JP2013007251A - 塔状構造物、及び塔状構造物の構築方法 - Google Patents

塔状構造物、及び塔状構造物の構築方法 Download PDF

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Abstract

【課題】曲げ破壊が起きにくいコンクリート製の塔状構造物、及びこの塔状構造物の構築方法を提供する。
【解決手段】基盤上に立てられた鉄筋コンクリート製の塔状構造体の上下方向にプレストレスを導入し、塔状構造体の引張応力発生部にコンクリートのひび割れが生じるのを防ぐ。また、この塔状構造体の周方向にプレストレスを導入してコンファインド効果を発揮させることにより、塔状構造体の圧縮耐力、曲げ耐力、変形性能を向上させることができる。そして、これらのプレストレス導入効果により、曲げ破壊が起きにくいコンクリート製の塔状構造物を構築することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートによって形成される塔状構造物、及びこの塔状構造物の構築方法に関する。
風力発電用タワーや送電線塔などの塔状構造物は、鋼製であることが多い。しかし、鋼製の塔状構造物は、鉄筋コンクリート製の塔状構造物と比べて一般的に耐久性に劣る。例えば、錆の発生や疲労による耐力の低下が問題となる。
図２８に示すように、特許文献１の柱状構造物３００は、周方向と鉛直方向とにコンクリートパネル３０２を配置し、これらのコンクリートパネル３０２を連結することによって構築されている。
特許文献１の柱状構造物３００のような鉄筋コンクリート製の塔状構造物では、地震や風等によって大きな曲げモーメントが作用した場合に、この曲げモーメントに起因して引張応力が発生する部分（以下、「引張応力発生部」とする）にコンクリートのひび割れが生じることが危惧される。
このコンクリートのひび割れを抑制する対策としては、塔状構造物を形成するコンクリートに鉛直方向のプレストレスを導入する方法が一般に効果的とされている。
例えば、図２９に示すように、特許文献２のコンクリート製風車支持タワー３０４は、複数個のコンクリート製筒型セグメント３０６を上下に積み重ねて構築されている。そして、各コンクリート製筒型セグメント３０６には、ポストテンション方式によるプレストレスが鉛直方向に導入されている。
これによって、地震や風等により作用する大きな曲げモーメントによって引張応力発生部に生じるコンクリートのひび割れを防ぐことが可能となり、コンクリート製風車支持タワー３０４の剛性及び耐久性を向上させることができる。
しかし、このコンクリート製風車支持タワー３０４では、曲げモーメントに起因して圧縮応力が発生する部分（以下、「圧縮応力発生部」とする）に、曲げモーメントに起因して発生する圧縮応力と、鉛直方向に導入されたプレストレスとが合わさった大きな圧縮力が作用する。さらに、コンクリート製風車支持タワー３０４の下部では、圧縮応力発生部にコンクリート製風車支持タワー３０４の上部の重量も作用することになる。
よって、コンクリート製風車支持タワー３０４を形成するコンクリートが十分な圧縮強度を有していない場合には、圧縮応力発生部に発生する圧縮応力度が許容圧縮応力度を超過して、曲げ圧縮破壊に至る可能性がある。
一般に、塔状構造物に作用する曲げモーメントの大きさは、塔状構造物の高さが高いほど大きくなるので、このような曲げ破壊の現象は、高い塔状構造物の場合に特に懸念される。
なお、コンクリート製風車支持タワー３０４が、鉄筋コンクリート製以外のコンクリート製である場合においても上記同様の問題が生ずる。
特開２００８−１０１３６３号公報 特開２０００−２８３０１９号公報
本発明は係る事実を考慮し、曲げ破壊が起きにくいコンクリート製の塔状構造物、及びこの塔状構造物の構築方法を提供することを課題とする。
本発明の第１態様の塔状構造物は、基盤上に立てられたコンクリート製の塔状構造体と、前記塔状構造体の上下方向及び周方向にプレストレスを導入するプレストレス導入手段と、を有する。
本発明の第１態様の塔状構造物では、コンクリート製の塔状構造体が基盤上に立てられている。そして、プレストレス導入手段により、この塔状構造体の上下方向及び周方向にプレストレスを導入する。
よって、プレストレス導入手段により塔状構造体の上下方向にプレストレスを導入するので、地震や風等によって塔状構造体に作用する曲げモーメントに起因して発生する曲げ引張応力を低減することができる。これにより、塔状構造体の引張応力発生部にコンクリートのひび割れが生じるのを防ぐことが可能となり、塔状構造体の耐久性を向上させることができる。
また、プレストレス導入手段により塔状構造体の周方向にプレストレスを導入するので、塔状構造体を周方向に拘束することによるコンファインド効果が発揮され、塔状構造体の圧縮耐力、曲げ耐力、変形性能を向上させることができる。
そして、これらのプレストレス導入手段の効果により、曲げ破壊が起きにくいコンクリート製の塔状構造物を構築することができる。
本発明の第２態様の塔状構造物は、前記塔状構造体が鉄筋コンクリート製である。
本発明の第２態様の塔状構造物では、塔状構造体が鉄筋コンクリート製なので、搭状構造体に作用する引張力を鉄筋が負担することによりコンクリートに発生するひび割れを低減することができる。
本発明の第３態様の塔状構造物は、前記塔状構造体が繊維補強コンクリート製である。
本発明の第３態様の塔状構造物では、塔状構造体に設けられる鉄筋を減らす又は無くすことができる。塔状構造体を無筋にすれば、鉄筋に発生する錆によって生じるコンクリートの耐久性低下を防ぐことができる。
本発明の第４態様の塔状構造物は、前記プレストレス導入手段は緊張力が加えられる緊張材を有し、該緊張材同士が接触しないように配置されている。
本発明の第４態様の塔状構造物では、プレストレス導入手段は、緊張力が加えられる緊張材を有している。そして、緊張材同士は、接触しないように配置されている。
よって、緊張材同士は接触しないので、緊張材に確実に緊張力を加えることができる。
本発明の第５態様の塔状構造物は、前記緊張材は、前記塔状構造体の上下方向に配置される上下方向緊張材と、前記塔状構造体の周方向に配置される周方向緊張材と、からなり、前記上下方向緊張材と前記周方向緊張材とは、前記塔状構造体の軸を中心とした同心円層又は同心多角形層の異なる層に配置されている。
本発明の第５態様の塔状構造物では、塔状構造体の上下方向に配置される上下方向緊張材と、塔状構造体の周方向に配置される周方向緊張材とによって、緊張材が構成されている。
そして、塔状構造体の軸を中心とした同心円層又は同心多角形層の異なる層に、上下方向緊張材と周方向緊張材とが配置されている。
よって、上下方向緊張材と周方向緊張材とを接触させずに、塔状構造体の上下方向及び周方向にプレストレスを導入することができる。
また、塔状構造体の上下方向と周方向とに導入するプレストレスを個々に調整できる。すなわち、塔状構造体の上下方向と周方向とに最適な大きさのプレストレスを導入することができる。
本発明の第６態様の塔状構造物は、前記緊張材は、前記塔状構造体の軸を中心にして螺旋状に配置される螺旋方向緊張材からなる。
本発明の第６態様の塔状構造物では、塔状構造体の軸を中心にして螺旋状に配置される螺旋方向緊張材によって、緊張材が構成されている。
よって、塔状構造体の軸を中心とした同心円層又は同心多角形層の１つの層で螺旋方向緊張材同士を接触させずに、塔状構造体の上下方向及び周方向にプレストレスを導入することができる。
また、塔状構造体の上下方向と周方向とに同時にプレストレスを導入できる。すなわち、プレストレスを導入する回数を減らすことができるので、プレストレス導入作業の煩雑さを低減できる。
また、塔状構造体の軸線に対する螺旋方向緊張材の傾き角度を調整することによって、塔状構造体の上下方向と周方向とに導入するプレストレスの大きさを調整することができる。
本発明の第７態様の塔状構造物は、前記螺旋方向緊張材は、前記塔状構造体の外壁面上に配置されている。
本発明の第７態様の塔状構造物では、塔状構造体の外壁面上に螺旋方向緊張材が配置されているので、螺旋方向緊張材を含めた塔状構造体の水平断面形状が上下方向に対して一様にならない。また、この水平断面形状は非対称の形状になる。これらにより、塔状構造体の風下側に発生するカルマン渦に起因して生じる渦励振を低減することができる。
本発明の第８態様の塔状構造物は、前記螺旋方向緊張材は、前記塔状構造体の軸を中心とした同心円層又は同心多角形層の異なる層に対をなして配置され、互いに反対方向に旋回している。
本発明の第８態様の塔状構造物では、塔状構造体の軸を中心とした同心円層又は同心多角形層の異なる層に対をなして螺旋方向緊張材が配置される。そして、対をなす螺旋方向緊張材同士は、互いに反対方向に旋回している。
よって、対となる螺旋方向緊張材は、同心円層又は同心多角形層の異なる層に配置されるので、螺旋方向緊張材同士を接触させずに、塔状構造体の上下方向及び周方向にプレストレスを導入することができる。
また、対をなす螺旋方向緊張材同士は互いに反対方向に旋回しているので、プレストレスの導入により塔状構造体に生じる捩れを、防止することができる。
本発明の第９態様の塔状構造物は、前記塔状構造体は、複数のプレキャストコンクリートユニットを積み上げて形成されている。
