JP5039801B2 - 搭状構造物及び接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば筒身と筒身を支える鉄塔を備える搭状構造物において、筒身を補強する構造に関する。

搭状構造物の一例（例えば、特許文献１）として、図２１に基づき、煙突の構成例を説明する。
煙突は、地上に立設された筒身１を鉄塔２及び水平材３で支持した構成を有し、筒身１と水平支持部材４との間には筒身１の振動を抑制するための複数の鋼材ダンパ６ａが設けられている。
図２１の（ｃ）にその要部詳細（図２１の（ｂ）のＣ部）を示すように、筒身１に設けた一対の保持体６−６の間に、基端を水平支持部材４に固定された鋼材ダンパ６ａの下端が挿入された構成で、筒身１の振動をこの鋼材ダンパ６ａの変形によって吸収し減衰させるようになっている。つまり、この鋼材ダンパ６ａは、地震や風などの外力により、筒身１と鋼材ダンパ６ａが固定されている水平支持部材４との間に相対変位が発生する構造物に適用できる。

鋼材ダンパ６ａの設置位置の筒身１側には、図２１（ｄ）に示すように筒身１を補強し、鋼材ダンパ６ａからの荷重伝達をスムーズに行う目的で、補強リング７が設けられる。この補強リング７を筒身１に固定するには、これまで、補強リング７の全周を筒身１に溶接接合する方法が採用されている。耐震補強などで既設の煙突に補強リング７を設置する場合も、同様の全周溶接法が採用されるのが通常である。この筒身１と補強リング７との間の溶接部には、補強リング７自体の荷重に基づく鉛直方向の荷重（鉛直荷重）と、鋼材ダンパ６ａを介する水平方向の荷重（水平荷重）の両方の複合外力が負荷される。

特許第３８２５１９３号公報

この従来の方法は、補強リング７の全周を溶接するために、溶接量が多くなる。したがって、筒身１内周壁に保護用の塗装を施している場合、溶接の入熱により塗装が損傷し、筒身１内周壁の再塗装作業が必要となることがある。また、筒身１の内周壁にライニングが施されている場合、ライニングが損傷する可能性もあり、溶接後にライニング層の損傷点検作業が必要となる他、損傷が生じているある場合には補修作業が必要となる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、筒身１への溶接を少なくしつつ、補強リング７自体の荷重による鉛直荷重を支持するとともに、筒身１からの水平力による水平荷重を補強リング７を介して鋼材ダンパ６ａあるいは後述する実施形態のストッパ部材５等の制振部材に伝達できる搭状構造物を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の塔状構造物は、被減衰体である塔状構造物本体と、塔状構造物本体に付設される補強塔と、塔状構造物本体の周囲を取り囲むリング状の補強部材と、補強塔と補強部材の間に介在する制振部材とを基本的な構成として備えている。
本発明の塔状構造物は、複数の鉛直荷重支持部材と複数の水平荷重伝達部材とをさらに備えている。
鉛直荷重支持部材は、塔状構造物本体の外周壁に間隔を空け、かつ外周壁から外側に向けて突出して設けられ、補強部材を載せることにより補強部材の鉛直方向の荷重を支持する。
また、水平荷重伝達部材は、塔状構造物本体と補強部材を繋ぎ、塔状構造物の揺れによる水平力を補強部材に伝達する。

本発明の塔状構造物は、複数の鉛直荷重支持部材と複数の水平荷重伝達部材を個別に設けており、個々の鉛直荷重支持部材、個々の水平荷重伝達部材はサイズが小さい。しかも、複数の鉛直荷重支持部材は間隔を空けて設けられている。したがって、溶接によって鉛直荷重支持部材を設けるとしても、溶接量を少なくすることができる。このことは、水平荷重伝達部材についても同様に当てはまる。
また、本発明の塔状構造物は、鉛直荷重支持部材と水平荷重伝達部材を個別に設けているので、前者については補強部材による鉛直荷重のみを考慮した設計をすればよく、また、後者については塔状構造物本体の揺れによる水平荷重のみを考慮した設計をすればよい。したがって、前述した従来の溶接部のように、鉛直方向の負荷と水平方向の負荷の両方の複合外力を考慮するのに比べて、設計が容易になる。

本発明において、水平荷重伝達部材を、一端側が塔状構造物本体に接続され、一端より離間する位置側が補強部材に接続される構成にすることができる。この水平荷重伝達部材は、通常、鋼材から構成される。
塔状構造物本体の揺れによる水平力がこの水平荷重伝達部材を介して補強部材に伝達されると、補強塔と補強部材の間に介在する制振部材により揺れが抑制される。
以上の水平荷重伝達部材を取り囲むとともに、塔状構造物本体と補強部材の間に介在される充填伝達体を備えることが好ましい。この充填伝達体も水平荷重伝達部材を構成する。この充填伝達体は、水平荷重伝達部材の変形を拘束し、さらに水平荷重を伝達する機能を奏する。したがって、充填伝達体を設けると、水平荷重伝達部材の数量を低減できる。充填伝達体は例えばコンクリート、モルタルから構成される。

以上説明した水平荷重伝達部材は、一端側が塔状構造物本体に、他端側が補強部材に接合されるものであるが、本発明は他の形態をも包含する。その一つが充填伝達体を利用する形態である。
つまりこの水平荷重伝達部材は、塔状構造物本体と補強部材の間に介在される充填伝達体と、塔状構造物本体に接続端で接続され、当該接続端より先端側が充填伝達体内に係止される第１係止体と、補強部材に接続端で接続され、当該接続端より先端側が充填伝達体内に係止される第２係止体と、を備える形態とすることもできる。この形態は、充填伝達体、第１係止体及び第２係止体の３つの要素で本発明の水平荷重伝達部材を構成する。

