JP2013525635A

JP2013525635A - スタンド構造体

Info

Publication number: JP2013525635A
Application number: JP2013505330A
Authority: JP
Inventors: ハムドゥビッシャー、クリスチャン
Original assignee: シュティフトゥンクアルフレット − ヴェーゲナー − インスティチュートフェールポーラー − ウントメーレスフォルシュンク
Priority date: 2010-04-18
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2013-06-20
Also published as: WO2011131160A3; EP2561225A2; WO2011131160A2; CN102884316B; EP2561225B1; US9151437B2; ES2468825T3; CN102884316A; DE102010015761B4; DK2561225T3; KR20130031249A; DE102010015761A1; US20130193284A1; HK1175515A1

Abstract

例えば洋上風力発電設備などの、一般的なタイプのスタンド構造体は、上部サポート表面２６を有する中心柱０２と、複数の基礎部材０５と、それぞれの上部放射状支柱０３及び下部放射状支柱０４とを含み、支柱は、中心柱０２と基礎部材０５との間にそれぞれ延在している。この場合、既知の上部放射状支柱は、直線の態様で延び、非常に鋭角の角度で中心柱との接続を形成する。応力が、不利な切欠き応力をもたらす可能性がある。本発明によるスタンド構造体０１は、中心長手方向軸線２０内に凸状の上部放射状支柱０３有し、前記上部放射状支柱は、その上部接続部０７によって、比較的大きい角度で中心柱０２に接続されている。荷重がかかると、曲げが増大し、これによって下方方向変位が結果的に生じる。切欠き応力は、上部接続部０７にほとんど発生しない。上部放射状支柱０３が荷重下において曲がることを確実に防止するために、それらは、好ましくは質量削減鋼材ロープの形態のつなぎ部材１１、１２によって、中心柱０２及び下部放射状支柱０４に保持されている。本発明によるスタンド構造体０１は、少ない重量とともに高いレベルの安定性を示し、その結果として、製造コスト及び組み立てコストが削減されることが可能である。

Description

本発明は、下部表面の上のスタンド構造体に関し、スタンド構造体は、垂直方向に向けられた中心柱であって、中心柱は、下部表面に接続されておらず、建造物のための上部支持面を有する、中心柱と、少なくとも３つの脚部部材であって、脚部部材は、中心柱の周りにおいて下部表面に接続されており、脚部部材はそれぞれ、少なくとも１つの上部放射状支柱及び１つの下部放射状支柱に接続されており、上部放射状支柱及び下部放射状支柱は、それぞれ、１つの中心長手方向軸線、中心柱への１つの上部取り付け部、及び、脚部部材への１つの下部取り付け部を有する、脚部部材とを有する。

スタンド構造体は、その寸法によって、その支持面の上に大型及び小型の建造物を支えることが可能である。下部構造体、支持フレームワーク、又はマウントの実施例では、例えば技術的建造物などの大型の建造物のためのスタンド構造体が、例えば、洋上風力エネルギー設備、変電所などのエネルギー設備を支持するための様々な適用例、例えば、風力エネルギー施設、貯蔵コンテナ、作業足場、信号デバイス、クレーン、タワー、又はマストにおいて、搭載された変電所及びケーブル結節点の形態の様々な適用例において必要とされる。適用例に応じて、大型のスタンド構造体は、地上に配置されるか、又は水底を下部表面として水中に配置されることが可能である。水中の配置の場合、それらは、完全に水の中に位置付けられるか、又は部分的に（永久に若しくは時折）水から突出されることが可能である。また、適用例に応じて、それらは、例えば、単独で使用又は複合材料（例えば繊維複合材料）若しくはハイブリッド材料（例えば、鋼材とコンクリートやプラスチックとの組み合わせ）としても使用される異なる材料（例えば、金属、プラスチック、又はコンクリート）からなることが可能であり、大きく異なる寸法を有することが可能である。材料及び寸法は、スタンド構造体の中の支配的な圧縮力及び引張力に適合されている。小型の寸法を有するスタンド構造体は、単純で中実で平坦な下部表面（例えば、木材、ガラス、又は金属からなる）の上に配置されることが可能であり、例えば、スクリーン、テレビ、コンピュータ、スピーカー、及び楽器などの家庭用電化製品において知られている。

特許請求された大型寸法のスタンド構造体についての主な適用例には、洋上風力エネルギー設備のための下部構造体としての使用がある。この場合、スタンド構造体は、その上部支持面で風力エネルギー設備のタワーを支える。現在のところ、再生可能エネルギーによって発電された電気の大部分は、風力エネルギーからなり、４０％を超える。風力発電設備の開発は、急速に進んでいる。タワーの高さは、３０ｍから１２０ｍまで増大し、ロータ直径は、１５ｍから１２７ｍまで増大している。風速の増加及びロータの大型化を伴う新たに実現された高さでは、現在、設備は、最大６ＭＷの発電量を提供することが可能である。大型の設備は、主に洋上風力エネルギー設備として作動される。何故なら、沖合では、無人環境の十分な建設スペースがあり、風速がかなり速いからである。しかし、洋上領域では、基本的に、陸上に建設するのと比較して異なる条件が支配する。速い風速に加えて、特に強い波力が生じる。したがって、巨大な荷重に耐えることができるようにするために、洋上風力エネルギー設備のスタンド構造体は、適応も遂げられなければならない。さらに、洋上の下部構造体の場合、下部構造体のタイプを選択するとき、環境上の理由のために、その廃止後に設備を完全に分解することが考慮されなければならない。設備の全ての部品は、海底より下に約２〜４ｍの深さまで除去されなければならない。洋上風力エネルギー設備の下部構造体のタイプは、水深、海底の性質、及び、潮流、潮汐振幅、波、氷などの環境的条件に大きく依存する。最大約３０ｍの水深について、モノパイル式、重力式、及び吸い込み管の下部構造体と、三脚式のフレーム構造体との間に区別がされている。後者の場合、複数の小管を海底に打ち込む。管構造からなる空間的なフレームワーク構造体（ジャケット）がその上に設置され、洋上風力エネルギー設備の実際のタワーを支える。一般的に、水からの荷重、及び必要に応じて氷からの荷重を低く保つために、タワー接続部は水面よりも下にある。モノパイル式のものと比較して、三脚式のジャケット構造体は、より深い水深で使用されることが可能であり、海底の準備を必要とせず、比較的大きな剛性及び固有振動数を実現するという利点を有する。このことは、洋上に適した鋼管（主に腐食防止）を使用するための高いコスト、並びに、特に、大きなかたまり及び構造体が使用されることに関連する、その輸送及び組み立てのための高いコストと比較される。

