JP3840651B2 - 超高塔状タワーの制振構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超高塔状タワーの制振構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超高構造物には、例えば、次の（１）〜（３）のようなものがある。
（１）下端を基礎に結合して基礎上に立設された外筒と、該外筒の内側に基礎から分離された状態で配置され、該外筒の頂部に揺動可能に吊り下げられた内筒とによって筒型筒体が構成され、前記内筒が互いに並列関係をもって配置されたばね及び減衰部材を介して外筒に支持され、これらばね及び減衰部材と内筒の重量とによって構成される振動系を外筒の固有周期に同調させるようにした筒型塔体の制振構造（例えば、特開平１１−３００５４号公報参照）。
（２）煙道である鉄骨造（Ｓ造という）の内筒と、該内筒との間に隙間をあけてこれを囲む鉄筋コンクリート造（ＲＣ造という）の外筒とで構成される超高煙突において、外筒内の鉛直方向に間隔をおいた多数の個所に外側支持架台が設けられ、外筒の前記の多数の個所に対応する内筒の外周の各個所に内側支持架台が設けられ、各内側支持架台にて階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム及び付加重量が支持され、外側支持架台と内側支持架台とが多数のダンパーを介して連結されている制振構造の超高煙突（例えば、特開平９−２２１９３９号公報参照）。
（３）塔状構造物の下部に外側に広がるように設けられた支持部と、この塔状構造物の下方に位置して、地上に固定された水平の支持台と、この支持台上に塔状構造を支持する複数の鉛直方向の制振装置とを具備し、この制振装置が夫々垂直方向に伸縮する上下一対の支持部材を備え、下部支持部材の下端側が前記支持台上に固定され、上部支持部材の上端側が前記支持部に自在に結合され、かつ上下支持部材の間に、塔状構造物の荷重を支持するばね機構と、上下支持部材間の伸縮動に伴う塑性変形により振動を減衰する塑性変形式タンパ機構とを備えている塔状構造物の制振支持装置（例えば、特開平５−３１１９２５号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
放送・通信のデジタル化への急速な動きの中、各地でデジタルアンテナ塔（電波塔）の計画が浮上している。アンテナ塔は、限られた立地条件の中で、地上波受信地域の広域化や観光用展望台の魅力付け等の機能上からできるだけ高い方が好ましく、この結果、高さ３００ｍ以上で塔状比５以上となるような超高塔状タワーが要求されている。超高塔状タワーでは、地震時のみならず台風時の安全性が重要な問題となる。
３００ｍクラスのタワーでは、東京タワーとエッフェル塔のように、風の透過性の良いＳ造のものがあるが、いずれも塔状比は４程度のものである。海外における高さ３００ｍ以上で、塔状比５以上の構造物では、風に対する転倒防止のため、軽量な鉄骨造ではなく、重量があり安定性に優れたＲＣ造とするケースが多くみられる。
我が国は、台風・地震とも海外に比べて厳しい環境下にあり、アンテナ・展望台等の機能保持上、揺れの抑制は不可欠の要件である。こうしたことから、超高塔状タワーの実現のために、風及び地震に対する揺れの効果的な制御技術の開発が急がれている。
【０００４】
塔状構造物は、その曲げ変形の卓越する形状や部材数が少ないことから、ビル建築に多く用いられているような各層のせん断変形の減衰性能を増すような制振機構では、制振効果が期待できない。そこで、これまでの塔状構造物では、構造物の頂部に質量体（マスや液体槽）を設置し、この質量体の振動や回転により構造体全体の振動を抑制するマスダンパー方式（ＡＭＤ，ＴＭＤ，ＴＬＤ）を採用する例が多かった。
しかし、高さ３００ｍ以上で塔状比５以上の超高塔状構造物では、総重量が巨大となる上、周期が５〜１０秒と長く、その頂部の変形量が数ｍに達する。こうした構造物に対しては、マスダンパー方式の制振では、制振効果を発揮させるのに極めて大きな質量体を必要とし、これを支持するための下部構造体の補強量も増大する。さらに、質量体に付加するダンパーやバネ機構には、極めて大きなストローク、速度及び反力に対応した、現状では製作されていないような高性能の装置が必要となる。加えて、マスダンパー方式の制振では、超高の塔状構造物の頂部の事業上有効なスペースの大きな部分が制振装置の設置に費やされてしまい、建築計画的にも合理的でないという欠点がある。
【０００５】
前記（１）の筒型塔体の制振装置は、下端を基礎に結合して基礎上に立設された外筒と、該外筒の内側に基礎から分離された状態で配置され、該外筒の頂部に揺動可能に吊り下げられた内筒とによって筒型筒体が構成され、前記内筒が互いに並列関係をもって配置されたばね及び減衰部材を介して外筒に支持され、これらばね及び減衰部材と内筒の重量とによって構成される振動系を外筒の固有周期に同調させるようにしたもので、制振装置の質量体が外筒内に配されかつ外筒の頂部に揺動可能に吊り下げられた内筒であり、内筒がその上端を外筒の上端から少々突出しているだけであるから、強風、地震等の外力で先ず揺れるものが外筒であり、外筒の動的な揺れが内筒を質量体として制振されるものであり、動的な揺れの抑制には有効であっても、超高塔状タワーの上部の強風による静的な変形を抑制することができる技術ではない。
前記（２）の制振構造の超高煙突は、煙道であるＳ造の内筒と、該内筒との間に隙間をあけてこれを囲むＲＣ造の外筒とで構成される超高煙突において、外筒内の鉛直方向に間隔をおいた多数の個所に外側支持架台が設けられ、外筒の前記の多数の個所に対応する内筒の外周の各個所に内側支持架台が設けられ、各内側支持架台にて階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム及び付加重量が支持され、外側支持架台と内側支持架台とが多数のダンパーを介して連結されているもので、制振構造の制振のための質量体が、外筒内に配された内筒、該内筒に取り付けた内側支持架台、及び内側支持架台にて支持された階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム及び付加重量物であり、外筒の揺れと内筒を含む上記質量体の揺れとの差にて多数のダンパーを作動させて制振するものであり、動的な揺れの抑制には有効であっても、超高塔状タワーの上部の強風による静的な変形を抑制することができる技術ではない。
【０００６】
前記（３）の塔状構造物の制振支持装置は、塔状構造物の下部に外側に広がるように設けられた支持部と、この塔状構造物の下方に位置して、地上に固定された水平の支持台と、この支持台上に塔状構造を支持する複数の鉛直方向の制振装置とを具備し、この制振装置が夫々垂直方向に伸縮する上下一対の支持部材を備え、下部支持部材の下端側が前記支持台上に固定され、上部支持部材の上端側が前記支持部に自在に結合され、かつ上下支持部材の間に、塔状構造物の荷重を支持するばね機構と、上下支持部材間の伸縮動に伴う塑性変形により振動を減衰する塑性変形式タンパ機構とを備えているもので、その制振装置は、塔状構造物の下部に設置され、塔体の鉛直方向の移動を制御するものであり、その塔状構造物の高さは高くても１０数メートルのブッシングであり、超高塔状タワーの制振に適用できない技術である。
この発明の解決しようとする課題は、上記の従来技術が有していた欠点を有していない超高（例えば、高さ３００ｍ以上）塔状タワーの制振構造を提供すること、換言すると、地震及び強風（暴風）による超高塔状タワーの上部の動的な変形及び静的な変形を抑制できる超高塔状タワーの制振構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の超高塔状タワーの制振構造は、基礎上に構築された下部構造体と、下部構造体の上方の部分の周囲から下部構造体の上端よりも更に上方にわたって構築された上部構造体とからなる塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、下部構造体の上端に設けられた支持部と上部構造体の高さ方向の中間の部分に設けられた受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、かつ前記上部構造体の前記の揺動の中 心の位置が上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風時の風圧力による回動力とがバランスするように設定され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の複数の部分と該部分に対向する下部構造体の上部の前記の揺動の中心よりも下方の複数の部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上部と上部構造体との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっていることを特徴とするものである。