また、本発明の水平荷重伝達部材として、塔状構造物本体に対向する面を除いて、補強部材を覆い、かつ塔状構造物本体に接合されることにより、補強部材を支持する第１繊維強化シートから構成することができる。この形態は、水平荷重伝達部材（第１繊維強化シート）を接着剤で塔状構造物本体に接合できるので、溶接量をより低減できる。
この形態において、第１繊維強化シートが補強部材を覆う部分を、第２繊維強化シートで包むことが好ましい。第1繊維強化シートと第２繊維強化シートとの間、第２繊維強化シートと塔状構造物との間も接着剤で接合できるので、塔状構造物本体を強固に支持できる。

以上の本発明（第１発明）は鉛直荷重支持部材と水平荷重伝達部材とを個別に設けることを前提としているが、繊維強化シートを用いて補強部材を支持する場合、鉛直荷重支持部材を省略することもできる。すなわち本発明（第２発明）は、前述した基本的な構成に加え、塔状構造物本体に対向する面を除いて補強部材を覆い、かつ塔状構造物本体に接合されることにより、補強部材を支持する繊維強化シートからなる鉛直支持・水平伝達部材と、を備える塔状構造物を提供する。
この第２発明は、繊維強化シートを接着剤で接合すればよいので、補強部材を支持するのに溶接を行う必要がない。

本発明において、鉛直荷重支持部材及び水平荷重伝達部材の一方又は双方が溶接により外周壁に接合され、溶接による溶接ビードが蛇行しており、蛇行する溶接ビードは、溶接線を跨いで鉛直荷重支持部材及び水平荷重伝達部材の一方又は双方と外周壁に交互に施工されていることが好ましい。また、本発明において、鉛直荷重支持部材及び水平荷重伝達部材の一方又は双方を溶接により外周壁に接合する場合、鉛直荷重支持部材及び水平荷重伝達部材の一方又は双方の溶接が予定される領域を、冷却媒体により冷却した後に、溶接を行うことが好ましい。いずれも、溶接部位の温度上昇を抑制できる。

本願の第１発明によれば、溶接する領域が少なくて済むので、筒身内周壁の塗装、ライニングの損傷を著しく低減できる。また、鉛直荷重支持部材と水平荷重伝達部材を個別に設計できる。
また、本願の第２発明によれば、溶接することなく補強部材の塔状構造物本体への支持ができる。したがって、筒身内周壁の塗装、ライニングに損傷を与えない。

第１−１実施形態による搭状構造物の平断面図である。 第１−１実施形態による搭状構造物の縦断面図である。 第１−１実施形態による搭状構造物に揺れが生じたときの水平荷重伝達部材における抵抗状態を示す図である。 第１−１実施形態による補強リングの高さ調節ができる補強部材を示す要部縦断面図であり（ａ）は調節前を、（ｂ）は調節後を示している。 第１−１実施形態による補強リングの高さ調節ができる補強部材を示す部分平断面図である。 第１−１実施形態による水平荷重伝達部材及び補強リングの例を示す図である。 第１−１実施形態による鉛直荷重支持部材の例を示す図である。 第１−２実施形態による補強部分を示す要部縦断面図である。 第１−２実施形態による搭状構造物に水平荷重が加わったときの水平荷重伝達部材における抵抗状態を示す図である。 第２実施形態による補強部分を示す要部縦断面図である。 第３−１実施形態による補強部分を示す要部縦断面図である。 第３−１実施形態による補強部分を示す平断面図である。 第３−２実施形態による補強部分を示す要部縦断面図である。 第２実施形態による他の例の補強部分を示す要部縦断面図である。 本実施の形態における溶接部材を平面視したものであり、（ａ）は溶接ビード近傍を示す平面写真、（ｂ）は溶接トーチの移動軌跡を示す図である。 本実施の形態における溶接部材の外観を示す斜視図である。 ＣＭＴ工法による溶接実験の結果を示し、入熱量と昇温量の関係を示すグラフである。 ＣＯ_２工法による溶接実験の結果を示し、入熱量と昇温量の関係を示すグラフである。 スタッドピンの径を種々変えて、ＣＤ溶接法により平板に溶接を行ったときの、溶接箇所の裏面の昇温量とスタッドピンの直径の関係を示すグラフである。 本実施の形態において、溶接前に溶接予定箇所を冷却する器具を示す図である。 従来の搭状構造物（煙突）を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣの詳細図、（ｄ）は補強リングを示す図である。

以下、添付図面の図１〜図２０に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
＜第１−１実施形態＞
本実施形態は、図２１に示した従来の煙突に設けられるものであり、従来の煙突と同じ構成部分については、図２１と同じ符号を付している。すなわち、本実施形態による煙突１０は、図１，２に示すように、地上に立設された筒身（筒状構造物本体）１を鉄塔２及び水平材３で支持した構成を有し、筒身１と水平支持部材４との間には筒身１の振動を抑制するための複数のストッパ部材５が設けられている。ストッパ部材５は、より具体的には、筒身１の径方向における一端が補強リング７に接合され、また、他端が補強塔を構成する水平支持部材４に接合されている。なお、鉄塔２、水平材３及び水平支持部材４により、本発明の補強塔が構成される。

＜補強リング７＞
筒身１とストッパ部材５の間には、筒身１を補強する目的の補強リング（補強部材）７が設けられている。補強リング７は、断面がＨ型の鋼材を溶接その他の接合方法によりリング状に形成したものである。補強リング７は、ストッパ部材５と接する外側フランジ部７ａと、筒身１側に配置される内側フランジ部７ｂと、外側フランジ部７ａと内側フランジ部７ｂとを繋ぐウェブ部７ｃとから構成される。補強リング７は、２分割、あるいは４分割としたものを搭上でリング状に組付けしてもよいし、予めリング状とされたものを用いてもよい。

＜鉛直荷重支持部材８＞
補強リング７は、内側フランジ部７ｂが鉛直荷重支持部材８に載せられて、鉛直方向の荷重が支持される。内側フランジ部７ｂが鉛直荷重支持部材８に載せられていれば足り、内側フランジ部７ｂの下面を鉛直荷重支持部材８の上面に溶接などにより接合しない。つまり、補強リング７は、鉛直荷重支持部材８に摺動可能に支持されている。これにより、鉛直荷重支持部材８は、補強リング７から鉛直方向の荷重のみを支持する。

