図６に示すように主塔基礎１１における上面１１ａ上に開削された差込孔１３に、コンクリートブロック２０から突出した鋼管２１を差し込むことにより、これを立設していく。ちなみに、この差し込んだ鋼管２１を差込孔１３との間で溶接することにより、その接合強度を向上させるようにしてもよい。

次に、ステップＳ１４へ移行し、ＰＣ鋼材を介して円周方向にプレストレスを導入する。即ち、タワー構築用ブロック２を周方向に立設させると、その立設されたコンクリートブロック２０に開削されている挿通孔２４、２５が図２に示すように周方向に向けて連結することになる。この連結された挿通孔２４、２５に対して図示しないシースを予め内蔵しておき、これにＰＣ鋼材を挿入して緊張させるようにしてもよい。ＰＣ鋼材に対してプレストレスを導入する方法は、従来におけるいかなる技術を利用してもよく、例えばジャッキを用いる場合には、その装着部がコンクリートブロック２０に形成されていてもよい。

次に、ステップＳ１５へ移行し、ＰＣ鋼材を介して鉛直方向にプレストレスを導入する。ステップＳ１３において主塔基礎１１上にタワー構築用ブロック２を立設させると、主塔基礎１１上における上面１１ａに開削されてなる挿通孔３１と、コンクリートブロック２０に開削されてなる挿通孔２６とが鉛直方向に向けて連結することになる。この連結された挿通孔２６、３１に対してＰＣ鋼材を挿入し、プレストレスを導入する。このとき、例えば、図７(a)に示すように主塔基礎１１における挿通孔３１に予め挿入されたＰＣ鋼材４１と、コンクリートブロック２０における挿通孔２６に予め挿入されたＰＣ鋼材４２とを合わせ込み、さらに図７(b)に示すように、カップラー４３を介して互いに鉛直方向に接続するとともに、このカップラー４３を介してＰＣ鋼材４１、４２に対してプレストレスを導入するようにしてもよい。かかる場合には、コンクリートブロック２０における挿通孔２６の開削箇所近傍にカップラー４３装着用の切り欠き４４を設けるようにしてもよい。

次にステップＳ１６へ移行し、頂部に至るまでタワー構築用ブロック２の立設を終了したか否か判別する。頂部に至るまでタワー構築用ブロック２の立設を終了した場合には、ステップＳ１７へ移行し、例えば風力発電システムにおけるプロペラ等を設置する。それ以外の場合には、ステップＳ１３へ戻ることになる。

このステップＳ１３へ戻る場合には、タワー構築用ブロック２の上段においてさらに別のタワー構築用ブロック２を積み上げることになるが、かかる場合には、例えば図８に示す位置決め用スリーブ管６２を利用して実行するようにしてもよい。この位置決め用スリーブ管６２は、鋼管２１に挿入可能な径で構成されている。この位置決め用スリーブ管６２は、例えば鋼管２１においてφ２０程度の孔６３を予め開削しておき、その後、鋼管２１に挿入した位置決め用スリーブ管６２につき、孔６３を介して溶接固定するようにしてもよい。

即ち、上段において積み上げるべきタワー構築用ブロック２の鋼管２１に挿入した位置決め用スリーブ管６２を下端から突出させておき、この突出させた位置決め用スリーブ管６２を、下段にあるタワー構築用ブロック２に挿入させる。これにより、上段において積み上げるタワー構築用ブロック２の位置合わせを、この位置決め用スリーブ管６２を介して実行することが可能となる。その結果、この位置決め用スリーブ管６２は、上段にあるタワー構築用ブロック２の鋼管２１に加えて下段にあるタワー構築用ブロック２の鋼管２１の双方に挿入されることになる。

図９は、この位置決め用スリーブ管６２を介したタワー構築用ブロック２の他の積み上げ例につき示している。この例においては、タワー構築用ブロック２における横梁２２を、コンクリートパネル２０の下端、並びに上端から若干ずらした位置に配設させる。

