(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端が回動支持された起立体を、一端が基礎に繋止された第１の索部材の他端により繋止して起立せしめる塔構築物において、
前記起立体が、
中心部に延ばされて配置される軸部材と、
該軸部材の中心軸に直交する複数の平面内において、前記軸部材からそれぞれ放射状に同数延ばして設けられ、各平面内の動径方向配置が同位相・同角度ピッチをなす各３本以上の束部材と、
前記軸部材の延在方向に連なる、同位相に配置された前記束部材のそれぞれの先端と、前記軸部材の上端部と下端部との間に初期張力を課して張り渡した第２の索部材と、から形成される立体ケーブルトラス構造を備えるとともに、
鉛直軸から水平面内の直交する２軸方向およびそれらの複合方向に傾くことができるように回動支持されたことを特徴とする塔構築物。
【請求項２】
請求項１に記載の塔構築物において、
前記束部材の長さが前記軸部材の端部から中央部に向けて漸増してなり、前記起立体における前記第２の索部材の張り渡し形状が概略紡錘形状をなすことを特徴とする塔構築物。
【請求項３】
請求項１または２に記載の塔構築物において、
それぞれの中心軸をともに含む、前記束部材と前記軸部材の断面形状が、いずれも前記軸部材の中心線に関してほぼ線対称をなすように、前記束部材を配置したことを特徴とする塔構築物。
【請求項４】
請求項１または２に記載の塔構築物において、
前記束部材に係合させて、前記軸部材の中心軸に直交する平面内に設けられた、構造物が配置可能な平板構造を設けたことを特徴とする塔構築物。
【請求項５】
請求項１または２に記載の塔構築物において、
前記第２の索部材の張力を調整する緊張端を前記起立体の回動支持された下端部に設けたことを特徴とする塔構築物。
【請求項６】
請求項１、２または４に記載の塔構築物において、
前記第１および第２の索部材を前記起立体に繋止するための繋止部材を前記束部材の先端に設け、
前記第２の索部材を、前記起立体の上端部から張り渡して前記繋止部材に繋止する第３の索部材と、前記繋止部材から張り渡して前記起立体の下端部に繋止する第４の索部材とに分割したことを特徴とする塔構築物。
【請求項７】
請求項１、２、４または６に記載の塔構築物において、
前記軸部材の延在方向に隣接する前記束部材の間に前記起立体の振動を減衰させるための振動減衰部材を設けたことを特徴とする塔構築物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の塔構築物において、
前記起立体が、それぞれの受け面を介して相対的に回動可能とされた上沓部材および下沓部材からなる回動支承により回動支持され、
該回動支承に、前記上沓部材の前記下沓部材に対する鉛直軸まわりの回動運動を規制する回動規制手段が設けられることにより、
前記起立体の中心軸が、鉛直軸まわりに回動することなく鉛直軸に対して傾くことができるように回動支持されたことを特徴とする塔構築物。
【請求項９】
請求項８に記載の塔構築物において、
前記回動規制手段が、
前記上沓部材または前記下沓部材の平面視の直交する２方向にそれぞれ設けられた球支点部材と、
該球支点部材の支点まわりに回動可能にそれぞれ係合された、少なくともそれぞれ一組の平行平面を側面に有するスライド部材と、
前記下沓部材または前記上沓部材の平面視の直交する２方向に、前記スライド部材の平行平面を挟み込んで平面摺動可能にガイドする部材とを備えることを特徴とする塔構築物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気通信などに用いられる塔構築物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下端を回動支持された鋼管トラス構造などの起立体にワイヤーロープ、ケーブルなどの索部材を繋止して起立させ、その最上部にアンテナを備えた支線式の放送用鉄塔が知られている。例えば、ラジオ放送用などでは、百数十メートルの高さの支線式鉄塔が実用化されている。
このような支線式鉄塔は、下端が回動支持されているために下端部で曲げモーメントに抗する必要がなく、自重と受風負荷などに抗するための堅固な脚部を設けなくてはならない自立式鉄塔に比べて構造部材の量を減らすことができ、軽量に仕上げることができる利点があった。またアンテナを載せる最上部の高さを確保できればよかったので、起立体を構成する鋼管トラスは、受風負荷を抑えるために起立体の断面積を小さくして構築し、曲げ剛性の小さな構造物として作られ、低所から高所まで多くの索部材を繋止することによってその起立安定を保つ設計とされていた。