平板状の鋼材から構成される鉛直荷重支持部材８は、その長手方向が筒身１の周方向に沿うように筒身１の外周壁に溶接によって接合されている。鉛直荷重支持部材８は、補強リング７の鉛直荷重を支持するものであるが、補強リング７の死荷重自体はそれほど大きくないので、鉛直荷重支持部材８の溶接による接合強度は、補強リング７の荷重に安全率を加える程度でよい。なお、鉛直荷重支持部材８を筒身１の外周壁に溶接する好ましい方法は後述する。
長手方向の長さが補強リング７の円周長に比べて十分に短い鉛直荷重支持部材８は、筒身１の外周壁の同一円周上に均等間隔で放射状に設置される。この例では１２個の鉛直荷重支持部材８が筒身１の外周壁に設置されているが、設置個数は任意であるとともに、鉛直荷重支持部材８相互間の間隔も均等に限らない。

＜水平荷重伝達部材９＞
補強リング７の内側フランジ部７ｂを貫通して水平荷重伝達部材９が設けられる。水平荷重伝達部材９は、内側フランジ部７ｂよりも筒身１側の一端が筒身１の外周壁に溶接により接合される。なお、水平荷重伝達部材９を筒身１の外周壁に溶接する好ましい方法は後述する。また、水平荷重伝達部材９は、一端から離間する位置で内側フランジ部７ｂに溶接により接合される。このように、筒身１と水平荷重伝達部材９が接合され、かつ水平荷重伝達部材９と補強リング７が接合されることにより、筒身１と補強リング７の間の水平方向荷重の伝達が確実に行われる。水平荷重伝達部材９は、揺れにともなう筒身１からの水平荷重のみをストッパ部材５に伝達する。

水平荷重伝達部材９は、この例では棒鋼を用いているが、筒身１と補強リング７の間の水平方向荷重の伝達が確実に行われるのであれば、その形態は問われない。例えば、平板状の鋼材を用いてもよいし、ボルトを水平荷重伝達部材９として用いることもできる。ボルトを水平荷重伝達部材９とする場合、筒身１の外周壁、内側フランジ部７ｂにねじを切って、ボルトからなる水平荷重伝達部材９をねじ込んでもよい。
また、この例では、ウェブ部７ｃを挟んで、上下に１本ずつの水平荷重伝達部材９が設けられているが、本数、配置の形態はこれに限らない。
なお、水平荷重伝達部材９は、容易に変形するとその機能を発揮することが困難である。したがって、荷重伝達にとって剛体とみなしうるものであることが前提となる。

＜設置手順＞
補強リング７に加え、鉛直荷重支持部材８と水平荷重伝達部材９を備えた本実施形態による補剛構造を設ける手順を以下説明する。
（１）鉛直荷重支持部材８の設置
はじめに、筒身１の外周壁に鉛直荷重支持部材８を溶接により設置する。複数の鉛直荷重支持部材８は、同一円周上に均等間隔に配置されることが好ましい。そうすることにより、各鉛直荷重支持部材８が補強リング７から受ける荷重を均一にできる。鉛直荷重支持部材８の設置は、例えば筒身１の外周壁に矩形状の溝を形成し、その中に鉛直荷重支持部材８を嵌合して溶接することもできる。接合強度の向上にとって有利である。
鉛直荷重支持部材８は、溶接により筒身１に接合されるが、溶接の量は従来の全周溶接に比べると極めて少ないので、筒身１の内周壁に形成された塗装、ライニングに与える損傷を著しく軽減できる。

（２）水平荷重伝達部材９の設置
次に、先端を筒身１の外周壁に溶接することにより、水平荷重伝達部材９を筒身１に設置する。水平荷重伝達部材９は、筒身１の外周壁に均等間隔で放射状に設置される。水平荷重伝達部材９は、先行して設置された鉛直荷重支持部材８に対応して、その上方に設置される例をここでは示しているが、隣接する鉛直荷重支持部材８の間に水平荷重伝達部材９を設けることもできる。
水平荷重伝達部材９も溶接により筒身１に接合されるが、溶接の量は少ないので、筒身１の内周壁に形成された塗装、ライニングに与える損傷を著しく軽減できる。

（３）補強リング７の設置
次に、補強リング７を設置する。補強リング７には水平荷重伝達部材９が貫通される位置に貫通孔が空けられており、この貫通孔に水平荷重伝達部材９を貫通させると、補強リング７は鉛直荷重支持部材８に載せられるようになっている。
補強リング７は、２又はそれ以上の複数に分割した形態のセグメント部材を作製しておき、このセグメント部材を鉛直荷重支持部材８に載せ、その後にセグメント部材同士を溶接して接合することが好ましい。
本実施形態では、補強リング７に貫通孔を空けておき、ここに水平荷重伝達部材９を貫通させることで、補強リング７の位置決めを容易にしている。

（４）補強リング７と水平荷重伝達部材９の接合
補強リング７が鉛直荷重支持部材８に載せられ、補強リング７、鉛直荷重支持部材８及び水平荷重伝達部材９が互いに正規の位置に設置された後、補強リング７と水平荷重伝達部材９を溶接して接合する。これで、補強リング７、鉛直荷重支持部材８及び水平荷重伝達部材９は、筒身１の補剛構造を構成する。なお、補強リング７と鉛直荷重支持部材８の間は接合されていないので、補強リング７は鉛直荷重支持部材８に対して、水平方向への荷重は伝達されない。
本実施形態の補剛構造に、図３の白抜き矢印に示す向きに水平荷重が作用すると、水平荷重伝達部材９は図示の実線矢印に示す向きに抵抗しながら水平荷重を補強リング７に伝達する。また、この荷重はストッパ部材５を介して、黒塗り矢印に示す向きに水平支持部材４に伝達される。

