JP5017887B2 - タワークレーンの支持構造、タワークレーンの支持方法 - Google Patents

Description

本発明は、タワークレーンの支持構造及び支持方法に関し、特に、鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の構造物に適したタワークレーンの支持構造及び支持方法に関する。

図９は、フロアクライミング方式のタワークレーンを用いて鉄骨造を構築する場合のタワークレーンの支持構造の従来例を示す立面図である。同図に示す支持構造４０は、タワークレーンマスト１１３を支持し、タワークレーンの荷重を梁１１１に伝える台座架構４１と、梁１１１と柱１１２との間にガセットプレート４３を介して取り付けられた仮設のブレース４２とを備える。かかる構成により、タワークレーンの荷重を梁１１１から柱１１２に伝達することができるため、タワークレーンの荷重を柱梁構造１１０の梁１１１及び柱１１２で分散して支持することができる。なお、ブレース４２に代えて、梁１１１とその下階の梁との間に束柱を設けることもある。

ところで、近年、鉄筋コンクリート造の高層建物を建設する際に、プレキャストコンクリート部材（以下、ＰＣ部材という）を用いて構築する場合が多くなっている。ＰＣ部材は非常に重量が大きいため、タワークレーンにより揚重を行う場合には、柱梁構造が損傷しないようにタワークレーンの荷重を支持する構造が必要となる。なお、鉄筋コンクリート造の建物の建設にタワークレーンを用いるための技術が特許文献１や特許文献２などに記載されているが、これらの文献には、タワークレーンの荷重を支持する構造については記載されていない。

特開２００４―９９１９５号公報 特開２００１―１０７８０号公報

鉄筋コンクリート造におけるタワークレーンの支持構造として、図９を参照して説明した鉄骨造におけるタワークレーンの支持構造を適用する方法も考えられる。しかし、鉄筋コンクリート造では、鉄骨造のように柱梁構造にブレースや束柱などの補強部材を溶接やボルト接合することができないため、適用するのは難しい。
そこで、タワークレーンを支持する階の梁（以下、上階の梁という）と、その下階の梁（以下、下階の梁という）との間に、下階の梁の上面に設けられた柱部材と、この柱部材と上階の梁との間に介装された油圧ジャッキとを備える支持構造を設ける方法が考えられる。かかる構成の支持構造によれば、油圧ジャッキを上階の梁との間に隙間がなくなるように伸長させることにより、上階の梁に作用するタワークレーンの荷重が柱部材及び油圧ジャッキを介して下階の梁に伝達されるため、複数の梁でタワークレーンを支持することができる。
しかし、油圧ジャッキのオイルは温度依存性が高く、温度変化に伴って膨張又は収縮する。このため、気温が下がるとオイルが収縮し、油圧ジャッキが縮退してしまう。鉄骨造の場合であれば、鉄骨部材は曲げ剛性が小さく、タワークレーンの荷重により梁が撓むので、油圧ジャッキが縮退した場合にも、梁と油圧ジャッキの間に隙間が生じることなく、タワークレーンの荷重を上階の梁及び下階の梁の双方で支持することができる。

しかし、鉄筋コンクリート部材や鉄骨鉄筋コンクリート部材は鉄骨部材に比べて、曲げ剛性が大きいために、タワークレーンの荷重による撓みが小さい。このため、温度変化により油圧ジャッキが収縮した場合、梁が油圧ジャッキの収縮に追従できるほど撓まないために、油圧ジャッキと上階の梁との間に隙間が生じてしまう。その結果、タワークレーンの荷重を上階の梁のみで受けることになり、上階の梁に大きな荷重が作用してしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、タワークレーンの荷重を確実に複数階の梁で分散して支持することのできるタワークレーンの支持構造及び支持方法を提供することである。