先行技術
特許文献１は、特に、洋上風力エネルギー設備のためのフレームワークの形態のスタンド構造体を開示しており、それは、垂直方向に向けられた中心柱からなる。しかし、それは、下部表面の上にその下部構造体を有し、すなわち、下部表面に力を伝える。洋上風力エネルギー設備のタワー及び発電機ゴンドラの重量に加えて、風力及び水力（波、潮流、潮汐）が生じ、それらはスタンド構造体に作用する。同時に、３つの脚部部材が、中心柱の周りの周辺円の上に基礎を築かれている。したがって、スタンド構造体の重量は、中心柱及び脚部部材の両方を介して下部表面に伝えられる。中心柱へ接続するために、１つの上部放射状支柱及び１つの下部放射状支柱が、脚部部材ごとに備えられており、用語「放射状支柱」は、周辺円の半径方向を向いたその配向に由来している。スタンド構造体の構造は、回転対称であり、すなわち、全ての上部及び下部放射状支柱は、同一の放射状平面内のその上部取り付け部によって中心柱へ取り付けられている。それぞれの上部及び下部放射状支柱は、それぞれの脚部部材を通る共通の軸線方向平面内にあり、したがって、脚部部材に互いに割り当てられている。既知の放射状支柱の中心長手方向軸線は、直線のプロファイルを有する。上部放射状支柱は斜め方向に延び、下部放射状支柱は水平方向に延びている。荷重がかかっているとき、高い切欠き応力が、直線的に延びる上部放射状支柱が中心柱へ鋭角に接続される領域に発生し、それによって、悪影響が結果的に生じる可能性がある。特別に形成された移行部を有する取り付けリングが、役に立つはずである。

特許文献２は、上部及び下部放射状支柱を有する一般的なスタンド構造体を開示しており、それを最も近い従来技術として、本発明はそこから生まれている。上述のスタンド構造体とは対照的に、このスタンド構造体の中心柱は、基礎を築かれておらず、したがって、発生する全ての力は、基礎を築かれた脚部部材を介して海底に伝えられる。共通の軸線方向平面内にある脚部部材ごとの上部及び下部放射状支柱の回転対称の構造及び配置は同一である。同様に、上部放射状支柱は、その全長にわたって、その中心長手方向軸線の直線のプロファイルを有する。そして、上部放射状支柱は、大きな傾斜で延び、中心柱に鋭角に取り付けられている。発生する切欠き応力に起因する、中心柱への上部放射状支柱の上部取り付け部に与える悪影響を避けるために、そして同時に、スタンド構造体の質量及びその建設コストを削減するために、このスタンド構造体の中の中心柱及び上部放射状支柱は、その外側輪郭が円錐形のプロファイルを有し、上部接続点において断面積は最も大きくなっている。より低い荷重の点であるほど、それに応じて、断面積は、より小さくなっている。

特許文献３は、多数の真っ直ぐな支柱を有するフレームワークと、風力エネルギー設備のタワーとの間のトランジション・ピースを開示している。トランジション・ピースの外側輪郭は、わずかに湾曲したプロファイルを有している。しかし、これが、タワーのサイズをフレームワークに適合させるよう作用している。そのトランジション・ピースの利点は、それが、例えば４分の１のシェルの形態の同一の部品片に分割できることであり、シェルは、現場で組み立てる間に、単純な垂直方向の溶接線によって互いに接続されることが可能である。特許文献４は、洋上建造物用の格子構造のための脚部結節部品を開示しており、それは、鋳造部品として、下部構造体パイルと円柱状の支柱との間の湾曲した移行を可能にしている。

特許文献５は、中心柱と上部放射状支柱だけとを有するフレームワークの形態のスタンド構造体を開示しており、上部放射状支柱は、直線状に延び、非常に鋭角の角度で中心柱へ取り付けられている。スタンド構造体の輸送の間、上部放射状支柱を安定化させるために、放射状支柱の上部領域に安定化部材が備えられており、それは、それぞれ放射状支柱に取り付けられており、放射状支柱の間に交差している。

特許文献６は、水上建造物のための弾性ケーブル・ブレースを開示しているが、それは、建造物の外側に取り付けられており、荷重を受けたときの過剰な曲げに対して建造物を支持することが意図されている。また、特許文献７は、鳥かご状の構成を有するフレームワークの形態のスタンド構造体を開示しており、それは、放射状支柱の代わりに、異なる高さでリングによって安定化される中心柱を有している。このため、リングが、鋼材引張ケーブルによって、スポーク状の態様で、上向きに及び下向きに互いに固定されている。ケーブルの一部分は、中心柱に取り付けられており、それに対して斜め方向に延びており、別の部分は、リングの間において中心柱に平行に延びている。中心柱は、中心脚部部材によって下部表面に基礎を築かれており、主要な力を海底に伝える。