＜高さ調節機構＞
以上では、補強リング７を鉛直荷重支持部材８に載せるだけで補強リング７の高さ（鉛直）方向の位置を決めることにしているが、鉛直荷重支持部材８からの高さが周方向でばらつくのを避けたい。そのためには、鉛直荷重支持部材８を設置する鉛直方向の位置を周方向で一致させればよいが、実際の作業で精度よく鉛直荷重支持部材８を揃えて設置することが困難な場合もある。そこで本実施形態は、補強リング７に高さ調節機構を持たせることが好ましい。

高さ調節機構は、例えば、図４に示すように、高さ調節ボルトＢを補強リング７のフランジ部７ａ（ｂ）に形成されるねじ孔を貫通させ、その下端を鉛直荷重支持部材８の上面に載せることで実現できる。高さ調整ボルトＢのねじ込み具合を調整することで、鉛直荷重支持部材８に対する補強リング７の高さを調整できる。
以上の説明から明らかなように、高さ調整機構（高さ調整ボルトＢ）は、鉛直荷重支持部材８上に設置される一方、高さ調整作業のし易さを考慮すれば、水平荷重伝達部材９と干渉しない位置に設置されるのが好ましい。例えば、図５に示すように、鉛直荷重支持部材８と水平荷重伝達部材９が交互に配置される場合には、鉛直荷重支持部材８上に高さ調整ボルトＢを設ければ、高さ調整ボルトＢの調整時に、水平荷重伝達部材９が邪魔になることはない。

＜効果＞
以上の第１−１実施形態によれば、鉛直荷重支持部材８、水平荷重伝達部材９は各々筒身１に溶接して接合されるが、溶接される量は従来の全周に比べて極めて少ない。したがって、筒身１の内周壁に設けられている塗装、ライニングの損傷を防止又は抑制（以下、防止と総称）できる。
全周を溶接する従来の補強リングは、溶接部が鉛直方向と水平方向の複合外力を支持、伝達することから、溶接部の強度設計が複雑になっていた。これに対して本実施形態は、鉛直荷重支持部材８が鉛直方向荷重のみを支持、水平荷重伝達部材が水平方向荷重のみを支持（伝達）するものであるから、鉛直荷重支持部材８及び水平荷重伝達部材９の各々について単独で強度設計を行えばよいので、複雑な強度設計を行う必要がない。

＜変更例＞
以上説明した実施形態は変更を加えることができる。
補強リング７は、以上説明したものに限らず、図６に示す種々の形態にできる。
図６（ａ）に示す補強リング１７はＨ型鋼を用いている点では図２の補強リング７と同じであるが、設置の向きが９０°異なる。補強リング１７は、開口部が水平方向を向いており雨水などに対する配慮が必要ない。
図６（ｂ）に示す補強リング２７は、断面がコ字状の型鋼を用いている。補強リング２７は開口を筒身１と逆に向けて配置されている。補強リング２７は、水平荷重伝達部材９を短くすることが可能であり、剛性を確保しやすいという利点がある。
図６（ｃ）に示す補強リング３７は、断面がロ字状の型鋼を用いている。補強リング３７は、閉断面として構成されており補強リング７，１７，２７に比べて剛性が高い。

鉛直荷重支持部材８は、長手方向を周方向に沿って配置しているが、図７に示すように、長手方向を鉛直方向に沿って配置する鉛直荷重支持部材１８，２８としてもよい。鉛直荷重支持部材１８，２８は、鉛直方向の長さが長いので、鉛直荷重支持部材８に比べて、同一の板材を用いるとすれば、支持できる荷重を大きくできる。また、図７（ｂ）に示す鉛直荷重支持部材２８は、より大きな荷重を支持できるとともに、鉛直荷重支持部材１８よりも補強リング７との接触面積を広くとれるので、補強リング７に局部的な負荷が与えられるのを回避できる。

＜第１−２実施形態＞
図８、図９を参照して第１−２実施形態を説明する。なお、第１−１実施形態と同じ構成部分には、同じ符号を付している。
第１実施形態は、筒身１と補強リング７〜３７の間を空隙にしているのに対して、第１−２実施形態は、この空隙に水平荷重を伝達する充填伝達体Ｃを介在させるところに特徴がある。コンクリート、モルタル、その他の硬化される充填伝達体Ｃは、水平荷重伝達部材９の変形を拘束し、さらに水平荷重を伝達する機能を奏する。

空隙を充填することにより、筒身１と補強リング７〜３７との一体性が向上するので、図９にハッチングで示すように、水平荷重伝達部材９に加えて補強リング７〜３７から筒身１への圧縮力としても荷重が伝達されるので、水平荷重伝達部材９の数量を低減できる。
なお、鉛直荷重支持部材８と充填伝達体Ｃの界面の接合強度は極めて弱いので、水平荷重が作用すると鉛直荷重支持部材８と充填伝達体Ｃの接合は解かれる。したがって、充填伝達体Ｃを介して鉛直荷重支持部材８に水平荷重が伝達することはないと解されるが、図８に示すように、鉛直荷重支持部材８と充填伝達体Ｃの間にアンボンド剤（ゴムシートなど）Ｒを介在させることで、より確実に水平荷重が鉛直荷重支持部材８に伝達されるのを避けることができる。

＜第２実施形態＞
図１０を参照して第２実施形態を説明する。なお、第１−１、第１−２実施形態と同じ構成部分には、同じ符号を付している。
第１−２実施形態は、水平荷重伝達部材９の一端が筒身１に接合され、一端から離間した位置が補強リング７に接合され、筒身１と補強リング７とを水平荷重伝達部材９が直接繋いでいる。これに対して、第２実施形態は、筒身１と補強リング７とを直接繋ぐ部材を設ける代わりに、補強リング７に向けて突出するスタッド（第１係止体）１１を筒身１の外周壁に設け、また、筒身１に向けて突出するスタッド（第２係止体）１２を補強リング７の筒身１に対向する面に設ける。筒身１と補強リング７の間には、スタッド１１，１２を包含するように充填伝達体Ｃが介在している。このようにスタッド１１，１２は充填伝達体Ｃ内に係止されるので、筒身１から補強リング７に向けて、スタッド１１、充填伝達体Ｃ及びスタッド１２の経路で、水平方向（特に、図１０の紙面に垂直な方向）に荷重が伝達される。つまり、第２実施形態は、スタッド１１、充填伝達体Ｃ及びスタッド１２の組み合わせが、本発明の水平荷重伝達部材を構成する。