本発明のタワークレーンの支持構造は、鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造である柱梁構造物にタワークレーンを支持するための支持構造であって、上階の梁に設けられ、タワークレーンの荷重を受ける台座架構と、軸方向に伸縮可能であるとともに、その長さを保持する機構を備え、前記上階の梁とその下階の梁との間に隙間のない状態で設けられた補強部材と、を備え、前記補強部材は、高さが固定された本体部材と、この本体部材と前記上階の梁又は前記下階の梁との間に介装され、長さを保持する機構を有する安全ナット付き油圧ジャッキとにより構成され、前記安全ナット付き油圧ジャッキは、前記補強部材と前記上階の梁及び下階の梁との間に隙間がないような長さで保持されていることを特徴とする。
また、上記の支持構造は、前記タワークレーンから作用する引抜荷重を前記下階の梁に伝達する部材を備えてもよい。

本発明によれば、補強部材と、上階の梁及び下階の梁との間に隙間がない状態で、補強部材の長さを保持することができるので、鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造のように梁の曲げ剛性が大きく撓みが小さい構造物であっても、タワークレーンの荷重を上階及び下階の梁で分散して支持することができる。

また、本発明は、鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造である柱梁構造にタワークレーンを設置するための支持方法であって、タワークレーンの荷重を受ける台座架構を上階の梁に設け、軸方向に伸縮可能であるとともに、その長さを保持する機構を備える補強部材を、前記上階の梁とその下階の梁との間に隙間のない状態で設け、前記補強部材は、高さが固定された本体部材と、この本体部材と前記上階の梁又は前記下階の梁との間に介装され、長さを保持する機構を有する安全ナット付き油圧ジャッキとにより構成され、前記安全ナット付き油圧ジャッキを、前記補強部材と前記上階の梁及び下階の梁との間に隙間がないような長さで保持することを特徴とするタワークレーンの支持方法も含むものとする。

本発明によれば、タワークレーンの荷重を確実に複数階の梁で分散して支持することができる。

以下、本発明のタワークレーンの支持構造について、図面に基づき詳細に説明する。なお、以下の説明では、鉄筋コンクリート造の柱梁構造１０にタワークレーンを設置する場合について説明するが、鉄骨鉄筋コンクリート造にタワークレーンを設置する場合についても、同様にして、本発明のタワークレーンの支持構造を適用することができる。

図１（Ａ）は、本実施形態のタワークレーンの支持構造２０を示す平面図であり、同図（Ｂ）は、立面図である。同図に示すように、本実施形態のタワークレーンの支持構造２０は、タワークレーンの荷重をタワークレーンの台座架構２３を受ける梁（上階の梁）１１及びその下の階の梁（下階の梁）１２に伝達することにより支持するものである。

図１に示すように、タワークレーンの支持構造２０は、タワークレーンのマスト１３を支持し、タワークレーンの荷重を上階の梁１１に伝える台座架構２３と、上階の梁１１に作用するタワークレーン荷重を下階の梁１２に伝達する補強部材２１と、タワークレーンから作用する上向きの荷重（以下、引抜荷重という）を下階の梁１２に伝達する引抜抵抗部材２２とを備える。補強部材２１は、上階の梁１１のタワークレーンの台座架構２３の真下に設けられている。

図２は、補強部材２１の構成を示す図である。同図に示すように、補強部材２１は、上階の梁１１と下階の梁１２との間に設けられた柱部材２４と、柱部材２４と上階の梁１１との間に設けられた安全ナット付き油圧ジャッキ２５とにより構成される。柱部材２４と下階の梁１２との間には鋼板２６Ｂ及び無収縮グラウト２７Ｂが介装され、安全ナット付き油圧ジャッキ２５と上階の梁１１との間には、鋼板２６Ａ及び無収縮グラウト２７Ａが介装されている。柱部材２４としては、例えば、軸方向に充分な圧縮耐力を有する柱状の鋼材などを用いることができる。なお、柱部材２４が本発明における補強部材の本体部材に相当する。