最後に、特許文献８は、パビリオンの屋根を載せるためのフレーム構造を開示しており、それは、安定性の理由から、その中心長手方向軸線のプロファイルの中に、外側に湾曲した横断支柱を有している。これらの横断支柱は、複数の管セクションからなり、それらは、鈍角で互いに結合されているが、水平方向に建てられる。

英国特許出願公開番号第２４１９１５０Ａ号明細書欧州特許第２０３６８１３Ｂ１号明細書欧州特許出願公開第２０７２６８５Ａ１号明細書欧州特許出願公開第２０６７９１５Ａ２号明細書独国特許出願公開第１０３１０７０８Ａ１号明細書欧州特許出願公開第１２７０８４８Ａ１号明細書独国特許出願公開第１０３１６４０５Ａ１号明細書独国特許出願公開第３５０９７２１Ａ１号明細書独国特許出願公開第１０３５６６８２Ａ１号明細書

上述の一般的なスタンド構造体から進めて、本発明の目的は、特に有効切欠き応力に対して、スタンド構造体の安定性をさらに改善すると同時に、特に材料の使用に基づいて、スタンド構造体の製造コストをさらに低減することである。本発明によれば、この目的に対する解決手段は、主請求項に見ることが可能である。本発明の有利な発展例は、副請求項に見られ、以下に、本発明に関連してより詳細に説明される。

特許請求された本発明によるスタンド構造体は、上部放射状支柱の長手方向軸線のプロファイルを有し、そのプロファイルは、中心柱への上部放射状支柱の上部取り付け部から始まり、その全長にわたって凸状に湾曲している。上部放射状支柱は、その外側への湾曲によって力を吸収することが可能であるので、中心柱への上部放射状支柱の上部取り付け部に生じる力は、実質的に低減される。次いで、上部放射状支柱の上部取り付け部の垂直方向変位が相殺される。凸状に湾曲したプロファイルは、中心柱の長手方向軸線が、最大距離まで移動されるということを意味する。力を吸収する間、湾曲した上部放射状支柱が座屈することを確実に防止するために、本発明によれば、特許請求されたスタンド構造体では、さらに、少なくとも１つの引張部材が、それぞれの上部放射状支柱に対して配置されており、その引張部材は、外側取り付け部によって上部放射状支柱に取り付けられており、内側取り付け部によって中心柱又は関連のある下部放射状支柱に取り付けられている。多軸力及びモーメントがスタンド構造体にかかることに起因して上部放射状支柱に生じる任意の座屈荷重を確実に相殺することができるような態様で、引張部材は、配置されて寸法付けされている。上部放射状支柱の上部取り付け部の垂直方向変位は、所定の程度まで許容されるだけである。さらに、上部放射状支柱の湾曲したプロファイルに起因して、本発明によるスタンド構造体は、上部取り付け部の付近において、既知のスタンド構造体よりも実質的に幅広の広範囲にわたる形状を有する。より大きく取り囲まれた空間によって、洋上風力エネルギー設備のタワーを介する力の影響に対して実質的に改善された安定性が提供される。中心柱と上部放射状支柱との間の実質的に水平方向の移行部に起因して、大きい水平方向の支持面が作られ、支持面において、支持荷重が十分に分散されることが可能である。本発明によるスタンド構造体では、この支持面が、水面より上に位置付けられることも可能である。したがって、本発明によるスタンド構造体は、少なくとも一時的に露出されるような大きい潮汐振幅の領域に建設されることも可能である。同時に、本発明によるスタンド構造体は、特に材料削減型、したがってコスト削減型の極めて高い安定性及び信頼性を有する軽量構造体を示している。フレームワーク形態の既知のスタンド構造体と比較して、同じ荷重に対して、５０％までの材料削減を実現することが可能である。

安定性の利点は、放散虫の種類のＣｌａｔｈｒｏｃｏｒｙｓの自然のテンプレートにも見られる。この放散虫は、海の中のプランクトンとして見つけられ、二酸化ケイ素からなる球状の又はキャップ形状の内骨格を備えた単細胞真核生物である。放散虫は、放射状に突出する細胞質の拡張部を有し、拡張部は、二酸化ケイ素でできた細くて硬い脊柱によって内側から支持されている。これらは、内骨格から光線状の態様で放射されており、内骨格は、同様に二酸化ケイ素からできており、球状であるか、穴の開いたカプセルであるか、又は同心円状に配置された複数のこのタイプのカプセルである。拡張部によって、水中に浮遊すること、及び捕食者から保護される。技術的な軽量構造体（特許文献９、生物工学の軽量構造体及び最適化方法「ＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙＬｉｇｈｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」ＥＬＩＳＥ（登録商標）参照）の初期設計データを決定するための方法を適用することによって、Ｃｌａｔｈｒｏｃｏｒｙｓは、本発明にとって特に適しているとして選択され、その基本構造は、進化論的戦略にしたがって最適化され、そして、技術的設計に変換された（さらに使用に適した放散虫は、Ｃａｌｌｉｍｉｔｒａである。しかし、スタンド又は下部構造体の可能なテンプレートとして非常に可能性のある他の微生物もいる。）。この方法によって、多種多様な形状が、自然から、全てのタイプ及びサイズの日常的な物へ移されて、適合されることが可能である。