図１０（ａ）〜（ｄ）に示す例では、スタッド１１を筒身１の外周壁に設けるとともに、スタッド１２を補強リング７の筒身１に対向する面に設けているが、図１４（ａ）に示すように、例えば、補強リング７側のスタッド１２を省略してもよい。

また、図１４（ｂ）に示すように、本発明は平板を水平荷重伝達部材１５として用いることができる。この形態の場合、鉛直荷重支持部材１８及び水平荷重伝達部材１５の両方が平板から構成されるので、両者を筒身１に接合する場合同じ溶接方法を採用することができる。つまり、図１４（ｂ）の形態の場合、鉛直荷重支持部材１８及び水平荷重伝達部材１５の両方の溶接に、後述する本実施の形態によるウィービングビード溶接を適用することができるので、溶接に用いる設備、機材が一種類で足り工事コストを低減できる。水平荷重伝達部材１５は、表裏を貫通する孔を設けるなどしてもよい。

また、図１４（ｃ）に示す形態は、後述するＣＤ（Capacitor Discharge）溶接法により、鉛直荷重支持部材３８及び水平荷重伝達部材を構成するスタッド１１の両方を筒身１に接合できる。
この形態は、筒身１にスタッド４１をＣＤ溶接法により溶接し、このスタッド４１により鉛直荷重支持部材３８を支持する。鉛直荷重支持部材３８は、ともに平板状のリブ３９と基部４０とがＴ字状に一体化された構造を有し、基部４０には４本のスタッド４１が貫通する貫通孔が空けられている。基部４０を貫通したスタッド４１のねじが切られている先端にナット４２をねじ込んで、鉛直荷重支持部材３８を固定する。なお、ナット４２による固定は、一例であり、他の手段でスタッド４１と基部４０を固定することもできる。スタッド１１は、スタッドの形態を有しているので、もちろんＣＤ溶接法により筒身１に溶接できる。
このように、図１４（ｃ）に示す形態も、鉛直荷重支持部材３８及びスタッド１１の両方を筒身１に接合できるので、溶接に用いる設備、機材が一種類で足り工事コストを低減できる。特に、ＣＤ溶接法は作業能率が良いため、工期短縮が図れるという利点も期待できる。

第２実施形態においても、第１−１，１−２実施形態と同様に、塗装、ライニングの損傷を防止できるとともに、複雑な強度設計を行う必要がなく、さらにスタッド１１，１２の数量を抑えるという効果を享受できる。
また、第２実施形態は、水平荷重伝達部材９を補強リング７に貫通させるという施工上の調整作業の必要がないという第１−１，１−２実施形態では得られない特有の効果を奏する。

＜第３−１実施形態＞
図１１，１２を参照して第３−１実施形態を説明する。
第３−１実施形態は、鉛直荷重支持部材８により専ら鉛直方向の荷重を支持するところは第１，第２実施形態と同様であるが、補強リング７（〜３７）を覆うとともに、筒身１に対して固定する繊維強化プラスチックからなるシート材（本願では、繊維強化シートという）１３で水平方向荷重を伝達するところに特徴がある。

第３−１実施形態も、鉛直荷重支持部材８は、図１２に示すように、第１，第２実施形態と同様に筒身１の外周壁に等間隔に設置されている。
隣接する鉛直荷重支持部材８，８の間において、補強リング７〜３７は繊維強化シート（第１繊維強化シート）１３に支持される。つまり、筒身１の外周壁に対向する面を除いて補強リング７〜３７は繊維強化シート１３に覆われる。補強リング７〜３７を覆った繊維強化シート１３の余剰部分は、補強リング７〜３７の上方及び下方において、筒身１の外周壁に接着剤により接合される。これにより、繊維強化シート１３は、水平荷重伝達部材として機能する。なお、繊維強化シート１３は、筒身１に接合されるのに加え、補強リング７〜３７との接触面が接着剤により接合される。

繊維強化プラスチックは、プラスチック（樹脂）と弾性率の高い繊維状の強化材との複合材料からなる。強化材としては、ガラス繊維、炭素繊維の他、強度の高い樹脂繊維であるアラミド繊維、ポリエチレン繊維を用いることができる。強化材としての繊維の混入方法には大きく２種類ある。細かく切断した繊維を均一にまぶす方法と、繊維に方向性を持たせたままプラスチックに浸潤させる方法とがそれである。本発明は、いずれの方法かは問わない。本発明において、繊維強化プラスチックのマトリックスとしては、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂が用いられるが、その他に、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、
フェノール樹脂を使用できる。
また、繊維強化シート１３を筒身１に接合する接着剤としては、エポキシ樹脂系接着剤等公知の接着剤を用いることができる。

第３−１実施形態においても、第１，２実施形態と同様に、塗装、ライニングの損傷を防止できるとともに、複雑な強度設計を行う必要がない。特に、第３−１実施形態は、水平荷重伝達部材を接着により筒身１に接合するので、第１，２実施形態に比べて溶接量がより少なくなるので、塗装、ライニングの損傷防止の効果が顕著となる。

