JP2007120080A - 塔状構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】平面視が多角形で地上６０ｍないし１００ｍ程度若しくはそれ以上の高層に及ぶ塔状構造物を提供する。
【解決手段】地上部分１１の平面視は偶数角の多角形とされ、頂部１０の平面視は地上部分１１の１／２角数（Ｎ角数）の多角形とされている。頂部１０を形成する多角形の一辺の長さをそのまま地上部分１１まで同一幅寸とした矩形状平面１が、地上部分１１の多角形における一つおきの辺の外面として形成されている。地上部分１１の多角形における他の一辺の外面は、その直上に位置する頂部１０の多角形における角部１２を頂角とする三角形状平面２として形成されている。矩形状平面１と三角形状平面２との組合せで塔状外面が構成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば風力発電施設の塔体構造体として好適に使用できるほか、住宅用その他の多目的構造物としての利用も可能な、平面視が多角形で地上６０ｍないし１００ｍ程度若しくはそれ以上の高層に及ぶ塔状構造物の技術分野に属し、更に言えば、現場打ちの鉄筋コンクリート造（以下ＲＣ造と略す場合がある。）として、またはプレキャスト鉄筋コンクリート版（以下、ＰＣａ版と略す場合がある。）により、若しくはＰＣａ版と現場打ちコンクリートの組合せ構造として構築することができる塔状構造物に関する。

最近、環境保全対応として風力発電施設が注目され、普及が急速に進んでいる。風力発電施設の塔状構造物は、従来、大部分が鋼構造として実施されている。しかし、風力発電施設の多くが風の強い海岸線近傍に実施される関係上、鋼構造塔体の実施には耐久性の面で多くの懸念、疑問が提起され、耐久性に優れた鉄筋コンクリート造塔体の実施が要望されている。

従来、上述した鉄筋コンクリート造の塔状構造物を実現する手段としては、スリップフォーム工法やジャンプアップ工法の施工による実施が一般的に実施されている。しかし、これらの各工法は、通例全て現場打ちコンクリートによる施工法であるから、特に地上部分から頂部に向かって一定の勾配で水平断面形状が漸次変化する塔体を施工する場合には、各施工段階における型枠の縮小化作業に手間取るので施工性が悪く、工期が長引き、工費が嵩む問題が大きい。
前記の問題点を解決する手段としては、プレキャストコンクリート版の採用が有効と考えられる。しかし、プレキャストコンクリート版の形状パターンが多くなるので、施工性が悪く、工期が長引き、工費が嵩み問題の解決には程遠い。

一方、鉄筋コンクリート造の塔状構造物を実現する先行技術として、下記の特許文献１に開示された発明「風力発電タワー」は、短尺のプレキャストコンクリート中空筒体を揚重して、ポストテンション方式で緊張したプレストレストコンクリート製タワー本体を形成すると共に、横断面がＴ字形のプレテンション方式のプレストレストコンクリート補強部材を、タワー本体の基底部側の外周に沿って設け、該補強部材は基礎及びタワー本体に結合固着した構成と認められる。

また、下記の特許文献２に開示された発明「プレキャスト成形体を用いた塔体の構築方法」は、上方に向かって漸次縮径する塔体を高さ方向に分割した複数のプレキャスト成形体を、高さ方向に連結することにより塔体を構築する方法である。頭部の断面は円形で、底部には角部を前記円形の四半円形とした矩形状断面で塔体を高さ方向に複数に分割したプレキャスト成形体を用い、該プレキャスト成形体を高さ方向に積み上げ連結することにより構築する方法と認められる。構築するべき塔体の縮径割合に応じて前記プレキャスト成形体間における縮径可能な型枠内にコンクリートを打設することによって、プレキャスト成形体が成形される。この型枠は、横方向に分割されて相互に脱着可能な複数の分割型枠を備えており、前記分割型枠を継ぎ足すことにより同一勾配の塔体を実現すると説明されている。

