JP4317512B2

JP4317512B2 - 塔状構造物の建設方法、及び建設装置

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Publication number: JP4317512B2
Application number: JP2004340999A
Authority: JP
Inventors: 亮水谷
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: JP2006152571A

Description

本発明は、高さ方向に沿った空洞が内部に形成された塔状構造物、例えば、大型のナセルを有する風力発電装置や大型の煙突などを建設する建設方法、及びそれに利用する建設装置に関する。

近年、化石エネルギーの枯渇などが心配される中、その他のエネルギーとして、風力や太陽光といった自然エネルギーを利用する機運が高まっている。このような自然エネルギーを利用するものとして、風力によって発電を行う風力発電装置の建設なども積極的に計画されつつある。このような風力発電装置の建設方法として、従来、特開平１０−２０５４２８号公報に開示されるものがある。この風力発電装置の建設方法では、いわゆるクライミングクレーンを用いて下方から順次塔状構造物を組み立てる。続いて、組み立てられた塔状構造物の側部に第一架台と、ナセルが載置された第二架台とを配置する。それから、第一架台と第二架台とを交互に上昇させ、塔状構造物上部にナセルを固定する。そして、ナセルにブレードを取り付けて、風力発電装置とするというものである。
特開平１０−２０５４２８号公報

ところで、このような風力発電装置を建設するにあたり、わが国の国土事情などを鑑みると、風力発電装置の建設場所としては、山岳地や離島などが風力発電装置を建設する場所として適した場所となっている場合が多い。このような山岳地や離島に風力発電装置を建築しようとすると、風力圧電装置を組み立てるためのクレーンなどの搬送や設置条件などが問題となる。また、同種の問題は、大型の煙突を建設する場合にも生じうる。そこで、本発明の課題は、大型のクレーンなどを用いることなく、大型の風力発電装置や大型の煙突などの高い塔状構造物を比較的容易に建設することができる塔状構造物の建設方法、及びそれに利用する建設装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、高さ方向に沿った空洞が内部に形成された塔状構造物を、その空洞内を上昇する上昇部材を利用して建設する建設方法であって、上昇部材は、互いに上下方向の位置を調節可能な第一上昇部材と第二上昇部材を含み、第一上昇部材及び第二上昇部材の夫々には、少なくとも３対のメインアーム及びサブアームであって、基端が第一上昇部材又は第二上昇部材の一部に回動可能に固定され且つ先端が自由であるメインアーム、及び基端が第一上昇部材又は第二上昇部材の他の一部に回動可能に固定され且つ先端がメインアームの一部に回動可能に固定されたサブアーム、並びに第一上昇部材又は第二上昇部材の一部の上下方向の位置を他の一部に対して調節することで、各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節するための調節機構が設けられており、第一上昇部材の各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節機構を用いて調節することで、各サブアームの先端から対をなすメインアームに回動力を与えて各メインアームを回動させて、各メインアームの先端を横方向に突出させ、当該突出された各メインアームの先端を塔状構造物の既設躯体部分の内部壁面に係合させて第一上昇部材を塔状構造物の既設躯体部分に固定し、塔状構造物の既設躯体部分の上側に新設躯体部分を構築した後、固定された第一上昇部材を基礎として第二上昇部材を上昇させ、第二上昇部材の各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節機構を用いて調節することで、各サブアームの先端から対をなすメインアームに回動力を与えて各メインアームを回動させて、各メインアームの先端を横方向に突出させ、当該突出された各メインアームの先端を塔状構造物の新設躯体部分の内部壁面に係合させて第二上昇部材を塔状構造物の新設躯体部分に固定し、第一上昇部材の各メインアームの係合を外して、固定された第二上昇部材を基礎として第一上昇部材を上昇させ、第一上昇部材の各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節機構を用いて調節することで、各サブアームの先端から対をなすメインアームに回動力を与えて各メインアームを回動させて、各メインアームの先端を横方向に突出させ、当該突出された各メインアームの先端を塔状構造物の内部壁面に係合させて第一上昇部材を塔状構造物に固定し、以後、新設躯体部分を既設躯体部分として上昇部材の上昇を繰り返し、塔状構造物を完成させることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の塔状構造物の建設方法において、第一上昇部材及び第二上昇部材は、二重構造で配置されることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の塔状構造物の建設方法において、第一上昇部材は、上下方向に中心軸をとって配設された筒状のフレームであり、第二上昇部材は、塔状構造物の頂部に載置される構造体が上端に搭載され、フレームの筒状内側に挿設された棒状のマストであることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、高さ方向に沿った空洞が内部に形成された塔状構造物の建設に利用される建設装置であって、互いに上下方向の位置を調節可能であり互いに上昇力を付与可能な第一上昇部材及び第二上昇部材であって、既に構築された既設躯体部分の最上端の空洞位置に配置され、塔状構造物の構築に伴って上昇する第一上昇部材及び第二上昇部材を備え、第一上昇部材及び第二上昇部材の夫々は、少なくとも３対のメインアーム及びサブアームであって、基端が第一上昇部材又は第二上昇部材の一部に回動可能に固定され且つ先端が自由であるメインアーム、及び基端が第一上昇部材又は第二上昇部材の他の一部に回動可能に固定され且つ先端がメインアームの一部に回動可能に固定されたサブアーム、並びに第一上昇部材又は第二上昇部材の一部の上下方向の位置を他の一部に対して調節することで、各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節するための調節機構を有し、第一上昇部材及び第二上昇部材の夫々において、調節機構を用いて離間距離を調節することで、各サブアームの先端から対をなすメインアームに回動力を与えて各メインアームを回動させて、各メインアームの先端位置が横方向に突出する突出長さを調節することが可能であり、当該突出されたメインアームの先端が塔状構造物の既設躯体部分の内部壁面に係合されることで、上昇部材を既設躯体部分に固定することが可能であることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の塔状構造物の建設装置において、第一上昇部材及び第二上昇部材は、二重構造で配置され、第一上昇部材が塔状構造物の既設躯体部分にメインアームの先端を係合して固定され、当該固定された第一上昇部材を基礎として第二上昇部材が上昇され、第二上昇部材が塔状構造物の新設躯体部分にメインアームの先端を係合して固定され、当該固定された第二上昇部材を基礎として第一上昇部材が上昇されて、第一上昇部材が塔状構造物にメインアームの先端を係合して固定されることを特徴としている。

