JP4523662B1

JP4523662B1 - 塔状構造物の基礎構造

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Publication number: JP4523662B1
Application number: JP2009084165A
Authority: JP
Inventors: 陽一南; 純二小野; フロウリングハンス−ペーター; フロウリングクリスチャン; ステファンスクラウス
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: CN101851932B; KR101689884B1; CN101851932A; KR20100109458A; JP2010236224A

Abstract

【課題】支柱やタワー等の塔状構造物の基礎構造であって、工期の短縮化を図ることができ、特に多数の塔状構造物を建設する際に有利な基礎構造を提供する。
【解決手段】塔状構造物を形成する柱脚部材３の形状とほぼ一致させた形状の埋設筒体２を設置し、コンクリート４を打ち込んでコンクリート基礎１を構築する。埋設筒体２の上端部には内側を指向させて張り出させた基礎フランジ部2aが形成されており、柱脚部材３の下側の最下部フランジ部3aと重畳するようにし、これらフランジ部2a、3aでボルト・ナット等の固定手段により埋設筒体２に柱脚部材３を固定し、順次柱脚部材３を積み上げて塔状構造物を建設する。
【選択図】図１

Description

この発明は、地上に建設される支柱やタワー、モニュメント等のように上空の高位置まで建設する塔状構造物の基礎構造に関する。

地上に建設される塔状構造物として、各種のタワーやモニュメント、煙突等、種々のものがあり、その一つとして風力発電用の風車の支柱である風車用タワーがある。タワーの頂上部には、複数枚のプロペラ翼（ブレード）を備え、この風車の回転により発電する発電機、風車の指向方向を風上に合わせる回転機構等の重量物となるナセルが設置されている。また、安定して発電効率を高めるためには、安定した風を受けることが必要となり、極力高位置に頂上部を位置させることが望ましい。すなわち、風車タワーでは、極力高位置まで頂上部を伸長させて、頂上部に重量物を支持する必要がある。

塔状構造物では、上空の風が作用することにより水平方向の大きな荷重を受けることになる。このため、塔状構造物の基礎部分には曲げモーメントが転倒モーメントとして作用する。特に、風車用タワーでは、水平方向の荷重以外に、風車のブレードの回転や前記回転機構による風車の向きの変更等、さらにはそれら多様な荷重の組み合わせにより、複雑な荷重が繰り返し作用することになり、風車用タワーを転倒させるおそれがある。また、日本では地震荷重による転倒モーメントも大きいため、風による荷重に加えて地震にも対応できる基礎構造が望まれている。

この種の基礎構造として、本件出願人は、プレストレスを導入するアンボンドアンカーを使用した塔状構造物の基礎構造を提案した（特許文献１参照。）

特願２００８−２３２８８７

前記特許文献１に開示された塔状構造物の基礎構造は、前記搭状構造物の柱脚部を固定する、プレストレスを導入するアンボンドアンカーと、前記アンボンドアンカーと平行な方向に配した縦筋と、前記縦筋のそれぞれに接合させて、該縦筋の長手方向に適宜間隔で配した円周をなすフープ筋と、前記アンボンドアンカーと前記縦筋とに交差する方向に配した放射状水平筋とからなり、前記アンボンドアンカーと縦筋、円周のフープ筋、放射状水平筋に対してコンクリートを打ち込んで基礎部を形成したものである。

この基礎構造であると、前記アンボンドアンカーを主体としてその周囲にフープ筋や縦筋、放射状水平筋等を配筋してコンクリートを打ち込む工程を要するため、施工にある程度の時間を要することになる。

ところで、風力発電施設では、一般に、多数の風力発電用タワーを建設して、いわゆるウィンドファーム化して総発電量を確保することが行われている。このように、多数の風車タワーを建設するため、それぞれの基礎部の施工に要する時間を短縮化することが臨まれている。