＜第３−２実施形態＞
第３−２実施形態は、図１３に示すように、補強リング７〜３７の周囲を繊維強化シート（第２繊維強化シート）１４で包み、この繊維強化シート（第２繊維強化シート）１４で包まれた部分を、繊維強化シート（第１繊維強化シート）１３で覆い、かつその余剰部分を、補強リング７〜３７の上方及び下方おいて、筒身１の外周壁に接着剤により接合する。この際、補強リング７〜３７を包んだ繊維強化シート１４とこれを覆う繊維強化シート１３との接触面は接着剤で接合し、また、補強リング７〜３７を包んだ繊維強化シート１４と筒身１との接触面も接着剤で接合する。そうすることにより、補強リング７〜３７の筒身１に対する接着強度を増加できるので、第３−２実施形態は第３−１実施形態よりも水平荷重伝達効果が向上する。

＜第４実施形態＞
第３−１，第３−２実施形態は、鉛直荷重支持部材８（〜２８）を設けることを前提とするが、繊維強化シート１３だけで補強リング７を支持することもできる。この場合、繊維強化シート１３は鉛直荷重支持部材と水平荷重伝達部材の両者の機能を併せ持つ。この形態を、本発明の第４実施形態として提案する。
第４実施形態は、鉛直荷重支持部材８（〜２８）を設けないので、補強リング７〜３７の周方向の全域を繊維強化シート１３で覆い、かつ筒身１に接合することもできる。もちろん、周方向に間隔を空けて繊維強化シート１３で覆い、かつ接合することもできる。
第４実施形態においても、第３−２実施形態のように繊維強化シート１４で補強リング７を包むこともできる。

＜溶接方法−鉛直荷重支持部材＞
次に、鉛直荷重支持部材８（〜２８）を筒身１に接合するのに好適な溶接方法について説明する。
溶接を行う際に連続的に被溶接部材に入熱するのに比べて、断続的に被溶接部材に入熱する方が当該被溶接部材の温度上昇を抑えることができる。そこで、本発明者らは、二つの被溶接部材に交互に溶接ビードを施工することで、一方の被溶接部材Ｍ１又は他方の被溶接部材Ｍ２に対して溶接により直接的に加えられる入熱量を低減できる。つまり、溶接による全入熱量をＱとし、一方の被溶接部材Ｍ１への直接的な入熱量をＱ１、他方の被溶接部材Ｍ２への直接的な入熱量をＱ２（＝Ｑ１の場合を含む）とすると、Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２というように入熱量を分配することで、溶接施工部周囲の温度上昇を抑えることができる。この際、被溶接部材Ｍ１と被溶接部材Ｍ２は接触しており、被溶接部材Ｍ１側から被溶接部材Ｍ２側へ、また、被溶接部材Ｍ２側から被溶接部材Ｍ１側への熱伝導はあるものの、被溶接部材Ｍ１と被溶接部材Ｍ２の接触面を介して伝導する熱量は同一部材内の熱伝導に比べて極めて小さい。

二つの被溶接部材に交互に溶接ビード（以下、単にビードという）を施工するには、従来のウィービングビード法を利用すればよい。しかし、本実施形態は従来のウィービングビード法をそのまま適用するものでない。つまり、従来のウィービングビード法は先行して施工されたビードに対して後続のビードを隙間なく施工するものであるが、これでは溶接施工による周囲の温度上昇が高くなる。これに対して本実施形態は、後続のビードが先行するビードに対して隙間が空くように施工することで、温度上昇を抑える。

図１５は、本実施形態による溶接方法で第１被溶接部材１０１と第２被溶接部材１０２とが溶接された溶接部材１００の溶接ビード１０３の近傍を示す平面写真である。
この溶接部材１００の溶接ビード１０３は、以下に示す特徴を有している。
はじめに、溶接ビード１０３は図１５（ａ）に示すように蛇行している。図１５（ｂ）に示すように溶接トーチ１０４の移動軌跡を蛇行させることで、蛇行する溶接ビード１０３を形成することができる。溶接トーチ１０４の移動軌跡を蛇行させることは、ウィービングビード溶接として知られている。しかし、従来技術としてのウィービングビード溶接は溶接トーチの移動軌跡は蛇行しているものの、外観上は溶接ビードが蛇行していない。つまり、ウィービングビード溶接は折り返し点１０５前後のビード同士が接触するように溶接されるのに対して、本実施形態による溶接は図１５（ａ）に示すように折返し点１０５前後の溶接ビード１０３間に隙間１０６がある。

次に、蛇行する溶接ビード１０３は、溶接線１０７を跨いで第１被溶接部材１０１と第２被溶接部材１０２に交互に施工されている。このことが第１被溶接部材１０１及び第２被溶接部材１０２の各々の温度上昇を抑えることのできる理由である。つまり、第１被溶接部材１０１について観ると溶接ビード１０３が間欠的に施工されるので第１被溶接部材１０１への入熱が間欠的に行われる。第２被溶接部材１０２についても同様である。したがって、溶接による入熱が第１被溶接部材１０１と第２被溶接部材１０２に分配されることで、溶接施工部分の周囲、特に裏面の温度上昇を抑えることができる。
図１５の例は、溶接ビード１０３が溶接線１０７を跨いで第１被溶接部材１０１と第２被溶接部材１０２に均等に施工されている。しかし、本実施形態はこれに限定されず、溶接ビード１０３が溶接線１０７を跨いで第１被溶接部材１０１と第２被溶接部材１０２に不均等に施工されることを許容する。

本実施形態には公知のアーク溶接法を広く適用できるが、入熱量自体を抑えるためにはＣＭＴ（Ｃｏｌｄ Ｍｅｔａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）工法を適用することが好ましい。ＣＭＴ工法は、溶接ワイヤが被溶接部材に対して前進・後退を交互に繰り返しながら施工される。より詳しくは、以下の工程を経る。
（１）アーク発生時、溶接ワイヤは溶融プールに向かって前進する。
（２）溶接ワイヤが溶融プールに浸かると、アークは消える。これに伴って溶接電流は一気に下がる。
（３）溶接ワイヤを引き戻すことによって、短絡中の溶滴切断を支援する。
（４）溶接ワイヤの動きが逆転し、プロセス（１）に戻る。
本実施形態は、ＣＭＴ工法を適用することにより温度上昇を著しく低減できるが、ＣＯ_２アーク溶接法（以下、ＣＯ_２工法）等の他の工法を用いても温度上昇が抑えられるという効果を享受できることは言うまでもない。