請求項１に記載の塔状構造物の建設方法によれば、各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節することにより、各メインアームの先端の横方向に突出する突出長さを調節することができる。よって、塔状構造物の躯体部分の内部壁面がテーパ形状であり、高さによって上昇部材から内部壁面までの距離が変化しても、各メインアームの突出長さを調節して、その先端を内部壁面に係合させることで、上昇部材を躯体部分に確実に固定することができる。

請求項２に記載の塔状構造物の建設方法によれば、第一上昇部材と第二上昇部材はメインアーム及びサブアームと調節機構を共に有しているため、塔状構造物の躯体部分の内部壁面がテーパ形状であっても、第一上昇部材を上昇させるときには、第二上昇部材を内部壁面に固定して基礎とすることができ、第二上昇部材を上昇させるときには、第一上昇部材を内部壁面に固定して基礎とすることができる。このように互いを基礎とした上昇を繰り返すことにより、好適に第一上昇部材及び第二上昇部材を上昇させることができる。

請求項３に記載の塔状構造物の建設方法によれば、第一上昇部材であるフレームと第二上昇部材であるマストの上昇を繰り返すことで、マストの上端に搭載された構造体を塔状構造物の頂部まで上昇させ、塔状構造物を完成させることができる。

請求項４に記載の塔状構造物の建設装置によれば、各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節することにより、各メインアームの先端の横方向に突出する突出長さを調節することができる。よって、塔状構造物の躯体部分の内部壁面がテーパ形状であり、高さによって上昇部材から内部壁面までの距離が変化しても、各メインアームの突出長さを調節して、その先端を内部壁面に係合させることで、上昇部材を躯体部分に確実に固定することができる。

請求項５に記載の塔状構造物の建設装置によれば、第一上昇部材と第二上昇部材はメインアーム及びサブアームと調節機構を共に有しているため、塔状構造物の躯体部分の内部壁面がテーパ形状であっても、第一上昇部材を上昇させるときには、第二上昇部材を内部壁面に固定して基礎とすることができ、第二上昇部材を上昇させるときには、第一上昇部材を内部壁面に固定して基礎とすることができる。このように互いを基礎とした上昇を繰り返すことにより、好適に第一上昇部材及び第二上昇部材を上昇させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。先ず、塔状構造物の建設に用いられる建設装置について説明し、次に、その建設装置を利用した塔状構造物の建設方法について説明する。なお、以下に説明する実施形態では、塔状構造物の建設の一例として、発電機を収容したナセル（構造体）がタワーの頂部に載置された風力発電装置を建設する場合について説明するが、本実施形態に係る建設装置及び建設方法は他の種類の塔状構造物、例えば大型の煙突の建設に適用されてもよい。

図１では、建設途中のタワー３の地上に近い部分が示されている。説明の便宜上、タワー３は断面化して示されている。タワー３は、地上に鉛直に立設された構造物である。タワー３は、既に構築された円筒形状の既設躯体部分３２Ａの上側に円筒形状の新設躯体部分を構築し、新設躯体部分が構築されるとこれを既設躯体部分３２Ａとしてさらに上側に新設躯体部分と構築していくことで完成される。上側の躯体部分３２Ａほど支持する荷重が小さいので、タワー３は高くなるにしたがって先細りするテーパ形状となっており、タワー３の直径は、タワー３が地上付近で最も大きく、高度が増すにつれ小さくなる。タワー３の外部壁面はテーパ形状となっているのに対応して、タワー３の内部壁面もテーパ形状とされている。これは、タワー３の内部壁面の直径を、タワー３の下端から上端まで一定とすると、タワー３の下端付近ではタワー３の強度に寄与しない躯体部分３２Ａが多く構造的観点から無駄であり、また、強度に寄与しない躯体部分に材料を多く要することはコスト的観点から無駄であるからである。タワー３の建設途中には建設装置をタワー３の内部壁面に固定する必要があるが、タワー３の内部壁面をテーパ形状とした場合には建設装置から内部壁面までの距離が高さによって変化してしまう。よって、タワー３の内径変化に対応して、如何に建設装置をタワー３の内部壁面に固定するかが問題となる。本実施形態に係る建設装置は、この問題に対処している。