一方、起立体内部を利用できるほどの大きな起立体を備えた高層鉄塔においては、その自立安定のために脚部をはじめ多数の鋼材でトラス構造を形成する自立式鉄塔による設計が行われてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、電気通信、とりわけ大容量情報通信や移動体通信の興隆により、光ケーブルなどの新規敷設を行うことなく、高速で大容量の無線電気通信網を構築するニーズが高まっており、無線通信を行うための高層の塔構築物を構築していくことが強く求められている。このような通信塔では、指向性の強いアンテナを利用するので、複数のアンテナを様々な方向に正確に向けて配置する必要があり、塔体にはその設置スペースを設けなければならない。このため従来の支線式鉄塔では対応が困難で、多数の構造部材が必要とされる自立式鉄塔による設計が行われていた。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、起立体の中に多層の構造物設置スペースを設けても、比較的少数の構造部材で作ることができる塔構築物を提供することを目的とする。
また上記を通じて、施工期間を短縮することができ、都市部での施工に適する塔構築物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、下端が回動支持された起立体を、一端が基礎に繋止された第１の索部材の他端により繋止して起立せしめる塔構築物において、前記起立体が、中心部に延ばされて配置される軸部材と、該軸部材の中心軸に直交する複数の平面内において、前記軸部材からそれぞれ放射状に同数延ばして設けられ、各平面内の動径方向配置が同位相・同角度ピッチをなす各３本以上の束部材と、前記軸部材の延在方向に連なる、同位相に配置された前記束部材のそれぞれの先端と、前記軸部材の上端部と下端部との間に初期張力を課して張り渡した第２の索部材と、から形成される立体ケーブルトラス構造を備えるとともに、鉛直軸から水平面内の直交する２軸方向およびそれらの複合方向に傾くことができるように回動支持された構成とする。
そのため、一般の支線式塔構築物と同様、起立体の下端では、受風負荷や重心へ作用する慣性力による曲げモーメントに抗する必要がないので、自立式塔構築物の脚部のような構造部材を備える必要がない。また、起立体を、軸部材の上端部から各３本以上の束部材を介して下端部まで張り渡された第２の索部材に初期張力を課すことにより、立体ケーブルトラス構造とするため、必要な曲げ剛性は第２の索部材の張力によって確保される。しかも一般の支線式塔構築物とは異なり、起立体に束部材によって張り出される階層状のスペースを設けることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の塔構築物において、前記束部材の長さが前記軸部材の端部から中央部に向けて漸増してなり、前記起立体における前記第２の索部材の張り渡し形状が概略紡錘形状をなすように構成する。
そのため、比較的大きな曲げモーメントが作用する中央部の曲げ剛性が強化され、一方比較的曲げ剛性が必要とされない起立体両端部で束部材などの構造部材質量を合理的に減らすことができる。また、起立体中央部においては、束部材によって張り出される階層状のスペースをより広く設けることができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の塔構築物において、それぞれの中心軸をともに含む、前記束部材と前記軸部材の断面形状が、いずれも前記軸部材の中心線に関してほぼ線対称をなすように、前記束部材を配置する。そのため、ひとつの平面内で束部材を一対ごとに対向させて線対称に配置し、その先端に第２の索部材を張り渡すことになるので、その対称性から軸部材への曲げ負荷をかけずに張力をかけることができる。また張力管理は、それぞれの張力を等しくすればよいので容易になる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の塔構築物において、前記束部材に係合させて、前記軸部材の中心軸に直交する平面内に設けられた、構造物が配置可能な平板構造を設ける。
そのため、束部材によって張り出される階層状のスペースに平板構造が設けられて、構造物を多層に配置することができる。また配置される構造物荷重を平板構造に分散し、それぞれの束部材を介して、軸部材への圧縮荷重として受けることのできる構成となるので、構造部材を効率よく利用して、起立体に階層状のスペースを設けることができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項１または２に記載の塔構築物において、前記起立体の回動支持された下端部に、前記第２の索部材の張力を調整する緊張端を設ける。
そのため、第２の索部材の張力管理は地上で行うことができ、施工が容易となる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項１、２または４に記載の塔構築物において、前記第１および第２の索部材を前記起立体に繋止するための繋止部材を前記束部材の先端に設け、前記第２の索部材を、前記起立体の上端部から張り渡して前記繋止部材に繋止する第３の索部材と、前記繋止部材から張り渡して前記起立体の下端部に繋止する第４の索部材とに分割して構成する。
そのため、起立体の上半部と下半部とで異なる荷重状態、および第１の索部材の繋止荷重の大きさに対応して、それぞれ、第３の索部材と第４の索部材の張力を変えられる。