特開２００２−１２２０６６号公報 特開２００５−３００６６号公報

上記特許文献１、２の構築方法は、それぞれ一案である。しかし、特許文献１の発明を実施する場合、１種類の型枠で中空塔体を製造できるものの、目標とする塔体高さは４５ｍ〜６０ｍと記載されている（段落番号０００７）。ところが我が国の風力発電事情として、前記程度の塔体高さで安定した発電が可能な立地は減少しており、８０ｍ〜１００ｍ以上の塔体高さが好ましいとされるが、こうした要望に特許文献１の発明は応じられない。また特許文献１の発明は、前記４５ｍ〜６０ｍの塔体高さでさえ、中空塔体の最小内径は２ｍ（従って、外径は２．５ｍないし３ｍとなるであろう。）と記載されている（段落番号０００８）。しかるに外径が２．５ｍないし３ｍに及ぶ大きさの中空塔体は、これをいかに短尺に製作しても、道路輸送における幅寸および高さの制限から、トラックなどによる陸上運搬が甚だ困難であり、塔体建設に大きな支障になると考えられる。まして本願発明が目標とする８０ｍ〜１００ｍ以上の塔体高さを実現する場合には、中空塔体の最小外径は少なくとも３ｍ以上、通例であれば４ｍ超と予想されるので、特許文献１の発明による塔体建設は不可能に近い。

特許文献２の発明に係る構築方法は、角部の四半円形をなすプレキャスト成形体と、これに横並びの複数の分割型枠で成形される成形体とのジョイント数が多いから、塔体を高さ方向に複数に分割する数をなるべく減らし、更に分割型枠で成形される成形体の数を減らしてジョイント総数を減らす工夫が必要があるが、そのようにすると上下のプレキャスト成形体相互間の不連続目地が拡大して不整合が目立ち、意匠性が悪い上に、止水性や応力伝達に困難が生じるものと認められる。

本発明の目的は、目標とする塔体高さ８０ｍ〜１００ｍ以上の建設を、現場打ちコンクリート造であれ、プレキャストコンクリート造、或いは現場打ちコンクリートとプレキャストコンクリートの併用型であっても、可及的に短工期に、優れた施工性で、安価に構築できる塔状構造物を提供することである。
本発明の次の目的は、現場打ちコンクリート造として構築する場合であっても、地上部分から頂部に向かって一定の勾配で水平断面形状が縮小する先細形状の塔状構造物を、型枠の縮小化作業の手間が少なく、また、プレキャストコンクリート造として構築する場合であれば、ＰＣａ版を可及的に長い平板状部材に製作してジョイント箇所数を減少でき、しかも陸上輸送が容易で、効率的に行える平板状ピースとして製作できる上に、ＰＣａ部材の形状パターン数（種類）を可及的に少なくでき製造が容易な塔状構造物を提供することである。
本発明の更なる目的は、プレキャストコンクリート版を採用する場合に、ＰＣａ部材にプレストレスを導入することが容易で、ＰＣａ部材が風荷重などによりひび割れ劣化することを防止し、耐久性低下の防止が図れる塔状構造物を提供することである。

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に記載した発明に係る塔状構造物は、地上部分から頂部に向かって水平断面形状が漸次縮小する先細形状の塔状構造物において、
地上部分１１の平面視は偶数角（２Ｎ角数、但し、Ｎ≧３）の多角形とされ、頂部１０の平面視は前記地上部分１１の１／２角数（Ｎ角数）の多角形とされており、
頂部１０を形成する多角形の一辺の長さをそのまま地上部分１１まで同一幅寸とした矩形状平面１が、地上部分１１の多角形における一つおきの辺の外面として形成されており、
地上部分１１の多角形における他の一辺の外面は、その直上に位置する頂部１０の多角形における角部１２を頂角とする三角形状平面２として形成されており、
前記矩形状平面１と三角形状平面２との組合せで塔状外面が構成されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載した塔状構造物において、
塔状構造物の外面を形成する矩形状平面部は高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版で形成され、三角形状平面部は現場打ちコンクリートで形成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載した塔状構造物において、
塔状構造物の外面を形成する矩形状平面部１および三角形状平面部２ともに、それぞれ高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版で形成されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２に記載した塔状構造物において、
塔状構造物の外面を形成する矩形状平面部１は高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版として製作され、同プレキャストコンクリート版の製作時に、または現場での建て方前に、プレキャストコンクリート版の各ピース毎にプレストレスを導入して構築されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３に記載した塔状構造物において、
塔状構造物の外面を形成する矩形状平面部１および三角形状平面部２は、それぞれ高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版として製作され、その製作時に、または現場での建て方前に、各ピース毎にプレストレスを導入して構築されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１に記載した塔状構造物において、
塔状構造物の外面を形成する矩形状平面部１および三角形状平面部２ともに現場打ちコンクリートで形成されていることを特徴とする。