本発明の第９態様の塔状構造物では、複数のプレキャストコンクリートユニットを積み上げることにより、塔状構造体が形成されている。
よって、プレキャストコンクリートユニットの組立て（積み上げ）によって塔状構造体を形成することができるので、施工性を向上させることができる。
また、プレキャストコンクリートユニットを工場で製作することによって、プレキャストコンクリートユニットの品質を向上させることができる。
また、塔状構造体に導入される上下方向のプレストレスを利用して、プレキャストコンクリートユニット同士を圧着接合することができる。
本発明の第１０態様の塔状構造物は、前記プレキャストコンクリートユニットは、該プレキャストコンクリートユニットを周方向に分割した複数のプレキャストコンクリート部材によって形成されている。
本発明の第１０態様の塔状構造物では、プレキャストコンクリートユニットを周方向に分割した複数のプレキャストコンクリート部材によって、プレキャストコンクリートユニットが形成されている。
よって、プレキャストコンクリート部材の組立て（配置）によってプレキャストコンクリートユニットを形成することができるので、施工性を向上させることができる。
また、プレキャストコンクリート部材を工場で製作することによって、プレキャストコンクリート部材の品質を向上させることができる。
また、塔状構造体に導入される周方向のプレストレスを利用して、プレキャストコンクリート部材同士を圧着接合することができる。
本発明の第１１態様の塔状構造物は、同一形状に形成され複数配置された前記プレキャストコンクリート部材の間に調整部材が配置されている。
本発明の第１１態様の塔状構造物では、複数のプレキャストコンクリート部材が同一形状に形成されている。そして、配置されたこれら複数のプレキャストコンクリート部材の間に調整部材が配置されている。
よって、複数配置されるプレキャストコンクリート部材を同一形状にすることによりプレキャストコンクリート部材の大量生産が可能となるので、低コスト化を図ることができる。
本発明の第１２態様の塔状構造物は、同一形状に形成され複数配置された前記プレキャストコンクリート部材の間に現場打ちコンクリートが打設されている。
本発明の第１２態様の塔状構造物では、複数のプレキャストコンクリート部材が同一形状に形成されている。そして、配置されたこれら複数のプレキャストコンクリート部材の間に現場打ちコンクリートが打設されている。
よって、複数配置されるプレキャストコンクリート部材を同一形状にすることによりプレキャストコンクリート部材の大量生産が可能となるので、低コスト化を図ることができる。
また、プレキャストコンクリート部材の製作寸法や配置位置の誤差を、現場打ちコンクリートによって吸収することができるので、プレキャストコンクリート部材の製作や配置に高い精度を必要としない。
本発明の第１３態様の塔状構造物は、前記塔状構造体は、風力発電用タワーである。
本発明の第１３態様の塔状構造物では、塔状構造体を風力発電用タワーとしている。
風力発電施設は、多くの発電量を得るために、沿岸部、洋上、山岳部等の風の強い地域に設置されることが多い。よって、一般に、風力発電施設のナセル（ブレード）を最上部に設ける風力発電用タワーには大きな風荷重が作用する。
また、風力発電施設の設置基数の増加に伴って、風力発電における風況に適した場所や、風力発電施設の建設に適した場所が減少してきており、少ない基数の風力発電施設によって多くの発電量を確保することが望まれている。
よって、風力発電施設のブレード径は大きくなり、また、多くの風を受けさせるためにブレードは高い位置に設けられることになるので、風力発電用タワーの高さは高くなる傾向にある。
これに伴って、風力発電用タワーに作用する曲げモーメントも大きくなるが、塔状構造体には曲げ破壊が起きにくいので、塔状構造体を風力発電用タワーとして用いることができる。
本発明の第１４態様の塔状構造物の構築方法は、第９態様〜第１２態様の何れか１つに記載の塔状構造物を構築する塔状構造物の構築方法において、前記プレキャストコンクリートユニットを複数積み上げた状態でプレストレスを導入し、該積み上げた複数のプレキャストコンクリートユニットを一体にして第１構造体を形成する第１構造体形成工程と、前記第１構造体の上に、次の前記プレキャストコンクリートユニットを複数積み上げた状態でプレストレスを導入し、該積み上げた複数のプレキャストコンクリートユニットを一体にして第２構造体を形成する第２構造体形成工程と、前記第１構造体と前記第２構造体とをプレストレスにより接合する接合工程と、を有する。
本発明の第１４態様の塔状構造物の構築方法では、第１構造体形成工程と、第２構造体形成工程と、接合工程とを有している。
第１構造体形成工程では、プレキャストコンクリートユニットを複数積み上げた状態でプレストレスを導入し、積み上げた複数のプレキャストコンクリートユニットを一体にして第１構造体を形成する。
第２構造体形成工程では、第１構造体の上に次のプレキャストコンクリートユニットを複数積み上げた状態でプレストレスを導入する。
接合工程では、第１構造体と第２構造体とをプレストレスにより接合する。
よって、プレキャストコンクリートユニットの組み立て（積み上げ）作業によって合理的に塔状構造物を構築することができるので、施工コストを低く抑えることができ、工期を短くすることができる。
本発明は上記構成としたので、曲げ破壊が起きにくいコンクリート製の塔状構造物、及びこの塔状構造物の構築方法を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係る塔状構造物を示す立面図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットを示す斜視図である。 図２のＢ−Ｂ矢視図である。 図２のＣ−Ｃ矢視図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の第１の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットの変形例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットの変形例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットの接合方法の変形例を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットの接合方法の変形例を示す説明図であり、ＰＣ鋼棒同士が接続される前の状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットの接合方法の変形例を示す説明図であり、ＰＣ鋼棒同士が接続されて、上下に配置されたプレキャストコンクリート部材同士が接合された状態を示す図である。 図１１ＢのＤ−Ｄ矢視図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットの接合方法の変形例を示す説明図であり、ＰＣ鋼棒同士が接続される前の状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットの接合方法の変形例を示す説明図であり、ＰＣ鋼棒同士が接続されて、上下に配置されたプレキャストコンクリート部材同士が接合された状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る同心円層を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る塔状構造物を示す立面図である。 本発明の第２の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットを示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る挿入孔を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る塔状構造物の構築方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットの接合方法の変形例を示す説明図である。 図２０ＡのＥ−Ｅ矢視図である。 図２０ＡのＦ−Ｆ矢視図である。 本発明の第２の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットの接合方法の変形例を示す説明図であり、プレキャストコンクリートユニット同士が接合される前の状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るプレキャストコンクリートユニットの接合方法の変形例を示す説明図であり、プレキャストコンクリートユニット同士が接合された状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る塔状構造体の変形例を示す立面図である。 本発明の実施形態に係る塔状構造体の変形例を示す立面図である。 本発明の実施形態に係る塔状構造体の変形例を示す立面図である。 本発明の実施形態に係る塔状構造体の変形例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る塔状構造物の変形例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る塔状構造物の変形例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る塔状構造物の変形例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る緊張材の交差例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る緊張材の交差例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る緊張材の交差の変形例を示す説明図である。 図２７ＡのＧ−Ｇ矢視図である。 図２７ＡのＨ−Ｈ矢視図である。 従来の柱状構造物を示す説明図である。 従来のコンクリート製風車支持タワーを示す説明図である。
