(57)【要約】【課題】構造性能を向上することができる鉄塔を提供することを目的とする。【解決手段】鉄塔１は、基礎２に支持され鉛直方向に沿って設けられる複数の柱主材３と、複数の柱主材３間に設けられる複数の副材４とによって構成される鉄塔１であって、鉛直方向下層部８の骨組構造形式がＫトラス形であり、鉛直方向上層部９の骨組構造形式がブライヒ形であることを特徴とする。したがって、鉄塔１は、鉛直方向下層部８の柱主材３において大きな曲げ応力が発生することを抑制することができ、構造性能を向上することができる、という効果を奏する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎に支持され鉛直方向に沿って設けられる複数の柱主材と、前記複数の柱主材間に設けられる複数の副材とによって構成される鉄塔であって、
鉛直方向下層部の骨組構造形式がＫトラス形であり、鉛直方向上層部の骨組構造形式がブライヒ形であることを特徴とする、
鉄塔。
【請求項２】
骨組構造形式が前記Ｋトラス形である範囲は、前記柱主材の鉛直方向に沿った高さに対して、鉛直方向下側の３０％以上５０％以下の範囲であり、
骨組構造形式が前記ブライヒ形である範囲は、前記Ｋトラス形である範囲外の残りの範囲である、
請求項１に記載の鉄塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送電用鉄塔、配電用鉄塔、通信用アンテナが設置される鉄塔等、種々の用途に用いられる鉄塔が知られている。このような鉄塔は、骨組構造形式として、例えば、ダブルワーレン形、Ｋトラス形、プラット形、ブライヒ形等、様々な形式が採用されている。例えば、特許文献１には、上部に風力係数の小さい送電用鋼管単柱鉄塔部を用い、下部に鉄塔製作費の安価なブライヒ結構の送電用山形鋼鉄塔部を用いた複合構造送電用鉄塔が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２３２１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような特許文献１に記載の複合構造送電用鉄塔は、例えば、構造性能の向上等の点で、更なる改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、構造性能を向上することができる鉄塔を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る鉄塔は、基礎に支持され鉛直方向に沿って設けられる複数の柱主材と、前記複数の柱主材間に設けられる複数の副材とによって構成される鉄塔であって、鉛直方向下層部の骨組構造形式がＫトラス形であり、鉛直方向上層部の骨組構造形式がブライヒ形であることを特徴とする。
【０００７】
また、上記鉄塔では、骨組構造形式が前記Ｋトラス形である範囲は、前記柱主材の鉛直方向に沿った高さに対して、鉛直方向下側の３０％以上５０％以下の範囲であり、骨組構造形式が前記ブライヒ形である範囲は、前記Ｋトラス形である範囲外の残りの範囲であるものとすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る鉄塔は、構造性能を向上することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係る鉄塔の概略構成を表す立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００１１】
［実施形態］
図１は、実施形態に係る鉄塔の概略構成を表す立面図である。
【００１２】
図１に示す本実施形態に係る鉄塔１は、地盤に埋め込まれた基礎２の上部に設けられる鉄製の骨組み構造により構成される鉛直方向に沿った細長い建造物であり、例えば、不図示の通信用アンテナやそれらの付帯設備が設置されるものである。
【００１３】
本実施形態の鉄塔１は、地中に埋設される基礎２、複数の柱主材３、複数の副材４等を含んで構成され、これらが相互にボルト等で接合されて構成される。この鉄塔１は、水平平面（水平方向に沿った平面形状）が正方形平面となっている。そして、鉄塔１は、この正方形平面の各頂点にそれぞれ鉛直方向に沿って設けられる柱状の柱主材３を備えている。また、この鉄塔１は、複数の柱主材３、複数の副材４がそれぞれ山形部材としての山形鋼材（いわゆるアングル）によって構成されている。