また、風車タワーは複数の筒状の柱脚部材を積み重ねて建設されるもので、筒状の端部に内側に張り出したフランジ部を形成し、上下の柱脚部材をこのフランジ部でボルト止めすることによって連結させる構造が採用されている。

そこで、本件出願人は、内側に張り出したフランジ部を有する柱脚部材の構造に着目し、簡便に施工することで、施工時間の短縮を図り、風車タワーのように、定常的に振動が発生する構造物の基礎としても十分に対抗できる塔状構造物の基礎構造を提供することを目的としている。

頂上部が上空の高位置まで伸長して、該頂上部及び柱脚部に作用する外力により、少なくとも転倒モーメント及び水平力等が作用する塔状構造物であって、前記柱脚部が筒状の柱脚部材を、この筒状の内側に張り出したフランジ部で固定手段により固定して積み重ねた塔状構造物の基礎構造において、最下部に位置する前記柱脚部材の最下部フランジ部に適合する基礎フランジ部を有する埋設筒体と、前記埋設筒体の上部であって、打ち込まれるコンクリートの上端部がほぼ臨む位置から下方の適宜位置まで該埋設筒体の内外の周面に貼着した緩衝材とを備え、コンクリートの表面に前記緩衝材を収容する窪みを形成し、前記基礎フランジ部の下方であって、前記最下部フランジ部と基礎フランジ部とを前記固定手段により固定する作業に支障のない高さまで、前記埋設筒体にコンクリートを打ち込むことを特徴としている。

前記埋設筒体を、前記基礎フランジ部を露呈させた状態で地中に埋め込み、コンクリートを打ち込んでコンクリート基礎を構築する。この埋設筒体の基礎フランジ部と最下部に位置する柱脚部材の最下部フランジ部とを、ボルト・ナット等の固定手段によって固定する。次いで、最下部の柱脚部材に直上の柱脚部材を積み重ねる。

風車タワーのように定常的に振動が発生する塔状構造物の基礎では、この振動がコンクリート基礎も振動させる。コンクリート基礎が振動すると、この繰り返し荷重により埋設筒体とコンクリートとの間で剥離が生じたり、コンクリート基礎にひび割れが発生するおそれがある。このため、塔状構造物に発生する振動を、前記緩衝材によりコンクリート基礎に伝達することを緩和するようにしたものである。

また、請求項２の発明に係る塔状構造物の基礎構造は、前記埋設筒体の壁体に透孔を形成し、この透孔を遊挿させて放射状に水平筋を配してあることを特徴としている。

コンクリート基礎の配筋を埋設筒体の内側にも配する場合には、埋設筒体の壁体に形成した透孔を遊挿させて配筋するようにしたものである。この水平筋の埋設筒体内に位置する内側端部は、塔状構造物の柱断面中心を中心とした円弧上に配する。

この発明に係る塔状構造物の基礎構造によれば、埋設筒体を地中に埋め込み、コンクリートを打ち込むことにより施工することができるから、配筋からなる基礎構造に較べて、施工時間を短縮することができる。このため、ウィンドファームのような多数の柱脚部を建設する施工を行う場合の工期を短縮することができて有利なものとなる。

また、前記緩衝材を介在させることにより、塔状構造物に発生する振動がコンクリート基礎に伝達することを極力抑制することができる。このため、繰り返し荷重を受けた場合であっても、コンクリート基礎にひび割れを生じることを極力防止して、コンクリート基礎の破損等をなくすことができる。

また、請求項２の発明に係る塔状構造物の基礎構造によれば、配筋を要する場合であっても簡単に施工を行うことができる。

この発明の基本となる構造を備えた塔状構造物の基礎構造を説明する概略を示す断面図である。図１に示す塔状構造物の基礎構造を説明する斜視図である。この発明の主たる実施形態に係る塔状構造物の基礎構造を説明する概略を示す断面図である。図３に示す実施形態に係る塔状構造物の基礎構造を説明する斜視図である。この発明の他の実施形態に係る塔状構造物の基礎構造を説明する概略を示す断面図である。図５に示す実施形態に係る塔状構造物の基礎構造を説明する斜視図である。図５に示す実施形態に係る塔状構造物の基礎構造を説明する平面図である。この発明に係る基礎構造により建設するのに適した塔状構造物の一つとして、風車タワーを例示する図である。