本発明に係る塔状構造物は、頂部１０を形成する多角形（Ｎ角形）の一辺の長さをそのまま地上部分１１まで同一幅寸とした矩形状平面１を、地上部分１１の多角形（２Ｎ角形）における一つおきの辺の外面として形成し、また、地上部分１１の多角形における他の一辺の外面については、その直上に位置する頂部１０の多角形における角部１２を頂角とする三角形状平面２として形成されているので、現場打ちコンクリート造として構築する場合でも、前記矩形状平面部１については、型枠寸法を高さ方向に変化させる必要がなく、不変寸法型枠を用いて施工を進められるので、手間いらずであり、施工性に優れる。
プレキャストコンクリート版を用いて構築する場合でも、上記平板状矩形状平面部１については、幅寸が変化しないので、単純に高さ方向に複数に分割したピースとして製作し、現場へ搬入して建て方を行えばよいのであり、ＰＣａ部材の形状パターンの一元化（単一種化）を図れて生産性に優れる。上記三角形状平面部２のＰＣａ版もまた、平板として製作できるので、いずれもトラック等による道路運送に際して、ＰＣａ版の幅寸は大きくてもせいぜい１ｍ乃至２ｍ程度に納まり、高さ方向の寸法を仮に１０ｍ程度に設計、製作しても、トラック運送は容易で、かつ積載効率に優れるから好都合である。その上、ＰＣａ部材の高さ方向寸法を長尺にすると、その分だけ縦筋のジョイント箇所数が減り、現場作業を省力化でき、コスト低減化を図れる。また、塔状構造物の平面視における多角形のＮ数を増やすと、その分ＰＣａ部材の幅寸を縮小化できるので、運搬可能寸法を調整することができる。

勿論、現場打ちコンクリート造とプレキャストコンクリート版との併用型として構築する場合でも、例えば三角形状平面部２を現場打ちコンクリート造とし、矩形状平面部１へプレキャストコンクリート版によるピースを建て方することにより、型枠は２Ｎ多角形の１／２数（Ｎ数）の辺部分にのみ組み立てればよく、矩形状平面部１と三角形状平面部２間のジョイント構造が簡単で作業性の良いものとなる。また、矩形状平面部１を形成するプレキャストコンクリート版のピース相互間の接合にしても、塔体の地上部分１１から頂部１０まで同一幅の平面部材で形成でき、水平接合部断面の連続性に優れ、ジョイント構造が簡単であり、ジョイント作業の施工性に優れる。

以上の通りであるから、本発明に係る塔状構造物は、その構築を短工期に、優れた施工性で、安価に行える。
その上、プレキャストコンクリート版を用いて構築する場合には、そのＰＣａ部材ピースを工場で製作する際に、または現場で建て方する前にプレストレスを導入することが容易であり、そうすることにより、ＰＣａ部材が風荷重などによりひび割れて劣化するのを防止し、耐久性低下の防止を図ることができる。

地上部分から頂部に向かって水平断面形状が漸次縮小する塔状構造物の地上部分１１の平面視は偶数角（２Ｎ角数）の多角形とし、頂部１０の平面視は前記地上部分１１の１／２角数（Ｎ角数）の多角形とする。
頂部１０を形成する多角形の一辺の長さをそのまま地上部分１１まで同一幅寸とした矩形状平面１で、地上部分１１の多角形における一つおきの辺の外面を形成する。
地上部分１１の多角形における他の一辺の外面は、その直上に位置する頂部１０の多角形における角部１２を頂角とする三角形状平面２として形成する。こうして矩形状平面１と三角形状平面２との組合せで多角形の塔状外面を構成する。
塔状構造物の外面を構成する矩形状平面部１はプレキャストコンクリート版で形成し、三角形状平面部２は現場打ちコンクリートで形成する。あるいは塔状構造物の外面を構成する矩形状平面部１および三角形状平面部２ともに、それぞれプレキャストコンクリート版で形成する。そのいずれであれ、塔状構造物の外面を構成する矩形状平面部１および三角形状平面部２はそれぞれ、高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版のピースを組み合わせて形成する。若しくは矩形状平面部１及び三角形状平面部２とともに現場打ちコンクリートで形成する。