また、第１の索部材を、繋止部材を介して束部材の先端に繋止して、繋止張力による偶力成分を大きくして起立体のねじり負荷に抗する。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項１、２、４または６に記載の塔構築物において、前記軸部材の延在方向に隣接する前記束部材の間に前記起立体の振動を減衰させるための振動減衰部材を設ける。
そのため、起立体の軸方向に隣接する束部材の相対変位による振動を減衰することができ、内部減衰の大きな塔構築物とすることができ、比較的少数の構造部材を用いていても、振動に対する安定性を確保することができる。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、請求項１〜７のいずれかに記載の塔構築物において、前記起立体が、それぞれの受け面を介して相対的に回動可能とされた上沓部材および下沓部材からなる回動支承により回動支持され、該回動支承に、前記上沓部材の前記下沓部材に対する鉛直軸まわりの回動運動を規制する回動規制手段が設けられることにより、前記起立体の中心軸が、鉛直軸まわりに回動することなく鉛直軸に対して傾くことができるように回動支持された構成とする。
そのため、回動規制手段により上沓部材の下沓部材に対する鉛直軸まわりの回動を規制することができる。したがって、回動支承が鉛直軸まわりに高い剛性を有するので、外力による起立体の鉛直軸まわりの回転を防止でき、起立体を繋止する第１の索部材の負荷が軽減できる。
【００１３】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の塔構築物において、前記回動規制手段が、前記上沓部材または前記下沓部材の平面視の直交する２方向にそれぞれ設けられた球支点部材と、該球支点部材の支点まわりに回動可能にそれぞれ係合された、少なくともそれぞれ一組の平行平面を側面に有するスライド部材と、前記下沓部材または前記上沓部材の平面視の直交する２方向に、前記スライド部材の平行平面を挟み込んで平面摺動可能にガイドする部材とを備える構成とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る塔構築物の概略を示す概略斜視図である。図２は、図１におけるＡ視側面図である。図３は、図１におけるＢ視側面図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明に係る塔構築物は、地表またはビル屋上などに構築された基礎５の上に設けられたピボット支承４によって回動支持された起立体１が、基礎５上に設けられたステイ脚部１０から延ばされた８本からなる第１の索部材２によって、その中間部を繋止されて起立しているものである。
【００１６】
最初に、図２、３および４を参照して、起立体１の構成を説明する。起立体１は、主たる構造部材としてその中心に直線状に伸びる軸部材１ａを備え、その軸方向の１２箇所からそれぞれ４本の束部材６が軸部材１ａの中心軸回りに同位相に角度ピッチ９０度をなして直角に突き出され、階層状の立体マスト構造を形成している。（以下では、この階層構造をそれぞれ起立体上端側から、第１層、第２層、……、第１２層と呼ぶ。）
【００１７】
束部材６はそれぞれの階層を通じて同位相なので、軸部材１ａの中心軸を含んで互いに直交する２つの平面内にあって整列している。また各階層内の束部材６の長さは同一とするので、軸部材１ａの中心軸に対して概略線対称になっている。また、図２、３に示すように、軸部材１ａの軸方向にはそれぞれの束部材６の長さは、軸部材１ａの下端および上端から中心部に近づくにしたがって漸増して長さが伸ばされ、その先端を連ねると、全体としてほぼ紡錘形状を描いている。
【００１８】
さらに、軸部材１ａの軸方向に隣接する束部材６の間には、一方の束部材６の先端部に設けられたフランジと他方の束部材６が軸部材１ａと結合している根元に設けられたフランジにすじかい部材７が斜めにピン接合で取り付けられている。ただし荷重負荷の大きくなる第６層と第７層の間では、この通しのすじかい部材７の他に、それとぶっちがいにすじかい部材１２を２本入れて剛性を上げた構造としている。
【００１９】
そして、この立体マスト構造をなす束部材６の先端に軸部材１ａの上端から下端にかけて、第２の索部材３を張り渡して初期張力を課すが、本実施の形態では、具体的には、第２の索部材３を、起立体１の上半分を張り渡す第３の索部材３ａと下半分を張り渡す第４の索部材３ｂに分割して張り渡すものである。
すなわち、軸部材１ａの上端部には、その最上端には航空障害灯１９が取り付けられており、そのすぐ下に束部材６の先端に張り渡すための第３の索部材３ａを固定する索部材定着部１１が設けられている。第７層の束部材６の先端には、第３の索部材３ａ、第４の索部材３ｂおよび第１の索部材２の取り合いとして繋止部材８が設けられている。軸部材１ａの下端部には、第４の索部材３ｂに初期張力を課して固定する緊張端として張力調整部９が、ピボット支承４に当接するための上沓部材の形状とともに設けられている。
【００２０】