タワー３の既設躯体部分３２Ａの内部には高さ方向に沿った空洞が形成されており、タワー３の建設中にはこの空洞の最上端付近に建設装置が設置される。建設装置は、タワー３の既設躯体部分３２Ａに固定された筒状の中空部材であるフレーム（第一上昇部材）４と、フレーム４の筒状内側に挿通された棒状部材であり、上端にはナセル２が載置されたマスト（第二上昇部材）７と、を二重構造にして構成されている。フレーム４は、側方から見た外形が矩形形状であり、上下方向に長手方向をとって設置されている。図１では、理解容易のため、フレーム４を矩形形状で示しているが、実際には多数の棒状の鋼材が組み合わされ、トラスを形成して構成されている。図２は、図１のI−I面を上側から見た上面図である。フレーム４の本体は上方から見ると略正方形形状である。多数の棒状鋼材は、フレーム４の側面にのみ配置されており、フレーム４の上方から見た中心は上端から下端にまで中空となっていることがわかる。

また、フレーム４の下端及び上端の周囲には、スコットラッセル機構を利用した連結アーム４１Ｈ，４１Ｌが複数組取り付けられている。各組の連結アーム４１Ｈ，４１Ｌは、一対のメインアーム４２Ｈ，４２Ｌとサブアーム４３Ｈ，４３Ｌを連結して構成されている。フレーム４の下端には、四角柱の各側面に２組ずつ、合計８組の連結アーム４１Ｌが取り付けられている。フレーム４の下端の各連結アーム４１Ｌが外側に開いて、各メインアーム４２Ｌの先端が既設躯体部分３２Ａの内部壁面に形成された段差（凸部又は凹部）３３と係合することにより、フレーム４が既設躯体部分３２Ａに固定される。フレーム４の上端にも、四角柱の各側面に２組ずつ、合計８組の連結アーム４１Ｈが取り付けられている。フレーム４の上端の各連結アーム４１Ｈが外側に開いて、各メインアーム４２Ｈの先端が既設躯体部分３２Ａの内部壁面に係合することにより、フレーム４の上端の横揺れが防止される。フレーム４上端の連結アーム４１Ｈの取り付け方向は、下端の連結アーム４１Ｌと上下逆である。なお、フレーム４に少なくとも３組の連結アーム４１が取り付けられていれば、フレーム４と既設躯体部分３２Ａを安定的に固定することができる。

マスト７は、略四角柱形状の部材であり、上下方向に長手方向をとってフレーム４の中心の空間に挿通され配置されている。フレーム４と同様に、図１では理解容易のため、マスト７を矩形形状で示しているが、実際には多数の棒状の鋼材が組み合わされ、トラスを形成して構成されている。マスト７の上下方向の寸法はフレーム４よりも長く、マスト７はフレーム４の下側及び上側に突き出している。フレーム４の上側に突き出したマスト７の上端が、ナセル２の下側に形成された凹部に嵌合して固定されて、ナセル２はマスト７に搭載されている。マスト７とフレーム４の間には後述する押上機構が設けられており、押上機構を利用してフレーム４からマスト７に上昇力を付与することにより、マスト７の上下方向の高さは調節可能となっている。なお、マスト７の上端及び下端にもスコットラッセル機構を利用した複数の連結アーム４１を取り付け可能となっており（図９参照）、マスト７に連結アーム４１を取り付けた際には、連結アーム４１を既設躯体部分３２Ａの内部壁面に係合することで、マスト７を既設躯体部分３２Ａに固定可能となっている。

次に、図３を参照して、フレーム４の上端及び下端に取り付けられたスコットラッセル機構を利用した連結アーム４１Ｈ，４１Ｌの構造を説明する。図３は、フレーム４の下端の一側面を拡大して示す側面図である。フレーム４の下端の構造は４つの側面で等しいため、他の側面についても図３と同様な構造となっている。フレーム本体４は、側方から見て矩形形状の外枠であり、既述したとおり多数の棒状鋼材等を組み合わせて互いに固定することで構成されている。つまり、フレーム本体４は、上から見て四隅に配置される４本の柱部材４５と、これらの４本の柱部材４５の下端に架けられた下梁部材４７と、４本の柱部材４５の上端に架けられた上梁部材４６と、で形成されている。

フレーム本体４の各側面には、２組のスコットラッセル機構の連結アーム４１Ｌが取り付けられている。それぞれの連結アーム４１Ｌは、棒状の部材である一対のメインアーム４２とサブアーム４３を連結して構成される。各メインアーム４２の基端４２Ａは、スライド部材５０の下面に設けられた取付部５０Ａに、取付部５０Ａを中心として鉛直面内を回動可能に固定されている。一方、各メインアーム４２の先端４２Ｂは、固定されておらず自由である。各サブアーム４３はメインアーム４２の半分程度の長さである。各サブアーム４３の基端４３Ａは、下梁部材４７の上面に設けられた取付部４７Ａに、取付部４７Ａを中心として鉛直面内を回動可能に固定されている。一方、各サブアーム４３の先端４３Ｂは、メインアーム４２の長手方向のほぼ中心の位置に設けられた取付部４２Ｃに、回動可能に固定されている。なお、各アーム４２，４３の両端に加工された貫通穴と、各取付部４２Ｃ，４７Ａ，５０Ａに加工された貫通穴の位置を合わせてピンを挿入することにより、各アーム４２，４３は回動可能に取付部４２Ｃ，４７Ａ，５０Ａに固定されている。なお、既述したとおり、フレーム本体４に少なくとも３対のメインアーム４２及びサブアーム４３を設ければ、フレーム４をタワー３に固定可能である。