以下に、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。
図１Ａ，Ｂ，Ｃは、本発明に係る塔状構造物を概念図として示している。
本実施例の塔状構造物は、平面的に見た形態が頂部１０（上端部）が８角形（図１Ｂ、つまり角数Ｎ＝８）で、地上部分１１（底面部）が１６角形（２Ｎ角数＝１６）の中空構造（但し、中空構造の限りではなく、階層毎に水平なスラブを有する多層構造もある。）の多角形構造物である。しかも地上部分１１から頂部１０に向かって一定の勾配で先細形状に漸次縮小する塔状構造物である。要するに、地上部分１１の平面視は１６角形の多角形で、頂部１０の平面視は前記地上部分１１の１／２角数の８角形とされている。この塔状構造物の規模としては、高さが地上６０ｍ〜１００ｍ程度若しくはそれ以上で、仮に高さ８５ｍ程度である場合の頂部１０の最小外径は約３ｍないし４ｍの大きさ、地上部分１１の外径は、勾配度にもよるが、例えば６ｍないし８ｍ程度の大きさとなる。よって、仮に頂部１０の最小外径が約４ｍであるとしても、その正８角形の一辺の長さは１．５ｍ余でしかない。もとより多角形の角数が増えると、前記一辺の長さは更に小さくなることは、幾何学的に周知の事実である。即ち、地上部分１１の多角形を２４角形あるいは３６角形にすると、頂部１０の多角形はその１／２角数の１２角形、あるいは１８角形になるから、その一辺の長さは更に小さいものとなる。

図示した頂部１０が８角形の塔状構造物は、同頂部１０を形成する８角形（図１Ｂ）の一辺の長さ（例えば上記１．５ｍ余）をそのまま地上部分１１まで同一幅寸の矩形状平面１として、地上部分１１の多角形（１６角形＝図１Ｃ）における一つおきの辺の外面が形成されている（図１Ａを参照）。
一方、地上部分１１の１６角形における他の一辺（残る８辺）の外面は、各々の直上に位置する頂部１０の８角形における角部１２を頂角とする二等辺三角形の三角形状平面２として形成されている。つまり、地上部分１１の１６角形の各辺の外面は、ひとつおきに、前記矩形状平面１と三角形状平面２とが交互に配置された構成である。
これを換言すれば、当該塔状構造物を図１Ａのように立体的に見た場合の構成は、前記矩形状平面１が二つ並立する間の隙間を、二等辺の三角形状平面２が埋めた組合せで塔状体外面が構成されている。

次に,上記塔状構造物を構築する手段、施工法について説明する。
一つの施工法として、塔状構造物の外面を構成する矩形状平面部１はプレキャストコンクリート版で形成し、三角形状平面部２を現場打ちコンクリートで形成する施工法を実施することができる。

或いは、塔状構造物の外面を構成する矩形状平面部１および三角形状平面部２ともに、全て現場打ちコンクリートで構築し、または矩形状平面部１および三角形状平面部２ともに全てプレキャストコンクリート版で形成する施工法を実施することができる。

上記のように塔状構造物の外面を構成する矩形状平面部１および三角形状平面部２をそれぞれ、プレキャストコンクリート版で形成する場合には、塔状構造物の高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版のピースを製作し、それを現場で組み合わせ接合して構築することができる。
この場合、矩形状平面部１および三角形状平面部２を形成するプレキャストコンクリート版の幅寸は、上記の段落番号００１４において概略説明したとおり、せいぜい１．５ｍ余でしかなく、いずれも平板構造であるから、トラック運送を考慮した場合に最大１０ｍ程度に製作することが可能である。そして、平板を積み重ねて積載できるから、運搬効率に優れて現場への搬入が容易である。上記のようにＰＣａ版の高さ寸法（縦方向の長さ）を大きく製作すれば、プレキャストコンクリート版の縦筋のジョイント箇所数が減り、ジョイントの手間が減るので好都合である。また、矩形状平面部１を形成するプレキャストコンクリート版の形状パターンは１種類で足りる。三角形状平面部２のピースの形状パターンも上下方向の分割数だけあれば足り、プレキャストコンクリート版の製作と在庫管理が容易である。そして、各ＰＣａ版ピースの水平目地のジョイントは常に上下方向の連続性に優れ、各ジョイント作業が容易であるし、施工性に優れる（この点については、後で図２に基づいて説明する）。

塔状構造物の外面を構成する矩形状平面部１および三角形状平面部２ともに、全て現場打ちコンクリートで構築する場合には、通常の現場組み立て型枠を使用し、またはスリップフォーム工法、或いはジャンプアップ工法を実施する場合でも、前記矩形状平面部１を成形する型枠については縮径の手間は一切無用であるから、型枠の転用回数が増えて建設コストの減縮が可能である。残る１／２角数の三角形状平面部２を成形する型枠についてのみ縮径の手間を掛ければ良いので、工数が少なくて済み、施工性に優れることは明らかである。