【０００８】
この発明の超高塔状タワーの制振構造においては、揺動支持手段として、例えば、上部構造体の高さ方向の中間の位置の受け部を設け、下部構造体の頂部に支持部を設け、該支持部と受け部との係合により、上部構造体を下部構造体の上端に揺動可能に支持する。下部構造体の上部と上部構造体の下部との間に制振装置を設ける。
地震及び強風（暴風）の風の乱れに対しては、下部構造体の上部と上部構造体の下部との間に生じる回動、水平等の相対変位差を前記制振装置で吸収することにより、下部構造体及び上部構造体の振動を抑制することができる。
また、風速が変化しない強風（暴風）時の均一な（一様な）風圧力に対しては、上部構造体の高さ方向の中間の上部構造体の揺動の中心よりも下方の部分と前記揺動の中心よりも上方の上部構造体の部分の受風面積等を調整することにより、前記揺動の中心を中心とした上部構造体の回動（傾斜）変位を低減することができる。
超高塔状タワーを分割（分離）する位置は、建築・設備の機能上支障の無い位置でかつ上部構造体の揺動の中心よりも下方の部分と前記揺動の中心よりも上方の部分の受風圧及び重量のバランスを調整した位置とする。制振装置の仕様は、分割された各部分の周期特性に応じて設定する。
この発明の地震及び強風（暴風）の風の乱れに対してのみならず、強風（暴風）時の一様な（均一な）風圧力に対しても有効な超高塔状タワーの制振構造は、建造物の形状を問わず新規なアイデアである。
なお、早期に設置した制振装置の仕様を可変とすることにより、施工中の制振制御を行うことも可能である。
【０００９】
この発明の好適な形態の超高塔状タワーの制振構造は、基礎上に円錐台形状又は角錐台形状の下部構造体が構築され、下部構造体の上方の周囲に該下部構造体と分離して上部構造体の下方の部分となる展望台用構造体が構築され、該展望台用構造体の上側に尖塔体が構築され、該尖塔体と展望台用構造体とにより上部構造体が構成され、前記尖塔体にアンテナが設置される塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、下部構造体の上端に支持部が設けられ、上部構造体の高さ方向の中間の位置である尖塔体の下方の部分に受け部が設けられ、下部構造体の支持部と上部構造体の受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の下部構造体の外側の複数の部分とこれらの部分に対向する前記揺動の中心よりも下方の上部構造体の展望台用構造体の内側の各部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上方の部分と上部構造体の展望台用構造体の部分との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっていることを特徴とするものである。
【００１０】
この出願の発明の好適な形態においては、例えば、次の（Ａ）〜（Ｄ）のようにされる。
（Ａ）下部構造体の上部に揺動可能に支持される上部構造体の前記の揺動の中心の位置が上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力とがバランスするように設定されている。
上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力とのバランスは、揺動の中心から下の部分と上の部分の受風面積、揺動の中心の高さ位置等の調整によりとる。
（Ｂ）下部構造体に設けられる支持部及び上部構造体に設けられる受け部のいずれか一方が凸球面を備えた部材で構成され、他方が前記凸球面と係合する平面又は前記凸球面の半径以上の半径の凹球面を備えた部材で構成されている。
（Ｃ）支持部及び受け部の少なくとも一方がダンパーとバネとからなる制振装置を介して下部構造体又は上部構造体に設けられている。
（Ｄ）制振装置として、ダンパーとバネとの組み合わせからなるものを使用され、ダンパーとしては、変位中に運動のエネルギーを熱エネルギーに変換できるもの、例えば、油圧ダンパー、金属（塑性変形し易い鉛、純鉄等）ダンパー、粘弾性ダンパー、摩擦ダンパー等が使用され、それらのダンパーは単独で又は二種以上のものを組み合わせて用いられ、バネとしては、ダンパーをその中立位置に復元させ得る強さを有するもの、例えば、コイルバネ、板バネ、気体（例えば、空気）バネ等が使用される。
【００１１】
下部構造体は、例えば、ＲＣ造の構造体とするか、少なくとも上下方向に延在する多数のＲＣ造の柱状体を含む構造体として、高剛性のものとする。また、下部構造体は、例えば、その中央にＳ造又はＳＲＣ造の中央コア体を備え、その中央コア体は、鉛直方向に延在する中空部のある筒状体を含み、その筒状体の中空部内にエレベーター等の昇降施設を設置し得るようにする。上部構造体の一部を構成する展望台用構造体は、Ｓ造とし、例えば、スーパートラス架構にて構成する。上部構造体の一部を構成する尖塔体は、Ｓ造とし、例えば、シングルレヤートラス架構で構成する。
【００１２】
【実施例】
実施例の超高塔状タワー１００の制振構造は、図１〜図９に示され、下部構造体１０の上端に、展望台用構造体２０Ａと尖塔体２０Ｂとからなる上部構造体２０が揺動支持手段３０を介して揺動自在に支持され、下部構造体１０の上部と上部構造体２０の下部との間に配置された制振装置４０により上部構造体２０の変形を抑制するようにしたものである。
超高塔状タワー１００の下部は、図１〜図３に示すように、鉛直方向に細長い円錐台形又は角錐台形の下部構造体１０で構成され、その上部は、下部構造体１０の上部の周囲に構築された円筒形又は角筒形の展望台用構造体２０Ａと該展望台用構造体の上側に結合された円錐形又は角錐形の尖塔体２０Ｂとからなる上部構造体２０で構成され、展望台用構造体２０Ａの上面よりも上の上部構造体２０内の空間の天井の中央に設けた受け部３０Ｂを、下部構造体１０の上端に設けた球面体からなる支持部３０Ａに係合させて、上部構造体２０を下部構造体１０の上部に支持部３０Ａの中心０を中心にして揺動可能に支持し、下部構造体１０の上部の外側の部分１０ｂと展望台用構造体２０Ａの内側の部分２０Ａａとを多数の箇所で制振装置４０を介して連結して、超高塔状タワー１００の制振構造が構成されている。
【００１３】
下部構造体１０は、例えば、地盤中に構築された基礎Ｆｔ上にＲＣ造にて構築された円錐台形（又は角錐台形）の筒状体で構成される。そして、図８に示す下部構造体１０と同様に、その外形は底面の円の直径がＢ１で頂面の円の直径がＢ２で高さがＨ３の円錐台形と概ね一致する形状になっている。
展望台用構造体２０Ａは、下部構造体１０の上部の周囲にＳ造のスーパートラス架構からなる成がＨ２で直径がＤ３の円筒形構造体として構築される。この展望台用構造体２０Ａの内側の部分２０Ａａと、下部構造体１０の上部の外側の部分１０ｂとの間には多数の制振装置４０を配置する空間Ｓｐ１が設けられる。
なお、展望台用構造体３０の外形は、例えば、２階以上の成の円筒形（又は角筒形）又は逆さ円錐台形（又は逆さ角錐台形）にし、その中心軸線を下部構造体１０の円錐台形の中心軸線と一致させて構築される。
【００１４】
展望台用構造体２０Ａは、その径が下部構造体１０の円錐台形の上部の径よりも大径になっていて、その前後、左右及び上下は窓、壁、床等で覆われる。塔の完成後に、ここを展望台として使用するとともに、ここに集客施設、送受信設備等を収容する。