【００１４】
具体的には、柱主材３は、鉄塔１の正方形平面の各頂点にそれぞれ１つずつ、合計４本が設けられる。各柱主材３は、鉛直方向に沿った柱状の部材であり、それぞれ下端部がコンクリート等からなる基礎２によって支持されて概ね鉛直上方に向けて立設されている。本実施形態の鉄塔１は、立面形状が一対の柱主材３の各塔脚部（柱主材３の鉛直方向下端）３ａから各塔頂部（柱主材３の鉛直方向上端）３ｂまでを直線で結んだ略台形状となっている。これにより、この鉄塔１は、構造性能と経済性とをより合理的に両立することが可能となる。
【００１５】
複数の副材４は、複数の柱主材３間に設けられる。複数の副材４は、例えば、骨組構造を構成する部材として、複数の水平材５、複数の斜材６、複数の補剛材７ａ、７ｂ等を含んで構成される。水平材５は、一対の柱主材３に対して水平方向に沿って渡される横材である。斜材６は、一対の柱主材３、あるいは、柱主材３と水平材５とに対して水平方向に傾斜して渡される部材である。補剛材７ａ、７ｂは、柱主材３と斜材６とに渡される座屈補強部材である。鉄塔１は、例えば、補剛材７ａを設けることで、斜材６を太くすることなく強度を上げることができる。鉄塔１は、例えば、補剛材７ｂを設けることで、柱主材３を太くすることなく強度を上げることができる。
【００１６】
鉄塔１は、４本の柱主材３が正方形平面の各頂点にそれぞれ１つずつ位置し、複数の副材４が隣接する柱主材３を結ぶようにしてボルト等を介して固設されることで、これら複数の副材４が４本の柱主材３間にそれぞれ種々の骨組構造をなす面を構成する。この鉄塔１は、正方形平面が地表側から上方に向かって、相似形であって、かつ、徐々に小さくなるように構成される。
【００１７】
なお、この鉄塔１は、水平平面が正方形平面であり、鉄塔１の鉛直方向に沿った高さを水平方向に沿った幅で除算した値に応じた、いわゆる塔状比が７以上８以下の範囲内に設定されることで、構造性能と経済性とのさらなる合理化を図っている。ここで、塔状比とは、［塔体高さＬ÷脚部スタンスＷ］に相当する。塔体高さＬは、柱主材３の鉛直方向に沿った高さに相当する。脚部スタンスＷは、隣接する柱主材３の塔脚部３ａの水平方向に沿った間隔（長さ）に相当する。鉄塔１は、例えば、この塔状比の増加に伴い部材の軸力が増加する傾向にあるが、反面、塔状比が大きくなりすぎると不経済となる傾向にあり、このため、塔状比を７〜８程度とすることで構造性能と経済性とを合理的に両立することが可能となる。
【００１８】
そして、本実施形態の鉄塔１は、鉛直方向下層部８の骨組構造形式をＫトラス形、鉛直方向上層部９の骨組構造形式をブライヒ形としたハイブリッド型の骨組構造形式とすることで、構造性能のさらなる向上を図っている。すなわち、本実施形態の鉄塔１は、鉛直方向下層部８のＫトラス構造と、鉛直方向上層部９のブライヒ結構とを組み合わせた複合結構により構成される。
【００１９】
鉛直方向上層部９の骨組構造形式として適用されるブライヒ形は、一対の柱主材３の間に渡される一対の斜材６の交点を通るようにして水平材５が設けられる。このブライヒ形では、一対の斜材６は、水平材５のほぼ中央部で十字型に交差する。このブライヒ形では、典型的には、斜材６は、端部が柱主材３にて鉛直方向に隣接する他の斜材６の端部の近傍に接合される。さらに言えば、このブライヒ形では、鉛直方向に隣接する一対の水平材５と、４本の斜材６とが、一対の水平材５の間に矩形（ひし形）を形成する。このブライヒ形の骨組構造は、一般的に強度及び経済性から合理的な構造である。
【００２０】
一方、鉛直方向下層部８の骨組構造形式として適用されるＫトラス形は、一対の柱主材３の間に渡される水平材５の鉛直方向下側に一対の斜材６が設けられる。このＫトラス形では、一対の斜材６は、各鉛直方向上側端部が水平材５のほぼ中央部下側に接合され水平材５の下側に角部を形成し、各鉛直方向下側端部がそれぞれに対応する柱主材３に接合される。このＫトラス形では、典型的には、斜材６は、鉛直方向下側端部が柱主材３にて鉛直方向下側に隣接する水平材５の端部近傍に接合される。さらに言えば、このＫトラス形では、鉛直方向に隣接する一対の水平材５と、当該一対の水平材５に挟まれる一対の斜材６とが、一対の水平材５の間に三角形（二等辺三角形）を形成する。
【００２１】