そこで、起立体１は、軸部材１ａと束部材６からなる立体マスト構造の骨組みに、弦材として、その上端部の索部材定着部１１から繋止部材８にかけて第３の索部材３ａが張り渡されて初期張力が課され、繋止部材８から起立体１の下端部の張力調整部９まで第４の索部材３ｂが張り渡されて初期張力が課され、立体ケーブルトラス構造が形成される。
【００２１】
図５は、繋止部材８に第３の索部材３ａ、第４の索部材３ｂおよび第１の索部材２が繋止されている様子を示している。
束部材６の先端に溶接された繋止部材８は、その上側に、２本の第３の索部材３ａを通し、その縁では抜け止め金具３ｃの面圧を受けて抜け止めを形成する孔８ａと、すじかい部材７をピン接合して軸部材１ａへの荷重伝達を図るためのフランジ８ｂとを備え、下側には、２本の第１の索部材２と軸部材１ａの下端に張り渡される第４の索部材３ｂを取り付けて定着するためのソケット穴８ｃを備えて一体した鋳鋼製の部材である。なお第３の索部材３ａの張力調整のために、孔８ａの下方に繋止部材８の外側から作業が可能なように調整作業穴８ｄが設けられている。
【００２２】
繋止部材８に定着された２本の第１の索部材２は、それぞれ異なる方向に約４０ｍのスパンを設けて基礎５上に設置したステイ脚部１０において、不図示の索部材ホルダの取り付け孔にそれぞれ通されて、抜け止め金具で抜け止めされ、初期張力が課された上で固定される。
【００２３】
次に階層構造の平板構造について、第５層の場合を例にとり、図４を参照して説明する。図４は、第５層をなす平面内の構造を示す説明図である。軸部材１ａから放射状に延びる束部材６は、先端には２本の第３の索部材３ａを張り渡すためのガイド形状を備えており、第３の索部材３ａが束部材６の先端で傷つくことなく滑らかに摺動できるようになっている。
【００２４】
束部材６の間には、束部材６上に構造物を配置するための平板構造を設けるための鉄骨組みが、種々の大きさ、断面形状を有する鋼材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄをそれぞれ溶接、ボルト締結、リベット止めなどにより組み立てられ、束部材６に接合されている。その上側には、不図示の床部材によって、平板構造が構築される。なお鉄骨組みの構成は、各層の束部材６の長さが異なること、また平板構造上に配置する構造物の質量や大きさが異なることから、各層ごとに必要な剛性を考慮して個別に設計される。
【００２５】
ただし、各層に共通する構造として、軸部材１ａ近傍に第１層まで通しの空間を設け、物資運搬用のリフト１７と人間が通行可能な階段１６を設けている。
【００２６】
また、第２層から第７層まで共通の構造として、第３の索部材３ａが張り渡された束部材６先端をつなぐ四角形の外側に張り出して、大略八角形の平面形状をなすように上記鉄骨組みを設け、そこに構造物を配置することを可能にしている。第８層から第１２層までは、第４の索部材３ｂが張り渡された束部材６先端を円環状につなぐ鋼材で結合している。
【００２７】
次に、図６を参照して起立体１下端に設けられた回動支承の上沓部材と、下沓部材であるピボット支承４まわりの構成を詳細に説明する。
ピボット支承４は、基礎５上４脚で固定される鋳鋼製の脚部４ｂと、その天部に溶接されたステンレス鋼製の凸球面からなるピボット面４ａとからなり、起立体１の鉛直方向荷重受けて基礎５に伝達する。
【００２８】
ピボット面４ａの上沓部材として組み合わされて回動支承を構成するのは、軸部材１ａの下側の先端に溶接された張力調整部９である。張力調整部９は、鋳鋼製で、下部先端には凹球面状のピボット受け面１ｂが、その上側の側部には第４の索部材３ｂを通して固定するための円筒孔からなる４つの索部材ホルダ１ｃが設けられている。
【００２９】
ここで、ピボット面４ａとピボット受け面１ｂは、接触面積を小さくして滑らかな摺動回転を可能にするために、ピボット受け面１ｂの凹球面の曲率半径がピボット面４ａの凸面の曲率半径より若干大きく作られている。したがって、この支承構造自体には、回動の規制がないので、ピボット受け面１ｂの設けられた軸部材１ａは任意の方向に滑らかに傾くことができるとともに、自転と歳差運動が可能である。
【００３０】
そこで、回動規制手段として、上沓部材と下沓部材の間に、上沓部材が傾くことが可能であって上沓部材の自転と歳差運動は規制される拘束機構を設けている。この拘束機構は、脚部４ｂ上の４箇所に設けられた、球状の凸摺動面と脚部４ｂに取り付けるためのねじ部を備えてなる球支点部材２１と、その凸摺動面に係合して回動可能とされ、少なくとも一組の平行平面を側面に備えたほぼ直方体状のスライド部材２２と、そのスライド部材２２の平行平面を摺動可能に挟み込む先端形状を備えて軸部材１ａから延ばされた梁状のアーム２３からなる。ここで、スライド部材２２は、外力が加わっても、球支点部材２１の凸摺動面から外れることなく回動可能とするために、スライド部材２２側の摺動面となる部分凹球面を、その半球部分をスライド部材２２の内部に、残りの球面部分を、ねじ嵌合によりスライド部材２２と一体化される押え部材２２ａに分割して形成している。なお、押え部材２２ａには、球支点部材２１のねじ部を貫通させ、所望の回動範囲を確保するための孔形状が設けられている。また、それぞれに摺動面には、摺動性を付与するための摺動層が、スライド部材２２および押え部材２２ｂの凹球面には固体潤滑剤の焼き付け層が、アーム２３と当接する側面にはフッ素樹脂層がそれぞれ設けられている。