展望台用構造体２０Ａの中央の上側に、該展望台用構造体２０Ａと一体にＳ造の、例えば、シングルレヤートラス架構からなる略円錐状又は略角錐状の尖塔体２０Ｂがその中心を展望台用構造体２０Ａの中心軸線と一致させて構築される。
尖塔体２０Ｂの下方の展望台用構造体２０Ａの上面よりも上の下部２０Ｂａには円錐台形（又は角錐台形）の空間Ｓｐ２が形成され、この空間Ｓｐ２の下側に下部構造体１０の上端及びこれに取り付けた支持部３０Ａを収容し、その空間Ｓｐ２の天井の部分２０Ｂａ１の中央に、支持部３０Ａに対応して係合面が平な受け部３０Ｂを設け得るようになっている。
なお、尖塔体２０Ｂに多数のアナログ又はデジタル放送用のアンテナを上下方向及び周方向に間隔をおいて設置する。
【００１５】
下部構造体１０の上部の外側の部分と展望台用構造体２０Ａの内側の部分との間の空間Ｓｐ１には、下部構造体１０の中心軸線を中心として等しい角間隔をおいた複数の箇所にそれぞれ制振装置４０が配され、各制振装置４０の一方の端が下部構造体１０の外側の上部１０ｂに連結され、各制振装置４０の他方の端が展望台用構造体２０Ａの内側の部分２０Ａａに連結されている。
制振装置４０としては、ダンパーとバネとを並列に組み合わせてなるものを使用する。前記ダンパーとしては、運動のエネルギーを熱エネルギーに変換できるもの、例えば、油圧ダンパー、金属ダンパー、粘弾性ダンパー、摩擦ダンパー等を使用し、それらのダンパーは単独で又は二種以上のものを組み合わせて使用する。前記バネとしては、ダンパーをその中立位置に復元させ得る強さを有するもの、例えば、コイルバネ、板バネ、空気バネ等を使用する。
【００１６】
超高塔状タワー１００においては、風速が変化する強風（暴風）時又は地震時には、尖塔体２０Ｂと展望台用構造体２０Ａとからなる上部構造体２０が水平力を受けて揺動し、下部構造体１０の上部と展望台用構造体２０Ａとの間に相対的な変位が生ずると、制振装置４０によりその変位が吸収され、その揺動力が制振装置４０により熱エネルギーに変換され、上部構造体２０の揺れが軽減される。
比較例の超高塔状タワー１００’は、下部構造体と上部構造体とに分割されていない一体構造のものであり、この一体構造の超高塔状タワー１００’に風速が変化しない強風（暴風）が作用すると、超高塔状タワー１００’は、図４に示すように、上方にゆくにしたがって変形が大きくなり、その上端の変形量がδ１となり、その上端の中心軸線の鉛直線に対する傾斜角がθ１となる。
これに対して、この出願の発明の超高塔状タワー１００のように、超高塔状タワー１００が下部構造体１０と上部構造体２０とに分割され、上部構造体２０がその中間部で下部構造体１０の上部に揺動可能に支持されている場合には、超高塔状タワー１００に風速が変化しない強風（暴風）が作用したときには、図５に示すように、超高塔状タワー１００の下部構造体１０の上部がある程度変形し、また、その上部構造体２０は、その揺動の中心Ｏの下側と上側とが別々に変形する。その結果として、超高塔状タワー１００の上部構造体２０の上端の変形量がδとなり、その上端の中心軸線の鉛直線に対する傾斜角がθとなる。
そして、上部構造体２０の揺動の中心Ｏよりも下の部分に作用する風圧力による回転力と前記中心Ｏよりも上の部分に作用する風圧力による回転力とがバランスするように、上部構造体２０の揺動の中心Ｏより下の部分及び前記中心Ｏより上の部分の受風面積、形状、大きさ等を設定すると、超高塔状タワー１００の上部構造体２０の上端の変形量のδを前記δ１よりも大幅に小さくすることができる。同様に、超高塔状タワー１００の上部構造体２０の上端の傾斜角のθも前記θ１よりも大幅に小さくなる。
【００１７】
下部構造体１０の上端に設ける支持部３０Ａとして、例えば、図６及び図７に示されているような支持部３０Ａを使用する。
支持部３０Ａは、上側の支持板３２と下側の支持板３３との間に、等しい角間隔をおいて放射状にダンパーとバネとの組み合わせからなる制振装置３４を配し、制振装置３４の一方の端を上側の支持板３２に結合し、その他方の端を下側の支持板３３に結合し、上側の支持板３２の上側の中央に凸球面を備えた半球体３１を結合して構成されている。
図６及び図７に示す支持部３０Ａによると、上部構造体２０の中間部を下部構造体１０の上部に上記支持部３０Ａを介して揺動可能に支持した場合に、地震時又は強風（暴風）時に支持部３０Ａに上下方向の力が作用して、上部構造体２０の中間部と下部構造体１０の上部との間に相対変位が生じても、その相対変位を制振装置３４で吸収し、その上下方向の力を制振装置３４で熱エネルギーに変換することができ、支持部３０Ａ及び受け部３０Ｂに過度の鉛直方向の力が作用しないようにすることができる。
【００１８】
ＲＣ造の円錐台形の筒状体の下部構造体１０を使って超高塔状タワー１００を構築する場合を図１〜図３を用いて説明したが、下部構造体１０は、例えば、図８及び図９に示すように、外殻塔体１０Ａと該外殻塔体１０Ａ内に鉛直方向に延在させて立設された中央コアー体１０Ｂとを備えた構造のものにしてもよい。
外殻塔体１０Ａは、地盤中に構築された基礎Ｆｔの上側の平面視の円上に等しい角間隔をおいて配されかつ上下方向に延びる多数本（図示例では８本）のＲＣ造の中空の柱状体１１と、上下方向に間隔をおいて配されかつ各柱状体１１間を連結する多数本（図示例では９６本）の周方向の梁状体１２とを、多数の四辺形の軸組が構成されるように結合してなるラーメン架構の略円錐台形状（図８の底面の円形の径がＢ１で頂面の円形の径がＢ２で高さがＨ３の円錐台形と略一致する形状）に構築されている。
中央コアー体１０Ｂは、例えば、外殻塔体１０Ａ内の基礎上の中央に外殻塔体１０Ａの成と略同高に構築され、少なくとも鉛直方向に延在する中空部のある横断面が円形（又は多角形）のＳ造の筒状体として構成されている。その筒状体の中空部はエレベーター等の昇降施設の設置空間として利用される。
【００１９】
図８及び図９に示す例では、下部構造体１０の各柱状体１１は、例えば、横断面が正方形（又は矩形）でその中央に正方形（又は矩形）の中空部がその長手方向に延在しているものであり、円錐台形の上下方向に延びる円錐面に沿って円錐台形の中心軸線側に傾斜し、その下方から上方にゆくに従って断面積が漸次縮小するようになっている。
中央コアー体１０Ｂは、例えば、横断面が円筒形で、少なくとも鉛直方向に延在する多数本（図示例では８本）のＳ造の柱体１３と、上下方向に間隔をおいて配されかつ各柱体１３間を連結する多数本の周方向のＳ造の梁体１４と、各柱体１３及び各梁体１４間の隙間を塞ぐ壁板等で構成される。
外殻塔体１０Ａの柱状体１１と中央コアー体１０Ｂの柱体１３とは、外殻塔体１０Ａの梁状体１２と同じレベルにおいて、径方向に向けて水平に配される多数本のＳ造の梁体１６にて連結される。
【００２０】
実施例の超高塔状タワーのように、下部構造体１０をＲＣ造の高剛性の構造体で構成し、上部構造体２０をＳ造の展望台用構造体２０ＡとＳ造の尖塔体２０Ｂとで構成し、上部構造体２０の高さ方向の中間の部分を下部構造体１０の上端に揺動可能に支持し、上部構造体２０の前記の揺動の中心よりも下方の展望台用構造体２０Ａの複数の部分と該部分に対向する下部構造体２０の上部の前記揺動の中心よりも下方の複数の部分とを制振装置４０を介して連結し、下部構造体１０の上部と上部構造体２０の展望台用構造体２０Ａとの間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置２０により吸収されるようにすると、上部構造体２０の展望台用構造体２０Ａ及び尖塔体２０ＢをＳ造にしても、地震時及び暴風（強風）時における上部構造体２０の尖塔体２０Ｂの変形を抑制することができる。
実施例における超高塔状タワーの高さＨ、下部構造体１０の展望台用構造体２０Ａの下面よりも下の部分の高さＨ１及び展望台用構造体２０Ａの高さＨ２の一例を示すと、Ｈは６５０〜７００ｍ、Ｈ１は３５０〜４５０ｍ、Ｈ２は２０〜５０ｍである。超高塔状タワーの高さＨを下部構造体の底面の径Ｂ１で除した値が塔状比である。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載した構成を備えることにより、次の（イ）〜（ニ）の効果を奏する。