本発明によるスタンド構造体では、中心柱への上部取り付け部からの上部放射状支柱の凸状の曲げによって、格別の安定性が作り出され、及び上部の空間的な広がりが増加させられると同時に軽量化がなされる。まず、上部放射状支柱は、中心柱から遠ざかる。それらは、その下部取り付け部のところまで、これを続けることが可能であり、その結果、上部放射状支柱の開放形状が生じる。しかし、例えば、上部放射状支柱の上部取り付け部と下部放射状支柱の上部取り付け部との間の中心柱の中心部若しくは中心部付近において、最大距離に到達し、その形状の開いている角度が再び狭まった後、又は、その形状の開いている角度が一定のままになるように中心部が平行に移動した後、上部放射状支柱は、再び中心柱に近づくことも可能である。したがって、上部放射状支柱の中心長手方向軸線の対称的な又は非対称的な凸状に湾曲したプロファイルは、上部放射状支柱の上部取り付け部と下部放射状支柱の上部取り付け部との間の中心柱の中心部に結果的に向かうことになる。したがって、本発明によるスタンド構造体では、上部放射状支柱の中心長手方向軸線の凸状に湾曲したプロファイルが、少なくともその中心部まで延在するのであれば、有利である。使用するために予め規定される、上部放射状支柱の具体的な凸状に湾曲したプロファイルは、最大荷重及び設計の特性に依存する。

同様に、様々な設計パラメータは、本発明によるスタンド構造体の最大荷重により、相応して変更されることが可能である。必須のパラメータは、脚部部材がその上に配置されている周辺円の半径である。さらに、放射状支柱及び中心柱の上の引張部材の数及び配置は、中心柱、放射状支柱、及び引張部材の長さ、断面積、及び材料と同様に、特に関連のある設計パラメータであり、引張部材は、本発明によるスタンド構造体の荷重下において、上部放射状支柱の座屈を確実に防止する。したがって、少なくとも１つの上部引張部材及び１つの下部引張部材が、それぞれの放射状支柱に対して配置されているとすれば、特に有利である。上部放射状支柱の中心部よりも上にその外側取り付け部があり、上部放射状支柱の上部取り付け部と下部放射状支柱の上部取り付け部との間の、中心柱の中心部よりも上にその内側取り付け部があるように、上部引張部材が配置されることが有利である。上部放射状支柱の中心部よりも下にその外側取り付け部があり、関連のある下部放射状支柱、すなわち、上部放射状支柱と同じ脚部部材に取り付けられた放射状支柱の中心部の付近にその内側取り付け部があるように、下部引張部材が接続されることが有利である。上部放射状支柱ごとに２つだけの引張部材を備えることによって、力の影響に対して極めて安定であるが軽量の設計が、結果的に生じる。

本発明の別の実施例によれば、有利には、下部放射状支柱の上部取り付け部が、中心柱上において、下部表面より上方の上部放射状支柱の上部取り付け部の高さの３分の１から２分の１の高さに備えられるように提供されることがさらに可能である。また、それによって、下部放射状支柱は、中心柱に対して比較的大きい角度に延びる。３つの下部放射状柱があるとすれば、急角度の頂点を備えた四面体が形成される。既知のスタンド構造体と比較して、中心柱への下部放射状支柱の下部取り付け部の高さが比較的大きいことによって、脚部部材のための周辺円がより小さくなるか、又は、下部放射状支柱が長い場合には、中心柱の下方により大きな建築物の自由空間が作り出され、したがって、湾曲して、ごつごつして、岩の多い下部表面、若しくは、他の物で占有された下部表面の上に建設することでも実現可能である。

本発明によって、全ての状況下で、発生する任意の座屈荷重が確実に相殺され、上部放射状支柱の座屈が避けられるように、そのように傾斜したプロファイルを備えたそのような取り付け位置において、多くの引張部材が、個々に使用されなければならない。したがって、本発明によるスタンド構造体では、放射状支柱ごとに２つより多い引張部材が備えられることが可能である。例えば、両方とも中心柱に取り付けられた２つの上部引張部材が備えられることが可能である。同様に、対応する内側取り付け部又は外側取り付け部を備えた引張支柱などのように、平行の引張支柱が備えられることが可能である。上部放射状支柱と、関連のある下部放射状支柱との間に配置された２つ以上の下部引張部材が備えられることが可能である。また、スタンド構造体のさらなる安定化のために、有利には、追加の水平方向の引張部材が、両方の取り付け部を備えて、上部放射状支柱の間において、その中心部より上方に備えられることも可能である。これらの水平方向の引張部材は中心柱を含まないが、上部引張支柱を互いに安定化する。また、全ての引張部材は、同時に、上部及び下部放射状支柱の上部取り付け部の間の中心柱の高さにわたって分散され、ある角度で又は水平方向に配置されることが可能であり、中心柱への、並びに、上部及び下部放射状支柱への引張部材の取り付け位置は、その配置に相応して配置されている。また、特に、引張部材は、スタンド構造体の荷重及び建設場所により、非対称的に配置されることも可能である。

本発明では、正確に１つの上部放射状支柱及び１つの下部放射状支柱を、脚部部材によって共通の軸方向平面に配置することが有利であるとういうことが分かった。さらに、本発明によるスタンド構造体では、荷重及び設計要求にしたがってその安定性をさらに改善するために、有利には、全体で３つよりも多い上部及び／若しくは下部放射状支柱、並びに／又は、脚部部材ごとにいくつかの上部及び／若しくは下部放射状支柱が、例えば、それぞれ平行に配置されて備えられることが可能である。そして、例えば、平行な湾曲したプロファイルを有する複数の上部放射状支柱が、結果的に生じる。そして、この場合、引張支柱が、平行な上部放射状支柱の間に両方の取り付け部を備えて延びているとすれば、有利である。また、有利には、スタンド構造体は、回転対称に形成されることも可能であり、したがって、製造及び組み立てが特に容易になる。例えば傾斜面などの特別な下部表面に適合することを可能にするために、又は、例えば、下部構造体については、一定の強度の水流若しくは気流などの特別な荷重状況に適合することを可能にするために、本発明によれば、有利には、上部及び下部放射状支柱、上部及び下部引張部材、並びにそのそれぞれの取り付け部の異なる数及び配置を有するように、スタンド構造体の非対称的な建造物が提供されることも可能である。