先ず、図９(a)に示すように、上段において積み上げるべきタワー構築用ブロック２の鋼管２１に挿入した位置決め用スリーブ管６２を隅肉溶接により固着させる。次に、この上段において積み上げるタワー構築用ブロック２の位置合わせを、この位置決め用スリーブ管６２を介して実行しつつ、これを下段のタワー構築用ブロック２上へ積み上げる。その結果、この位置決め用スリーブ管６２は、上段にあるタワー構築用ブロック２の鋼管２１に加えて下段にあるタワー構築用ブロック２の鋼管２１の双方に挿入されることになる。

次に、図９(b)に示すように、上段にあるタワー構築用ブロック２の鋼管２１と下段にあるタワー構築用ブロック２の鋼管２１の当接面全周を溶接により固着させる。このとき、位置決め用スリーブ管６２は、溶接時における裏あて板として使用してもよい。

最後に、図９(c)に示すように、上段にあるタワー構築用ブロック２と、下段にあるタワー構築用ブロック２との間隙に、例えば、無収縮モルタル６４等を埋め込む。

なお、これ以降のステップＳ１４〜ステップＳ１６の処理は、上述と同様に実行していくことになる。ちなみに、上述してステップＳ１５、Ｓ１６に関しては、ＰＣ鋼材を介してプレストレスを導入しない場合には、その何れか又は双方を省略するようにしてもよい。

このようにして製作される本発明を適用したタワー状構造物１は、コンクリートと鋼管２１とからなるタワー構築用ブロック２により構成される。このため、鉛直方向に負荷される圧縮力には、コンクリートが抵抗し、引張力に対しては、鋼管２１が抵抗することになる。また、中空状の鋼管２１を利用することにより、タワー構築用ブロック２の自重を軽くすることができ、運搬やクレーンによる吊上げが容易となる。

また、このタワー構築用ブロック２は、パネル（プレキャスト）構造とすることにより、省力化及び工期の短縮を図ることが可能となる。また、既製品としての鋼管２１を用いることが可能となるため、コストを低減させることも可能となる。

また、このタワー構築用ブロック２を建設現場で製作することもでき、かかる場合には大規模な搬入路の設備が不要となり、工期をより短縮させることも可能となる。また、このタワー構築用ブロック２は、トラック等の運搬車に載せることができることから、予め工場等で大量に製作し、これを建設現場に運搬することも可能となる。

また、このタワー構築用ブロック２は、主塔外面２０ａに関しては鋼管２１を露出させることなく、コンクリートで覆うようにしている。このため、腐食等に対する抵抗力をより向上させることが可能となる。

さらに、このタワー状構造物１は、これを構成するタワー構築用ブロック２の鉛直方向の接続に関し、従来の鋼製の主塔と同様に鋼管の接続を介して実行することができる。このため、仮に１００ｍを越える大型の主塔を構築しなければならないケースにおいても、その耐地震構造、耐風力構造をより強力にすることができる。また、必要に応じて、鉛直方向にＰＣ鋼材を配設してプレストレスを導入することにより、その耐震性、耐風性をより強固にすることも可能となる。

また、本発明を適用したタワー状構造物１では、地震や強風等に基づいて水平方向から加わる力の伝達性能を向上させるべく横梁２２を配設するとともに、必要に応じてステップＳ１４において、挿通孔２４、２５にＰＣ鋼材を挿入して緊張させることもできる。これにより、水平方向の耐震性等をより強固にすることも可能となる。

さらに、タワー構築用ブロック２におけるコンクリートパネル２０は、円周方向より鉛直方向を長く構成することにより、横目地を少なくすることが可能となる。このとき、円周方向は、運搬可能な長さとするために、２ｍ程度で構成してもよく、また、鉛直方向は、吊上げクレーンの能力により可能な長さ（１０〜２０ｍ程度）で構成してもよい。これにより、１００ｍ程度の大型の主塔を構築する場合に、コンクリートパネルの円周方向の長さを１０ｍ程度で構成してある場合には、タワー構築用ブロック２を１０段積み上げることで完成させることができ、横目地を少なくさせつつ、工期を短縮でき、労力やコストを低減させることも可能となる。