図面を参照しながら、本発明の塔状構造物、及び塔状構造物の構築方法を説明する。
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１の立面図に示すように、塔状構造物１０では、風力発電用タワーとしての鉄筋コンクリート製の塔状構造体１２が、基盤としての地盤１４に基礎杭２４を介して支持された基礎部２６上に立てられている。塔状構造体１２の頂上部には、ブレード１６及びナセル１８が設けられている。
塔状構造体１２の上下方向及び周方向には、プレストレス導入手段（不図示）によってプレストレスが導入されている。
プレストレス導入手段は、後に説明する緊張材としての上下方向緊張材（ＰＣ鋼より線５４、５８）及び周方向緊張材（ＰＣ鋼より線４４）を有している。これらの上下方向緊張材（ＰＣ鋼より線５４、５８）及び周方向緊張材（ＰＣ鋼より線４４）に、緊張力が加えられることにより、塔状構造体１２の上下方向及び周方向にプレストレスが導入される。
塔状構造体１２は、複数のプレキャストコンクリートユニット２０、２２を交互に積み上げることにより形成されている。
図１のＡ−Ａ矢視図である図２の平面図に示すように、プレキャストコンクリートユニット２０、２２は、一定の壁厚を有し平断面が正八角形状の筒体であり、プレキャストコンクリートユニット２０、２２を周方向に分割した複数の鉄筋コンクリート製のプレキャストコンクリート部材２８によって形成されている。図２では、プレキャストコンクリートユニット２２を周方向に４つに分割したプレキャストコンクリート部材２８が示されている。
各プレキャストコンクリート部材２８には、プレキャストコンクリートユニット２０、２２の周方向に貫通孔３０、３２を形成するシース管３４、３６が埋設されている。
貫通孔３０は、１つのシース管３４によって形成され、貫通孔３２は、プレキャストコンクリート部材２８を図２のように正八角形状に配置したときに繋がる２つのシース管３６によって形成される。
貫通孔３０、３２の端部には、支圧板３８及び定着具４０が設けられるスペースとなる切欠き部４２が形成されている。また、貫通孔３０、３２は、図３の斜視図に示すように、上下に複数形成されている。
プレキャストコンクリートユニット２０、２２を製作する場合には、まず、図２に示すように、プレキャストコンクリート部材２８を正八角形状に配置する。
次に、貫通孔３０、３２に、周方向緊張材としてのＰＣ鋼より線４４を挿入する。すなわち、プレキャストコンクリートユニット２０、２２（塔状構造体１２）の周方向に周方向緊張材４４を配置する。
次に、ＰＣ鋼より線４４の両端を緊張ジャッキ（不図示）により引っ張ってＰＣ鋼より線４４に緊張力を加え、ＰＣ鋼より線４４に緊張力が加えられたこの状態を保持するように、支圧板３８を介して設けられた定着具４０によってＰＣ鋼より線４４の両端部をプレキャストコンクリート部材２８に定着する。これにより、塔状構造体１２の周方向に配置される周方向緊張材としてのＰＣ鋼より線４４によって、塔状構造体１２の周方向にプレストレスが導入される。
そして、プレキャストコンクリート部材２８にＰＣ鋼より線４４を定着した後に、シース管３４、３６内にグラウトＷを充填し硬化させる。
このようにして、ＰＣ鋼より線４４により塔状構造体１２の周方向にプレストレスを導入し、さらに、貫通孔３６に挿入されたＰＣ鋼より線４４により、プレキャストコンクリート部材２８同士が圧着接合されて、一体化したプレキャストコンクリートユニット２０、２２を形成する。
また、このように、塔状構造体１２の周方向へのプレストレスの導入方法には、コンクリートが固まった後にプレストレスを導入するポストテンション方式が用いられている。
図２のＢ−Ｂ矢視図である図４Ａ、及び図２のＣ−Ｃ矢視図である図４Ｂに示すように、積み上げられた各プレキャストコンクリートユニット２０、２２の上端部には凸部４６が形成され、下端部にはこの凸部４６が挿入される凹部４８が形成されている。
これにより、積み上げられたプレキャストコンクリートユニット２０、２２を一体化する前のプレキャストコンクリートユニット２０、２２を積み上げただけの状態においても、プレキャストコンクリートユニット２０、２２が脱落することを防ぐことができる。なお、凸部４６をプレキャストコンクリートユニット２０、２２の下端部に形成し、凹部４８をプレキャストコンクリートユニット２０、２２の上端部に形成してもよい。また、凸部及び凹部は連続して形成する必要はなく、コッター形状のものをプレキャストコンクリートユニット２０、２２の上端部又は下端部に配置してもよい。また、プレキャストコンクリートユニット２０、２２の上端部及び下端部に凹部を形成し、これらの凹部にグラウト材を充填してコッターを形成してもよい。また、プレキャストコンクリートユニット２０とプレキャストコンクリートユニット２２との接合面のせん断力伝達が可能であれば、このような凸部や凹部を形成しなくてもよい。
なお、説明の都合上、図４Ａ、図４Ｂでは、プレキャストコンクリートユニット２０をプレキャストコンクリートユニット２０Ａ〜２０Ｄとし、プレキャストコンクリートユニット２２をプレキャストコンクリートユニット２２Ａ〜２２Ｄとしている。さらに、積み上げられているプレキャストコンクリートユニット２０、２２を下から上へ順に、プレキャストコンクリートユニット２０Ａ、２２Ａ、２０Ｂ、２２Ｂ、２０Ｃ、２２Ｃ、２０Ｄ、２２Ｄとしている。また、塔状構造体１２の周方向にプレストレスを導入するＰＣ鋼より線４４やシース管３４、３６等は省略している。
図４Ａ、図４Ｂに示すように、プレキャストコンクリートユニット２０、２２の内壁面には、支圧板５０を略水平に支持するブラケット５２が固定されている。
図４Ａでは、ブラケット５２は、プレキャストコンクリートユニット２０Ａ、２２Ｂ、２０Ｃ、２２Ｄに設けられている。
ブラケット５２に支持された支圧板５０間には上下方向緊張材としてのＰＣ鋼より線５４が配置されており、このＰＣ鋼より線５４には緊張ジャッキ（不図示）により緊張力が加えられている。そして、ＰＣ鋼より線５４に緊張力が加えられたこの状態を保持するように、定着具５６によってＰＣ鋼より線５４の両端部がプレキャストコンクリートユニット２０、２２に定着されている。
これにより、プレキャストコンクリートユニット２０Ａ、２２Ａ、２０Ｂ、２２Ｂは一体化され（第１構造体６０）、プレキャストコンクリートユニット２０Ｃ、２２Ｃ、２０Ｄ、２２Ｄは一体化されている（第２構造体６２）。
図４Ｂでは、ブラケット５２は、プレキャストコンクリートユニット２２Ａ、２０Ｂ、２２Ｃ、２０Ｄに設けられ、緊張力が加えられた上下方向緊張材としてのＰＣ鋼より線５８により、プレキャストコンクリートユニット２０Ｂ、２２Ｂ、２０Ｃ、２２Ｃは一体化されている（第３構造体６４）。
ここで、第１構造体６０と第２構造体６２とは、ＰＣ鋼より線５４の隣に配置されたＰＣ鋼より線５８によって導入されるプレストレスにより、圧着接合される。これにより、塔状構造体１２の上下方向に配置される上下方向緊張材としてのＰＣ鋼より線５４、５８によって、塔状構造体１２の上下方向にプレストレスが導入される。
なお、図２に示されたＰＣ鋼より線５４は、図４Ａの配置になっており、図２に示されたＰＣ鋼より線５８は、図４Ｂの配置になっている。
このように、塔状構造体１２の上下方向へのプレストレスの導入方法には、コンクリートが固まった後にプレストレスを導入するポストテンション方式が用いられている。
図１、２に示すように、プレキャストコンクリートユニット２２の外壁面上には、台形平断面を有する角柱状の突起部６６がコンクリートによって形成されている。これは、突起部６６を含めた塔状構造体１２の水平断面形状が、塔状構造体１２の上下方向に対して一様にならなくするためのものであり、これによって、塔状構造体１２の風下側に発生するカルマン渦に起因して生じる渦励振を低減することができる。
図２で示したプレキャストコンクリートユニット２２、及びＰＣ鋼より線４４、５４、５８のみを描いた図５の平面図に示すように、上下方向緊張材としてのＰＣ鋼より線５４、５８は、同心多角形層６８Ａに配置され、周方向緊張材としてのＰＣ鋼より線４４は、同心多角形層６８Ｂに配置されている。