また、さらに、スタンド構造体の適合は、個々のコンポーネントの形態によって実現されることも可能である。本発明において、上部引張部材及び／又は下部引張部材及び／又は水平方向の引張部材が、ケーブルとして構成されるようにすることが、特に最初に可能であり、また有利である。このことが容易に可能であるのは、スタンド構造体の使用の間、引張部材には引張荷重が支配的にかかるからであり、引張荷重は、荷重下にある上部放射状支柱にかかる曲げ荷重によってもたらされる。例えば、異常な風荷重又は波荷重などに起因した一時的な異常に厳しいたわみの後、上部放射状支柱が、それに応じて元の状態に復元するとすれば、引張部材は一時的に圧縮されることも可能である。そして、ケーブルはたるむが、復元プロセスを妨げない。しかし、上部放射状支柱の、特定の外側への曲げによって、引張部材は、再び引張荷重下になり、上部放射状支柱の座屈を確実に防止する。ケーブル、特に鋼材ケーブルとして引張部材を構成することの格別な利点は、安全性を損なうことなく大幅に重量を削減することにある。また、フレーム構造体の輸送及び組み立ては、実質的に簡易化されている。

中心柱は、鋼管からなることが可能であり、鋼管は、１つ又は複数の部品からなり、直線の外側輪郭を有することが好ましい。また、鋼管は、いくつかの部品から一緒に溶接されることも可能である。また、別法として、中心柱は、Ｙ形状の鋼材プロファイルからなることも可能である。結果的に、格別に軽量であることが、高い安定性を伴って実現される。１つの上部放射状支柱及び１つの下部放射状支柱が、Ｙ形状の鋼材プロファイルのそれぞれの翼において係合することが可能であり、したがって、全体で３対あり、３つの脚部部材が備えられる。上部放射状支柱は、単一部品又は複数部品の鋼管からなることも可能であり、その中心長手方向軸線は、凸状に湾曲していることが好ましい。少なくとも上部放射状支柱が、角度の付いた接続領域を備えた直線の又は湾曲した鋼管セクションから形成されることが、製造に関して格別に有利である。本発明によって、対応する多面体リング・セクションが作り出され、その中心長手方向軸線は、凸状に湾曲したプロファイルの特性を有する。そして、そのような多面体形態では、引張部材が、角度の付いた接続領域の付近、例えば、直ぐ上又は直ぐ下において、外側取り付け部を備えて配置されているとすれば、さらに有利である。それによって、接続領域の上部放射状支柱の座屈が、確実に防止される。

また、別法として、上部放射状支柱は、鋼板からなることも可能であり、鋼板は、リブ形状であり、凸状の湾曲の方向に大きなアスペクト比を有し、すなわち、幅広であるというよりも高さがある。このことによって、スタンド構造体が追加的に安定化され、座屈のリスクが削減される。しかし、また、構造体は、荷重下にあるとき、垂直方向変位の可能性に対する剛性も高い。また、最後に、下部放射状支柱は、単一部品又は複数部品の鋼管からなることも可能である。また、別法として、下部放射状支柱は、Ｔ形状の鋼材プロファイルからなることも可能であり、Ｔ形状の鋼材プロファイルは、荷重下にあるとき、下部表面の方向の下部放射状支柱のたわみを妨げる。中心柱及び放射状支柱についての管又はプロファイルの選択は、それぞれ、荷重状況に依存する。大規模洋上風力エネルギー設備の場合、上部放射状支柱を除いて、管であることが好ましく、また、上部放射状支柱は、大きいサイズの板として容易に構成されることも可能である。管を選択するとき、さらに材料を削減するために、中心柱、及び湾曲した上部放射状支柱を含む放射状支柱は、円錐形であることが可能である。この場合、本構成は、上部及び下部放射状支柱の内側取り付け部の間の中心柱の外側輪郭が、下部放射状支柱の内側取り付け部の方向に円錐形プロファイルであることを特徴とすることが有利であり、並びに／又は、上部放射状支柱の及び／若しくは下部放射状支柱の外側輪郭が、脚部部材の方向に円錐形プロファイルであることを特徴とすることが有利である。円錐形プロファイルでは、断面積が連続的に小さくなる。

本発明によるスタンド構造体についてのさらなる具体的な詳細は、詳細な説明の章に記載される。この時点で、説明されていない詳細は、従来技術から当業者によって知られているということが認識されるべきである。例えば、基礎又は長い杭打ち管を備えた脚部部材の下部構造体のタイプ、例えば、一部品の溶接シーム、スリーブ、ブッシュ、ねじ固定具などの、スタンド構造体の個々の部材の互いに対する接続のタイプなどがある。鋼材ケーブルの形態の引張部材は、例えば、アイレット、スリーブ若しくはラグ、又はその周りにループ状に巻かれた他のものによって、放射状支柱及び中心柱に固定されることが可能である。柱及び支柱への引張ケーブルの固定については、例えば橋梁建造物から、十分に知られている。

本発明によるスタンド構造体を、正確な縮尺ではない概略図を使用して、以下により詳細に説明する。しかし、特許請求されるスタンド構造体は、例示的な実施例に限定されず、特に、３つの脚部部材と、対応する３つの上部及び下部放射状支柱とを有する実施例が開示されている。しかし、同様に、例えば、４つ、５つ、６つ、又はそれよりも多い脚部部材と、対応する４つ、５つ、６つ、又はそれよりも多い上部及び下部放射状支柱とを有する他の実施例が、類似的に構成されることが可能である。同様に、洋上建造物のための下部構造体として使用することについて限定はない。特に、概略的に示されている設計は、下部表面としてのテーブル、棚、床面の上の電子デバイスのためのスタンド構造体として、小さい寸法において有利に使用されることが可能である。