（イ）請求項１に係る発明の超高塔状タワーの制振構造は、基礎上に構築された下部構造体と、下部構造体の上方の部分の周囲から下部構造体の上端よりも更に上方にわたって構築された上部構造体とからなる塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、下部構造体の上端に設けられた支持部と上部構造体の高さ方向の中間の部分に設けられた受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、かつ前記上部構造体の前記の揺動の中心の位置が上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風時の風圧力による回動力とがバランスするように設定され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の複数の部分と該部分に対向する下部構造体の上部の前記の揺動の中心よりも下方の複数の部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上部と上部構造体との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっているから、次ぎの（１）〜（９）の効果を奏する。
（１）強風（暴風）及び地震に対する超高塔状タワー全体の振動を効率的に軽減できる。
（２）上部構造体の揺動の中心を上部構造体の構成に応じて適切に設定することにより、超高塔状タワーの上部の強風（暴風）による静的な変形を抑制することができる。
（３）制振装置の設置に伴う超高塔状タワーの補強が必要でない。
（４）建築計画上の無駄なスペースを必要としない。
（５）施工中における振動制御が可能である。
（６）尖塔体に設置されたアンテナの送信性能及び展望台の居住性能が高められる。
（７）以上の効果により、超高塔状タワーとしての安定性を確保しつつ、コストの低減と品質の向上が可能になる。
【００２２】
（８）上部構造体を下部構造体の上端に揺動可能に支持する手段及び制振装置の構成を単純化することができる。
（９）下部構造体の上部に揺動可能に支持される上部構造体の前記の揺動の中心の位置が上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力とがバランスするように設定されているから、風速が変化しない強風（暴風）時の一様な（均一な）風圧力に対して、超高塔状タワーの上部の強風（暴風）による静的な変形を抑制することができる。
【００２３】
（ロ）請求項２に係る発明の超高塔状タワーの制振構造は、基礎上に円錐台形状又は角錐台形状の下部構造体が構築され、下部構造体の上方の周囲に該下部構造体と分離して上部構造体の下方の部分となる展望台用構造体が構築され、該展望台用構造体の上側に尖塔体が構築され、該尖塔体と展望台用構造体とにより上部構造体が構成され、前記尖塔体にアンテナが設置される塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、下部構造体の上端に支持部が設けられ、上部構造体の高さ方向の中間の位置である尖塔体の下方の部分に受け部が設けられ、下部構造体の支持部と上部構造体の受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の下部構造体の外側の複数の部分とこれらの部分に対向する前記揺動の中心よりも下方の上部構造体の展望台用構造体の内側の各部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上方の部分と上部構造体の展望台用構造体の部分との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっているから、前記（１）〜（８）の効果と同じ効果を奏することができるとともに、制振装置のダンパーとバネにより、前記相対変位が吸収され、前記相対変位を生ぜしめる力が熱エネルギーに変換されて、展望台用構造体と尖塔体とからなる上部構造体の揺れが軽減されるので、尖塔体に取り付けたアンテナの送信性能と展望台の居住性を高めることができる。
【００２４】
（ハ）請求項３に係る発明の超高塔状タワーの制振構造のようにすることにより、前記（ロ）の効果と同様の効果を奏することができる。
（ニ）請求項４に係る発明の超高塔状タワーの制振構造は、支持部及び受け部の少なくとも一方がダンパーとバネとからなる制振装置を介して下部構造体又は上部構造体に設けられているから、地震時や強風（暴風）時に下部構造体に対する上部構造体の上下方向の相対変位が生じても、その上下方向の相対変位を制振装置により吸収し、その上下方向の力を制振装置で熱エネルギーに変換することができ、支持部及び受け部に過度の力が作用しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の超高塔状タワーの立面図
【図２】 図１に示す超高塔状タワーを図３のＡ−Ａ線で縦断した立面図
【図３】 図２に示す超高塔状タワーをそのＢ−Ｂ線で横断し矢印方向にみた平面図
【図４】 比較例の超高塔状タワーの強風時の変形を概念的に示した説明図
【図５】 実施例の超高塔状タワーの強風時の変形を概念的に示した説明図
【図６】 実施例の超高塔状タワーの支持部の具体例を示す正面図
【図７】 図６に示す支持部をそのＣ−Ｃ線で横断し矢印方向にみた平面図
【図８】 実施例の超高塔状タワーの他の形態の下部構造体の立面図
【図９】 図８に示す下部構造体をそのＤ−Ｄ線で横断し矢印方向にみた平面図
【符号の説明】
１００ 超高塔状タワー
１０ 下部構造体
１０ａ 上端
１０ｂ 上部
１０Ａ 外殻塔体
１０Ｂ 中央コア体
２０ 上部構造体
２０Ａ 展望台用構造体
２０Ａａ 内側の部分
２０Ｂ 尖塔体
２０Ｂａ 下部
３０ 揺動支持手段
３０Ａ 支持部
３０Ｂ 受け部
３１ 半球体
３２ 上側の支持板
３３ 下側の支持板
３４ 制振装置
４０ 制振装置
Ｏ 中心
Ｓｐ１，Ｓｐ２ 空間
【発明の属する技術分野】
この発明は、超高塔状タワーの制振構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超高構造物には、例えば、次の（１）〜（３）のようなものがある。
（１）下端を基礎に結合して基礎上に立設された外筒と、該外筒の内側に基礎から分離された状態で配置され、該外筒の頂部に揺動可能に吊り下げられた内筒とによって筒型筒体が構成され、前記内筒が互いに並列関係をもって配置されたばね及び減衰部材を介して外筒に支持され、これらばね及び減衰部材と内筒の重量とによって構成される振動系を外筒の固有周期に同調させるようにした筒型塔体の制振構造（例えば、特開平１１−３００５４号公報参照）。
（２）煙道である鉄骨造（Ｓ造という）の内筒と、該内筒との間に隙間をあけてこれを囲む鉄筋コンクリート造（ＲＣ造という）の外筒とで構成される超高煙突において、外筒内の鉛直方向に間隔をおいた多数の個所に外側支持架台が設けられ、外筒の前記の多数の個所に対応する内筒の外周の各個所に内側支持架台が設けられ、各内側支持架台にて階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム及び付加重量が支持され、外側支持架台と内側支持架台とが多数のダンパーを介して連結されている制振構造の超高煙突（例えば、特開平９−２２１９３９号公報参照）。
（３）塔状構造物の下部に外側に広がるように設けられた支持部と、この塔状構造物の下方に位置して、地上に固定された水平の支持台と、この支持台上に塔状構造を支持する複数の鉛直方向の制振装置とを具備し、この制振装置が夫々垂直方向に伸縮する上下一対の支持部材を備え、下部支持部材の下端側が前記支持台上に固定され、上部支持部材の上端側が前記支持部に自在に結合され、かつ上下支持部材の間に、塔状構造物の荷重を支持するばね機構と、上下支持部材間の伸縮動に伴う塑性変形により振動を減衰する塑性変形式タンパ機構とを備えている塔状構造物の制振支持装置（例えば、特開平５−３１１９２５号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