図３（Ａ）は、安全ナット付き油圧ジャッキ２５の平面図であり、同図（Ｂ）は、縦断面図である。同図に示すように、安全ナット付き油圧ジャッキ２５は、シリンダ部材３２と、シリンダ部材３２に対して進退可能なピストン部材３１と、シリンダ部材３２の外周に設けられた螺条に螺合するナット部材３３とを備える。一般的な油圧ジャッキと同様に、シリンダ部材３２内に注入された油圧に応じて、ピストン部材３１がシリンダ部材３２に対して軸方向（図３（Ｂ）における上下方向）に進退する。

以上の構成によれば、ナット部材３３を回転させることにより、軸方向に移動させることができる。したがって、無収縮グラウト２７Ａ、２７Ｂが硬化した後、シリンダ部材３２に油圧を供給して、ピストン部材３１を伸長させて鋼板２６Ａに当接させ、柱部材２４に軸力を加えた状態で、ナット部材３３を鋼板２６Ａに当接するまで回転させることにより、以後、シリンダ部材３２に供給した油圧を取り除いても、上階の梁１１と、補強部材２１との間に隙間が生ずることはない。

図１に戻り、引抜抵抗部材は２２、下階の梁１２の下面に当接するように設けられた保持部材２８と、保持部材２８と台座架構２３とを連結する締付ボルト２９を備える。引抜抵抗部材２２は、締付ボルト２９がきつく締付けられることにより、台座架構２３と保持部材２８とで、上階の梁１１及び下階の梁１２を挟みこむように固定されている。なお、図１の構成では、締付ボルト２９を各補強部材２１について、梁の前後に２本ずつ計４本を設け、下階の梁１２を跨ぐように設けた２つの保持部材２８により夫々２本ずつの締付ボルト２９を連結している。

以上の構成によれば、上述のようにシリンダ部材３２の油圧を抜いても、上階の梁１１と補強部材２１との間に隙間が生ずる事はない。すなわち、温度変化による油圧ジャッキの収縮の影響を受けることなく、上階の梁１１と補強部材２１との間に隙間のない状態を維持できるので、台座架構２３を介して上階の梁１１に伝達されたタワークレーンの荷重を補強部材２１を介して下階の梁１２に確実に伝達することができる。従って、本実施形態のタワークレーンの支持構造２０によれば、タワークレーンの荷重を確実に上階の梁１１と下階の梁１２とに分散して支持することができる。

また、タワークレーンに風や地震による横向きの荷重が作用し、タワークレーンの一方に上方に向かって引抜荷重が作用する場合にも、引抜抵抗部材２２を介して、引抜荷重が下階の梁１２に伝達される。さらに、下階の梁１２に伝達された引抜荷重は、補強部材２１に圧縮応力として作用し、上階の梁１１に上向きの荷重として伝達される。このように、タワークレーンに引抜荷重が作用する場合にも、この引抜荷重を上階の梁１１と下階の梁１２とで分散して支持することができる。

以上説明したように、本実施形態のタワークレーンの支持構造２０によれば、上階の梁１１と下階の梁１２の間に温度変化によらず長さを一定に保つことのできる補強部材２１を設ける構成としたため、温度変化が生じても、タワークレーンの荷重を上階の梁１１及び下階の梁１２に分散して支持することができる。特に、フロアクライミング時には、梁に昇降部分の反力が荷重と共に作用するが、このような場合にも、梁に作用する荷重を分散することができるため、非常に有効である。

なお、上記説明において、柱部材２４と上階の梁１１との間に安全ナット付き油圧ジャッキ２５を介装するものとしたが、これに限らず、柱部材２４と上階の梁１１と間に隙間なく設置することができ、温度変化によらず一定の長さを保持できる部材であればよい。

また、本実施形態では、安全ナット付き油圧ジャッキ２５を上階の梁１１と柱部材２４との間に設ける構成としたが、これに限らず、下階の梁１２と柱部材２４との間に設けても良い。また、本実施形態では、本発明の補強部材の本体部材として柱部材２４を用いるものとしたが、これに限らず、例えば、柱部材２４に代えて、下階の梁１２の上面に壁状の部材を本体部材として設ける構成としてもよい。