従来技術による放散虫の種類のＣｌａｔｈｒｏｃｏｒｙｓを示す図である。スタンド構造体の概略図である。３つの視点から見たスタンド構造体の回転対称な［．．．］を示す図である。３つの視点から見たスタンド構造体の回転対称な［．．．］を示す図である。３つの視点から見たスタンド構造体の回転対称な［．．．］を示す図である。スタンド構造体の変形例を示す図である。スタンド構造体の変形例を示す図である。スタンド構造体の変形例を示す図である。スタンド構造体の変形例を示す図である。スタンド構造体のさらなる設計例を示す図である。スタンド構造体のさらなる設計例を示す図である。スタンド構造体のさらなる設計例を示す図である。スタンド構造体のさらなる設計例を示す図である。スタンド構造体のさらなる設計例を示す図である。スタンド構造体の上部領域の詳細を示す図である。スタンド構造体の平面斜視図である。直管セクションを備えた多面体形態のスタンド構造体の平面斜視図である。

図１は、従来技術による放散虫の種類のＣｌａｔｈｒｏｃｏｒｙｓを示している。４つの中央棒部材が見られ、それらは、四面体の態様に延びており、中央においてドームによって囲まれている。全ての棒部材の間には、フィリグリー構造を備えた湾曲した棒材が延びている。多数の支柱が、棒部材及びドームの間に配置されている。この軽量構造体は、理想的には、極めて均一な荷重分散がなされるために、最小限の材料の使用で大きな力を吸収するのに適している。

図２は、基本部材を抽出して示した状態のスタンド構造体０１の概略図を示している。本図は、凸状に湾曲した上部放射状支柱０３と、下部放射状支柱０４と、下部表面０６の上の脚部部材０５とを有する中心柱０２を示している。中心柱０２、上部放射状支柱０３、及び下部放射状支柱０４は、それぞれ、それらの中心長手方向軸線１９、２０、２１によって示されている。上部放射状支柱０３の中心長手方向軸線２０の凸状に湾曲したプロファイルが容易に見られる。上部放射状支柱０３は、上部取り付け部０７において中心柱０２に取り付けられており、下部取り付け部０８において脚部部材０５に取り付けられている。下部放射状支柱０４は、上部取り付け部０９において中心柱０２に取り付けられており、下部取り付け部１０において脚部部材０５に取り付けられている。さらに、上部引張部材１１及び下部引張部材１２が示されている。上部引張部材１１は、内側取り付け部１３において中心柱０２に取り付けられており、外側取り付け部１４において上部放射状支柱０３に取り付けられている。下部引張部材１２は、内側取り付け部１５において下部放射状支柱０４に取り付けられており、外側取り付け部１６において上部放射状支柱０３に取り付けられている。

スタンド構造体０１の中の力の伝達及び力のプロファイルが、概略図において実線矢印で示されている。スタンド構造体０１の中の可能性のある変位が、点線矢印で示されている。また、中心柱０２への上部放射状支柱０３の上部取り付け部０７と、中心柱０２への下部放射状支柱０４の上部取り付け部０９との間の、中心柱０２の中心部２２、上部放射状支柱０３の中心部２３、及び下部放射状支柱０４の中心部２４も示されている。中心柱０２への上部放射状支柱０３の上部取り付け部の、下部表面０６より上の高さＨが、同様に図示されている。中心柱０２への下部放射状支柱０４の上部取り付け部が、高さＨの３分の１から２分の１の範囲の高さｈにあることが好ましい。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、本発明による、回転対称なフレームワーク構成のスタンド構造体の設計変形例を示している（図３Ａは斜視図、図３Ｂは側面図、図３Ｃは平面図である）。次に続く使用の間の関連の荷重状況に対してスタンド構造体０１を適合させることが可能な設計のために、可能な設計パラメータ（取り付け部の位置及び半径）が示されている。この場合、（１）は、中心柱０２への下部放射状支柱０４の上部取り付け部０９であり、（２）は、その上に脚部部材０５が配置されている周辺円の半径であり、（３）は、中心柱０２への上部引張部材１１の内側取り付け部１３であり、（４）は、下部放射状支柱０４への下部引張部材１２の内側取り付け部１５である。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄは、これらのパラメータに関し、本発明によるスタンド構造体０１の可能な設計変形例を示している。

下部表面より上方４８ｍの高さにおける以下の極端な荷重（３つの並進力、３つの回転力）（Ｆｘ −２０２４ｋＮ，Ｆｙ −２４８３ｋＮ，Ｆｚ −１０１３０ｋＮ，Ｍｘ１６０．１６０ｋＮｍ，Ｍｙ１４８．７００ｋＮｍ，Ｍｚ −１１．７４０ｋＮｍ）を吸収する間、以下の取り付け部の位置が、例えば、以下の数値範囲で仮定されることが可能である。