放送・通信のデジタル化への急速な動きの中、各地でデジタルアンテナ塔（電波塔）の計画が浮上している。アンテナ塔は、限られた立地条件の中で、地上波受信地域の広域化や観光用展望台の魅力付け等の機能上からできるだけ高い方が好ましく、この結果、高さ３００ｍ以上で塔状比５以上となるような超高塔状タワーが要求されている。超高塔状タワーでは、地震時のみならず台風時の安全性が重要な問題となる。
３００ｍクラスのタワーでは、東京タワーとエッフェル塔のように、風の透過性の良いＳ造のものがあるが、いずれも塔状比は４程度のものである。海外における高さ３００ｍ以上で、塔状比５以上の構造物では、風に対する転倒防止のため、軽量な鉄骨造ではなく、重量があり安定性に優れたＲＣ造とするケースが多くみられる。
我が国は、台風・地震とも海外に比べて厳しい環境下にあり、アンテナ・展望台等の機能保持上、揺れの抑制は不可欠の要件である。こうしたことから、超高塔状タワーの実現のために、風及び地震に対する揺れの効果的な制御技術の開発が急がれている。
【０００４】
塔状構造物は、その曲げ変形の卓越する形状や部材数が少ないことから、ビル建築に多く用いられているような各層のせん断変形の減衰性能を増すような制振機構では、制振効果が期待できない。そこで、これまでの塔状構造物では、構造物の頂部に質量体（マスや液体槽）を設置し、この質量体の振動や回転により構造体全体の振動を抑制するマスダンパー方式（ＡＭＤ，ＴＭＤ，ＴＬＤ）を採用する例が多かった。
しかし、高さ３００ｍ以上で塔状比５以上の超高塔状構造物では、総重量が巨大となる上、周期が５〜１０秒と長く、その頂部の変形量が数ｍに達する。こうした構造物に対しては、マスダンパー方式の制振では、制振効果を発揮させるのに極めて大きな質量体を必要とし、これを支持するための下部構造体の補強量も増大する。さらに、質量体に付加するダンパーやバネ機構には、極めて大きなストローク、速度及び反力に対応した、現状では製作されていないような高性能の装置が必要となる。加えて、マスダンパー方式の制振では、超高の塔状構造物の頂部の事業上有効なスペースの大きな部分が制振装置の設置に費やされてしまい、建築計画的にも合理的でないという欠点がある。
【０００５】
前記（１）の筒型塔体の制振装置は、下端を基礎に結合して基礎上に立設された外筒と、該外筒の内側に基礎から分離された状態で配置され、該外筒の頂部に揺動可能に吊り下げられた内筒とによって筒型筒体が構成され、前記内筒が互いに並列関係をもって配置されたばね及び減衰部材を介して外筒に支持され、これらばね及び減衰部材と内筒の重量とによって構成される振動系を外筒の固有周期に同調させるようにしたもので、制振装置の質量体が外筒内に配されかつ外筒の頂部に揺動可能に吊り下げられた内筒であり、内筒がその上端を外筒の上端から少々突出しているだけであるから、強風、地震等の外力で先ず揺れるものが外筒であり、外筒の動的な揺れが内筒を質量体として制振されるものであり、動的な揺れの抑制には有効であっても、超高塔状タワーの上部の強風による静的な変形を抑制することができる技術ではない。
前記（２）の制振構造の超高煙突は、煙道であるＳ造の内筒と、該内筒との間に隙間をあけてこれを囲むＲＣ造の外筒とで構成される超高煙突において、外筒内の鉛直方向に間隔をおいた多数の個所に外側支持架台が設けられ、外筒の前記の多数の個所に対応する内筒の外周の各個所に内側支持架台が設けられ、各内側支持架台にて階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム及び付加重量が支持され、外側支持架台と内側支持架台とが多数のダンパーを介して連結されているもので、制振構造の制振のための質量体が、外筒内に配された内筒、該内筒に取り付けた内側支持架台、及び内側支持架台にて支持された階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム及び付加重量物であり、外筒の揺れと内筒を含む上記質量体の揺れとの差にて多数のダンパーを作動させて制振するものであり、動的な揺れの抑制には有効であっても、超高塔状タワーの上部の強風による静的な変形を抑制することができる技術ではない。
【０００６】
前記（３）の塔状構造物の制振支持装置は、塔状構造物の下部に外側に広がるように設けられた支持部と、この塔状構造物の下方に位置して、地上に固定された水平の支持台と、この支持台上に塔状構造を支持する複数の鉛直方向の制振装置とを具備し、この制振装置が夫々垂直方向に伸縮する上下一対の支持部材を備え、下部支持部材の下端側が前記支持台上に固定され、上部支持部材の上端側が前記支持部に自在に結合され、かつ上下支持部材の間に、塔状構造物の荷重を支持するばね機構と、上下支持部材間の伸縮動に伴う塑性変形により振動を減衰する塑性変形式タンパ機構とを備えているもので、その制振装置は、塔状構造物の下部に設置され、塔体の鉛直方向の移動を制御するものであり、その塔状構造物の高さは高くても１０数メートルのブッシングであり、超高塔状タワーの制振に適用できない技術である。
この発明の解決しようとする課題は、上記の従来技術が有していた欠点を有していない超高（例えば、高さ３００ｍ以上）塔状タワーの制振構造を提供すること、換言すると、地震及び強風（暴風）による超高塔状タワーの上部の動的な変形及び静的な変形を抑制できる超高塔状タワーの制振構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の超高塔状タワーの制振構造は、基礎上に構築された下部構造体と、下部構造体の上方の部分の周囲から下部構造体の上端よりも更に上方にわたって構築された上部構造体とからなる塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、下部構造体の上端に設けられた支持部と上部構造体の高さ方向の中間の部分に設けられた受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、かつ前記上部構造体の前記の揺動の中 心の位置が上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風時の風圧力による回動力とがバランスするように設定され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の複数の部分と該部分に対向する下部構造体の上部の前記の揺動の中心よりも下方の複数の部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上部と上部構造体との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっていることを特徴とするものである。
【０００８】
この発明の超高塔状タワーの制振構造においては、揺動支持手段として、例えば、上部構造体の高さ方向の中間の位置の受け部を設け、下部構造体の頂部に支持部を設け、該支持部と受け部との係合により、上部構造体を下部構造体の上端に揺動可能に支持する。下部構造体の上部と上部構造体の下部との間に制振装置を設ける。
地震及び強風（暴風）の風の乱れに対しては、下部構造体の上部と上部構造体の下部との間に生じる回動、水平等の相対変位差を前記制振装置で吸収することにより、下部構造体及び上部構造体の振動を抑制することができる。
また、風速が変化しない強風（暴風）時の均一な（一様な）風圧力に対しては、上部構造体の高さ方向の中間の上部構造体の揺動の中心よりも下方の部分と前記揺動の中心よりも上方の上部構造体の部分の受風面積等を調整することにより、前記揺動の中心を中心とした上部構造体の回動（傾斜）変位を低減することができる。
超高塔状タワーを分割（分離）する位置は、建築・設備の機能上支障の無い位置でかつ上部構造体の揺動の中心よりも下方の部分と前記揺動の中心よりも上方の部分の受風圧及び重量のバランスを調整した位置とする。制振装置の仕様は、分割された各部分の周期特性に応じて設定する。
この発明の地震及び強風（暴風）の風の乱れに対してのみならず、強風（暴風）時の一様な（均一な）風圧力に対しても有効な超高塔状タワーの制振構造は、建造物の形状を問わず新規なアイデアである。
なお、早期に設置した制振装置の仕様を可変とすることにより、施工中の制振制御を行うことも可能である。