【００３１】
なお、上記では、回動摺動のための球支点部材２１を下沓部材に、平面摺動をガイドするアーム２３を上沓部材に設けているが、それぞれを入れ替えて、上沓部材からアーム状部材を延ばしてその上に回動摺動のための部材を設け、下沓部材上に平面摺動をガイドする平板部材を設けてもよい。
また、上記では、スライド部材２２と押え部材２２ａをねじ嵌合によって一体化して、部分凹球面を構成したが、一体化されていればそれぞれの部材をボルト結合していてもよいし、溶接で固定してもよい。ただし、ねじ嵌合、ボルト結合などとしておけば、分解してメンテナンスが可能であり、摺動層が劣化した場合に補修することが可能となる利点がある。
また、部分凹球面は上記の２体と限るものではない。分解と組み付けが容易となるように、３体以上に分割された部材を組み立てるものであってもよい。
また、上記で挙げた摺動面の実施の形態は一例であり、他にも、摺動面の耐久性を増すために、ステンレス部材を貼り付け、あるいは肉盛りしたり、ニッケルメッキを施したりすることも当然可能である。固体潤滑材は例えば二硫化モリブデンが採用できるが、摺動性が得られれば、これに限るものではない。例えば、摺動面にオイル含浸メタルを採用してもよい。さらに、アーム２３とスライド部材２２の平面摺動では、平面内の滑らかな運動が可能であればよく、一方に複数の玉部材を回動可能に埋め込んだ玉ローラーを用いた転がりによるスライド機構を採用してもよい。
【００３２】
また、起立体１の耐震対策として、振動の減衰を与えるために、第１層には、鋼板からなる複数の安定板の間に防振ゴム層をはさみその上に錘を設置した制震ダンパ１３を、また、第６層と第７層の間には、それぞれの束部材６の先端を上下方向に結んで設置した粘性体によるエネルギーの消散を利用した増幅機構付き減衰装置による制震ダンパ１４を配置している。また、図示していないが、第１の索部材２が基礎５に繋止されるステイ脚部１０近傍には、第１の索部材２の振動を減衰するための制震ダンパが設けられている。
【００３３】
以上に説明した起立体１の材料について実施の形態の一例を述べる。
本実施の形態では起立体１が高さ約２００ｍ、最大径１５ｍという大きさである。そこで、軸部材１ａは、主に圧縮荷重を支えるものであるが、軽量化を図りながら、できるだけ大きな曲げ剛性とねじれ剛性を保つように、外形１．７ｍの鋼管を溶接して延ばして用いている。鋼管の厚みは、圧縮荷重の増大に対応して上端から下端に向かって、５０ｍｍから８０ｍｍの間で変えている。束部材６はＨ形鋼材を用いている。
【００３４】
第１の索部材２、第２の索部材３、第３の索部材３ａ、第４の索部材３ｂは建築構造用被覆平行線ストランドであり、直径７ｍｍの１６０ｋｇ／ｍｍ2級の亜鉛メッキ鋼線を３９７本または４９９本束ねてポリエチレン被覆したものであり、初期張力の大きさによって使い分けている。
【００３５】
それぞれの索部材の端末はソケット金具の内部に素線をばらし、亜鉛銅合金を鋳込んで素線に付着させ、ソケット金具をソケット穴部で面圧保持することにより、抜けを防止している。
【００３６】
なお、各索部材に上記の被覆平行線ストランドを採用しているのは、本例の規模では、必要な初期張力が５０００〜７０００ｋＮになるからである。より小さな規模の塔構築物であって必要な初期張力がより小さい場合は、その条件に応じて他の種々のケーブル、ワイヤーロープが使用できることは言うまでもない。
【００３７】
次に張力調整の方法について説明する。
まず、軸部材１ａの端部、束部材６の先端に張り渡される第３の索部材３ａ、第４の索部材３ｂや、繋止部材８に繋止される第１の索部材２には、それぞれ初期張力が課せられる。その調整作業は、センターホール型の油圧ジャッキを利用して各索部材を引っ張り、その反力を確認しながら、適正な状態で固定することにより行う。例えば、第３の索部材３ａの場合、図５に示す繋止部材８に設けられた調整作業穴８ｄの中でその作業を行い、繋止部材８との間に張力調整金具２０を挿入して、適正張力状態を固定する。また、第４の索部材３ｂの場合、図６に示すように索部材ホルダ１ｃの下方で油圧ジャッキを用いて同じ作業を行い、抜け止め金具３ｃと索部材ホルダ１ｃの間に張力調整金具２０を挿入する。第１の索部材２の場合は、詳細の図示はしていないがステイ脚部１０で同様にして調整作業を行う。
【００３８】
以下では、以上に述べた本実施の形態の作用について説明する。
まず、上記の起立体１は大きな曲げ剛性を備えることができる。軸部材１ａに束部材６が突き出され、すじかい部材７で補強されている立体マスト構造の曲げ剛性は、軸部材１ａ、つまり小断面の鋼管の曲げ剛性とあまり変わらないが、その上端部と繋止部材８の間を第３の索部材３ａで、繋止部材８と下端部の間を第４の索部材３ｂで、それぞれ張り渡して、初期張力を課すことにより、それぞれの索部材が弦材として働く立体ケーブルトラス構造を形成できるので、曲げ剛性を大幅に向上することができる。（第３の索部材３ａ、第４の索部材３ｂを、第２の索部材３に置き換えても同様のことが言える。）初期張力は、外力が作用してもそれぞれの索部材に緩みが生じない値に設定される。