以下、図示した好ましい実施形態に基づいてこの発明に係る塔状構造物の基礎構造を具体的に説明する。なお、この基礎構造は塔状構造物のためのものであれば、構造物の機能等に拘わらず利用することができるが、この実施形態では、図８に示すように、発電用風車のナセル等が設置される風車タワー20を例示して説明する。

一般的な風車タワー20は、柱脚部21の頂上部にナセル22やブレード23が設置されている。柱脚部21は多数の柱脚部材３が積み上げられて形成され、その最下部はコンクリート基礎に固定されている。

図１及び図２は、この発明の基本となる構造を備えたコンクリート基礎１を示している。図２及び図８に示すように、最下部に設置される前記柱脚部材３は埋設筒体２に積み重ねられる。この埋設筒体２は、風車タワーの最下部の柱脚部材３に連続する形状の筒状に形成されており、柱脚部材３が円筒形であればこの埋設筒体２も同図に示すように円筒形に形成される。この埋設筒体２の上端部には、上記柱脚部材３の下端部の最下部フランジ部3aと重畳する基礎フランジ部2aが形成されている。なお、これらフランジ部2a、3aはいずれも、柱脚部材３と埋設筒体２の内側を指向して突設させた内側フランジとしてある。また、基礎フランジ部2aには、図２に示すように、図示しないボルトを挿通させるボルト穴2bが形成されている。なお、柱脚部材３の最下部フランジ部3aにも同様のボルト穴（図示せず）が形成されていて、フランジ部2a、3aを重畳させた際に合致するようにしてある。また、埋設筒体２の下端部には円環状の台座環2cが設けられている。

この埋設筒体２を、風車タワーを建設すべき場所に設置し、図１に示すように、コンクリート４を打ち込むことによりコンクリート基礎１を構築する。このときコンクリート基礎１の上面から埋設筒体２の上端が突出した状態とする。この埋設筒体２の基礎フランジ部2aに柱脚部材３の最下部フランジ部3aを重畳させ、前記ボルト穴2bに固定手段としてボルトを挿通させてナットを締め付ければ、埋設筒体２に柱脚部材３が固定される。このため、埋設筒体２のコンクリート基礎１からの突出量は、このボルト・ナット等の固定手段による固定作業を行うのに不都合とならないものとする。そして、順次柱脚部材積み上げることにより風車タワー20が建設される。

図３及び図４は、この発明の主たる実施形態に係る構造を備えたコンクリート基礎５を示している。なお、図１に示す基本に係る基礎構造と同一の部位については、同一の符号を付してある。この実施形態に係る埋設筒体２の中間部の内外壁面には、ゴム等の緩衝材６が巻回されて貼付されている。この緩衝材６の巻回されている位置は、図３に示すように、コンクリート基礎５の上面にほぼ一致する位置から、埋設筒体２の径に応じて適宜な位置までとされて、コンクリート基礎５に埋め込まれるようにしてある。例えば、埋設筒体２の外径が４〜５ｍの場合には、幅が20〜40cm程度の緩衝材６を巻回する。なお、この緩衝材６の幅や肉厚等は、埋設筒体２の径に応じて、また、材質等に応じて選定するもので、設計時に適切なものとすればよい。

この実施形態に係る基礎構造を備えたコンクリート基礎５も、埋設筒体２を所定の場所に設置した後コンクリート７を打ち込むことにより構築する。このとき、前記緩衝材６がコンクリート基礎５の表面よりも僅かに下側に位置するようにすることが、気候等の影響を受けにくくて、好ましい。