また、フレーム本体４には、各対のメインアーム４２の基端位置４２Ａからサブアーム４３の基端位置４３Ａまでの離間距離を調節するための調節機構が設けられている。調節機構は、ガイドレール４９、スライド部材５０、油圧ジャッキ４８などで構成される。この調節機構の構成について説明する。フレーム４の左右に配置された２本の柱部材４５のそれぞれには、各柱部材４５の側面に沿ってガイドレール４９が上下方向に延設されている。左に配置されたガイドレール４９には、その右面に上下方向に沿って溝が形成されており、また、右に配置されたガイドレール４９には、その左面に上下方向に沿って溝が形成されている。左右のガイドレール４９の溝幅は同じ寸法であり、両溝は互いに向き合っている

スライド部材５０は、棒状の部材であり、その長手方向を横方向にとって配置されている。スライド部材５０の両端は、ガイドレール４９の溝よりも若干小さな寸法であり、左右のガイドレール４９の溝に嵌合されている。右に配置されたガイドレール４９とスライド部材５０の嵌合状態を、図２のＩＩ−ＩＩ断面の拡大図に示す。これにより、スライド部材５０は、ガイドレール４９に対して上下方向にスライド可能となっている。

スライド部材５０の上下方向の位置を調節するために油圧ジャッキ４８が配置されている。油圧ジャッキ４８は、シリンダ内にピストンを配置して構成されている。作業者のコントロール操作によりシリンダ内の油圧が調節されてピストン位置が調節されることにより、油圧ジャッキ４８の全体長さを調節可能となっている。油圧ジャッキ４８の上端は、スライド部材５０の横方向中央に設けられた取付部５０Ｂに固定されており、一方、油圧ジャッキ４８の下端は、下梁部材４７の横方向中央に設けられた取付部４７Ｂに固定されている。油圧ジャッキ４８の全体長さを調節することにより、スライド部材５０の上下方向の位置が調節され、各対のメインアーム４２の基端位置４２Ａからサブアーム４３の基端位置４３Ａまでの離間距離を調節可能となっている。なお、油圧ジャッキ４８に代えて、モータや内燃機関など又は手動で駆動力を得て、基端位置４２Ａ，４３Ａの離間距離の調節をしてもよい。

ここで、図４を参照して、基端位置４２Ａ，４３Ａの離間距離を調節した際の連結アーム４１Ｌの動作について説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、メインアーム４２及びサブアーム４３の基端位置４２Ａ，４３Ａの離間距離が油圧ジャッキ４８により調節されることにより、連結アーム４１Ｌが完全に閉じた状態から完全に開いた状態に変化する経過を示す断面図である。図４（ａ）では、油圧制御により油圧ジャッキ４８はほぼ完全に伸長しており、フレーム４の下梁部材４７からスライド部材５０までの距離は長くなっている。この状態では、基端位置４２Ａ，４３Ａの離間距離を最長とするように、メインアーム４２及びサブアーム４３は上下方向の直線状の連結状態となり、連結アーム４１Ｌは完全に閉じている。図４（ｂ）では、油圧制御により油圧ジャッキ４８の全体長さが短縮されていくため、フレーム４の下梁部材４７からスライド部材５０までの距離は短くなっていく。この状態では、下梁部材４７からスライド部材５０までの距離が短くなるのに合わせて、メインアーム４２及びサブアーム４３の基端位置４２Ａ，４３Ａの離間距離は短縮され、鉛直方向に対するメインアーム４２の傾斜角度は増加されていく。具体的には、メインアーム４２は、サブアーム４３の先端４３Ｂから回動力を付与されて長手方向が水平面に近づくように外側に回動し、メインアーム４２の先端４２Ｂは横方向に突出していく。このように、基端位置４２Ａ，４３Ａの離間距離を調節することで、メインアーム４２の横方向への突出長さを調節することができる。図４（ｃ）では、油圧制御により油圧ジャッキ４８は完全に短縮されており、フレーム４の下梁部材４７からスライド部材５０までの距離は最も短い。この状態では、メインアーム４２及びサブアーム４３の基端位置４２Ａ，４３Ａの離間距離は短縮され、鉛直方向に対するメインアーム４２の傾斜角度は最大となる。よって、メインアーム４２の先端は横方向に突出してフレーム本体４から最も遠い位置まで到達している。

また、フレーム本体４には、スライド部材５０の上下方向の位置を固定し、メインアーム４２及びサブアーム４３の連結状態を固定するロック機構が設けられている。ロック機構の構成について、再び図３の側面図に戻り説明する。スライド部材５０、上梁部材４６及び下梁部材４７のそれぞれには、横方向に離間して、上下方向に貫通する２組の貫通穴５０Ｃ，４６Ｃ，４７Ｃが設けられている。各組の貫通穴５０Ｃ，４６Ｃ，４７Ｃは直線的に配置されており、棒状の部材であるロックシャフト５３が挿通されている。各ロックシャフト５３の外周には、上端から下端までのほぼ全域に渡りネジ加工がされている。各ロックシャフト５３の上端にダブルナット５４が螺合され、さらに各ロックシャフト５３の下端にダブルナット５４が螺合されることで、各ロックシャフト５３がフレーム本体４に固定されている。油圧ジャッキ４８の油圧制御によりメインアーム４２及びサブアーム４３が所望の連結状態に調節されると、作業者によりロックシャフト５３のスライド部材５０上面位置にナット５５が螺合され、さらにロックシャフト５３のスライド部材５０下面位置にナット５５が螺合されることで、スライド部材５０の上下方向の位置が固定される。油圧ジャッキ４８の油圧制御によりスライド部材５０の上下方向の位置が固定されるのに加えて、ロックシャフト５３とナット５５の螺合によりスライド部材５０の上下方向の位置が固定されることで、メインアーム４２及びサブアーム４３の連結状態が固定可能となっている。油圧ジャッキ４８及びロック機構を用いてメインアーム４２及びサブアーム４３の連結状態を固定することにより、ナセルやマストの荷重によりメインアーム４２及びサブアーム４３に回動力が作用しても、メインアーム４２及びサブアーム４３は回動することがないので、メインアーム先端４２Ｂと内部壁面の係合外れを防止することができる。特に、ロック機構を用いたメインアーム４２及びサブアーム４３の連結状態を固定は、油圧ジャッキ４８の油圧が低下した際の安全対策となっている。