【００３９】
このため、低曲げ剛性の起立体を支える支線式塔構築物のように、多くの支線部材を起立体の高さ方向にわたって配置して起立体を安定させる必要がなく、多数の第１の索部材２を広い範囲にわたって張り巡らす必要がない。そのため、索部材や繋止スペースを節約できる。また起立体１の下方の敷地には柱部材がないので、敷地を多目的に利用することができる。さらには、簡素に起立させられた塔構築物として美観にも貢献し、大きさの割に視界をさえぎる部材が少ないので環境に調和しやすく都市部での設置にも適するものである。
【００４０】
また、このような構造では、弦材として質量に比して引張強度の大きい被覆平行線ストランドなどの索部材を用いているため、鋼材のみからなる同様の鉄骨トラス構造に比べて軽量に仕上げることができる。
【００４１】
さらに、施工に関しても、それぞれの索部材を張り渡して、繋止部材８、張力調整部９で張力調整を行うだけでよいので、鉄骨トラス構造のように多数の鋼材を締結していく工数を省くことができ施工期間を短縮することができる。また起立体１の上端部から下端部まで通して第２の索部材３のみで張り渡して、緊張端とする下端部の張力調整部９で張力調整を行う場合、第１の索部材２の張力調整を含めて地上だけで行えるので、さらに作業性がよくなり、施工期間短縮につなげることができる。
【００４２】
また起立体１にはその軸方向の中央部に大きな曲げモーメントが作用するが、束部材６の長さを端部から中央部に向かって漸増させ、全体としてほぼ紡錘形状とすることにより、中央部の曲げ剛性を大きくして曲げモーメントに抗することができる。その結果として、比較的少ない材料を使ってバランスよく合理的に曲げ剛性を強化している。
【００４３】
さらに紡錘形状は、一般に美観に訴えるということができ、その太さ、曲率などのバランスを工夫して意匠的な効果を持たせることもできる。
【００４４】
ところで、このような立体ケーブルトラス構造は、束部材６の長さを長くするほど、また起立体１の中心軸回りに束部材６の本数を増やせば増やすほど、曲げ荷重に抵抗する第２の索部材３が効果的に利用されることになり、より大きな曲げ剛性が得られるのは言うまでもない。しかし、あまり多くすれば、部材の使用量が多くなって、不経済になる。また電気通信塔として用いる場合、電波を受信するためにアンテナを起立体の構造体の外部に設ける必要があるが、その露出のためのスペース限られてきて非実用的なものになってしまう。そこで本実施の形態では、束部材６は各階層に４本としている。
【００４５】
もちろん、用途によって４本以上としても、場合によっては３本にしてもよいが、偶数にすることには格別に意義がある。各階層ごとに奇数の束部材６を配置する場合は、すべての索部材に同時に張力をかける必要がある。さもないと、その非対称性から軸部材１ａに曲げ荷重がかかって曲げ変形させることになる。しかし、偶数にすれば、束部材６同士を対向させて同一平面に整列させ、中心軸に線対称とすることができる。このようにすれば、均等に張力をかける限り、その対称性から軸部材１ａを曲げ変形させる荷重がかからないので、誤って軸部材１ａを永久変形させる心配がない。したがって軸部材１ａの変形を細かく管理しながら作業する必要がなくなるので作業性が向上する。
【００４６】
さらに上記の起立体１は、構造物を配置可能な階層状の平板構造を備えている。したがって、そのスペースを様々に利用することが可能である。特に、マイクロ波通信などの無線電気通信を行うためのアンテナを配置する用途に適する。マイクロ波通信は、例えば移動体通信の中継局を結んで、高速で大容量の無線電気通信を行う用途に用いられるが、マイクロ波は指向性が強いことから、パラボラアンテナやホーンリフレクタアンテナなどの多数のアンテナを目的の受信アンテナへ正確に向けて配置しなければならない。
【００４７】
本実施の形態では、第７層以上の階に、第３の索部材３ａの先端を結ぶ四角形の外側に張り出した平板構造を備えるので、索部材の張られた４方向以外の様々な方向へ向けて多数のアンテナを搭載することができる。また、起立体１はほぼ紡錘形状なので、下端部が最大で上端部に向かうほど狭まるのが一般的な自立式トラス鉄塔に比べ、比較的上階までアンテナの搭載が可能である。
【００４８】
さらに、このような平板構造は、起立体１を立体ケーブルトラス構造とするための束部材６に直接結合して設けられており、その上の搭載物の荷重を分散して束部材６に伝え、すじかい部材７を介して、その荷重を軸部材１ａへ伝達している。したがって、束部材６、すじかい部材７などがトラスの束材、ラチス材のとしての機能以外にも有効に利用されているものである。
【００４９】
ところで、このようにアンテナなどの重量物を搭載すると、起立体１の上半分に質量が集中し、重心位置が高めになる。また、アンテナなどが起立体１の外側に張り出して設置される結果、起立体１の回転慣性も大きくなっていく。
【００５０】