【０００９】
この発明の好適な形態の超高塔状タワーの制振構造は、基礎上に円錐台形状又は角錐台形状の下部構造体が構築され、下部構造体の上方の周囲に該下部構造体と分離して上部構造体の下方の部分となる展望台用構造体が構築され、該展望台用構造体の上側に尖塔体が構築され、該尖塔体と展望台用構造体とにより上部構造体が構成され、前記尖塔体にアンテナが設置される塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、下部構造体の上端に支持部が設けられ、上部構造体の高さ方向の中間の位置である尖塔体の下方の部分に受け部が設けられ、下部構造体の支持部と上部構造体の受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の下部構造体の外側の複数の部分とこれらの部分に対向する前記揺動の中心よりも下方の上部構造体の展望台用構造体の内側の各部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上方の部分と上部構造体の展望台用構造体の部分との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっていることを特徴とするものである。
【００１０】
この出願の発明の好適な形態においては、例えば、次の（Ａ）〜（Ｄ）のようにされる。
（Ａ）下部構造体の上部に揺動可能に支持される上部構造体の前記の揺動の中心の位置が上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力とがバランスするように設定されている。
上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力とのバランスは、揺動の中心から下の部分と上の部分の受風面積、揺動の中心の高さ位置等の調整によりとる。
（Ｂ）下部構造体に設けられる支持部及び上部構造体に設けられる受け部のいずれか一方が凸球面を備えた部材で構成され、他方が前記凸球面と係合する平面又は前記凸球面の半径以上の半径の凹球面を備えた部材で構成されている。
（Ｃ）支持部及び受け部の少なくとも一方がダンパーとバネとからなる制振装置を介して下部構造体又は上部構造体に設けられている。
（Ｄ）制振装置として、ダンパーとバネとの組み合わせからなるものを使用され、ダンパーとしては、変位中に運動のエネルギーを熱エネルギーに変換できるもの、例えば、油圧ダンパー、金属（塑性変形し易い鉛、純鉄等）ダンパー、粘弾性ダンパー、摩擦ダンパー等が使用され、それらのダンパーは単独で又は二種以上のものを組み合わせて用いられ、バネとしては、ダンパーをその中立位置に復元させ得る強さを有するもの、例えば、コイルバネ、板バネ、気体（例えば、空気）バネ等が使用される。
【００１１】
下部構造体は、例えば、ＲＣ造の構造体とするか、少なくとも上下方向に延在する多数のＲＣ造の柱状体を含む構造体として、高剛性のものとする。また、下部構造体は、例えば、その中央にＳ造又はＳＲＣ造の中央コア体を備え、その中央コア体は、鉛直方向に延在する中空部のある筒状体を含み、その筒状体の中空部内にエレベーター等の昇降施設を設置し得るようにする。上部構造体の一部を構成する展望台用構造体は、Ｓ造とし、例えば、スーパートラス架構にて構成する。上部構造体の一部を構成する尖塔体は、Ｓ造とし、例えば、シングルレヤートラス架構で構成する。
【００１２】
【実施例】
実施例の超高塔状タワー１００の制振構造は、図１〜図９に示され、下部構造体１０の上端に、展望台用構造体２０Ａと尖塔体２０Ｂとからなる上部構造体２０が揺動支持手段３０を介して揺動自在に支持され、下部構造体１０の上部と上部構造体２０の下部との間に配置された制振装置４０により上部構造体２０の変形を抑制するようにしたものである。
超高塔状タワー１００の下部は、図１〜図３に示すように、鉛直方向に細長い円錐台形又は角錐台形の下部構造体１０で構成され、その上部は、下部構造体１０の上部の周囲に構築された円筒形又は角筒形の展望台用構造体２０Ａと該展望台用構造体の上側に結合された円錐形又は角錐形の尖塔体２０Ｂとからなる上部構造体２０で構成され、展望台用構造体２０Ａの上面よりも上の上部構造体２０内の空間の天井の中央に設けた受け部３０Ｂを、下部構造体１０の上端に設けた球面体からなる支持部３０Ａに係合させて、上部構造体２０を下部構造体１０の上部に支持部３０Ａの中心０を中心にして揺動可能に支持し、下部構造体１０の上部の外側の部分１０ｂと展望台用構造体２０Ａの内側の部分２０Ａａとを多数の箇所で制振装置４０を介して連結して、超高塔状タワー１００の制振構造が構成されている。
【００１３】
下部構造体１０は、例えば、地盤中に構築された基礎Ｆｔ上にＲＣ造にて構築された円錐台形（又は角錐台形）の筒状体で構成される。そして、図８に示す下部構造体１０と同様に、その外形は底面の円の直径がＢ１で頂面の円の直径がＢ２で高さがＨ３の円錐台形と概ね一致する形状になっている。
展望台用構造体２０Ａは、下部構造体１０の上部の周囲にＳ造のスーパートラス架構からなる成がＨ２で直径がＤ３の円筒形構造体として構築される。この展望台用構造体２０Ａの内側の部分２０Ａａと、下部構造体１０の上部の外側の部分１０ｂとの間には多数の制振装置４０を配置する空間Ｓｐ１が設けられる。
なお、展望台用構造体３０の外形は、例えば、２階以上の成の円筒形（又は角筒形）又は逆さ円錐台形（又は逆さ角錐台形）にし、その中心軸線を下部構造体１０の円錐台形の中心軸線と一致させて構築される。
【００１４】
展望台用構造体２０Ａは、その径が下部構造体１０の円錐台形の上部の径よりも大径になっていて、その前後、左右及び上下は窓、壁、床等で覆われる。塔の完成後に、ここを展望台として使用するとともに、ここに集客施設、送受信設備等を収容する。
展望台用構造体２０Ａの中央の上側に、該展望台用構造体２０Ａと一体にＳ造の、例えば、シングルレヤートラス架構からなる略円錐状又は略角錐状の尖塔体２０Ｂがその中心を展望台用構造体２０Ａの中心軸線と一致させて構築される。
尖塔体２０Ｂの下方の展望台用構造体２０Ａの上面よりも上の下部２０Ｂａには円錐台形（又は角錐台形）の空間Ｓｐ２が形成され、この空間Ｓｐ２の下側に下部構造体１０の上端及びこれに取り付けた支持部３０Ａを収容し、その空間Ｓｐ２の天井の部分２０Ｂａ１の中央に、支持部３０Ａに対応して係合面が平な受け部３０Ｂを設け得るようになっている。
なお、尖塔体２０Ｂに多数のアナログ又はデジタル放送用のアンテナを上下方向及び周方向に間隔をおいて設置する。
【００１５】
下部構造体１０の上部の外側の部分と展望台用構造体２０Ａの内側の部分との間の空間Ｓｐ１には、下部構造体１０の中心軸線を中心として等しい角間隔をおいた複数の箇所にそれぞれ制振装置４０が配され、各制振装置４０の一方の端が下部構造体１０の外側の上部１０ｂに連結され、各制振装置４０の他方の端が展望台用構造体２０Ａの内側の部分２０Ａａに連結されている。
制振装置４０としては、ダンパーとバネとを並列に組み合わせてなるものを使用する。前記ダンパーとしては、運動のエネルギーを熱エネルギーに変換できるもの、例えば、油圧ダンパー、金属ダンパー、粘弾性ダンパー、摩擦ダンパー等を使用し、それらのダンパーは単独で又は二種以上のものを組み合わせて使用する。前記バネとしては、ダンパーをその中立位置に復元させ得る強さを有するもの、例えば、コイルバネ、板バネ、空気バネ等を使用する。
【００１６】
超高塔状タワー１００においては、風速が変化する強風（暴風）時又は地震時には、尖塔体２０Ｂと展望台用構造体２０Ａとからなる上部構造体２０が水平力を受けて揺動し、下部構造体１０の上部と展望台用構造体２０Ａとの間に相対的な変位が生ずると、制振装置４０によりその変位が吸収され、その揺動力が制振装置４０により熱エネルギーに変換され、上部構造体２０の揺れが軽減される。
比較例の超高塔状タワー１００’は、下部構造体と上部構造体とに分割されていない一体構造のものであり、この一体構造の超高塔状タワー１００’に風速が変化しない強風（暴風）が作用すると、超高塔状タワー１００’は、図４に示すように、上方にゆくにしたがって変形が大きくなり、その上端の変形量がδ１となり、その上端の中心軸線の鉛直線に対する傾斜角がθ１となる。