また、フレーム本体４には、タワー３の建設が進むにつれフレーム４及びマスト７を上昇させるための押上機構が設けられている。押上機構の構成及び動作について、図５及び図６を参照して説明する。図５（ａ）〜（ｅ）は、フレーム４をタワー３に固定して、フレーム４を基礎としてマスト７に上昇力を付与し、マスト７を上昇させるときの押上機構の一連の動作を示す模式図である。また、図６（ａ）〜（ｅ）は、マスト７をタワー３に固定して、マスト７を基礎としてフレーム４に上昇力を付与し、フレーム４を上昇させるときの押上機構の一連の動作を示す模式図である。なお、図５及び図６では、説明の便宜のため、マスト７及びピンホルダー５９，６０を断面化して示している。

先ず、押上機構の構成について説明する。図５（ａ）では、中央にマスト７が配置されており、マスト７の各側面には、上下方向に一定間隔ごとにピン穴５８が設けられている。マスト７の側方には複数組の押上機構が配置されている。図５では、２組の押上機構のみを示しているが、実際にはマストの各側面に１組ずつ、合計４組の押上機構が配置されている。各押上機構は、それぞれロックピン６１，６２を保持する上下のピンホルダー５９，６０と、上下のピンホルダー５９，６０の間に配置された油圧ジャッキ６３と、を含み構成されている。各下側ピンホルダー６０は、フレーム本体４に常時固定され、マスト７には固定されていない部材である。各下側ピンホルダー６０には、横方向に貫通する貫通穴が設けられており、それらの貫通穴にはロックピン６２が横方向にスライド可能に挿設されている。各ロックピン６２をマスト７方向に押し出して、マスト７のピン穴に係合することにより、マスト７を支持可能となっている。また、各上側ピンホルダー５９は、フレーム本体４にもマスト７にも固定されていない部材である。各上側ピンホルダー５９には、下側ピンホルダー６０と同様に、横方向に貫通する貫通穴が設けられており、それらの貫通穴にはロックピン６１が横方向にスライド可能に挿設されている。各ロックピン６１をマスト７方向に押し出して、マスト７のピン穴に係合することにより、マスト７を支持可能となっている。各油圧ジャッキ６３の下端は下側ピンホルダー６０に固定され、各油圧ジャッキ６３の上端は上側ピンホルダー５９に固定されている。各油圧ジャッキ６３の供給油圧を調節することで、油圧ジャッキ６３の全体長さが調節され、下側ピンホルダー６０に対する上側ピンホルダー５９の高さを調節可能となっている。なお、マスト７がフレーム４に対して上下動する際には、マスト７の上端及び下端に回動可能に固定されたローラ７５が、フレーム４に固定されたレール６５上を転動することで、マスト７が案内される。

次に、マスト７を上昇させるときの押上機構の一連の動作について、図５（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。図５（ａ）〜（ｅ）では、フレーム４に取り付けられた各メインアーム４２の先端４２Ｂが既設躯体部分３２Ａの内部壁面に係合して、フレーム４がタワー３に固定されている状況を前提としている。よって、フレーム４に常に固定されている下側ピンホルダー６０は、タワー３に固定されて高さが一定である。図５（ａ）に示すマスト７上昇の第一段階では、上側の各ロックピン６１はマスト７のピン穴５８と係合しておらず、下側の各ロックピン６２はマスト７のピン穴５８と係合している。よって、マスト７は、下側のロックピン６２を介してフレーム４により支持されている。なお、油圧ジャッキ４８は縮小され、最も長さが短い状態である。図５（ｂ）に示す第二段階に移行すると、上側の各ロックピン６１をマスト７方向にスライド移動して、各ロックピン６１をマスト７のピン穴５８に挿入して係合させる。その後、下側の各ロックピン６２をフレーム４方向にスライド移動して、ロックピン６２とピン穴５８の係合を外す。これにより、マスト７は、上側のロックピン６１を介してフレーム４により支持されることとなる。図５（ｃ）に示す第三段階に移行すると、油圧ジャッキ６３の供給油圧を調節して、油圧ジャッキ６３を最も長くなるまで伸長し、上側ピンホルダー５９を上方に移動させる。これにより、マスト７が上昇される。図５（ｄ）に示す第四段階に移行すると、下側の各ロックピン６２をマスト７方向にスライド移動して、各ロックピン６２をピン穴５８に挿入して係合させる。その後、上側の各ロックピン６１をフレーム４方向にスライド移動して、ロックピン６１とピン穴５８との係合を外す。これにより、マスト７は、下側のロックピン６２を介してフレーム４により支持される。図５（ｅ）に示す第五段階に移行すると、供給油圧を調節して油圧ジャッキ６３を短縮し、上側ピンホルダー５９を下方に移動させる。これにより、押上機構は図５（ａ）と同じ状態となる。以降、図５（ａ）〜（ｅ）の動作を繰り返すことで、マスト７を所望の高さまで上昇させることができる。なお、図５（ａ）〜（ｅ）の動作を逆に行うことにより、マスト７を所望の高さまで下降させることもできる。