ここで、同心多角形層６８Ａとは、塔状構造体１２（プレキャストコンクリートユニット２０、２２）の内壁面の内側に形成される一定の厚さｔ１を有する領域を意味し、同心多角形層６８Ｃとは、塔状構造体１２（プレキャストコンクリートユニット２０、２２）の外壁面の外側に形成される一定の厚さｔ２を有する領域を意味し、同心多角形層６８Ｂとは、塔状構造体１２（プレキャストコンクリートユニット２０、２２）の内壁面と外壁面との間に形成される領域を意味する。ｔ１、ｔ２は、緊張材（ＰＣ鋼材）の配置が可能な領域を説明するものであり、適宜設定することができる。
このように、同心多角形層６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃは、塔状構造体１２の軸７０を中心とした同心多角形層なので、上下方向緊張材（ＰＣ鋼より線５４、５８）と周方向緊張材（ＰＣ鋼より線４４）とは、塔状構造体１２の軸７０を中心とした同心多角形層の異なる層に配置されていることになる。
次に、塔状構造物１０の構築方法について説明する。
まず、図６Ａの斜視図に示すように、基礎杭２４上に鉄筋コンクリート製の基礎部２６を形成する。基礎部２６は、塔状構造体１２を確実に支持できる構造であれば他の構造であってもよい。例えば、基礎部２６をプレストレストコンクリートによって形成してもよいし、鋼製にしてもよい。
次に、図６Ｂの斜視図に示すように、現場の仮組みヤード等において、クレーン等を用いてプレキャストコンクリート部材２８を正八角形状に配置する。
次に、図６Ｃの斜視図に示すように、図２で示したプレキャストコンクリートユニット２２とほぼ同じ（プレキャストコンクリートユニット２２に突起部６６が形成されていない）構成のプレキャストコンクリートユニット２０を製作する。すなわち、貫通孔３０、３２に、ＰＣ鋼より線４４を挿入する。そして、ＰＣ鋼より線４４に緊張力を加えてプレキャストコンクリートユニット２０（塔状構造体１２）の周方向にプレストレスを導入し、さらに、貫通孔３６に挿入されたＰＣ鋼より線４４によって、プレキャストコンクリート部材２８同士を圧着接合して一体化したプレキャストコンクリートユニット２０を形成する。
次に、図７Ｄの斜視図に示すように、基礎部２６上に図６Ｃで製作されたプレキャストコンクリートユニット２０を載置する。そして、基礎部２６にプレキャストコンクリートユニット２０を接合する。この接合方法は、塔状構造体１２に大きな曲げモーメントが作用した場合においても十分に耐えることができる方法であればよい。例えば、図４Ａ、図４Ｂで示したのと同様の方法を用いて、上下方向緊張材によって基礎部２６にプレキャストコンクリートユニット２０を圧着接合してもよい。
次に、図７Ｅの斜視図に示すように、基礎部２６上に４つのプレキャストコンクリートユニット２０Ａ、２２Ａ、２０Ｂ、２２Ｂを積み上げた状態で、図４Ａで示したように、ＰＣ鋼より線５４によって塔状構造体１２の上下方向にプレストレスを導入し、これら４つのプレキャストコンクリートユニット２０Ａ、２２Ａ、２０Ｂ、２２Ｂを一体にして第１構造体６０を形成する（第１構造体形成工程）。
次に、図７Ｆの斜視図に示すように、第１構造体６０上に次の４つのプレキャストコンクリートユニット２０Ｃ、２２Ｃ、２０Ｄ、２２Ｄを積み上げる。そして、この状態で、図４Ａで示したように、ＰＣ鋼より線５４によって塔状構造体１２の上下方向にプレストレスを導入し、４つのプレキャストコンクリートユニット２０Ｃ、２２Ｃ、２０Ｄ、２２Ｄを一体にして第２構造体６２を形成する（第２構造体形成工程）。
次に、図４Ｂで示したように、ＰＣ鋼より線５８によって塔状構造体１２の上下方向にプレストレス導入し、第１構造体６０と第２構造体６２とを圧着接合する（接合工程）。
あとは、必要な高さになるまで図７Ｅ、図７Ｆの作業を繰り返し行って、塔状構造物１０を構築する。
このように、図６Ａ〜図６Ｃ、及び図７Ｄ〜図７Ｆで示した塔状構造物１０の構築方法では、プレキャストコンクリートユニット２０、２２の組み立て（積み上げ）作業によって合理的に塔状構造物１０を構築することができるので、施工コストを低く抑えることができ、工期を短くすることができる。
次に、本発明の第１の実施形態の作用及び効果について説明する。
第１の実施形態では、図４Ａ、図４Ｂで示したように、ＰＣ鋼より線５４、５８（プレストレス導入手段）により塔状構造体１２の上下方向にプレストレスを導入するので、地震や風等によって塔状構造体１２に作用する曲げモーメントに起因して発生する曲げ引張応力を低減することができる。これにより、塔状構造体１２の引張応力発生部にコンクリートのひび割れが生じるのを防ぐことが可能となり、塔状構造体１２の耐久性を向上させることができる。
また、図２で示したように、ＰＣ鋼より線４４（プレストレス導入手段）により塔状構造体１２（プレキャストコンクリートユニット２０、２２）の周方向にプレストレスを導入するので、塔状構造体１２（プレキャストコンクリートユニット２０、２２）を周方向に拘束することによるコンファインド効果が発揮され、塔状構造体１２の圧縮耐力、曲げ耐力、変形性能を向上させることができる。
そして、これらのプレストレス導入手段の効果により、曲げ破壊が起きにくいコンクリート製の塔状構造物１０を構築することができる。
また、上下方向緊張材としてのＰＣ鋼より線５４、５８と周方向緊張材としてのＰＣ鋼より線４４とは、塔状構造体１２の軸７０を中心とした同心多角形層の異なる層に配置されている（ＰＣ鋼より線５４、５８は、同心多角形層６８Ａに配置され、ＰＣ鋼より線４４は、同心多角形層６８Ｂに配置されている）ので、ＰＣ鋼より線５４、５８とＰＣ鋼より線４４とを接触させずに、塔状構造体１２の上下方向及び周方向にプレストレスを導入することができる（図５を参照のこと）。これによって、ＰＣ鋼より線４４、５４、５８に確実に緊張力を加えることができる。
また、塔状構造体１２の上下方向と周方向とに導入するプレストレスを個々に調整できる。すなわち、塔状構造体１２の上下方向と周方向とに最適な大きさのプレストレスを導入することができる。
また、図１、及び図７Ｄ〜図７Ｆで示したように、プレキャストコンクリートユニット２０、２２の組立て（積み上げ）によって塔状構造体１２を形成することができるので、施工性を向上させることができる。
また、プレキャストコンクリートユニット２０、２２を工場で製作することによって、プレキャストコンクリートユニット２０、２２の品質を向上させることができる。
また、塔状構造体１２に導入される上下方向のプレストレスを利用して、プレキャストコンクリートユニット２０、２２同士を圧着接合することができる。
また、図２、及び図６Ｂ、図６Ｃで示したように、プレキャストコンクリート部材２８の組立て（配置）によってプレキャストコンクリートユニット２０、２２を形成することができるので、施工性を向上させることができる。
また、プレキャストコンクリート部材２８を工場で製作することによって、プレキャストコンクリート部材２８の品質を向上させることができる。
また、塔状構造体１２（プレキャストコンクリートユニット２０、２２）に導入される周方向のプレストレスを利用して、プレキャストコンクリート部材２８同士を圧着接合することができる。
なお、第１の実施形態では、塔状構造体１２の上下方向及び周方向へのプレストレスの導入方法に、ポストテンション方式を用いた例を示したが、塔状構造体１２の上下方向及び周方向へのプレストレスの導入方法に、コンクリートが固まる前にプレストレスを導入するプレテンション方式を用いてもよい。
また、図８の平面図に示すように、工場や現場ヤード等で製作する際にプレテンション方式により周方向にプレストレスが導入されているプレキャストコンクリート部材２８同士を、ＰＣ鋼より線４４によって圧着接合するようにしてもよい。図８には、埋設された周方向緊張材としてのＰＣ鋼より線７２によってプレテンション方式のプレストレスが周方向に導入されたプレキャストコンクリート部材２８の例が示されている。
また、図９の平面図に示すように、工場や現場ヤード等で製作する際にプレテンション方式により上下方向にプレストレスが導入されているプレキャストコンクリート部材２８同士を、ＰＣ鋼より線によって圧着接合するようにしてもよい。
図９には、埋設された上下方向緊張材としてのＰＣ鋼より線７４によってプレキャストコンクリート部材２８の上下方向にプレテンション方式のプレストレスを導入し、上下に配置されたプレキャストコンクリート部材２８同士を上下方向緊張材としてのＰＣ鋼より線７６によって圧着接合した例が示されている。
図９では、同心多角形層６８ＡにＰＣ鋼より線７６が配置され、同心多角形層６８ＢにＰＣ鋼より線４４が配置され、同心多角形層６８ＣにＰＣ鋼より線７４が配置されていることになる。すなわち、図９の実施形態においても、上下方向緊張材としてのＰＣ鋼より線７４、７６と周方向緊張材としてＰＣ鋼より線４４とは、塔状構造体１２の軸７０を中心とした同心多角形層の異なる層に配置されているので、ＰＣ鋼より線７４、７６とＰＣ鋼より線４４とを接触させずに、塔状構造体１２の上下方向及び周方向にプレストレスを導入することができる。
また、塔状構造体１０の内壁面の正面図である図１０に示すように、ポストテンション方式により上下方向にプレストレスが導入され上下に配置されたプレキャストコンクリート部材２８同士を、ＰＣ鋼より線によって圧着接合するようにしてもよい。