特に、本発明を適用したタワー状構造物１は、風力発電用のタワーとして適用する場合において、タワー構築用ブロック２を、円周方向に８分割した形状で構成することができる。これにより、タワー構築用ブロック２の製作を工場のみならず建上げ現地において実行することができ、風力発電用のタワーを構築するためのコストを大幅に低減させることが可能となる。また、このタワー状構造物１を構成するタワー構築用ブロック２につき、交換を埋め込む、いわゆるハイブリッドタイプで構成することができるため、容易に組立てが可能となり、ひいてはタワー状構造物１そのものを容易に建上げることが可能となる。

また、本発明を適用したタワー状構造物１において、鋼管２１にコンクリートを打設するようにしてもよい。これにより、タワー構築用ブロック２の剛性をいきおい高くすることが可能となる。

また、本発明を適用したタワー状構造物１を風力発電用のタワーとして適用する場合において、付属物としての避雷針や内面ハシゴ等も鋼製であるため、これらを鋼管２１に容易に取り付けることが可能となる点においても、有用といえる。

本発明を適用したタワー状構造物１の全体構造を示す図である。 タワー状構造物の断面形状を示す図である。 タワー構築用ブロックの斜視図である。 タワー構築用ブロックを立設させるための主塔基礎の斜視図である。 タワー構築用ブロックを構築するフローチャートを示す図である。 タワー構築用ブロックを構築する方法につき、説明するための図である。 鉛直方向にプレストレスを導入する方法につき、説明するための図である。 位置決め用スリーブを介してタワー構築用ブロックを積み上げる例につき説明するための図である。 位置決め用スリーブを介してタワー構築用ブロックを積み上げる他の例につき説明するための図である。 従来例につき説明するための図である。 他の従来例につき説明するための図である。

符号の説明

１ タワー状構造物
２ タワー構築用ブロック
５ 周壁
１１ 主塔基礎
１２ 基礎地盤
２０ コンクリートパネル
２１ 鋼管
２２ 横梁
２４、２５ 挿通孔
３１ 挿通孔
４１、４２ ＰＣ鋼材
４３ カップラー

Claims (5)

1. 円筒状の断面形状からなるタワー状構造物の周壁を円周方向並びに鉛直方向に分割した形状で構成されるコンクリートパネルを備え、
   上記コンクリートパネルは、円周方向より鉛直方向が長く構成されているとともに、
   長手方向が上記鉛直方向となるように１以上の鋼管が設けられ、さらに上記円周方向へ向けて横梁が凸設されてなること
   を特徴とするタワー構築用ブロック。
2. 上記鋼管は、上記コンクリートパネルにおける少なくとも一の端面から突出され、
   上記コンクリートパネルは、鉛直方向に隣接する他のコンクリートパネルから突出された鋼管を差込可能な差込孔が形成されていること
   を特徴とする請求項１記載のタワー構築用ブロック。
3. 上記コンクリートパネルは、鉛直方向及び／又は円周方向に隣接する他のコンクリートパネルとの間でプレストレスを導入するためのＰＣ鋼材の挿通孔が、上記鉛直方向及び／又は円周方向に開削されてなること
   を特徴とする請求項１又は２記載のタワー構築用ブロック。
4. 円周方向より鉛直方向が長く構成されているとともに長手方向が上記鉛直方向となるように１以上の鋼管が設けられ、さらに上記円周方向へ向けて横梁が凸設されてなるコンクリートパネルを、円周方向並びに鉛直方向に組み合わせて周壁を構成した円筒状の断面形状からなること
   を特徴とするタワー状構造物。
5. 円周方向より鉛直方向が長く構成されているとともに長手方向が上記鉛直方向となるように１以上の鋼管が設けられ、さらに上記円周方向へ向けて横梁が凸設されてなるコンクリートパネルを、円周方向並びに鉛直方向に組み合わせて周壁を構成することにより、円筒状の断面形状からなるタワー状構造物を構築すること
   を特徴とするタワー状構造物の構築方法。

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