次に、フレーム４を上昇させるときの押上機構の一連の動作について、図６（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。図６（ａ）〜（ｅ）では、マスト７に取り付けられた各メインアーム４２の先端４２Ｂが既設躯体部分３２Ａの内部壁面に係合して、マスト７がタワー３に固定されている状況を前提としている（図９（ｂ）参照）。図６（ａ）に示すフレーム４上昇の第一段階では、上側のロックピン６１はピン穴５８と係合しておらず、下側のロックピン６２はピン穴５８と係合している。よって、フレーム４は下側のロックピン６０を介してマスト７に支持されている。なお、油圧ジャッキ４８は縮小され、最も長さが短い状態である。図６（ｂ）に示す第二段階に移行すると、供給油圧を調節して油圧ジャッキ６３を最も長くなるまで伸長し、上側ピンホルダー５９を上方に移動させる。図６（ｃ）に示す第三段階に移行すると、上側ピンホルダー５９のロックピン６１をマスト７方向にスライド移動して、ロックピン６１をピン穴５８に挿入して係合させる。その後、下側のロックピン６２をフレーム４方向にスライド移動して、ロックピン６１とマスト７のピン穴５８との係合を外す。この状態では、フレーム４は、上側のロックピン６１を介してマスト７により支持されている。図６（ｄ）に示す第四段階に移行すると、供給油圧を調節して油圧ジャッキ４８を最も短くなるまで短縮し、下側ピンホルダー６０を上方に移動させる。これにより、下側ピンホルダー６０に固定されたフレーム４は上昇される。図６（ｅ）に示す第五段階に移行すると、下側のロックピン６２をスライド移動して、ロックピン６２をピン穴５８に挿入して係合させ、上側のロックピン６１をスライド移動してピン穴５８との係合を外す。これにより、押上機構は図６（ａ）と同じ状態となる。以降、図６（ａ）〜（ｅ）の動作を繰り返すことで、フレーム４を所望の高さまで上昇させることができる。

次に、図７〜図１０を参照して、上述した建設装置を利用した風力発電装置１の建設手順について説明する。図７（ａ）に示すように、風力発電装置１を建設するにあたり、地上にタワー３の土台となる基礎部３１をつくり、その上にある程度の高さまでタワー３の外壁である躯体部分３２Ａを構築する。タワー３の下端一部には通路が設けられており、作業者の移動や物資の運搬が可能とされている。なお、躯体部分３２Ａの構築作業のために、躯体部分３２Ａの上端付近の外部壁面には、作業者の足場３４を設置する。次に、図７（ｂ）に示すように、鋼材などを組み上げてフレーム４及びマスト７を構築し、構築されたフレーム４及びマスト７をクレーン車Ｃを用いて吊り上げて、既に構築された既設躯体部分３２Ａの上方に移動してから下降させ、フレーム４及びマスト７を既設躯体部分３２Ａの内部に設置する。そして、クレーン車Ｃを用いてナセル２を吊り上げて、ナセル２をマスト７の上方に移動し、ナセル２下側の凹部にマスト７の上端に嵌合して固定し、ナセル２をマスト７に搭載する。このように、タワー３の高さが低いときに比較的に小型のクレーン車を用いてナセルをマストに搭載するため、大型のクレーンなどを不要とすることができる。次に、図７（ｃ）に示すように、フレーム４の下端の連結アーム４１Ｈを開いて、メインアーム４２の先端４２Ｂを既設躯体部分３２Ａの内部壁面に設けられた凸部に係合させる。また、フレーム４の上端の連結アーム４１Ｌを開いて、メインアーム４２の先端を既設躯体部分３２Ａの内部壁面に当接させる。ここでは、主に、下側の連結アーム４１Ｌによりナセル２、マスト７及びフレーム４の荷重が支持され、上側の連結アーム４１Ｈによりフレーム４上端の横揺れが防止されている。

次に、図８（ａ）に示すように、フレーム４とマスト７の間に設けられた押上機構を利用して、既設躯体部分３２Ａに固定されたフレーム４を基礎としてマスト７を押し上げる。なお、マスト７の押し上げは、既設躯体部分３２Ａを基礎として行ってもよい。その後、フレーム４の下側の連結アーム４１Ｌより下方のフレーム部分４Ｂを分解し、タワー３の下端一部の通路から、分解された鋼材を運び出す。次に、図８（ｂ）に示すように、基礎部３１の上に鋼材などを組み上げて、既設のマスト７の下に新たにマスト部材７Ｂを追加して、マスト７の上下方向の長さを延長する。次に、図８（ｃ）に示すように、押上機構を利用して、既設躯体部分３２Ａに固定されたフレーム４を基礎として、さらにマスト７を押し上げる。

次に、図９（ａ）に示すように、タワー３の既設躯体部分３２Ａの上側に、新たに躯体部分（新設躯体部分）３２Ｂを構築し、タワー３の上端を上昇させる。ここで、躯体部分３２Ｂを新たに構築するためには、既に固化したコンクリート部材を積み上げるフルプレキャスト工法を採用してもよいし、プレキャストコンクリートからなる型枠と鉄筋が一体となった部材を既設躯体部分の上側に設置してからコンクリートを流し込んで固化するハーフプレキャスト工法を採用してもよい。次に、マスト７の新設躯体部分３２Ｂよりも上方の位置に、スコットラッセル機構を利用した連結アーム７１Ｈを、マスト７の各側面に２組ずつ、合計８組取り付ける。また、マスト７の下側に新たにマスト部材７Ｃを追加し、そこにスコットラッセル機構を利用した連結アーム７１Ｌを、マスト７の各側面に２組ずつ、合計８組取り付ける。なお、連結アーム７１Ｈ，７１Ｌの取り付けに併せて、上述した位置調節機構やロック機構などもマスト７に取り付ける。

