JP2007321710A - タワー構築用ブロック - Google Patents

Abstract

【課題】大型の主塔を構築する際に、特に運搬性、耐震性、耐風性を向上させることが可能なタワー構築用ブロックを提供する。
【解決手段】円周方向より鉛直方向が長く構成されているコンクリートパネル２０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１を構築する際に、鉛直方向に隣接するコンクリートパネル２０間は、鉄筋又はＰＣ鋼材で接続し、水平方向に隣接するコンクリートパネル２０間は、タワー内側から鋼製部材２２で接続する。
【選択図】図４

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。

本発明に係る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、タワー状構造物の周壁を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、周方向より鉛直方向が長く構成され、周方向に隣接するコンクリートパネル間は、接続部材で接続されてなることを特徴とする。

本発明に係るタワー状構造物は、上述した課題を解決するために、周方向より鉛直方向が長く構成されているコンクリートパネルを、周方向並びに鉛直方向に組み合わせて周壁を構成し、周方向に隣接するコンクリートパネル間は、接続部材で接続されてなることを特徴とする。

本発明に係るタワー状構造物の構築方法は、上述した課題を解決するために、周方向より鉛直方向が長く構成されているコンクリートパネルを、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タワー状構造物を構築するタワー状構造物の構築方法において、周方向に隣接するコンクリートパネル間を接続部材で接続することを特徴とする。

上述した構成からなる本発明では、鉛直方向に隣接するコンクリートパネル間を、鉄筋又はＰＣ鋼材で接続し、水平方向に隣接するコンクリートパネル間は、タワー内側から鋼製部材で接続する。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、鉄筋又はＰＣ鋼材が抵抗することになる。このため、大型の主塔を構築する際に、特に運搬性、耐震性、耐風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。この周方向に隣接するタワー構築用ブロック２間は、密着された状態で固定される場合に限定されるものではなく、互いに隙間を空けた状態で固定されていてもよい。

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。コンクリートパネル２０の断面形状は、周方向に隣接する他のコンクリートパネル２０と接合可能とするため、略台形状で構成されている。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が鉛直方向に穿設されている。ちなみに、このコンクリートパネル２０は、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、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。

図４は、このコンクリートパネル２０を実際にタワー構築用ブロック２として構成し、これをタワー状構造物の周壁５に適用する例を示している。この図４に示すように、水平方向に隣接するコンクリートパネル２０間は、タワー内側から鋼製部材２２で接続されている。この鋼製部材２２は、リップ付溝形鋼で構成するようにしてもよいが、他のいかなる形状で構成するようにしてもよい。鋼製部材２２は、図５に示すように、リップ付溝形鋼のウェブ部分をコンクリートパネル２０の内壁に合わせた上で、これをボルト等の係合部材２３により固定されることになる。

この鋼製部材２２の代替として、コンクリート製の部材を利用するようにしてもよい。即ち、この鋼製部材２２は、鋼製に限ることはなく、いかなる材質からなる接続部材に代替させてもよい。

また、この鋼製部材２２はタワー内側から接続される場合に限定されるものではなく、タワー外壁側から接続するようにしてもよい。

主塔基礎１１は、例えば図６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、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後述する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の構築方法について説明をする。

先ず、図７(a)に示すように主塔基礎１１を構築する。この工程においては、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。このとき、挿通孔３１に対してＰＣ鋼材を予め埋め込むようにしてもよい。

次に、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といえる。

次に、図７(b)に示すように、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、図８に示すように主塔基礎１１における上面１１ａ上に開削された挿通孔３１に埋め込まれたＰＣ鋼材３２に、コンクリートパネル２０に穿設された挿通孔２６を差し込むことにより、これを立設していく。ちなみに、この主塔基礎１１における上面１１ａにエポキシ系接着剤を塗布した上でコンクリートパネル２０を立設するようにしてもよい。また、この工程においては、水平方向に隣接するコンクリートパネル２０間を、タワー内側から鋼製部材２２により接合する。

次に図７(c)に示すように、コンクリートパネル２０の立設を周方向に向けて継続して行っていく。また鋼製部材２２の接合についても、この立設作業とともに並行して行っていく。タワー構築用ブロック２における１段目の施工を完了させた後、２段目以降のタワー構築ブロック２も同様の方法に基づいて立設させていくことになる。

