JP5844584B2 - 塔状構造物 - Google Patents

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本発明はアンテナを支持する塔状構造物に関し、例えば、高さ50m程度で頂部近傍にパラボナアンテナを取付け可能な揺れの小さい搭状構造物に関する。
アンテナを支持する塔状構造物のうち、特にパラボナアンテナ等を支持する塔状構造物は、その振れ角が少ないことが必要とされる。このため、塔状構造物には高い剛性が要求される。剛性を確保するため、従来では鉄骨トラス構造等の鉄骨造が採用されることが多い(特許文献1)。しかし、鉄骨造とするとコストが高く、工期も長くなりやすい。
特開平9−291968号公報
コストと工期の点で、高強度コンクリートを遠心締固めによって製造したコンクリート(PHC)製又はコピタ型プレテンション式高強度プレストレスト鉄筋コンクリート(PRC)製の柱部材を上下に連結して塔状構造物を構築する方法が考えられる。この方法であれば、鉄骨造の場合に比べてコストを削減でき、また、工期の短縮化も図り得る。
ここで、例えば、地上高が50mクラスの塔状構造物のように、比較的地上高が高い塔状構造物においては、振れ角の低減の点で、その上部の軽量化を図ることが望ましい。PHC又はPRC製の柱部材を軽量化する方法としては、その断面積を縮小する方法が挙げられるが、塔状構造物の下部と上部とで異径の柱部材を用意する必要があり、コスト面の優位性が薄れる。
本発明の目的は、上部の軽量化による振れ角低減を図ると共に、コストの低減を図り得る塔状構造物を提供することにある。
本発明によれば、複数の柱構成部材を連結した柱体を備え、アンテナを支持する塔状構造物であって、隣接する前記柱構成部材は、前記柱構成部材の端部に設けられた、前記柱構成部材の外周部を囲む環状部と、前記柱構成部材の端面を覆う端板とを有する連結部材を介して連結され、前記柱体は、上下2か所において、前記柱構成部材間の連結部位にケーブル接続部を備え、前記複数の柱構成部材のうち、最上部に位置して前記アンテナを支持する柱構成部材が鉄骨造であり、かつ、残りの前記柱構成部材は、同径でPHC又はPRC製であり、上下2か所の前記ケーブル接続部と、前記柱体の最下部が埋め込まれた基礎とがケーブルで接続されており、前記ケーブル接続部は前記連結部材に連結されていることを特徴とする塔状構造物が提供される。
本発明によれば、上部の軽量化による振れ角低減を図ると共に、コストの低減を図り得る塔状構造物を提供することができる。
(A)は本発明の一実施形態に係る塔状構造物の概略図、(B)は該塔状構造物の分解図。 (A)は図1(B)の線I−Iに沿う断面図、(B)及び(C)は連結部材の斜視図、(D)は図1(B)の線II−IIに沿う断面図。 (A)は基礎構造の説明図、(B)は図1(A)の線III−IIIに沿う断面図。 (A)及び(B)は実施形態の構造と比較例の構造をモデル化して曲げモーメントをシミュレーションした結果の説明図。
図1(A)は本発明の一実施形態に係る塔状構造物Aの概略図、図1(B)は塔状構造物Aの柱体1の分解図である。塔状構造物Aは複数の柱構成部材10A乃至10F及び20を上下に連結した柱体1を備える。本実施形態では、合計7つの柱構成部材10、20、30を連結して柱体1を構成しているが、その数はこれに限られず、8以上の柱構成部材を連結して構成してもよく、また、6以下の柱構成部材を連結して構成してもよい。
柱構成部材10A乃至10F及び20は、柱構成部材10Aが最下部に位置し、柱構成部材20が最上部に位置している。柱構成部材20にはアンテナ取付具4、4が固定されており、パラボナアンテナ等のアンテナ(不図示)がアンテナ取付具4を介して支持される。柱構成部材10Aはその下部がコンクリート基礎2に埋め込まれており、コンクリート基礎2は柱体1全体を支持する。本実施形態の場合、柱体1の地上高としては、50m程度を想定しており、コンクリート基礎2による柱体1の支持モデルは後述するようにピン形式である場合を想定している。
柱構成部材10A乃至10Fは、それぞれ、PRC製で円筒の柱部材11を基本的な構成要素としている。PRCは剛性が高いため、それにより柱体1をより細くしながら、振れ角を少なくすることができる。これは、材料削減に役立つと共に塔状構造物Aの周辺の景観を損なうことを低減できる。また、柱部材1を円筒とすることができ、中実の場合よりも軽量化を図れる。なお、本実施形態では柱部材11をPRC製としたがPHC製としてもよい。
柱部材11は、全体としてその径(外径)が軸方向に同径となっており、かつ、各柱構成部材10A乃至10Fについて外径は同じである。このため、異径の柱部材を必要とする構成に比べて、製作手間が省略できコストの低減を図れる。更に本実施形態では、各柱構成部材10A乃至10Fについて全長も同じであり、要するに、全ての柱構成部材10A乃至10Fが同じ構成である。したがって、コストをより削減することができる。