本発明者らは、ＣＭＴ工法及びＣＯ_２工法により厚さ１０ｍｍの鋼板に溶接を行い、温度上昇（昇温量）を測定した。
図１６に示すベースプレート１０８上にリブ板１０９を垂直に立てて形成される角部を下向きで隅肉溶接するものである。比較のために平板上に同条件で溶接ビードを蛇行する施工も行った。なお、ベースプレート１０８、リブ板１０９ともに炭素鋼からなる。
また、ビード形状としては、溶接トーチ１０４を蛇行させて図１５（ａ）に示すように蛇行させるもの（蛇行ビード）、溶接トーチ１０４を直進させることで真直ぐなもの（ストレートビード）の２種類で行った。蛇行ビードの場合、ビード幅Ｗｂ（図１５参照）は３ｍｍとし、また、溶接ビード１０３の蛇行の振幅Ｗｍ（図１５参照）は４ｍｍとした。また、溶接ビード１０３の蛇行回数（周期）は、２０回／ｍｉｎである。

溶接を行った面の裏面側の温度を測定した結果を、図１７（ＣＭＴ工法）、図１８（ＣＯ_２工法）に示す。
図１７、図１８より以下のことが判明した。
（１）平板上、つまり単一の部材上に溶接施工する（図１７、図１８ 「平板」）のに比べて、２つの被溶接部材を溶接施工（図１７、図１８ 「リブ板」）すると温度上昇が小さくなる。
（２）ストレートビードに比べて蛇行ビードの温度上昇が小さい。
（３）２つの被溶接部材を蛇行ビードで施工すると、温度上昇を１００℃以下に抑えることができる。
具体的に言及すると、ＣＭＴ工法の場合には、入熱が０．２４ＫＪ／ｍｍ（溶接電流：５０Ａ，溶接電圧：１２．６Ｖ，溶接速度：２１ｃｐｍ）の場合、平板を蛇行ビードとして溶接した場合には裏面の温度が１５４℃に達したのに対して、リブ板を蛇行ビードとして溶接した場合には裏面の温度が６６℃である。また、入熱が０．２７ＫＪ／ｍｍ（溶接電流：５５Ａ，溶接電圧：１２．９Ｖ，溶接速度：１６ｃｐｍ）の場合、平板を蛇行ビードとして溶接した場合には裏面の温度が１７５℃に達したのに対して、リブ板を蛇行ビードとして溶接した場合には裏面の温度が９８℃である。また、ＣＯ_２工法の場合には、入熱が０．３２ＫＪ／ｍｍ（溶接電流：７０Ａ，溶接電圧：１６Ｖ，溶接速度：２１ｃｐｍ）の場合、平板を蛇行ビードとして溶接した場合には裏面の温度が１４１℃に達したのに対して、リブ板を蛇行ビードとして溶接した場合には裏面の温度が８０℃である。

以上説明した本実施の形態による溶接方法を適用することで、筒身１の裏面の温度を塗装、ライニングの損傷が起きない程度に抑えることができる。

＜溶接方法−水平荷重支持部材＞
次に、水平荷重伝達部材９、１５、スタッド１１（以下、スタッドピンと総称することがある）を筒身１に接合するのに好適な溶接方法について説明する。
スタッドピンの端面を溶接するには、ＣＤ（Capacitor Discharge）溶接法が温度上昇を抑制するのに適している。ＣＤ溶接法はスタッドピンの端面を溶接相手に圧接した状態で、コンデンサに蓄電してスタッドに放電する溶接方式で、通電時間が短いために入熱が抑えられる特徴を有している。

本発明者らがスタッドピンの径を種々変えて、ＣＤ溶接法により厚さ１０ｍｍの平板に溶接を行って、溶接箇所の裏面の温度を測定した。その結果を図１９に示すが、スタッドピンの径が大きくなるほど温度上昇が大きくなるが、水平加重部材９等として使用可能な直径１２ｍｍであっても、温度上昇を３０℃以下に抑えることができる。このように、ＣＤ溶接法を用いることで、筒身１の裏面の温度を塗装、ライニングの損傷が起きない程度に抑えることができる。

＜溶接前の処理＞
以上説明した溶接方法を適用すると、温度上昇を抑えることができるが、夏季には筒身１自体の温度が上昇しており、この初期温度に溶接による昇温量が加算されると、限界温度(約１００℃)を超える恐れがある。これを防ぐために、本実施形態では、鉛直荷重支持部材、水平加重支持部材の溶接予定箇所を予め周囲よりも低い温度に冷却しておく（例えば、０℃）ことを提案する。

この冷却に、本実施形態は冷却器具５０を用いる。
冷却媒体ＣＭを収容する収容容器５１と、収容容器５１を筒身１に固定する固定具５５とからなる。
収容容器５１は、容器本体５２と容器本体５２の周縁に連なり容器本体５２を取り囲む枠部５３とから構成される。

箱状の形態をなしている容器本体５２は、冷却器具５０を筒身１に設置した状態で、上部と筒身１に対向する側に開口が設けられている。冷却器具５０を筒身１に設置した状態で、枠部５３には筒身１と対向する側の面にはパッキン（図示略）が配設されている。このパッキンは冷却器具５０が筒身１に装着されると、筒身１と枠部５３の間を埋めることで、冷却媒体ＣＭの外部への漏れを防止する。
収容される冷却媒体ＣＭの冷却能力の多くが筒身１の冷却に費やされるようにするために、容器本体５２の内周面に断熱材５４が貼り付けられている。

固定具５５は、アーム５６と、アーム５６の一端側に形成されるねじ孔（図示略）に嵌合されるボルト５７と、アーム５６の他端側を磁力により吸着（以下、単に吸着）する永久磁石５８とからなる。固定具５５は、図２０に示すように、永久磁石５８を筒身１の外周壁に吸着させることにより、筒身１に固定される。