本実施の形態では、これに対応するために、張り渡す第２の索部材３を、第３の索部材３ａと第４の索部材３ｂに分割し、第１の索部材２も含めた索部材の取り合いを繋止部材８で行う構成としている。このように構成することにより、第７層の上下で荷重状態が大きく変わっても、それぞれの必要張力を適正に設定することを可能にしている。すなわち、第７層以上の上層での必要張力は、それ以下の必要張力より当然大きくなるので、第３の索部材３ａの張力を、第４の索部材３ｂと第１の索部材２を含めた張力とつりあわせるものである。その結果、第３の索部材３ａが２本張り渡されているところを第４の索部材３ｂは１本で済ますことが可能となった。
【００５１】
さらに、動的な安定性を確保するために、第１層に制震ダンパ１３を設けて水平面内の振動エネルギーの減衰を図っている。また、制震ダンパ１４によって、第６層と第７層の間で束部材６同士を結合し、起立体１に比較的大きな曲げモーメントが加わり、束部材６の変位が比較的大きくなると予想される部位で効率的な振動エネルギーの減衰を可能としている。第３の索部材３ａ、第４の索部材３ｂは、高張力を課す必要があるので、それ自体に振動減衰を付与することはきわめて困難である。立体ケーブルトラス構造の内部減衰を増すための手段として、このように束部材６の間に振動減衰手段を設けることはこのような構造特有の荷重状態、変形状態を利用した有効な手段である。
【００５２】
なお、振動エネルギーを吸収して、減衰させるものであれば、制震ダンパ１３、制震ダンパ１４はどのような構成によるものを用いてもよい。また、それぞれの取り付け位置はそれぞれのダンパの特性を十分に発揮できるのであれば、どこにどのように取り付けてもよいことは言うまでもない。
【００５３】
また、基礎５上の別々の位置に繋止される２本の第１の索部材２を、繋止部材８を介して第７層の束部材６の先端位置に繋止することにより、第１の索部材２を軸部材１ａに直に繋止する場合に比べ、比較的少ない繋止張力で、起立体１のねじれ方向の安定を実現している。
【００５４】
さらに、本実施の形態では、通常任意の軸回りの回転に対してほとんど抵抗を持たないピボット支承に画期的な改良を施して回動規制手段を備えた回動支承を採用している。この原理を図６、７を参照して説明する。なお図７は、図６におけるＥ視方向から回動規制手段を見た部分断面図である。
【００５５】
起立体１が設計上の起立状態にあるときは、図７（ａ）のように示すように、アーム２３はスライド部材２２の側面が鉛直軸と平行になるように挟み込んでいる。例えば、起立体１がいずれかの球支点部材２１の方向に傾くとする。するとアーム２３は起立体１の中心軸である軸部材１ａに剛に取り付けられているために同じ方向に傾く。したがって、傾く方向と直交する位置にある２つの球支点部材２１では、図７（ｂ）に示すように、アーム２３が図示の左右方向に傾くが、球支点部材２１上で摺動可能なスライド部材２２はアーム２３の傾きに合わせて摺動して角度を変えることができる。また、起立体１が傾く平面内に含まれる、別の二つの球支点部材２１では、図７（ｃ）に示すように、アーム２３がスライド部材２２の側面を摺動して上下方向に移動する。なお、上記のような動作が行われても、球支点部材２１の球状の凸摺動面は、スライド部材２２と押え部材２２ａからなる少なくとも半球を越える大きさの部分凹球面によって係合されているので、スライド部材２２を介して作用する外力によってその係合が外れないようになっている。
【００５６】
図７（ｂ）、（ｃ）に示す状態は、上記のように特殊な方向への傾斜によってのみ起こるが、より一般的な起立体１の傾斜状態は、４箇所の球支点部材２１でそれぞれ、スライド部材２１が傾斜し、その傾斜した側面上をアーム２３が移動するという、図７（ｂ）、（ｃ）の動作を複合した部材移動によって実現される。しかしながら、その場合でもアーム２３が鉛直軸周りに回転することはほぼ阻止される。実際、アーム２３の鉛直軸まわりの回転量は、微小な弾性変形と、球支点部材２１とスライド部材２２、スライド部材２２とアーム２３とのそれぞれの水平面内における組み付け上のクリアランスを加えた程度に過ぎない。
【００５７】
すなわち、上記で構成される回動規制手段は上沓部材の自転と下沓部材に対する歳差運動を規制している。
【００５８】
したがって、本実施の形態の回動支承は、鉛直軸まわりの回転に高い剛性を有するので、外力による起立体１の鉛直軸まわりの回転を防止し、ひいては、第１の索部材２と起立体１の練成によるねじれ振動の抑制にも寄与することができるものである。
【００５９】
さて上記では、第２の索部材３を、第３の索部材３ａと第４の索部材３ｂとに分割している実施の形態を説明したが、もちろん、分割せずに、第２の索部材３を起立体１の上端から下端まで張り渡し、下端の張力調整部９のみで張力を調整してもよい。この場合、第１の索部材２は、第２の索部材３と縁切りして、軸部材１ａに直接繋止することが可能である。また張力調整箇所が少ないので、施工期間の短縮が可能である。
【００６０】
また上記では、束部材６の長さを各階層ごとに同一長さとして説明した。そのようにすれば、起立体１の曲げ剛性の異方性を少なくすることができる利点があるが、設置場所の環境により、一定向きから風を受ける場合などは、意図的に異方性を持たせることができる。例えば、上記の説明で対向する束部材６同士の長さをそろえ、隣りあう束部材６の長さを変えて、起立体１全体を楕円断面状の紡錘体にしてもよい。