これに対して、この出願の発明の超高塔状タワー１００のように、超高塔状タワー１００が下部構造体１０と上部構造体２０とに分割され、上部構造体２０がその中間部で下部構造体１０の上部に揺動可能に支持されている場合には、超高塔状タワー１００に風速が変化しない強風（暴風）が作用したときには、図５に示すように、超高塔状タワー１００の下部構造体１０の上部がある程度変形し、また、その上部構造体２０は、その揺動の中心Ｏの下側と上側とが別々に変形する。その結果として、超高塔状タワー１００の上部構造体２０の上端の変形量がδとなり、その上端の中心軸線の鉛直線に対する傾斜角がθとなる。
そして、上部構造体２０の揺動の中心Ｏよりも下の部分に作用する風圧力による回転力と前記中心Ｏよりも上の部分に作用する風圧力による回転力とがバランスするように、上部構造体２０の揺動の中心Ｏより下の部分及び前記中心Ｏより上の部分の受風面積、形状、大きさ等を設定すると、超高塔状タワー１００の上部構造体２０の上端の変形量のδを前記δ１よりも大幅に小さくすることができる。同様に、超高塔状タワー１００の上部構造体２０の上端の傾斜角のθも前記θ１よりも大幅に小さくなる。
【００１７】
下部構造体１０の上端に設ける支持部３０Ａとして、例えば、図６及び図７に示されているような支持部３０Ａを使用する。
支持部３０Ａは、上側の支持板３２と下側の支持板３３との間に、等しい角間隔をおいて放射状にダンパーとバネとの組み合わせからなる制振装置３４を配し、制振装置３４の一方の端を上側の支持板３２に結合し、その他方の端を下側の支持板３３に結合し、上側の支持板３２の上側の中央に凸球面を備えた半球体３１を結合して構成されている。
図６及び図７に示す支持部３０Ａによると、上部構造体２０の中間部を下部構造体１０の上部に上記支持部３０Ａを介して揺動可能に支持した場合に、地震時又は強風（暴風）時に支持部３０Ａに上下方向の力が作用して、上部構造体２０の中間部と下部構造体１０の上部との間に相対変位が生じても、その相対変位を制振装置３４で吸収し、その上下方向の力を制振装置３４で熱エネルギーに変換することができ、支持部３０Ａ及び受け部３０Ｂに過度の鉛直方向の力が作用しないようにすることができる。
【００１８】
ＲＣ造の円錐台形の筒状体の下部構造体１０を使って超高塔状タワー１００を構築する場合を図１〜図３を用いて説明したが、下部構造体１０は、例えば、図８及び図９に示すように、外殻塔体１０Ａと該外殻塔体１０Ａ内に鉛直方向に延在させて立設された中央コアー体１０Ｂとを備えた構造のものにしてもよい。
外殻塔体１０Ａは、地盤中に構築された基礎Ｆｔの上側の平面視の円上に等しい角間隔をおいて配されかつ上下方向に延びる多数本（図示例では８本）のＲＣ造の中空の柱状体１１と、上下方向に間隔をおいて配されかつ各柱状体１１間を連結する多数本（図示例では９６本）の周方向の梁状体１２とを、多数の四辺形の軸組が構成されるように結合してなるラーメン架構の略円錐台形状（図８の底面の円形の径がＢ１で頂面の円形の径がＢ２で高さがＨ３の円錐台形と略一致する形状）に構築されている。
中央コアー体１０Ｂは、例えば、外殻塔体１０Ａ内の基礎上の中央に外殻塔体１０Ａの成と略同高に構築され、少なくとも鉛直方向に延在する中空部のある横断面が円形（又は多角形）のＳ造の筒状体として構成されている。その筒状体の中空部はエレベーター等の昇降施設の設置空間として利用される。
【００１９】
図８及び図９に示す例では、下部構造体１０の各柱状体１１は、例えば、横断面が正方形（又は矩形）でその中央に正方形（又は矩形）の中空部がその長手方向に延在しているものであり、円錐台形の上下方向に延びる円錐面に沿って円錐台形の中心軸線側に傾斜し、その下方から上方にゆくに従って断面積が漸次縮小するようになっている。
中央コアー体１０Ｂは、例えば、横断面が円筒形で、少なくとも鉛直方向に延在する多数本（図示例では８本）のＳ造の柱体１３と、上下方向に間隔をおいて配されかつ各柱体１３間を連結する多数本の周方向のＳ造の梁体１４と、各柱体１３及び各梁体１４間の隙間を塞ぐ壁板等で構成される。
外殻塔体１０Ａの柱状体１１と中央コアー体１０Ｂの柱体１３とは、外殻塔体１０Ａの梁状体１２と同じレベルにおいて、径方向に向けて水平に配される多数本のＳ造の梁体１６にて連結される。
【００２０】
実施例の超高塔状タワーのように、下部構造体１０をＲＣ造の高剛性の構造体で構成し、上部構造体２０をＳ造の展望台用構造体２０ＡとＳ造の尖塔体２０Ｂとで構成し、上部構造体２０の高さ方向の中間の部分を下部構造体１０の上端に揺動可能に支持し、上部構造体２０の前記の揺動の中心よりも下方の展望台用構造体２０Ａの複数の部分と該部分に対向する下部構造体２０の上部の前記揺動の中心よりも下方の複数の部分とを制振装置４０を介して連結し、下部構造体１０の上部と上部構造体２０の展望台用構造体２０Ａとの間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置２０により吸収されるようにすると、上部構造体２０の展望台用構造体２０Ａ及び尖塔体２０ＢをＳ造にしても、地震時及び暴風（強風）時における上部構造体２０の尖塔体２０Ｂの変形を抑制することができる。
実施例における超高塔状タワーの高さＨ、下部構造体１０の展望台用構造体２０Ａの下面よりも下の部分の高さＨ１及び展望台用構造体２０Ａの高さＨ２の一例を示すと、Ｈは６５０〜７００ｍ、Ｈ１は３５０〜４５０ｍ、Ｈ２は２０〜５０ｍである。超高塔状タワーの高さＨを下部構造体の底面の径Ｂ１で除した値が塔状比である。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載した構成を備えることにより、次の（イ）〜（ニ）の効果を奏する。
（イ）請求項１に係る発明の超高塔状タワーの制振構造は、基礎上に構築された下部構造体と、下部構造体の上方の部分の周囲から下部構造体の上端よりも更に上方にわたって構築された上部構造体とからなる塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、下部構造体の上端に設けられた支持部と上部構造体の高さ方向の中間の部分に設けられた受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、かつ前記上部構造体の前記の揺動の中心の位置が上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風時の風圧力による回動力とがバランスするように設定され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の複数の部分と該部分に対向する下部構造体の上部の前記の揺動の中心よりも下方の複数の部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上部と上部構造体との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっているから、次ぎの（１）〜（９）の効果を奏する。
（１）強風（暴風）及び地震に対する超高塔状タワー全体の振動を効率的に軽減できる。
（２）上部構造体の揺動の中心を上部構造体の構成に応じて適切に設定することにより、超高塔状タワーの上部の強風（暴風）による静的な変形を抑制することができる。
（３）制振装置の設置に伴う超高塔状タワーの補強が必要でない。
（４）建築計画上の無駄なスペースを必要としない。
（５）施工中における振動制御が可能である。
（６）尖塔体に設置されたアンテナの送信性能及び展望台の居住性能が高められる。
（７）以上の効果により、超高塔状タワーとしての安定性を確保しつつ、コストの低減と品質の向上が可能になる。
【００２２】
（８）上部構造体を下部構造体の上端に揺動可能に支持する手段及び制振装置の構成を単純化することができる。
（９）下部構造体の上部に揺動可能に支持される上部構造体の前記の揺動の中心の位置が上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風（暴風）時の風圧力による回動力とがバランスするように設定されているから、風速が変化しない強風（暴風）時の一様な（均一な）風圧力に対して、超高塔状タワーの上部の強風（暴風）による静的な変形を抑制することができる。