次に、図９（ｂ）に示すように、タワー３の既設躯体部分３２Ａの上側に、さらに新設躯体部分３２Ｂを構築する。そして、マスト７の上端の連結アーム７１Ｈを開いて、メインアームの先端を新設躯体部分３２Ｂの内部壁面の凸部に係合して、マスト７上端をタワー３の新設躯体部分３２Ｂに固定する。また、マスト７の下端の連結アーム７１Ｌを開いて、メインアームの先端を既設躯体部分３２Ａの内部壁面の凸部に係合して、マスト７下端をタワー３の既設躯体部分３２Ａに固定する。一方、フレーム４の上端及び下端の連結アーム４１Ｈ，４１Ｌを閉じて、フレーム４の連結アーム４１Ｈ，４１Ｌと既設躯体部分３２Ａの係合を外す。そして、押上機構を利用して、躯体部分３２Ａ，３２Ｂに固定されたマスト７を基礎として、フレーム４を押し上げる。

次に、図９（ｃ）に示すように、フレーム４を上昇させた後、フレーム４の上端及び下端の各連結アーム４１Ｈ，４１Ｌを開いて、メインアーム４２の先端をタワー３の内部壁面に係合させて、フレーム４を内部壁面に固定する。その後、マスト７の連結アーム４１Ｈ，４１Ｌを閉じて、マスト７の連結アーム４１Ｈ，４１Ｌとタワー３内部壁面の係合を外す。その後、新設躯体部分３２Ｂを既設躯体部分３２Ａとして、図８（ｃ）〜図９（ｃ）の一連の手順を繰り返して、さらに上側の新設躯体部分３２Ｂを構築してタワー３を高くしていくと共に、フレーム４及びマスト７を上昇させ、ナセル２を上昇させていく。

風力発電装置１が完成に近づくと、図１０（ａ）に示す状態となる。図１０（ａ）では、フレーム４の上端及び下端の連結アーム４１Ｈ，４１Ｌがタワー３の内部壁面に係合され、フレーム４がタワー３に固定されている。一方、マスト７の上端及び下端の連結アーム７１Ｈ，７１Ｌは、既に分解して取り外されている。この状態から、押上機構を利用して、さらにマスト７を上昇させる。図１０（ｂ）では、既設躯体部分３２Ａの上側に新設躯体部分３２Ｂを構築し、躯体部分３２を上端まで完全に構築している。なお、タワー３の上端付近では、新設躯体部分３２Ｂを構築すると共に、その新設躯体部分３２Ｂの内部壁面にレール３５を延設し、マスト７の上側のローラ７５をそのレール３５上にのせることで、マスト７を通常より上方まで上昇させている。タワー３を上端まで完全に構築すると、マスト７を少しずつ下降させ、ナセル２下端をタワー３上端の空洞部分に嵌合させ固定する。これにより、ナセル２がタワー３に載置される。その後、ナセル２５にブレードＢを取り付ける。最後に、ナセル２とマスト７の固定を外し、空洞上端付近の足場に設けられたワイヤにマスト７を固定して、ワイヤを繰り出して行くことによりマスト７を地上まで下降させる。また、上部足場３４を撤去して、足場３４を形成していた部材を下降させる。こうして、風力発電装置１が完成する。

本実施形態では、上述したように、各対のメインアーム４２の基端位置４２Ａからサブアーム４３の基端位置４３Ａまでの離間距離を調節することにより、各メインアーム４２の先端４２Ｂの横方向に突出する突出長さを調節することができる。よって、タワー３の躯体部分３２Ａの内部壁面がテーパ形状であり、高さによってフレーム４及びマスト７から内部壁面までの距離が変化しても、各メインアーム４２の突出長さを調節して、その先端４２Ｂを内部壁面に係合させることで、フレーム４及びマスト７を躯体部分３２Ａに確実に固定することができる。

また、本実施形態では、フレーム４とマスト７はメインアーム４２及びサブアーム４３などを共に有しているため、フレーム４を上昇させるときにはマスト７を既設躯体部分３２Ａに固定して基礎とすることができ、マスト７を上昇させるときにはフレーム４を既設躯体部分３２Ａに固定して基礎とすることができる。このように互いを基礎とした上昇を繰り返すことにより、フレーム４とマスト７を好適に上昇させることができる。

なお、本実施形態では、風力発電装置を建設する一例について説明したが、大型の煙突を建設する場合にも、本実施形態に係る建設方法及び建設装置を利用することができる。例えば、内側型枠を上昇させつつ、内側型枠と外側型枠の間にコンクリートを流し込んで煙突を建設する施工方法を採用する場合には、連結アーム等を有する上昇部材に内側型枠を搭載して、煙突の建設進行に伴い上昇部材が上昇される度に連結アームを開いて、内側型枠を建設途中の煙突の内部壁面に固定すればよい。また、本実施形態のフレーム４とマスト７のように二重構造の上昇部材を設ければ、内側型枠を好適に上昇させることができる。