図１０には、上下方向緊張材としてのＰＣ鋼より線７８によってプレキャストコンクリート部材２８の上下方向にポストテンション方式のプレストレスを導入し、上下に配置されたこのプレキャストコンクリート部材２８同士を上下方向緊張材としてのＰＣ鋼より線８０によって圧着接合した例が示されている。この場合、ＰＣ鋼より線７８によるプレストレスの導入は、プレキャストコンクリート部材２８の工場製作時に行ってもよいし、ＰＣ鋼より線８０によるプレキャストコンクリート部材２８同士の圧着接合作業の直前に行ってもよい。
また、塔状構造体１０の内壁面の正面図である図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１ＢのＤ−Ｄ矢視図である図１２に示すように、プレキャストコンクリート部材２８に設けられた上下方向緊張材としてのＰＣ鋼棒８２同士を機械式継ぎ手８４等によって接続し、これらのＰＣ鋼棒８２により塔状構造体１２の上下方向にプレストレスを導入するようにしてもよい。
図１１Ａには、ＰＣ鋼棒８２同士が接続される前の状態が示され、図１１Ｂには、ＰＣ鋼棒８２同士が接続されて、上下に配置されたプレキャストコンクリート部材２８（プレキャストコンクリートユニット２０、２２）同士が接合された状態が示されている。
この場合、ＰＣ鋼棒８２同士を接続した直後にはＰＣ鋼棒８２に緊張力を加えずに、まず、全てのプレキャストコンクリートユニット２０、２２を積み上げて、これらに設けられたＰＣ鋼棒８２の全ての接続を完了させる。
そして、接続されたＰＣ鋼棒８２の両端を緊張ジャッキ（不図示）により引っ張ってＰＣ鋼棒８２に緊張力を加え、ＰＣ鋼棒８２に緊張力が加えられたこの状態を保持するように、定着具によってＰＣ鋼棒８２の両端を塔状構造体１２に定着する。
さらに、塔状構造体１２にＰＣ鋼棒８２を定着した後に、シース管８６内にグラウトを充填し硬化させる。
なお、図１２に示すように、同心多角形層６８ＡにＰＣ鋼棒８２が配置されているので、上下方向緊張材としてのＰＣ鋼棒８２と周方向緊張材とは、塔状構造体１２の軸７０を中心とした同心多角形層の異なる層に配置されていることになり、ＰＣ鋼棒８２と周方向緊張材とを接触させずに、塔状構造体１２の上下方向及び周方向にプレストレスを導入することができる。
また、塔状構造体１０の内壁面の正面図である図１３Ａ、図１３Ｂの正面図に示すように、ＰＣ鋼棒８２を接続する毎にこのＰＣ鋼棒８２に緊張力を加えて各プレキャストコンクリート部材２８にプレストレスを導入し、支圧板８８及びナット９０によってＰＣ鋼棒８２の端部を各プレキャストコンクリート部材２８に定着するようにしてもよい。
図１３Ａには、ＰＣ鋼棒８２同士が接続される前の状態が示され、図１３Ｂには、ＰＣ鋼棒８２同士が接続されて、上下に配置されたプレキャストコンクリート部材２８（プレキャストコンクリートユニット２０、２２）同士が接合された状態が示されている。
この場合、各プレキャストコンクリート部材２８にＰＣ鋼棒８２の端部を定着する毎に、シース管８６内にグラウトＷを充填し硬化させる。
また、これまでに説明した、塔状構造体１２へのさまざまなプレストレス導入方法を組み合わせて用いてもよい。
また、第１の実施形態では、塔状構造体１２を正八角形状の水平断面を有する角筒状の構造体としたが、塔状構造体１２は、他の形状の構造体であってもよい。例えば、正方形や三角形等の多角形の水平断面を有する角筒状の構造体としてもよいし、円筒状、角柱状、円柱状、角錐状、又は円錐状の構造体としてもよい。
また、第１の実施形態では、上下方向緊張材を同心多角形層６８Ａに配置し、周方向緊張材を同心多角形層６８Ｂに配置した例を示したが、上下方向緊張材と周方向緊張材とは、塔状構造体１２の軸７０を中心とした同心多角形層の異なる層に配置されていればよい。
例えば、図１４に示すように、塔状構造体を円筒状の構造体９２とした場合には、構造体９２の軸９４を中心とした同心円層９６Ａ〜９６Ｃの異なる層に上下方向緊張材と周方向緊張材とが配置されていればよい。
ここで、同心円層９６Ａとは、構造体９２の内壁面の内側に形成される一定の厚さｔ３を有する領域を意味し、同心円層９６Ｃとは、構造体９２の外壁面の外側に形成される一定の厚さｔ４を有する領域を意味し、同心円層９６Ｂとは、構造体９２の内壁面と外壁面の間に形成される領域を意味する。ｔ３、ｔ４は、緊張材（ＰＣ鋼材）の配置が可能な領域を説明するものであり、適宜設定することができる。
また、第１の実施形態では、現場の仮組みヤード等で製作されたプレキャストコンクリートユニット２０、２２を積み上げることによって、塔状構造体１２を形成する例を示したが、他の組み立て方法で行ってもよい。例えば、プレキャストコンクリート部材２８を１つずつ接合することによって塔状構造体１２を形成してもよい。
また、第１の実施形態では、プレキャストコンクリート部材２８同士やプレキャストコンクリートユニット２０、２２同士をプレストレスにより圧着接合した例を示したが、他の方法で接合してもよい。例えば、プレキャストコンクリート部材２８に設けられた鉄筋をプレキャストコンクリート部材２８の端部から突出させておいて、この突出した鉄筋同士を機械式継ぎ手等で接続し、プレキャストコンクリート部材２８の接合面同士の間に形成される隙間にグラウトを充填するようにしてもよい。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態で説明した緊張材を螺旋方向緊張材としたものである。したがって、第２の実施形態の説明において第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に適宜省略して説明する。
図１５の立面図に示すように、塔状構造物９８では、風力発電用タワーとしての鉄筋コンクリート製の塔状構造体１００が、基盤としての地盤１４に基礎杭２４を介して支持された基礎部１３０上に立てられている。塔状構造体１００の頂上部には、ブレード１６及びナセル１８が設けられている。
塔状構造体１００には、プレストレス導入手段（不図示）によって、塔状構造体１００の螺旋方向にプレストレスが導入されている。
プレストレス導入手段は、後に説明する緊張材としての螺旋方向緊張材（ＰＣ鋼より線１３２、１３４）を有している。この螺旋方向緊張材（ＰＣ鋼より線１３２、１３４）に緊張力が加えられることにより、塔状構造体１００の上下方向及び周方向にプレストレスが導入される。すなわち、ＰＣ鋼より線１３２、１３４に加えられた斜め方向の緊張力の鉛直成分が、塔状構造体１００の上下方向に導入されるプレストレスとなり、ＰＣ鋼より線１３２、１３４に加えられた斜め方向の緊張力の水平成分が、塔状構造体１００の周方向に導入されるプレストレスとなる。
塔状構造体１００は、複数のプレキャストコンクリートユニット１０４を積み上げることにより形成されている。
図１６の斜視図に示すように、プレキャストコンクリートユニット１０４は、一定の壁厚を有する円筒状の構造体であり、鉄筋コンクリートによって形成されている。
各プレキャストコンクリートユニット１０４の壁内部には、塔状構造体１００の軸１０６を中心にして螺旋状にシース管１０８が配置され、このシース管１０８により貫通孔１１０が形成されている。
各プレキャストコンクリートユニット１０４の外壁面上には、台形横断面を有する角柱状の突起部１１２がコンクリートによって形成されている。この突起部１１２は、塔状構造体１００の軸１０６を中心にして螺旋状に設けられている。
突起部１１２の内部には、突起部１１２の軸方向に沿ってシース管１１４が配置されており、このシース管１１４により貫通孔１１６が形成されている。
すなわち、貫通孔１１０、１１６は、塔状構造体１００の軸１０６を中心にして螺旋状に形成されている。そして、各プレキャストコンクリートユニット１０４を所定の平面配置で積み上げたときに、これらの貫通孔１１０、１１６はそれぞれ１つに繋がり、図１７に示すように、塔状構造体１００の軸１０６を中心にして螺旋状に連通する１つの挿入孔１１８、１２０となる（貫通孔１１０により挿入孔１１８が形成され、貫通孔１１６により挿入孔１２０が形成されている）。
また、貫通孔１１０、１１６は、挿入孔１１８と挿入孔１２０とが、互いに反対方向に旋回するように形成されている（挿入孔１１８は矢印１２２の方向に旋回し、挿入孔１２０は矢印１２４の方向に旋回している）。なお、図１７では、挿入孔１１８と挿入孔１２０との相対関係をわかり易くするために、説明の都合上、挿入孔１１８と挿入孔１２０の直径を大きく異ならせて描いている。
また、図１６に示すように、積み上げられる各プレキャストコンクリートユニット１０４の上端部には凸部１２６が形成され、下端部にはこの凸部１２６が挿入される凹部１２８が形成されている。これにより、積み上げられたプレキャストコンクリートユニット１０４を一体化する前の複数のプレキャストコンクリートユニット１０４を積み上げただけの状態においても、プレキャストコンクリートユニット１０４が脱落することを防ぐことができる。
次に、塔状構造物９８の構築方法について説明する。
まず、図１８Ａの斜視図に示すように、基礎杭２４上に鉄筋コンクリート製の基礎部１３０を形成する。基礎部１３０は、塔状構造体１００を確実に支持できる構造であれば他の構造であってもよい。例えば、基礎部１３０をプレストレストコンクリートによって形成してもよいし、鋼製にしてもよい。