【００６１】
さらに、上記では、束部材６の各階層内の配置を同位相・同角度ピッチにする一例として、９０度の等角度ピッチで４本の部材が配置される例を示したが、第２の索部材３を張り渡すために、軸部材１ａの軸方向への整列が保たれれば、例えば、順に１００度、８０度、１００度、８０度の角度ピッチなどで配置してもよい。この場合、束部材６の長さが同じでも、起立体１全体としては上記と同じように曲げ剛性に異方性が生じるものである。
【００６２】
【発明の効果】
以上に述べたように、請求項１に記載の発明では、起立体を立体ケーブルトラス構造とするため、鉄骨トラス構造に比べて軽量の構造部材によって、起立体に立体的なスペースを確保できるという効果がある。自立式塔構築物の脚部のような構造部材が必要ないので、起立体下のスペースの見通しがよくなり、多目的に有効利用できるという効果がある。しかも、少数の部材を用いるので施工期間が短縮でき、完成後も大きさの割に視界をさえぎる部材が少ないため、都市部での構築に適する効果がある。
【００６３】
請求項２に記載の発明では、起立体中央部で大きくなる曲げモーメントに効率よく抗することができるように起立体を紡錘状の形状とするため、起立体端部の構造部材の使用量を合理的に減らすことができるという効果がある。また、起立体中央部において、束部材によって支持される階層状のスペースを広く確保することができる効果がある。
【００６４】
請求項３に記載の発明では、２つの束部材を１平面内で対向させて、第２の索部材が線対称に張り渡すので、軸部材への曲げ負荷をかけずに張力をかけることができ、張力管理は、それぞれの張力を等しくすればよいので容易になり、その結果、施工期間を短縮できる効果がある。
【００６５】
請求項４に記載の発明では、平板構造を束部材に直に設けるので、その上に配置される構造物荷重を平板構造に分散してそれぞれの束部材で受け、軸部材への圧縮荷重として伝達でき、構造部材を効率よく利用しながら、起立体に階層構造のスペースを設けることができる効果がある。
【００６６】
請求項５に記載の発明では、第２の索部材の張力管理は地上で行うことができ、施工が容易となり、その結果、施工期間の短縮が可能となる効果がある。
【００６７】
請求項６に記載の発明では、起立体の上端側と下端側とで異なる荷重状態、および第１の索部材の繋止荷重の大きさに対応して、それぞれ、第３の索部材と第４の索部材の張力を変えることができるので、索部材使用量と必要張力量の最適化を図ることができる。また、第１の索部材を、繋止部材を介して束部材の先端に繋止することにより、繋止張力による偶力成分を大きくするので、比較的小さな繋止張力で起立体のねじり負荷に抗することが可能になり、質量の大きい構造物を搭載しても起立体に安定して配置することができる効果がある。
【００６８】
請求項７に記載の発明では、高張力を課すために振動減衰を付与することが難しい起立体に束部材の相対変位を利用した振動減衰手段を設けることによって内部減衰を付与し、振動に対して安定性の向上した起立体を構成することができるので、階層状に設けた平板構造の上に多くの重量物を搭載して重心が高くなった大型の塔構築物であっても振動に対する安定を得ることができる効果がある。
【００７０】
請求項８、９に記載の発明では、回動運動を鉛直軸まわりに規制する回動支承を用いて、起立体を回動支持するので、起立体の鉛直軸まわりの回転を規制でき、構造物を搭載可能な階層状の平板構造を備えて回転慣性が大きくなっている起立体の回転を抑止するための部材を減らしても、安定した起立体の支持が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る塔構築物を示す概略斜視図である。
【図２】  図１におけるＡ視側面図である。
【図３】  図１におけるＢ視側面図である。
【図４】  図１におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図５】  本発明に係る塔構築物の繋止部材と、そこに繋止される第１、第３および第４の索部材の繋止状態を示す説明図である。
【図６】  本発明に係る塔構築物の脚部を示す説明図である。
【図７】  図６における回動支承の回動規制手段のＥ視構成とその動作を説明する部分断面図である。
【符号の説明】
１  起立体
１ａ  軸部材
２  第１の索部材
３  第２の索部材
３ａ  第３の索部材
３ｂ  第４の索部材
４  ピボット支承（下沓部材）
５  基礎
６  束部材
７、１２  すじかい部材
８  繋止部材
９  張力調整部（上沓部材）
１０  ステイ脚部
１３、１４  制震ダンパ（振動減衰部材）
２１  球支点部材（回動規制手段）
２２  スライド部材（回動規制手段）
２２ａ  押え部材（回動規制手段）
２３  アーム（回動規制手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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