中心柱０２は、直径１７５０ｍｍの鋼管からなることが可能である。上部放射状支柱０３及び下部放射状支柱０４は、直径１４２２ｍｍの鋼管として構成されることが可能である。また、上部放射状支柱０３は、たわみの方向に大きなアスペクト比を有する鋼板として構成されることも可能であり、その結果、凸状に湾曲した上部放射状支柱０３の座屈に対する追加的な安全性が提供される。仮に、中心柱０２及び下部放射状支柱０４が、角度の付いた鋼材、例えば、（中心柱０２について）Ｙ形状又は（下部放射状支柱０４について）Ｔ形状の鋼材からなるとしても、同様である。上部引張部材１１及び下部引張部材１２は、直径１３２１ｍｍの鋼管として構成されることが可能である。全体で、基礎構造体０１について、３６０トンから４１５トンの間の重量が計算されることが可能である。別法として、少なくとも上部引張部材１１は、ケーブルとして、特に、例えば断面３０ｍｍの鋼材ケーブルとして構成されることも可能である。それによって、わずか約３００トンにまで、さらなる重量の低減を実現することが可能である。スタンド構造体０１にかかる荷重が約２５０トンの場合、スタンド構造体０１について、わずか１００ｍｍの垂直方向変位が計算されることが可能である（最大値は確実に３００ｍｍ）。

図５Ａ〜Ｅは、本発明によるスタンド構造体０１のさらなる可能な設計構成を概略的に示している。この場合、それらは検討図である。詳細に説明されたＣｌａｔｈｒｏｃｏｒｙｓの実施例が、最も好ましい変形例であることが分かった。また、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｄ、及び図５Ｅによる実施例は、Ｃｌａｔｈｒｏｃｏｒｙｓに基づいており、図５Ｃによる実施例は、放散虫の種類のＣａｌｌｉｍｉｔｒａに類似している。

図５Ａは、２つの平行な凸状に湾曲した上部放射状支柱とその間の横断支柱とをそれぞれ備えた構成を示している。図５Ｂは、３つの平行な凸状に湾曲した上部放射状支柱とその間の横断支柱とをそれぞれ備えた構成を示している。この実施例では、引張部材は、湾曲する、延びる、又は分岐することも可能であるということが見られる。図５Ｃは、４つの平行な凸状に湾曲した上部放射状支柱とその間の横断支柱とをそれぞれ備えた構成を示している。図５Ｄは、凸状に湾曲した上部放射状支柱０３と、追加の凸状に湾曲した放射状支柱２９及び内側放射状支柱３０とを備えた構成を示している。上部放射状支柱０３は、追加の上部放射状支柱２９よりも大きい円弧半径で示されており、同様に、追加の上部放射状支柱２９は、内側放射状支柱３０よりも大きい円弧半径で示されている。さらに、短い引張部材３１が、上部放射状支柱０３と追加の上部放射状支柱２９との間に見られ、長い引張部材３２が、今度は特にケーブルとして構成されており、追加の上部放射状支柱２９と内側放射状支柱３０との間に見られる。引張部材３１、３２によって上部放射状支柱０３の座屈を防止することに加えて、異なる円弧半径を有する放射状支柱０３、２９、３０を接続することは、自然な安定性が実現されて、外側へ及び内側への両方の座屈が、より起こり難くなるということを意味する。図５Ｅは、上部放射状支柱０３、追加の上部放射状支柱２９、及び内側放射状支柱３０の追加の水平方向配置を下部放射状支柱０４の間に備えた図５Ｄによる構成を示している。短い引張部材３１及び長い引張部材３２によって安定化が行われている。そのような構成が、全ての平面において対称的に構成されており、特に、下部放射状支柱０４の追加の安定化のために構成されている。

図６は、スタンド構造体０１の詳細をその上部領域について示しており、ケーブル１７の形態の３つの上部引張部材１１、及び、同様にケーブル１７の構成の追加の水平方向の引張部材１８が配置されており、それらは、上部放射状支柱０３の間において取り付け部２５に取り付けられて延びている。

図７は、本発明による、回転対称設計のスタンド構造体０１の平面斜視図を示している。中心柱０２は、３つの下部放射状支柱０４を備えることが示されている。支持面２６から、３つの凸状に湾曲した上部放射状支柱０３が、脚部部材０５へ延びており、また、脚部部材０５が、下部放射状支柱０４を受け入れている。また、上部引張部材１１及び下部引張部材１２も示されている。

図８は、本発明による、角度の付いた接続領域２８を備えた直線の鋼管セクション２７からなる上部放射状支柱０３の構造を有するスタンド構造体０１の実施例を示している。リング形状の多面体セクションが、結果的に生じる。この場合、上部引張部材１１及び下部引張部材１２は、角度の付いた接続領域２８の付近において外側取り付け部１４、１６を備えて配置されている。

０１スタンド構造体
０２中心柱
０３凸状に湾曲した上部放射状支柱
０４下部放射状支柱
０５脚部部材
０６下部表面
０７０２への０３の上部取り付け部
０８０５への０３の下部取り付け部
０９０２への０４の上部取り付け部
１００５への０４の下部取り付け部
１１引張部材、上部
１２引張部材、下部
１３０２への１１の内側取り付け部
１４０３への１１の外側取り付け部
１５０４への１２の内側取り付け部
１６０３への１１の外側取り付け部
１７ケーブル
１８水平方向の引張部材
１９０２の中心長手方向軸線
２００３の中心長手方向軸線
２１０４の中心長手方向軸線
２２０７と０９との間の０２の中心部
２３０３の中心部
２４０４の中心部
２５０３への１８の取り付け部
２６支持面
２７鋼管セクション
２８角度の付いた接続領域
２９追加の上部放射状支柱
３０内側上部放射状支柱
３１短い引張部材
３２長い引張部材
Ｈ０６より上の０７の高さ
ｈ０６より上の０９の高さ