次に、図１８Ｂの斜視図に示すように、基礎部１３０上に図１６で示したプレキャストコンクリートユニット１０４を載置する。このとき、プレキャストコンクリートユニット１０４の平面配置を調整して、プレキャストコンクリートユニット１０４の下端部に形成された凹部１２８に、基礎部１３０の上端部に形成された凸部１２６が挿入されるようにする。
そして、基礎部１３０にプレキャストコンクリートユニット１０４を接合する。この接合方法は、塔状構造体１００に大きな曲げモーメントが発生した場合においても十分に耐えることができる方法であればよい。例えば、図４Ａ、図４Ｂで示したのと同様の方法を用いて、上下方向緊張材によって基礎部１３０にプレキャストコンクリートユニット１０４を圧着接合してもよい。
次に、図１８Ｃの斜視図に示すように、基礎部１３０上に載置したプレキャストコンクリートユニット１０４の上に、プレキャストコンクリートユニット１０４を積み上げていく。
次に、図１９Ｄの斜視図に示すように、必要な高さになるまでプレキャストコンクリートユニット１０４の積み上げを行って、塔状構造体１００を形成する。
そして、全てのプレキャストコンクリートユニット１０４の積み上げが完了したときに、各プレキャストコンクリートユニット１０４に形成された貫通孔１１０、１１６が連通し、図１７で示したように、挿入孔１１８、１２０がそれぞれ形成される。
次に、挿入孔１１８、１２０に、螺旋方向緊張材としてのＰＣ鋼より線１３２、１３４を挿入する。このとき、ＰＣ鋼より線１３２、１３４は、挿入孔１１８、１２０と同様に、塔状構造体１００の軸１０６を中心にして螺旋状に配置される。
また、ＰＣ鋼より線１３２、１３４は、互いに反対方向に旋回するように配置される（図１７において、ＰＣ鋼より線１３２は、矢印１２２の方向に旋回し、ＰＣ鋼より線１３４は、矢印１２４の方向に旋回する）。
すなわち、第２の実施形態では、塔状構造体１００の上下方向及び周方向にプレストレスを導入する緊張材が、塔状構造体１００の軸１０６を中心にして螺旋状に配置される螺旋方向緊張材（ＰＣ鋼より線１３２、１３４）によって構成されている。
次に、図１９Ｅの斜視図に示すように、ＰＣ鋼より線１３２、１３４の両端を緊張ジャッキ１３６により引っ張ってＰＣ鋼より線１３２、１３４に緊張力を加え、ＰＣ鋼より線１３２、１３４に緊張力が加えられたこの状態を保持するように、定着具（不図示）によってＰＣ鋼より線１３２、１３４の両端を塔状構造体１００に定着する。
このようにして、螺旋方向緊張材としてのＰＣ鋼より線１３２、１３４により塔状構造体１００の螺旋方向（上下方向及び周方向）にプレストレスを導入し、さらに、このプレストレスによってプレキャストコンクリートユニット１０４同士を圧着接合し、積み上げられた全てのプレキャストコンクリートユニット１０４を一体化して塔状構造物９８を構築する。
次に、塔状構造体１００にＰＣ鋼より線１３２、１３４の両端を定着した後に、シース管１０８、１１４内にグラウトを充填し硬化させる。
このようにして、図１８Ａ〜図１８Ｃ、及び図１９Ｄ、図１９Ｅで示した塔状構造物９８の構築方法では、プレキャストコンクリートユニット１０４の組み立て（積み上げ）作業によって合理的に塔状構造物９８を構築することができるので、施工コストを低く抑えることができ、工期を短くすることができる。
また、このように、塔状構造体１００の螺旋方向（上下方向及び周方向）へのプレストレスの導入方法には、コンクリートが固まった後にプレストレスを導入するポストテンション方式が用いられている。
次に、本発明の第２の実施形態の作用及び効果について説明する。
第２の実施形態では、ＰＣ鋼より線１３２、１３４（プレストレス導入手段）により塔状構造体１００の上下方向にプレストレスを導入するので、地震や風等によって塔状構造体１００に作用する曲げモーメントに起因して発生する曲げ引張応力を低減することができる。これにより、塔状構造体１００の引張応力発生部にコンクリートのひび割れが生じるのを防ぐことが可能となり、塔状構造体１００の耐久性を向上させることができる。
また、ＰＣ鋼より線１３２、１３４（プレストレス導入手段）により塔状構造体１００の周方向にプレストレスを導入するので、塔状構造体１００を周方向に拘束することによるコンファインド効果が発揮され、塔状構造体１００の圧縮耐力、曲げ耐力、変形性能を向上させることができる。
そして、これらのプレストレスの導入効果により、曲げ破壊が起きにくいコンクリート製の塔状構造物を構築することができる。
また、塔状構造体１００の軸１０６を中心にして螺旋状に配置される螺旋方向緊張材としてのＰＣ鋼より線１３２、１３４によって緊張材が構成されているので、塔状構造体１００の軸１０６を中心とした同心円層の１つの層で螺旋方向緊張材同士を接触させずに、塔状構造体１００の上下方向及び周方向にプレストレスを確実に導入することができる。
ここで、同心円層とは、図１４で説明した同心円層９６Ａ〜９６Ｃを意味し、第２の実施形態では、図１６に示すように、同心円層９６ＢにＰＣ鋼より線１３２が配置され、同心円層９６ＣにＰＣ鋼より線１３４が配置されている。
また、螺旋方向緊張材としてのＰＣ鋼より線１３２、１３４によって、塔状構造体１００の上下方向と周方向とに同時にプレストレスを導入できる。すなわち、プレストレスを導入する回数を減らすことができるので、プレストレス導入作業の煩雑さを低減できる。
また、塔状構造体１００の軸線１０６に対する螺旋方向緊張材（ＰＣ鋼より線１３２、１３４）の傾き角度を調整することによって、塔状構造体１００の上下方向と周方向とに導入するプレストレスの大きさを調整することができる。
また、対となる螺旋方向緊張材としてのＰＣ鋼より線１３２とＰＣ鋼より線１３４とは、同心円層の異なる層に配置されるので、ＰＣ鋼より線１３２とＰＣ鋼より線１３４とを接触させずに、塔状構造体１００の上下方向及び周方向にプレストレスを確実に導入することができる。
また、対をなすＰＣ鋼より線１３２とＰＣ鋼より線１３４とは互いに反対方向に旋回しているので、プレストレスの導入により塔状構造体１００に生じる捩れを防止することができる。
また、塔状構造体１００の外壁面上に螺旋方向緊張材としてのＰＣ鋼より線１３４及び突起部１１２が設けられているので、ＰＣ鋼より線１３４及び突起部１１２を含めた塔状構造体１００の水平断面形状が上下方向に対して一様にならない。また、この水平断面形状は非対称の形状になる。これらにより、塔状構造体１００の風下側に発生するカルマン渦に起因して生じる渦励振を低減することができる。
また、図１５、及び図１８Ｂ、図１８Ｃで示したように、プレキャストコンクリートユニット１０４の組立て（積み上げ）によって塔状構造体１００を形成することができるので、施工性を向上させることができる。
また、プレキャストコンクリートユニット１０４を工場で製作することによって、プレキャストコンクリートユニット１０４の品質を向上させることができる。
また、塔状構造体１００に導入される上下方向のプレストレスを利用して、複数のプレキャストコンクリートユニット１０４同士を圧着接合することができる。
また、プレキャストコンクリートユニット１０４を複数のプレキャストコンクリート部材（不図示）によって構成し、このプレキャストコンクリート部材同士を圧着接合するようにしてもよい。
なお、第２の実施形態では、塔状構造体１００の上下方向及び周方向へのプレストレスの導入方法に、ポストテンション方式を用いた例を示したが、塔状構造体１００の上下方向及び周方向へのプレストレスの導入方法に、コンクリートが固まる前にプレストレスを導入するプレテンション方式を用いてもよい。
また、図２０Ａ〜図２０Ｃの斜視図に示すように、工場や現場ヤード等で製作する際にプレテンション方式により螺旋方向に個々にプレストレスが導入されているプレキャストコンクリートユニット１０４同士を、ＰＣ鋼より線１３８によって圧着接合するようにしてもよい。
図２０Ｂは、図２０Ａの斜視図のＥ−Ｅ矢視図であり、図２０Ｃは、図２０ＡのＦ−Ｆ矢視図である。埋設された螺旋方向緊張材としてのＰＣ鋼より線１４０によってプレテンション方式のプレストレスが螺旋方向に個々に導入されたプレキャストコンクリートユニット１０４の例が示されている。プレキャストコンクリートユニット１０４の外壁面に形成されたコンクリート製の突起部１４６内に設けられたＰＣ鋼より線１３８の両端部は、定着具１４４によって支圧板１４２を介してプレキャストコンクリートユニット１０４に定着されている。
また、ポストテンション方式により螺旋方向にプレストレスが導入されているプレキャストコンクリート部材２８同士を、ＰＣ鋼より線によって圧着接合するようにしてもよい。この場合、ポストテンション方式によるプレストレスの導入は、工場製作時に行ってもよいし、ＰＣ鋼より線によるプレキャストコンクリート部材２８同士の圧着接合作業の直前に行ってもよい。
また、これまでに説明した、塔状構造体１００へのさまざまなプレストレス導入方法を組み合わせて用いてもよい。
また、第２の実施形態では、塔状構造体１００を一定の壁厚を有する円筒状の構造体としたが、塔状構造体１００は、他の形状の構造体であってもよい。例えば、正方形や三角形等の多角形の水平断面を有する角筒状の構造体としてもよいし、角筒状、角柱状、円柱状、角錐状、又は円錐状の構造体としてもよい。