本実施形態の場合、連結部材30を介して隣接する柱構成部材間を連結している。図2(A)は図1(B)の線I−Iに沿う断面図、図2(B)は連結部材30の斜視図である。
連結部材30は、金属製(例えば鋼製)の部材であって、円筒状の環状部31と、環状部31の端面に接続された端板32と、を備える。端板32の一部は、環状部31の径方向外方に突出したフランジ部32’を構成している。フランジ部32’にはボルト穴33が複数設けられている。
なお、図2(C)に示す連結部材30’のように補強リブ34を設けてもよい。補強リブ34は環状部31の周囲に複数設けられ、環状部31とフランジ部32’とに接続されている。補強リブ34を設けたことで連結部材30’の強度と剛性の向上を図ることができる。
図2(A)を参照して、連結部材30は柱部材11の下端部と上端部とにそれぞれ設けられている。
柱部材11は、円筒状のコンクリート部15と、コンクリート部15内に埋設されている主筋13、帯筋14、PC鋼線12と、を備える。PC鋼線12の上端は柱部材11の上端部の連結部材30の端板32に連結されている。また、PC鋼線12の下端は柱部材11の下端部の連結部材30の端板32に連結されている。
連結部材30の環状部31は、柱部材11の上端部又は下端部を囲んで、各コンクリート部15を拘束している。これにより、柱部材11間の連結部位においてコンクリート部15の強度が高まり、連結強度を高めることができる。
連結部材30を介した、互いに隣接した柱部材11間(つまり柱構成部材間)の連結は、互いの端板32のボルト穴33に不図示のボルトを挿入して不図示のナットで締結することで行う。
なお、連結部材30は柱部材11と一体的に設けることができる。例えば、柱部材11を製造する際、主筋13及び帯筋14からなる鉄筋籠並びにPC鋼線12を囲む型枠内に、連結部材30も配設し、コンクリートを打設する。そして、遠心力成形することで連結部材30が一体化されたPRC柱である柱部材11を製造することができる。
次に、図1及び図2(D)を参照して柱構成部材20について説明する。図2(D)は図図1(B)の線II−IIに沿う断面図である。本実施形態の場合、最上部に位置する柱構成部材20は鉄骨造としている。柱構成部材20は、その中心に円筒鋼管製の柱部材21を備える。柱部材21の上端部には天板23が固定され、柱部材21の中部及び下部の周囲には、環状鋼製のリング部材22が設けられている。柱部材21は連結部材30のフランジ部32’を利用したボルト締結により柱構成部材10Fの上端部に連結される。
各リング部材22と柱部材21とは、柱部材21から放射状に径方向に延びる梁部材23により接続されている。更に、上下の梁部材23間と、天板23と梁部材23との間は棒状鋼製の支柱部材2で接続されている。支柱部材2には、アンテナ取付具4、4が固定される。
このように最上部の柱構成部材20については鉄骨造とすることで、柱体1の上部の軽量化を図れる。特に本実施形態の場合、柱構成部材20がフレーム体となっているので、更なる軽量化が可能である。
次に、図3(A)を参照してコンクリート基礎2による柱体1の支持構造について説明する。図3は基礎構造を示しており、コンクリート基礎2の断面図である。コンクリート基礎2は、鉄筋2aが配筋された鉄筋コンクリート構造体である。コンクリート基礎2は敷砂利6及びレベルコンリート5上に施工されている。
柱体1は、その最下部の柱構成部材10Aの下部がコンクリート基礎2に埋め込まれて支持されている。本実施形態の場合、柱体1の支持モデルは上記のとおりピン形式であり、コンクリート基礎2は設計上、柱体2の鉛直荷重を負担できればよい。柱構成部材10Aの根入れ深さは、例えば、柱部材11の直径の半分以下とする。
柱体1の支持モデルがピン形式であることから、その傾倒を別途防止する必要がある。図1(A)に示すように本実施形態ではケーブルW1、W2を設けて柱体1の傾倒を防止すると共に圧縮力を導入する。以下、図1(A)及び図3(B)を参照してケーブルW1、W2について説明する。図3(B)は図1(A)の線III−IIIに沿う断面図である。
ケーブルW1、W2は柱体1とコンクリート基礎2の架台3とに接続、張設されている。ケーブルW1は平面視で60度間隔で1本ずつ、合計6本張設されている。ケーブルW2は平面視で60度間隔で2本ずつ、合計12本張設されている。
本実施形態の場合、ケーブルW1の柱体1側の接続部は鉄骨造の柱構成部材20とPRC製の最上部の柱構成部材10Fとの連結部分(柱構成部材20の下端部)としている。また、ケーブルW2の柱体1側の接続部(接続部40)は柱体1のうち、柱構成部材10A乃至10Eの部分の中央部としている。このように上下2か所においてケーブルW1、W2によって柱体1を支持することで、その振れ角をより確実に低減できる。