Claims

垂直方向に向けられた中心柱（０２）であって、前記中心柱（０２）は、下部表面（０６）に接続されておらず、建造物のための上部支持面を有する、中心柱（０２）と、
少なくとも３つの脚部部材（０５）であって、前記脚部部材（０５）は、前記中心柱（０２）の周りにおいて前記下部表面（０６）に接続されており、前記脚部部材（０５）はそれぞれ、少なくとも１つの上部放射状支柱（０３）及び１つの下部放射状支柱（０４）に接続されており、前記上部放射状支柱（０３）及び前記下部放射状支柱（０４）は、それぞれ、１つの中心長手方向軸線（２０、２１）、前記中心柱（０２）への１つの上部取り付け部（０７、０９）、及び、前記脚部部材（０５）への１つの下部取り付け部（０８、１０）を有する、脚部部材（０５）とを有する、スタンド構造体（０１）において、
前記上部放射状支柱の前記中心長手方向軸線（２０）の凸状に湾曲したプロファイルであって、前記プロファイルは、前記中心柱（０２）への前記上部放射状支柱（０３）の前記上部取り付け部（０７）から始まる、プロファイルと、
それぞれの上部放射状支柱（０３）の座屈荷重を相殺するように作用する少なくとも１つの引張部材（１１、１２）の配置であって、前記引張部材（１１、１２）は、前記上部放射状支柱（０３）への外側取り付け部（１４、１６）と、前記中心柱（０２）若しくは前記下部放射状支柱（０４）への、又は、前記脚部部材（０５）より上方に配置された追加の上部放射状支柱（２９）への内側取り付け部（１３、１５）とを有する、引張部材（１１、１２）の配置とを特徴とするスタンド構造体（０１）。
前記上部放射状支柱（０３）の前記中心長手方向軸線（１９）の凸状に湾曲したプロファイルが、少なくともその中心部（２３）まで延びていることを特徴とする、請求項１に記載のスタンド構造体（０１）。
前記上部放射状支柱（０３）の前記中心部（２３）よりも上にその外側取り付け部（１４）があり、前記上部放射状支柱（０３）及び前記下部放射状支柱（０４）の前記上部取り付け部（０７、０９）の間の、前記中心柱（０２）の中心部（２２）よりも上にその内側取り付け部（１３）がある、少なくとも１つの上部引張部材（１１）の配置と、
前記上部放射状支柱（０３）の前記中心部（２３）よりも下にその外側取り付け部（１６）があり、前記上部放射状支柱（０３）と同じ前記脚部部材（０５）に取り付けられた前記下部放射状支柱（０４）の中心部（２４）の付近にその内側取り付け部（１５）がある、少なくとも１つの下部引張部材（１２）の配置とを特徴とする、請求項１に記載のスタンド構造体（０１）。
前記中心柱（０２）への前記下部放射状支柱（０４）の上部取り付け部（０９）が、前記下部表面（０６）より上方の高さ（ｈ）にあり、前記高さ（ｈ）は、前記下部表面（０６）より上方の前記上部放射状支柱（０３）の前記上部取り付け部（０７）の高さ（Ｈ）の３分の１から２分の１の高さ（ｈ）であることを特徴とする、請求項１に記載のスタンド構造体（０１）。
追加の水平方向の引張部材（１８）が、前記上部放射状支柱（０３）の間において、その前記中心部（２３）より上に両方の取り付け部（２５）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のスタンド構造体（０１）。
脚部部材（０５）ごとに、複数の上部放射状支柱（１１）及び／又は下部放射状支柱（１２）があることを特徴とする、請求項１に記載のスタンド構造体（０１）。
前記スタンド構造体（０１）が、回転対称の形態を有することを特徴とする、請求項１に記載のスタンド構造体（０１）。
前記下部放射状支柱（０４）の前記中心長手方向軸線（２１）の凸状に湾曲したプロファイルであって、前記プロファイルは、前記中心柱（０２）への前記下部放射状支柱（０３）の前記上部取り付け部（０９）から始まる、プロファイルをさらに特徴とする、請求項１に記載のスタンド構造体（０１）。
前記上部引張部材（１１）、及び／若しくは前記下部引張部材（１２）、及び／若しくはケーブル（１７）としての水平方向の引張部材（１８）の構造、単一部品若しくは複数部品の鋼管若しくは鋼材プロファイルとしての前記中心柱（０２）の構造、単一部品若しくは複数部品の鋼管若しくは鋼板としての前記上部放射状支柱（０３）の構造、並びに／又は、単一部品若しくは複数部品の鋼管若しくは鋼材プロファイルとしての前記下部放射状支柱（０４）の構造を特徴とする、請求項１に記載のスタンド構造体（０１）。
鋼材ケーブルとしての前記ケーブル（１７）の構造、Ｙ形状の鋼材プロファイルとしての前記中心柱（０２）の構造、及び／又は、Ｔ形状の鋼材プロファイルとしての前記下部放射状支柱（０４）の構造を特徴とする、請求項９に記載のスタンド構造体（０１）。
角度の付いた接続領域（２８）を備えた直線の又は湾曲した鋼管セクション（２７）からなる少なくとも前記上部放射状支柱（０３）の構造を特徴とする、請求項９に記載のスタンド構造体（０１）。
前記角度の付いた接続領域（２８）の付近に前記引張部材（１１、１２）の外側取り付け部（１４、１６）があることを特徴とする、請求項１１に記載のスタンド構造体（０１）。
前記中心柱（０２）への前記上部放射状支柱（０３）の前記上部取り付け部（０７）から、前記下部放射状支柱（０４）の前記上部取り付け部（０９）までの、前記中心柱（０２）の外側輪郭の円錐形プロファイル、並びに／又は、前記中心柱（０２）への前記上部取り付け部（０７、０９）から前記脚部部材（０５）までの、前記上部放射状支柱（０３）及び／若しくは前記下部放射状支柱（０４）の外側輪郭の円錐形プロファイルを特徴とする、請求項１に記載のスタンド構造体（０１）。