また、第２の実施形態では、螺旋方向緊張材を同心円層９６Ｂ、９６Ｃに配置した例を示したが、複数配置される螺旋方向緊張材は、塔状構造体１００の軸１０６を中心とした同心円層の異なる層に配置されていればよい。
また、螺旋方向緊張材同士が接触しないように配置できれば、同心円層の同じ層に複数の螺旋方向緊張材を配置してもよい。
緊張材同士の接触をさける工夫としては、例えば、図２５に示すように、複数の螺旋方向緊張材の交点にあたる部分に、Ｘ形状の連結部材１８２を設け、連結部材１８２の端部に形成された雌ネジに、螺旋方向緊張材１８０の端部に形成された雄ネジをねじ込むようにしてもよい。
また、図２６に示すように、立体交差状に螺旋方向緊張材１９０、１９２を配置し、螺旋方向緊張材１９０、１９２が設けられている突起部１８６、１８４が重なり合う交差部１８８の厚みを厚くしてもよい。
また、例えば、異なる同心円層にそれぞれ多数の螺旋緊張材を配置して、螺旋緊張材が正面視にてメッシュ状に配置されるようにしてもよい。
また、図２７Ａ、図２７ＡのＧ−Ｇ矢視図である図２７Ｂ、図２７ＡのＨ−Ｈ矢視図である図２７Ｃに示すように、正面視にて交差するように異なる深さの溝２００、２０２を形成し、それぞれの溝２００、２０２に螺旋方向緊張材２０４、２０６を配置してもよい。
例えば、螺旋方向緊張材２０４、２０６の横断面の直径をｄとしたときに、溝２００の深さを０．５×ｄとし、溝２０２の深さを１．５×ｄとすれば、螺旋方向緊張材２０４と螺旋方向緊張材２０６との干渉を回避させることができる。
また、第２の実施形態では、プレキャストコンクリートユニット１０４を積み上げることによって、塔状構造体１００を形成する例を示したが、他の組み立て方法で行ってもよい。例えば、プレキャストコンクリートユニット１０４を複数のプレキャストコンクリート部材によって形成されるようにし、このプレキャストコンクリート部材を１つずつ接合することによって塔状構造体１００を形成してもよい。
また、第２の実施形態では、必要な高さになるまでプレキャストコンクリートユニット１０４の積み上げを行った後に、螺旋方向緊張材としてのＰＣ鋼より線１３２、１３４により塔状構造体１００に螺旋方向のプレストレスを導入した例を示したが、螺旋方向のプレストレスを導入するタイミングは適宜決めればよい。例えば、プレキャストコンクリートユニット１０４を１つ積み上げる毎に螺旋方向のプレストレスを導入してもよいし、レキャストコンクリートユニット１０４を４つ積み上げる毎に螺旋方向のプレストレスを導入してもよい。
また、第２の実施形態では、プレキャストコンクリートユニット１０４同士をプレストレスにより圧着接合した例を示したが、他の方法で接合してもよい。例えば、図２１Ａ、図２１Ｂに示すように、プレキャストコンクリートユニット１０４に設けられた鉄筋１４８同士を機械式継ぎ手１５０等で接続し、プレキャストコンクリートユニット１０４の接合面同士の間に形成される隙間にグラウトＷを充填するようにしてもよい。
図２１Ａは、プレキャストコンクリートユニット１０４同士が接合される前の状態であり、図２１Ｂは、プレキャストコンクリートユニット１０４同士が接合された（鉄筋１４８同士が接続された）状態である。
図２１Ａ及び図２１Ｂでは、シース管１５２によって形成された収容孔１５４に、プレキャストコンクリートユニット１０４の接合面から突出しないように機械式継ぎ手１５０を収容しておく。
そして、プレキャストコンクリートユニット１０４同士を接合するときに、収容孔１５４から機械式継ぎ手１５０を引き出し、シース管１５８により形成された挿入孔１６０に挿入して、機械式継ぎ手１５０を介して鉄筋１４８同士を接続する。
このようにすれば、水平方向又は横方向にプレキャストコンクリートユニット１０４を移動させてプレキャストコンクリートユニット１０４を配置することができる。なお、ボルト１５６は、載置されるプレキャストコンクリートユニット１０４のレベル調整のために設けられている。
また、第２の実施形態では、螺旋方向緊張材（ＰＣ鋼より線１３２、１３４）が塔状構造体１００の軸１０６を中心にして螺旋状に配置されているが、この螺旋状とは、一般的に円柱面上を回転しながら軸方向に一定の速度で進んでいく時にできる渦巻状の空間曲線を意味しているが、１回以上回転しなくてもよい。すなわち、軸方向に延設され且つ周方向に傾斜して形成されているものであればよい。
以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明した。
なお、第１及び第２の実施形態では、緊張材をＰＣ鋼より線やＰＣ鋼棒とした例を示したが、緊張力を確実に加えられる線材又は軸材であればよい。ＰＣ鋼より線、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒等のＰＣ鋼材を用いるのが好ましい。
また、第１の実施形態では、塔状構造体１２を構成するブロックを、この塔状構造体１２を上下に複数分割したプレキャストコンクリートユニット２０、２２、及びこのプレキャストコンクリートユニット２０、２２を周方向に複数分割したプレキャストコンクリート部材２８とした例を示し、第２の実施形態では、塔状構造体１００を構成するブロックを、この塔状構造体１００を上下に複数分割したプレキャストコンクリートユニット１０４とした例を示したが、塔状構造体を構成するブロックは、塔状構造体をどのように分割されたものであってもよい。
例えば、図２２Ａの立面図に示すように、塔状構造体１６２を構成するブロックを、塔状構造体１６２を周方向のみに分割したブロック１６２Ａとしてもよい。
また、図２２Ｂの立面図に示すように、塔状構造体１６４を構成するブロックを、上方は塔状構造体１６４を上下に分割したブロック１６４Ａとし、下方は塔状構造体１６４を上下及び周方向に分割したブロック１６４Ｂとしてもよい。
また、図２２Ｃの立面図に示すように、塔状構造体１６６を構成するブロックを、下方は塔状構造体１６６を上下に分割したブロック１６６Ｂとし、上方は塔状構造体１６２を上下及び周方向に分割したブロック１６６Ａとしてもよい。
また、例えば、図２３に示すような塔状構造体１６８のように、同一形状に形成されたプレキャストコンクリート部材としての複数の標準部材１７０と、配置された複数の標準部材１７０の間に配置される調整部材１７２とによって、塔状構造体を形成してもよい。
このようにすれば、同一形状の標準部材１７０の大量生産が可能となるので、低コスト化を図ることができる。
また、調整部材１７２を配置しないで、配置された複数の標準部材１７０の間に現場打ちコンクリートを打設してもよい。
このようにすれば、標準部材１７０の製作寸法や配置位置の誤差を、現場打ちコンクリートによって吸収することができるので、標準部材１７０の製作や配置に、高い精度を必要としない。
また、第１及び第２の実施形態では、プレキャストコンクリートユニット２０、２２、１０４やプレキャストコンクリート部材２８によって塔状構造体１２、１００を形成した例を示したが、現場打ちコンクリートによって塔状構造体１２、１００を形成してもよいし、プレキャストコンクリートブロックと現場打ちコンクリートを併用して塔状構造体１２、１００を形成してもよい。
また、プレキャストコンクリートユニット２０、２２、１０４やプレキャストコンクリート部材２８は、工場で製作してもよいし、現場ヤードで製作してもよい。
また、第１の実施形態では、プレキャストコンクリートユニット２２の外壁面上に突起部６６を設けた例を示し、第２の実施形態では、プレキャストコンクリートユニット１０４の外壁面上に突起部１１２を設けた例を示したが、上下方向に対して塔状構造体の水平断面形状が一様になっていなければよい。例えば、図２４Ａ〜図２４Ｃの斜視図に示すような、塔状構造物１７４、１７６、１７８のようにしてもよい。
また、塔状構造体の風下側に発生するカルマン渦に起因して生じる渦励振が問題とならない場合には、これらの突起部は設けなくてもよい。
また、第１の実施形態では、プレキャストコンクリートユニット２０、２２やプレキャストコンクリート部材２８をプレストレスにより圧着接合した例を示し、第２の実施形態では、プレキャストコンクリートユニット１０４をプレストレスにより圧着接合した例を示したが、プレキャストコンクリートユニット２０、２２、１０４やプレキャストコンクリート部材２８の接合面にコッターを設けて接合強度を向上させてもよい。
プレキャストコンクリートユニット２０、２２、１０４や、プレキャストコンクリート部材２８の接合に圧着接合を用いれば、現場施工によって接合部に施すグラウト作業を低減する又は無くすことができる。
また、第１及び第２の実施形態で示した緊張材により導入するプレストレス量は、塔状構造体に発生する応力状態を考慮して調整すればよい。緊張材により導入するプレストレス量は、緊張ジャッキにより緊張材に加える緊張力の大きさ、緊張材の断面積の大きさ、緊張材の配置数等を変えることによって調整することができる。
例えば、主に風荷重が作用する塔状構造体の上部では、渦励振低減手段としての突起部６６を設け、プレキャストコンクリートユニットやプレキャストコンクリート部材の圧着接合が可能な程度のプレストレスを導入し、そして、曲げモーメントの大きくなる塔状構造体の下部では、上下方向及び横方向にプレストレスを導入する緊張材を多く配置するようにしてもよい。