発電装置及びその建設に利用される建設装置を示す概略図である。発電装置及びその建設に利用される建設装置を上方から見た断面図である。フレームの下端を拡大して示す側面図である。スコットラッセル機構を利用した連結アームの動作を示す側面図である。押上機構によりマストが押し上げられる一連の動作を示す側面図である。押上機構によりフレームが押し上げられる一連の動作を示す側面図である。塔状構造物の建設工程の初期を示す工程図である。塔状構造物の建設工程の初期を示す工程図である。塔状構造物の建設工程の初期を示す工程図である。塔状構造物の建設工程の終期を示す工程図である。

符号の説明

１…風力発電装置、２…ナセル、３…タワー、４…フレーム、７…マスト、４１…連結アーム、４２…メインアーム、４３…サブアーム、４８…油圧ジャッキ、４９…ガイドレール、５０…スライド部材、５３…ロックシャフト。

Claims

高さ方向に沿った空洞が内部に形成された塔状構造物を、その空洞内を上昇する上昇部材を利用して建設する建設方法であって、
前記上昇部材は、互いに上下方向の位置を調節可能な第一上昇部材と第二上昇部材を含み、第一上昇部材及び第二上昇部材の夫々には、少なくとも３対のメインアーム及びサブアームであって、基端が第一上昇部材又は第二上昇部材の一部に回動可能に固定され且つ先端が自由であるメインアーム、及び基端が第一上昇部材又は第二上昇部材の他の一部に回動可能に固定され且つ先端がメインアームの一部に回動可能に固定されたサブアーム、並びに第一上昇部材又は第二上昇部材の前記一部の上下方向の位置を前記他の一部に対して調節することで、各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節するための調節機構が設けられており、
第一上昇部材の各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節機構を用いて調節することで、各サブアームの先端から対をなすメインアームに回動力を与えて各メインアームを回動させて、各メインアームの先端を横方向に突出させ、当該突出された各メインアームの先端を塔状構造物の既設躯体部分の内部壁面に係合させて第一上昇部材を塔状構造物の既設躯体部分に固定し、
塔状構造物の既設躯体部分の上側に新設躯体部分を構築した後、固定された第一上昇部材を基礎として第二上昇部材を上昇させ、
第二上昇部材の各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節機構を用いて調節することで、各サブアームの先端から対をなすメインアームに回動力を与えて各メインアームを回動させて、各メインアームの先端を横方向に突出させ、当該突出された各メインアームの先端を塔状構造物の新設躯体部分の内部壁面に係合させて第二上昇部材を塔状構造物の新設躯体部分に固定し、
第一上昇部材の各メインアームの係合を外して、固定された第二上昇部材を基礎として第一上昇部材を上昇させ、
第一上昇部材の各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節機構を用いて調節することで、各サブアームの先端から対をなすメインアームに回動力を与えて各メインアームを回動させて、各メインアームの先端を横方向に突出させ、当該突出された各メインアームの先端を塔状構造物の内部壁面に係合させて第一上昇部材を塔状構造物に固定し、
以後、新設躯体部分を既設躯体部分として上昇部材の上昇を繰り返し、塔状構造物を完成させることを特徴とする塔状構造物の建設方法。
前記第一上昇部材及び前記第二上昇部材は、二重構造で配置されることを特徴とする請求項１に記載の塔状構造物の建設方法。
前記第一上昇部材は、上下方向に中心軸をとって配設された筒状のフレームであり、
前記第二上昇部材は、塔状構造物の頂部に載置される構造体が上端に搭載され、前記フレームの筒状内側に挿設された棒状のマストであることを特徴とする請求項２に記載の塔状構造物の建設方法。
高さ方向に沿った空洞が内部に形成された塔状構造物の建設に利用される建設装置であって、
互いに上下方向の位置を調節可能であり互いに上昇力を付与可能な第一上昇部材及び第二上昇部材であって、既に構築された既設躯体部分の最上端の前記空洞位置に配置され、塔状構造物の構築に伴って上昇する第一上昇部材及び第二上昇部材を備え、
第一上昇部材及び第二上昇部材の夫々は、少なくとも３対のメインアーム及びサブアームであって、基端が第一上昇部材又は第二上昇部材の一部に回動可能に固定され且つ先端が自由であるメインアーム、及び基端が第一上昇部材又は第二上昇部材の他の一部に回動可能に固定され且つ先端がメインアームの一部に回動可能に固定されたサブアーム、並びに第一上昇部材又は第二上昇部材の前記一部の上下方向の位置を前記他の一部に対して調節することで、各対のメインアームの基端位置からサブアームの基端位置までの離間距離を調節するための調節機構を有し、
前記第一上昇部材及び前記第二上昇部材の夫々において、前記調節機構を用いて前記離間距離を調節することで、各サブアームの先端から対をなすメインアームに回動力を与えて各メインアームを回動させて、各メインアームの先端位置が横方向に突出する突出長さを調節することが可能であり、当該突出されたメインアームの先端が塔状構造物の既設躯体部分の内部壁面に係合されることで、上昇部材を既設躯体部分に固定することが可能であることを特徴とする塔状構造物の建設装置。
前記第一上昇部材及び前記第二上昇部材は、二重構造で配置され、
第一上昇部材が塔状構造物の既設躯体部分にメインアームの先端を係合して固定され、当該固定された第一上昇部材を基礎として第二上昇部材が上昇され、第二上昇部材が塔状構造物の新設躯体部分にメインアームの先端を係合して固定され、当該固定された第二上昇部材を基礎として第一上昇部材が上昇されて、第一上昇部材が塔状構造物にメインアームの先端を係合して固定されることを特徴とする請求項４に記載の塔状構造物の建設装置。