さらに、本実施形態では、補強部材２１を上階の梁１１と下階の梁１２との間のみ（つまり、一階分にのみ）に設ける構成としたが、これに限らず、複数階に補強部材２１を設けてもよい。かかる構成によれば、補強部材２１を介してタワークレーンの荷重が３階分以上の梁に伝達されるため、夫々の梁に掛る荷重を軽減することができる。

ここで、上記説明したタワークレーンの支持構造により、上階の梁に作用するタワークレーンの荷重が下階の梁に伝達されることを確かめるため、実測、ＦＥＭによる数値計算、及び弾性ばねを用いたモデルに基づく計算により、柱部材に作用する圧縮応力を算出し、検討したので、以下説明する。

図４は、本検討に用いた支持構造の設置状況を示す図である。同図に示すように、実測の場合には、タワークレーンの台座架構２３の直下に３５０φの鋼製の柱部材２４を設置し、その上部に安全ナット付き油圧ジャッキ２５を介装した。安全ナット付き油圧ジャッキ２５は、上階の梁１１との間に隙間がなくなるように伸長させた状態で長さが固定されている。なお、本検討では、引抜応力を下階の梁１２に伝達する定着部材は設けず、引抜応力は上階の梁１１のみで負担するものとした。

本検討では、後述するように、タワークレーンの荷重が上階の梁に作用する場合と、タワークレーンのブームを回転させた場合について、束柱に作用する軸力を調べた。なお、実測の場合には、柱部材に作用する軸力は、柱部材の軸ひずみの測定結果から算出した。

図５は、実測と同じ条件のタワークレーン荷重の作用する柱梁構造及び本実施形態の支持構造を弾性ばねを用いてモデル化した計算モデルを示す図である。同図に示すように、柱、梁、油圧ジャッキ、柱部材、及びグラウトの剛性に相当する値を弾性バネのばね係数として設定することによりモデル化して、計算を行った。
また、ＦＥＭを用いた数値解析では、実測と同じ条件の柱梁構造及び支持構造を想定し、２次元弾塑性応力解析により数値解析を行った。

まず、実測、ＦＥＭによる数値計算、及び弾性ばねを用いたモデルに基づく計算により、タワークレーンの自重に対して補強部材により下階の梁に伝達される荷重のタワークレーン自重に対する比を算出した。夫々の場合における、下階の梁に伝達される荷重のタワークレーン自重に対する比を図６に示す。
同図に示すように、ＦＥＭによる数値計算、及び弾性ばねを用いたモデルに基づく計算により得られた軸力は、実測により得られた軸力に非常に近い値となっており、ＦＥＭによる数値計算及び弾性ばねを用いたモデルに基づく計算の妥当性が確認された。また、夫々、タワークレーンの荷重の０．３倍以上の荷重が補強部材に作用しており、補強部材により下階の梁に荷重が伝達されていることがわかる。

次に、タワークレーンにより試験用ウエイト（１２ｔ）を吊った状態で、ブームを水平旋回させた時の補強部材に発生する軸力を、実測、ＦＥＭによる数値計算、及び弾性ばねを用いたモデルに基づく計算により求めた。なお、ＦＥＭによる数値計算、及び弾性ばねを用いたモデルに基づく計算では、ブームを水平旋回させた時の水平旋回角度と各旋回角度において、上階の梁１１に作用する荷重との関係を予め求めておき、この関係に基づき荷重を加えるものとした。

図７は、実測、ＦＥＭによる数値計算、及び弾性ばねを用いたモデルに基づく計算により得られたブームの角度と柱部材に作用する軸力との関係を示すグラフである。同図に示すように、ＦＥＭによる数値計算及び弾性ばねを用いたモデルに基づく計算によれば、実測と非常に近い値が得られており、これらの手法の妥当性が確認された。また、ブーム旋回時においても、タワークレーンの荷重が補強部材により確実に下階の梁に伝達されていることがわかる。