また、第１の実施形態で示したプレキャストコンクリートユニット２０、２２や、第２の実施形態で示したプレキャストコンクリートユニット１０４には、説明の都合上、鉄筋が省略されているが、各プレキャストコンクリートユニットの必要とする強度に応じて適宜設ければよい。
また、第１及び第２の実施形態では、プレキャストコンクリートユニット２０、２２、１０４を鉄筋コンクリートで形成した例を示したが、鉄筋コンクリート以外のコンクリートによって形成してもよい。例えば、スチールファイバや炭素繊維等を有する繊維補強コンクリートによってプレキャストコンクリートユニット２０、２２、１０４（搭状構造体）を形成してもよい。これによって、プレキャストコンクリートユニット２０、２２、１０４（搭状構造体）に設けられる鉄筋を減らす又は無くすことができる。プレキャストコンクリートユニット２０、２２、１０４を無筋にすれば、鉄筋に発生する錆によって生じるコンクリートの耐久性低下を防ぐことができる。
また、塔状構造体が高層になる場合、一般に、塔状構造体に作用する曲げモーメントは大きくなるので、設計応力度も大きな値としなければならない。
これに対する対策としては、塔状構造体の水平断面を大きくすることにより塔状構造体に発生する応力を小さくし、これによって設計応力度を小さくすることが考えられる。
しかし、太い形状にして水平断面を大きくした塔状構造体を複数のプレキャストコンクリートブロック（第１及び第２の実施形態では、プレキャストコンクリートユニット又はプレキャストコンクリート部材）の接合によって形成する場合、接合作業の回数を減らして施工を容易にする為に分割数（プレキャストコンクリートブロックの個数）を少なくしようとすると、当然に個々のプレキャストコンクリートブロックの大きさも大きくなってしまう。
よって、工場等で製作したプレキャストコンクリートブロックを現場へ輸送するのが困難になる。特に、山岳地に塔状構造体を構築する場合、プレキャストコンクリートブロックの輸送は大きな課題となる。
さらに、塔状構造体の施工において、大きなプレキャストコンクリートブロックの揚重作業は面倒であり、また、大型クレーン等の大きな揚重設備を必要とするので施工コストが高くなってしまう。
高層の塔状構造体の設計応力度が大きな値となることに対する他の対策としては、許容応力度の高い高強度コンクリート材料を用いて塔状構造体を形成することが考えられる。
しかし、高強度コンクリート材料は、材料コストが高く、普通コンクリートに比べてワーカビリティも低いので施工性が悪くなってしまう。
これらの問題に対して、第１及び第２の実施形態では、塔状構造体の周方向にプレストレスを導入することにより発揮されるコンファインド効果によって塔状構造体の許容圧縮応力度を大きくすることができるので、同じコンクリート材料が用いられた（同じ圧縮強度を有する）鉄筋コンクリート製の塔状構造体に比べて断面係数（断面）を小さくすることができる。
すなわち、塔状構造体を細い形状にすることが可能となるので、分割数（プレキャストコンクリートブロックの個数）を減らしてもプレキャストコンクリートブロックを小さくすることができる。
これにより、プレキャストコンクリートブロックの輸送や揚重作業が容易になり、小さな揚重設備においても施工が可能となる。
また、塔状構造体の周方向にプレストレスを導入することにより発揮されるコンファインド効果によって塔状構造体の許容圧縮応力度を大きくすることができるので、必要とする許容圧縮応力度よりも小さい許容圧縮応力度特性を有するコンクリート材料を用いることができる。すなわち、高強度コンクリートを用いて塔状構造体を形成しなくてもよい。
よって、流動性の高く、高強度コンクリートと比べて安価なコンクリートを用いることが可能となるので、ワーカビリティ向上や低コスト化を図ることができる。
また、第１及び第２の実施形態では、塔状構造体を風力発電用タワーとして用いた例を示したが、煙突、送電線塔、飛行場の管制塔、テレビ塔、塔状の建物等に用いてもよい。
風力発電施設は、多くの発電量を得るために、沿岸部、洋上、山岳部等の風の強い地域に設置されることが多い。よって、一般に、風力発電施設のナセル（ブレード）を最上部に設ける風力発電用タワーには大きな風荷重が作用する。
また、風力発電施設の設置基数の増加に伴って、風力発電における風況に適した場所や、風力発電施設の建設に適した場所が減少してきており、少ない基数の風力発電施設によって多くの発電量を確保することが望まれている。
よって、風力発電施設のブレード径は大きくなり、また、多くの風を受けさせるためにブレードは高い位置に設けられることになるので、風力発電用タワーの高さは高くなる傾向にある。
これに伴って、風力発電用タワーに発生する曲げモーメントも大きくなるが、本発明の塔状構造体には曲げ破壊が起きにくいので、塔状構造体を風力発電用タワーとして有効に用いることができる。
また、第１及び第２の実施形態では、基盤を地盤１４とした例を示したが、これに限らず、例えば基盤を構造物、建物の置上部、杭を介して海底に支持されて洋上に配置される構造体、洋上に浮いて配置される構造体としてもよい。
以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第１及び第２の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
１０、９８、１７４、１７６、１７８ 塔状構造物
１２、１００、１６２、１６４、１６６、１６８ 塔状構造体
１４ 地盤（基盤）
２０、２２、１０４ プレキャストコンクリートユニット
２８ プレキャストコンクリート部材
４４、７２ ＰＣ鋼より線（周方向緊張材、緊張材）
５４、５８、７４、７６、７８、８０、８２ ＰＣ鋼より線（上下方向緊張材、緊張材）
６０ 第１構造体
６２ 第２構造体
６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ 同心多角形層
７０、９４、１０６ 軸
９２ 構造体（塔状構造体）
９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ 同心円層
１３２、１３４、１３８、１４０ ＰＣ鋼より線（螺旋方向緊張材、緊張材）
１７０ 標準部材（プレキャストコンクリート部材）
１７２ 調整部材
１８０、１９０、１９２、２０４、２０６ 螺旋方向緊張材（緊張材）

Claims (11)

  1. 基盤上に立てられたコンクリート製の塔状構造体と、
    前記塔状構造体の外壁面上に該塔状構造体の軸を中心にして螺旋状に配置され、緊張力が加えられて前記塔状構造体の上下方向及び周方向にプレストレスを導入する第１螺旋方向緊張材と、
    を有する塔状構造物。
  2. 前記塔状構造体の軸を中心とした同心円層又は同心多角形層における、前記第１螺旋方向緊張材が配置される層と異なる層に該第１螺旋方向緊張材と対をなして配置され、該第１螺旋方向緊張材と反対方向に旋回している第２螺旋方向緊張材を有する請求項１に記載の塔状構造物。
  3. 前記第２螺旋方向緊張材は、前記第１螺旋方向緊張材と接触しないように配置されている請求項１又は２に記載の塔状構造物。
  4. 前記塔状構造体は、鉄筋コンクリート製である請求項１〜３の何れか１項に記載の塔状構造物。
  5. 前記塔状構造体は、繊維補強コンクリート製である請求項１〜３の何れか１項に記載の塔状構造物。
  6. 前記塔状構造体は、複数のプレキャストコンクリートユニットを積み上げて形成されている請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の塔状構造物。
  7. 前記プレキャストコンクリートユニットは、該プレキャストコンクリートユニットを周方向に分割した複数のプレキャストコンクリート部材によって形成されている請求項６に記載の塔状構造物。
  8. 同一形状に形成され複数配置された前記プレキャストコンクリート部材の間に調整部材が配置されている請求項７に記載の塔状構造物。
  9. 同一形状に形成され複数配置された前記プレキャストコンクリート部材の間に現場打ちコンクリートが打設されている請求項７に記載の塔状構造物。
  10. 前記塔状構造体は、風力発電用タワーである請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の塔状構造物。
  11. 請求項６〜請求項９の何れか１項に記載の塔状構造物を構築する塔状構造物の構築方法において、
    前記プレキャストコンクリートユニットを複数積み上げた状態でプレストレスを導入し、該積み上げた複数のプレキャストコンクリートユニットを一体にして第１構造体を形成する第１構造体形成工程と、
    前記第１構造体の上に、次の前記プレキャストコンクリートユニットを複数積み上げた状態でプレストレスを導入し、該積み上げた複数のプレキャストコンクリートユニットを一体にして第２構造体を形成する第２構造体形成工程と、
    前記第１構造体と前記第２構造体とをプレストレスにより接合する接合工程と、
    を有する塔状構造物の構築方法。
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