冷却器具５０を装着するには、例えば鉛直荷重支持部材１８の固定が予定されている位置を取り囲むように収容容器５１を位置決めし、その位置を保持しながら、固定具５５のボルト５７の先端で枠部５３を筒身１側に押し付けるように、永久磁石５８を筒身１に吸着させて固定具５５を固定する。その後、各固定具５５のボルト５７を締め付けることで、冷却媒体ＣＭが漏れないように、収容容器５１を筒身１に押し付ける力を調整する。

冷却器具５０の装着が完了すると、収容容器５１の内部に冷却媒体ＣＭを入れる。冷却媒体ＣＭとしては、例えば氷、氷水、ドライアイスが用いられる。冷却媒体ＣＭを入れて、筒身１の外周壁が十分に冷えたならば、冷却媒体ＣＭを含めて冷却器具５０を取り除き、溶接を行う。温度計で筒身１の外周壁の温度を測定することで冷却状態を把握することもできる。

以上のように冷却器具５０を用いることで、気温の高い夏場、あるいは太陽の直射で筒身１の初期温度が上昇している場合でも支障なく補強工事が施工できる。
また、冷却器具５０は、永久磁石５８の磁力を利用して収容容器５１を筒身１に固定させているので、冷却器具５０を装着するのに筒身１に機械加工を施す必要がない。ただし、永久磁石５８による冷却器具５０の固定は一例であり、他の固定手段を用いてもよいことは言うまでもない。

以上以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば上記実施形態は搭状構造物として煙突を例にしたが、本発明はこれに限らず、排気塔、その他の塔状構造物に広く適用できる。
また、ストッパ部材５は本発明における制振部材に対応するものであるが、補強部材（補強リング）から伝達される揺れを抑制できるものであれば、構造を問わない。例えば、特許文献１に記載されているように保持体６とダンパ６ａとを組み合わせたもの、ダンパ単体等を本発明における制振部材として用いることができる。

１０…煙突（塔状構造物）
１…筒身（搭状構造物本体）、２…鉄塔、３…水平材、４…水平支持部材
５…ストッパ部材（制振部材）
７，１７，２７，３７…補強リング（補強部材）
８，１８，２８，３８…鉛直荷重支持部材、９，１５…水平荷重伝達部材
１１，１２…スタッド（第１，２係止体）
１３，１４…繊維強化シート（第１，２繊維強化シート）、Ｃ…充填伝達体
５０…冷却器具、５１…収容容器、５５…固定具
ＣＭ…冷却媒体

Claims (9)

1. 被減衰体である塔状構造物本体と、
   前記塔状構造物本体に付設される補強塔と、
   前記塔状構造物本体の周囲を取り囲むリング状の補強部材と、
   前記補強塔と前記補強部材の間に介在する制振部材と、
   前記塔状構造物本体の外周壁に間隔を空け、かつ前記外周壁から外側に向けて突出して設けられ、前記補強部材を載せることにより前記補強部材の鉛直方向の荷重を支持する複数の鉛直荷重支持部材と、
   前記塔状構造物本体と各々の前記補強部材を繋ぎ、前記塔状構造物の揺れによる水平力を前記補強部材に伝達する水平荷重伝達部材と、
   を備えることを特徴とする塔状構造物。
2. 前記水平荷重伝達部材は、
   一端が前記塔状構造物本体に接続され、前記一端から離間する位置が前記補強部材に接続される請求項１に記載の塔状構造物。
3. 前記水平荷重伝達部材を取り囲むとともに、前記塔状構造物本体と前記補強部材の間に介在される充填伝達体を備える請求項２に記載の塔状構造物。
4. 前記水平荷重伝達部材は、
   前記塔状構造物本体と前記補強部材の間に介在される充填伝達体と、
   前記塔状構造物本体に接続端で接続され、当該接続端より先端側が前記充填伝達体内に係止される第１係止体と、
   前記補強部材に接続端で接続され、当該接続端より先端側が前記充填伝達体内に係止される第２係止体と、
   を備える請求項１に記載の塔状構造物。
5. 前記水平荷重伝達部材は、
   前記補強部材を覆い、かつ前記塔状構造物本体に接合されることにより、前記補強部材を支持する第１繊維強化シートである請求項１に記載の塔状構造物。
6. 前記第１繊維強化シートが前記補強部材を覆う部分を第２繊維強化シートで包む請求項５に記載の塔状構造物。
7. 被減衰体である塔状構造物本体と、
   前記塔状構造物本体に付設される補強塔と、
   前記塔状構造物本体の周囲を取り囲むリング状の補強部材と、
   前記補強塔と前記補強部材の間に介在する制振部材と、
   前記補強部材を覆い、かつ前記塔状構造物本体に接合されることにより、前記補強部材を支持する繊維強化シートからなる鉛直支持・水平伝達部材と、
   を備えることを特徴とする塔状構造物。
8. 前記鉛直荷重支持部材及び前記水平荷重伝達部材の一方又は双方が溶接により前記外周壁に接合され、
   前記溶接による溶接ビードが蛇行しており、
   蛇行する前記溶接ビードは、溶接線を跨いで前記鉛直荷重支持部材及び前記水平荷重伝達部材の一方又は双方と前記外周壁に交互に施工されている、
   請求項１、請求項２及び請求項３のいずれか一項に記載の搭状構造物。
9. 請求項１、請求項２、請求項３及び請求項８のいずれか一項に記載の搭状構造物において、前記鉛直荷重支持部材及び前記水平荷重伝達部材の一方又は双方を溶接により前記外周壁に接合する方法であって、
   前記鉛直荷重支持部材及び前記水平荷重伝達部材の一方又は双方の溶接が予定される領域を、冷却媒体により冷却した後に、前記溶接を行うことを特徴とする接合方法。

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