次に、ＰＣ鋼材３２を介して鉛直方向にプレストレスを導入する。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３２を挿入し、プレストレスを導入する。このとき、例えば、図８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３２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３２とを合わせ込み、さらにカップラー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を介してプレストレスを導入するようにしてもよい。なお、このＰＣ鋼材３２の代替として、鉄筋を利用するようにしてもよい。

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、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。

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、鉛直方向に隣接するコンクリートパネル間を、鉄筋又はＰＣ鋼材で接続し、水平方向に隣接するコンクリートパネル間は、タワー内側から鋼製部材で接続する。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、鉄筋又はＰＣ鋼材が抵抗することになる。

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、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。

さらに、このタワー状構造物１は、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、鋼製部材２２を配設する。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、円周方向に複数個に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。

さらに、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、例えば鋼製部材２２に作業者用の足場等を取り付けるようにしてもよい。これにより、これにより、作業者用の足場を一から組み直す労力、コストを削減することも可能となる。

また、本発明では、例えば図９に示すように、水平方向に隣接するコンクリートパネル２０間を互いに離間させて構成するようにしてもよい。図９(a)では、互いに水平方向に離間させてコンクリートパネル２０を積み上げていく例を示している。鋼製部材２２は、図９(b)に示すように互いに離間したコンクリートパネル２０間に架設されることになる。このような構成においても、上述した効果を得ることができることは勿論である。特に、この図９に示す構成においては、壁面に隙間を空ける構成としているため、風通しをよくすることが可能となり、大きな風圧を直接受けることもなくなる点において有用である。

また本発明は、例えば図１０に示すように、コンクリートパネル２０の設置角度を鋼製部材２２の長手方向に対して角度を持たせるようにしてもよい。図１０の例においては、コンクリートパネル２０の配設角度を鋼製部材２２の長手方向に対して略垂直とした例を示している。構成部材２２は、図１０(b)に示すように、コンクリートパネル２０の内周側に沿って配設されることになる。この図１０の構成においても壁面に隙間を空ける構成としているため、風通しをよくすることが可能となり、大きな風圧を直接受けることもなくなる点において有用である。

なお、上述した例においては、コンクリートパネル２０を鉛直方向に連結する場合を例にとり説明をしたが、かかる構成を省略したものであってもよい。即ち、コンクリートパネル２０を鉛直方向に連結する代わりに、周方向より鉛直方向がより長く構成されたコンクリートパネル２０を１段に亘って配設するようにしてもよいことは勿論である。

本発明を適用したタワー状構造物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。 コンクリートパネルを実際にタワー構築用ブロックとして構成し、これをタワー状構造物の周壁に適用する例を示す図である。 リップ付溝形鋼のウェブ部分をコンクリートパネルの内壁に固定する例を示す図である。 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。 本発明を適用したタワー状構造物の構築方法について説明するための図である。 主塔基礎における上面に開削された挿通孔にＰＣ鋼材を埋め込み、さらにコンクリートパネルを立設していく例を示す図である。 本発明を適用したタワー状構造物の他の例を示す図である。 本発明を適用したタワー状構造物の更なる他の例を示す図である。 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
２２ 鋼製部材
３１ 挿通孔
４２ ＰＣ鋼材
４３ カップラー

Claims (4)

1. タワー状構造物の周壁を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、周方向より鉛直方向が長く構成され、
   周方向に隣接するコンクリートパネル間は、接続部材で接続されてなること
   を特徴とするタワー構築用ブロック。
2. 上記周方向に隣接するコンクリートパネル間は、互いに離間されていること
   を特徴とする請求項１記載のタワー構築用ブロック。
3. 周方向より鉛直方向が長く構成されているコンクリートパネルを、周方向並びに鉛直方向に組み合わせて周壁を構成し、
   周方向に隣接するコンクリートパネル間は、接続部材で接続されてなること
   を特徴とするタワー状構造物。
4. 周方向より鉛直方向が長く構成されているコンクリートパネルを、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タワー状構造物を構築するタワー状構造物の構築方法において、
   周方向に隣接するコンクリートパネル間を接続部材で接続すること
   を特徴とするタワー状構造物の構築方法。

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