また、ケーブルW1、W2には、地震や風による外力が作用した場合でも、常に引張力が作用している状態を保つように、張力を導入することもできる。張力を導入することで、常にケーブル剛性を維持し、柱体1の振れ角を確実に低減できる。
また、ケーブルW1、W2に張力を導入することによって、柱部材10A乃至10Fに圧縮力が常に作用する。圧縮力を導入することで、柱体1の柱径を減らすこと(例えば30%)ができるという効果がある。また、連結部材30の端板32にも常に圧縮力が作用することによって、水平外力が加わった場合でも、柱体の圧縮支圧で抵抗することができるので、ボルト、ナットの本数を低減すること(例えば40%)ができる。
なお、ケーブルW2と柱体1との接続については、柱部材11の周面に接続具を設けて接続することも可能であるが、その埋め込み作業が必要となる点でコスト面或いは製造面で不利である。そこで、本実施形態では、柱構成部材間の連結部位に接続部40を設ける構成とした。
接続部40は円筒鋼管製の本体部41と、本体部41の周面から径方向に放射状に延びる複数の取付部42と、を有する。各取付部42には2本のケーブルW2の端部がそれぞれ係止される。
本実施形態の場合、接続部40は、柱構成部材10Cと10Dとの間に設けられている。柱構成部材10C及び10Dと、接続部40との固定については、接続部40の本体部41の上下端部にそれぞれ、連結部材30のフランジ部32’に対応するフランジ部を設け、これらのボルト締結により行うことができる。
架台3は、ケーブルW1、W2の配設間隔に対応して、平面視で60度間隔で合計6台設けられており、1つの架台3には1本のケーブルW1の端部と、2本のケーブルW2の端部と、が係止される。コンクリート基礎2の上面の周縁には、フェンス7が設けられて部外者の架台3及びケーブルW1、W2への接近を防止している。
以上の構成からなる塔状構造物Aでは、その柱体1の最上部に位置してアンテナを支持する柱構成部材20が鉄骨造であり、残りの柱構成部材10A乃至10Fは、同径でPRC製である。最上部が鉄骨造であるので、上部の軽量化による振れ角低減を図ることができる。また、それ以外が同径のPRC製なので、その製造と施工が容易になり、コストの低減を図ることができる。また、オール鉄骨造の場合と比べて部材数が大幅に減るので、短期間に施工が可能である。
柱体1はピン形式でコンクリート基礎2に支持され、ケーブルW1、W2で柱体1の傾倒を防止すると共に圧縮力を導入したので、柱体1の支持モデルを固定モデルとした場合よりも柱径を減らすことができる。図4は本実施形態の構造と比較例の構造をモデル化して曲げモーメントをシミュレーションした結果の説明図である。図4(A)は本実施形態の塔状構造物Aをモデル化したものであり、図中の符号は図1等の符号に対応している。
図4(B)は比較例をモデル化したものであり、図中の符号は本実施形態の塔状構造物Aに対応して付している。本実施形態の塔状構造物Aとの相違点は、柱体1の支持モデルを固定モデルとした点と、ケーブルW2と柱体1との接続部位を柱構成部材10Fの上端部とした点である。その他の条件は同じである。
比較例では、曲げモーメントMが柱体1の下端部(コンクリート基礎2による支持部分)となっている。本実施形態では、曲げモーメントMは、ケーブルW2と柱体1との接続部において最大となっているが、比較例の曲げモーメントの最大値に比べて約60%低減した。したがって、柱体1の支持モデルをピン形式とし、ケーブルW1、W2による支持を併用することで、柱径を大幅に減らすこと(例えば40%)が可能となる。
A 塔状構造物
1 柱体
10A乃至10F、20 柱構成部材

Claims (2)

  1. 複数の柱構成部材を連結した柱体を備え、アンテナを支持する塔状構造物であって、
    隣接する前記柱構成部材は、前記柱構成部材の端部に設けられた、前記柱構成部材の外周部を囲む環状部と、前記柱構成部材の端面を覆う端板とを有する連結部材を介して連結され、
    前記柱体は、上下2か所において、前記柱構成部材間の連結部位にケーブル接続部を備え、
    前記複数の柱構成部材のうち、最上部に位置して前記アンテナを支持する柱構成部材が鉄骨造であり、かつ、残りの前記柱構成部材は、同径でPHC又はPRC製であり、
    上下2か所の前記ケーブル接続部と、前記柱体の最下部が埋め込まれた基礎とがケーブルで接続されており、
    前記ケーブル接続部は前記連結部材に連結されていることを特徴とする塔状構造物。
  2. 上下2か所の前記ケーブル接続部
    鉄骨造の前記柱構成部材と、PHC又はPRC製の前記柱構成部材との連結部分、および、前記柱体のうち、PHC又はPRC製の前記柱構成部材の部分の中央部であって、PHC又はPRC製の前記柱構成部材同士の間、に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の塔状構造物。
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