【００２３】
（ロ）請求項２に係る発明の超高塔状タワーの制振構造は、基礎上に円錐台形状又は角錐台形状の下部構造体が構築され、下部構造体の上方の周囲に該下部構造体と分離して上部構造体の下方の部分となる展望台用構造体が構築され、該展望台用構造体の上側に尖塔体が構築され、該尖塔体と展望台用構造体とにより上部構造体が構成され、前記尖塔体にアンテナが設置される塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、下部構造体の上端に支持部が設けられ、上部構造体の高さ方向の中間の位置である尖塔体の下方の部分に受け部が設けられ、下部構造体の支持部と上部構造体の受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の下部構造体の外側の複数の部分とこれらの部分に対向する前記揺動の中心よりも下方の上部構造体の展望台用構造体の内側の各部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上方の部分と上部構造体の展望台用構造体の部分との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっているから、前記（１）〜（８）の効果と同じ効果を奏することができるとともに、制振装置のダンパーとバネにより、前記相対変位が吸収され、前記相対変位を生ぜしめる力が熱エネルギーに変換されて、展望台用構造体と尖塔体とからなる上部構造体の揺れが軽減されるので、尖塔体に取り付けたアンテナの送信性能と展望台の居住性を高めることができる。
【００２４】
（ハ）請求項３に係る発明の超高塔状タワーの制振構造のようにすることにより、前記（ロ）の効果と同様の効果を奏することができる。
（ニ）請求項４に係る発明の超高塔状タワーの制振構造は、支持部及び受け部の少なくとも一方がダンパーとバネとからなる制振装置を介して下部構造体又は上部構造体に設けられているから、地震時や強風（暴風）時に下部構造体に対する上部構造体の上下方向の相対変位が生じても、その上下方向の相対変位を制振装置により吸収し、その上下方向の力を制振装置で熱エネルギーに変換することができ、支持部及び受け部に過度の力が作用しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の超高塔状タワーの立面図
【図２】 図１に示す超高塔状タワーを図３のＡ−Ａ線で縦断した立面図
【図３】 図２に示す超高塔状タワーをそのＢ−Ｂ線で横断し矢印方向にみた平面図
【図４】 比較例の超高塔状タワーの強風時の変形を概念的に示した説明図
【図５】 実施例の超高塔状タワーの強風時の変形を概念的に示した説明図
【図６】 実施例の超高塔状タワーの支持部の具体例を示す正面図
【図７】 図６に示す支持部をそのＣ−Ｃ線で横断し矢印方向にみた平面図
【図８】 実施例の超高塔状タワーの他の形態の下部構造体の立面図
【図９】 図８に示す下部構造体をそのＤ−Ｄ線で横断し矢印方向にみた平面図
【符号の説明】
１００ 超高塔状タワー
１０ 下部構造体
１０ａ 上端
１０ｂ 上部
１０Ａ 外殻塔体
１０Ｂ 中央コア体
２０ 上部構造体
２０Ａ 展望台用構造体
２０Ａａ 内側の部分
２０Ｂ 尖塔体
２０Ｂａ 下部
３０ 揺動支持手段
３０Ａ 支持部
３０Ｂ 受け部
３１ 半球体
３２ 上側の支持板
３３ 下側の支持板
３４ 制振装置
４０ 制振装置
Ｏ 中心
Ｓｐ１，Ｓｐ２ 空間
Claims (4)
- 基礎上に構築された下部構造体と、下部構造体の上方の部分の周囲から下部構造体の上端よりも更に上方にわたって構築された上部構造体とからなる塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、下部構造体の上端に設けられた支持部と上部構造体の高さ方向の中間の部分に設けられた受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、かつ前記上部構造体の前記の揺動の中心の位置が上部構造体の揺動の中心よりも下の部分に作用する強風時の風圧力による回動力と上部構造体の前記中心よりも上の部分に作用する強風時の風圧力による回動力とがバランスするように設定され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の複数の部分と該部分に対向する下部構造体の上部の前記の揺動の中心よりも下方の複数の部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上部と上部構造体との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっていることを特徴とする超高塔状タワーの制振構造。
- 基礎上に円錐台形状又は角錐台形状の下部構造体が構築され、下部構造体の上方の周囲に該下部構造体と分離して上部構造体の下方の部分となる展望台用構造体が構築され、該展望台用構造体の上側に尖塔体が構築され、該尖塔体と展望台用構造体とにより上部構造体が構成され、前記尖塔体にアンテナが設置される塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、下部構造体の上端に支持部が設けられ、上部構造体の高さ方向の中間の位置である尖塔体の下方の部分に受け部が設けられ、下部構造体の支持部と上部構造体の受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の下部構造体の外側の複数の部分とこれらの部分に対向する前記揺動の中心よりも下方の上部構造体の展望台用構造体の内側の各部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上方の部分と上部構造体の展望台用構造体の部分との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっていることを特徴とする超高塔状タワーの制振構造。
- 基礎上に外殻塔体が構築され、該外殻塔体の内側に中央コア体が構築され、外殻塔体と中央コア体とにより下部構造体が構成され、外殻塔体の上部の周囲に展望台用構造体が構築され、該展望台用構造体の上側に尖塔体が構築され、展望台用構造体と尖塔体とにより上部構造体が構成され、前記尖塔体にアンテナが設置される塔状比が５以上の超高塔状タワーにおいて、外殻塔体が円錐台形状又は角錐台形状の筒状体で構成され、展望台用構造体が外殻塔体の上部の部分の周囲に該部分の外殻塔体の径よりも大径にしかつ前記部分との間に径方向の空間をあけて円筒形状、角筒形状、逆さ円錐台形状又は逆さ角錐台形状に構築され、前記展望台用構造体の上側に該展望台用構造体に結合させて尖塔体が構築され、上部構造体の中間の位置より下方の尖塔体の内側に空間が形成され、下部構造体の上端に支持部が設けられ、上部構造体の高さ方向の中間の尖塔体の下方の前記空間の上端に受け部が設けられ、下部構造体の支持部と上部構造体の受け部との係合により、上部構造体が下部構造体の上端に揺動可能に支持され、上部構造体の前記の揺動の中心よりも下方の下部構造体の外側の複数の部分とこれらの部分に対向する上部構造体の前記揺動の中心よりも下方の展望台用構造体の内側の各部分とがダンパーとバネとからなる制振装置を介して連結され、下部構造体の上方の部分と上部構造体の展望台用構造体の部分との間に生じる相対変位及び該相対変位を生ぜしめる力が前記制振装置のダンパーとバネにより吸収され、タワーの全体及び各部の強風又は地震による振動が抑制されるようになっていることを特徴とする超高塔状タワーの制振構造。
- 支持部及び受け部の少なくとも一方がダンパーとバネとからなる制振装置を介して下部構造体又は上部構造体に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つの項記載の超高塔状タワーの制振構造。
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