次に、塔状構造物の外面を構成する矩形状平面部１をプレキャストコンクリート版で形成し、三角形状平面部２を現場打ちコンクリートで形成する施工法を実施する場合を図２に基づいて更に説明する。
図２Ａ，Ｂにおいて、色の濃い部分は矩形状平面部１であり、プレキャストコンクリート版で形成するが、高さ方向の継ぎ目１３において縦筋を順次接合して積み重ねることになる。その詳細は図２Ｂに示したように、上下のプレキャストコンクリート版の継ぎ目１３は、例えばスリーブジョイント１４により主筋（縦筋）相互の接合に限定して実施することができる。他方、白色(地色）の部分は現場打ちコンクリートで形成する三角形状平面部２を指すが、その壁鉄筋のうち横筋は隣接のプレキャストコンクリート版（矩形状平面部１）の横筋と重ね継手で接合してジョイントの手数を省くことが可能であり、施工性を高めて、工期の短縮、工費の低減を図ることが可能である。

最後に、図１Ａの塔状構造物の外面を構成する矩形状平面部１および三角形状平面部２を、高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版で形成する場合の異なる施工法として、プレストレスを導入する構造形式の実施について説明する。
コンクリート製の塔状構造物は、頻繁に作用する風荷重、或いは大小の地震によりひび割れを発生しやすい。しかし、プレキャストコンクリート部材にプレストレスを導入すると、ひび割れによる劣化の進行や耐久性の低下を防ぎ、塔状構造物の損傷を減らすことができる。
そこで、プレキャストコンクリート部材の製作時に、または現場での建て方前に、各ＰＣａ版ピース毎にプレストレスを導入して構築を進めることが容易に可能である。かくすると、ひび割れに追従する塗装補修などを行う必要がなく、有意義である。

以上に本発明を図示した実施例に基いて説明したが、もちろん、本発明の技術的思想は上記実施例の限りではない。本発明の要旨、技術的思想を逸脱しない範囲で、当業者が通常行う設計変更ないし応用変形を含めて、多様に実施することができる。

Ａは本発明に係る塔状構造物の外観を概念的に示した斜視図、Ｂ，Ｃは前記塔状構造物の頂部の平面図、及び地上部分の平面図を概念的に示した。 Ａは本発明に係る塔状構造物をプレキャストコンクリート版と現場打ちコンクリートで形成する場合の構造例を示した概略図、Ｂは前記主要部の拡大図である。

符号の説明

１ 矩形状平面部
２ 三角形状平面部

Claims (6)

1. 地上部分から頂部に向かって水平断面形状が漸次縮小する先細形状の塔状構造物において、
   地上部分の平面視は偶数角（２Ｎ角数、但し、Ｎ≧３）の多角形とされ、頂部の平面視は前記地上部分の１／２角数（Ｎ角数）の多角形とされており、
   頂部を形成する多角形の一辺の長さをそのまま地上部分まで同一幅寸とした矩形状平面が、地上部分の多角形における一つおきの辺の外面として形成され、
   地上部分の多角形における他の一辺の外面は、その直上に位置する頂部の多角形における角部を頂角とする三角形状平面として形成されており、
   前記矩形状平面と三角形状平面との組合せで多角形の塔体外面が構成されていることを特徴とする、塔状構造物。
2. 塔状構造物の外面を形成する矩形状平面部は高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版で形成され、三角形状平面部は現場打ちコンクリートで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載した塔状構造物。
3. 塔状構造物の外面を形成する矩形状平面部および三角形状平面部ともに、それぞれ高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載した塔状構造物。
4. 塔状構造物の外面を形成する矩形状平面部は高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版として製作され、同プレキャストコンクリート版の製作時に、または現場での建て方前に、プレキャストコンクリート版の各ピース毎にプレストレスを導入して構築されていることを特徴とする、請求項２に記載した塔状構造物。
5. 塔状構造物の外面を形成する矩形状平面部および三角形状平面部はそれぞれ高さ方向に複数に分割したプレキャストコンクリート版として製作され、同プレキャストコンクリート版の製作時に、または現場での建て方前に、プレキャストコンクリート版の各ピース毎にプレストレスを導入して構築されていることを特徴とする、請求項３に記載した塔状構造物。
6. 塔状構造物の外面を形成する矩形状平面部および三角形状平面部ともに現場打ちコンクリートで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載した塔状構造物。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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