以上の検討により、本実施形態のタワークレーンの支持構造によれば、上階の梁に作用するタワークレーンの荷重が補強部材により下階の梁に伝達され、上階の梁及び下階の梁で分散して支持されることが確認された。

なお、以上説明した本実施形態のタワークレーンの支持構造において、引抜抵抗部材２２を、台座架構２３と保持部材２８とで、上階の梁１１及び下階の梁１２を挟みこむように固定する構成としたが、これに限られず、タワークレーンに作用する引抜力に上階の梁１１のみで抵抗できる場合には、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、引抜抵抗部材２２を、台座架構２３と保持部材２８とで上階の梁１１のみを挟みこむように固定する構成としてもよい。

（Ａ）は、本実施形態のタワークレーンの支持構造の平面図であり、（Ｂ）は、立面図である。 補強部材の構成を説明するための図である。 （Ａ）は、安全ナット付き油圧ジャッキの平面図であり、（Ｂ）は断面図である。 実測の場合における柱部材の設置状況を示す図である。 柱梁構造及び支持構造の弾性ばねを用いてモデル化したモデルを示す図である。 実測、弾性ばねによるモデルに基づく計算、及びＦＥＭを用いた数値解析によるタワークレーン荷重に対する柱部材により下方に伝達される荷重の比率を示すグラフである。 タワークレーンのブームを旋回させた場合のブームの角度と柱部材に作用する軸力との関係を示すグラフである。 （Ａ）は、本実施形態のタワークレーンの支持構造の別の実施形態平面図を示す図であり、同図（Ｂ）は、立面図である。 鉄骨造の柱梁構造におけるタワークレーンの支持構造を示す立面図である。

符号の説明

１０ 柱梁構造
１１ 上階の梁
１２ 下階の梁
１３ タワークレーンのマスト
２０ タワークレーンの支持構造
２１ 補強部材
２２ 引抜抵抗部材
２３ 台座架構
２４ 柱部材
２５ 安全ナット付き油圧ジャッキ
２６Ａ、２６Ｂ 鋼板
２７Ａ，２７Ｂ グラウト
２８ 保持部材
２９ 締付ボルト
３１ ピストン部材
３２ シリンダ部材
３３ ナット部材

Claims (3)

1. 鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造である柱梁構造物にタワークレーンを支持するための支持構造であって、
   上階の梁に設けられ、タワークレーンの荷重を受ける台座架構と、
   軸方向に伸縮可能であるとともに、その長さを保持する機構を備え、前記上階の梁とその下階の梁との間に隙間のない状態で設けられた補強部材と、を備え、
   前記補強部材は、
   高さが固定された本体部材と、
   この本体部材と前記上階の梁又は前記下階の梁との間に介装され、長さを保持する機構を有する安全ナット付き油圧ジャッキとにより構成され、
   前記安全ナット付き油圧ジャッキは、前記補強部材と前記上階の梁及び下階の梁との間に隙間がないような長さで保持されていることを特徴とするタワークレーンの支持構造。
2. 請求項１に記載のタワークレーンの支持構造であって、
   前記タワークレーンから作用する引抜荷重を前記下階の梁に伝達する部材を備えることを特徴とするタワークレーンの支持構造。
3. 鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造である柱梁構造にタワークレーンを設置するための支持方法であって、
   タワークレーンの荷重を受ける台座架構を上階の梁に設け、
   軸方向に伸縮可能であるとともに、その長さを保持する機構を備える補強部材を、前記上階の梁とその下階の梁との間に隙間のない状態で設け、
   前記補強部材は、
   高さが固定された本体部材と、
   この本体部材と前記上階の梁又は前記下階の梁との間に介装され、長さを保持する機構を有する安全ナット付き油圧ジャッキとにより構成され、
   前記安全ナット付き油圧ジャッキを、前記補強部材と前記上階の梁及び下階の梁との間に隙間がないような長さで保持することを特徴とするタワークレーンの支持方法。