前述した基本となる構造を備えたコンクリート基礎１では、風車タワーのように定常的に振動が生じる塔状構造物の場合には、この振動がコンクリート基礎１に伝達される。このため、繰り返し荷重を受けて、コンクリート基礎１の表面の埋設筒体２の周囲にひび割れ等が生じやすく、経年すると損壊するおそれが生じる。特に、高層の塔状構造物では振幅も大きくなるため、ひび割れの発生は顕著となる。

これに対して、図３及び図４に示す主たる実施形態に係る基礎構造を備えたコンクリート基礎５の場合には、風車タワーに発生する振動が緩衝材６によって緩和されてコンクリート基礎５に伝達される際に減衰される。このため、コンクリート基礎５にひび割れ等が発生することを抑制することができる。

また、図５〜図７は他の実施形態に係る基礎構造を備えたコンクリート基礎10を示しており、必要に応じて埋設筒体２の内側の部分に配筋する必要がある場合を示している。なお、前述した基本構造と主たる実施形態に係る基礎構造と同一の部位については、同一の符号を付してある。この埋設筒体２の壁体と緩衝材６とに、周方向に沿って適宜数の透孔11が形成されている。そして、図７に示すように、コンクリート基礎10を構築する際に、この透孔11を遊挿させて放射状に水平筋12を配筋することができる。なお、この水平筋12の適宜位置に縦筋13を接合させることもできる。すなわち、埋設筒体２を設置し、水平筋12や縦筋13等を配筋した後、コンクリート14を打ち込んでこのコンクリート基礎10を構築する。

なお、図５〜図７では、水平筋12を配筋して、緩衝材６を貼付した場合について示したが、緩衝材６を貼付しない前記基本としてのコンクリート基礎１でも埋設筒体２に透孔11を形成することにより水平筋12を配筋することもできる。また、緩衝材６を貼付した構造とした場合に、この緩衝材６を貫通しない位置、すなわち、図５において想像線で示すように、緩衝材６よりも下方側の位置に透孔11aを形成して、水平筋12を配筋することもできる。

この発明に係る塔状構造物の基礎構造によれば、埋設筒体を設置してコンクリートを打ち込むことによりコンクリート基礎を構築するから、工期の大幅な短縮化に寄与することができ、ウィンドファームのように多数の塔状構造物を建設するのに有利な構造の基礎となる。

１コンクリート基礎
２埋設筒体
2a 基礎フランジ部
2b ボルト穴
2c 台座環
３柱脚部材
3a 最下部フランジ部
４コンクリート
５コンクリート基礎
６緩衝材
７コンクリート
10 コンクリート基礎
11 透孔
12 水平筋
13 縦筋
20 風車タワー
21 柱脚部
22 ナセル
23 ブレード

Claims

頂上部が上空の高位置まで伸長して、該頂上部及び柱脚部に作用する外力により、少なくとも転倒モーメント及び水平力等が作用する塔状構造物であって、前記柱脚部が筒状の柱脚部材を、この筒状の内側に張り出したフランジ部で固定手段により固定して積み重ねた塔状構造物の基礎構造において、
最下部に位置する前記柱脚部材の最下部フランジ部に適合する基礎フランジ部を有する埋設筒体と、
前記埋設筒体の上部であって、打ち込まれるコンクリートの上端部がほぼ臨む位置から下方の適宜位置まで該埋設筒体の内外の周面に貼着した緩衝材とを備え、
コンクリートの表面に前記緩衝材を収容する窪みを形成し、
前記基礎フランジ部の下方であって、前記最下部フランジ部と基礎フランジ部とを前記固定手段により固定する作業に支障のない高さまで、前記埋設筒体にコンクリートを打ち込むことを特徴とする塔状構造物の基礎構造。
前記埋設筒体の壁体に透孔を形成し、この透孔を遊挿させて放射状に水平筋を配してあることを特徴とする請求項１に記載の塔状構造物の基礎構造。