この結果、鉄塔１は、鉛直方向上層部９の骨組構造形式としてブライヒ形を適用することで経済性の向上を図った上で、鉛直方向下層部８の骨組構造形式としてＫトラス形を適用することで、この鉛直方向下層部８の柱主材３において大きな曲げ応力が発生することを抑制することができる。これにより、鉄塔１は、全体として経済性の向上を図った上で、強度を向上することができ、構造性能を向上することができる。
【００２２】
鉄塔１は、典型的には、鉛直方向下側から２層以上がＫトラス形によって構成される。ここでは、鉄塔１は、鉛直方向下側から５層目までがＫトラス形によって構成される。より詳細には、本実施形態の鉄塔１は、鉛直方向に対して、塔脚部３ａから鉛直方向に５つ目の水平材５までの範囲がＫトラス形をなす鉛直方向下層部８、当該５つ目の水平材５から塔頂部３ｂまでの残りの範囲がブライヒ形をなす鉛直方向上層部９である。骨組構造形式がＫトラス形である範囲は、柱主材３の鉛直方向に沿った高さ、すなわち、塔体高さＬに対して、鉛直方向下側の３０％以上５０％以下の範囲であることが好ましく、骨組構造形式がブライヒ形である範囲は、Ｋトラス形である範囲外の残りの範囲であることが好ましい。すなわち、鉄塔１は、鉛直方向下層部８の鉛直方向に沿った高さＬ１、鉛直方向上層部９の鉛直方向に沿った高さＬ２が下記の関係式（１）、（２）を満たすことが好ましい。
Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌ  ・・・  （１）
０．３・Ｌ≦Ｌ１≦０．５・Ｌ  ・・・  （２）
【００２３】
次に、上記のように構成される鉄塔１を、以下で説明する点に留意して３次元解析モデルによる応力解析を行ってその性能を概略的に評価する。すなわち、一般的に鉄塔設計においては平面解析が主流となっているが、実構造物の実応力状態を正確に再現する上では３次元による正確なモデル化が重要となる。これにより、例えば、設計段階における応力の不正確な把握・設定から引き起こされうる実際の鉄塔の地震や風による不具合についてのいくつかを回避することができる。
【００２４】
そこでここでは、正確な応力状態を把握するにあたって以下の３点に配慮する。
１．３次元モデルによる解析によって応力状態を把握する。
２．柱主材３については全長にわたって剛接合としてモデル化する。
３．３次元モデルの設定において補剛材７ａ、７ｂをモデルに加える。
【００２５】
例えば、柱主材３に関しては、鉄塔におけるトラス構造では、一般的に、軸力のみでモデル化、設計されている傾向にあったが、実際には連続体として配置されていることで曲げ応力が生じるため、軸力と曲げの複合応力で検討することがより好ましい。さらに言えば、山形鋼材においてはその曲げ応力が設計上非常に重要になることがあるため、より実情に近い応力状態を再現することが好ましい。このため、柱主材３については全長にわたって剛接合としてモデル化する。
【００２６】
また、従来、補剛材７ａ、７ｂは、二次部材的な扱いとされ応力解析においてモデル化されない傾向にあるが、実際には柱主材３の補剛材７ａ、７ｂの接合位置において応力変化が生じているため、より実情に近い応力状態を再現することが好ましい。このため、３次元モデルの設定において補剛材７ａ、７ｂをモデルに加える。
【００２７】
以上の点に留意して、鉄塔１に対して３次元解析モデルによる応力解析を行った結果、鉄塔１の鉛直方向（塔体高さ方向）に対して塔脚部３ａから塔体高さＬの概ね３０％以上５０％以下の高さあたりまでは骨組構造形式としてＫトラス形を採用することで柱主材３の曲げ応力の発生を抑制することができ、それ以上の高さの骨組構造形式としてブライヒ形を採用することで、構造性能及び経済性の上で、合理的な骨組構造形式であることが確認された。
【００２８】
一方、鉄塔の鉛直方向に対して塔脚部３ａから塔体高さＬの概ね３０％未満の高さまでは骨組構造形式としてＫトラス形を採用し、それ以上の高さの骨組構造形式としてブライヒ形を採用した場合、ブライヒ形の範囲における鉛直方向下層において、柱主材３と斜材６との接合部分（結節点）近傍で、柱主材３に大きな曲げ応力が発生し座屈が発生しうるという知見が得られた。また逆に、鉄塔の鉛直方向に対して塔脚部３ａから塔体高さＬの概ね５０％を超える高さまでは骨組構造形式としてＫトラス形を採用し、それ以上の高さの骨組構造形式としてブライヒ形を採用した場合、経済性が悪化するという知見が得られた。
【００２９】
以上で説明した実施形態に係る鉄塔１によれば、基礎２に支持され鉛直方向に沿って設けられる複数の柱主材３と、複数の柱主材３間に設けられる複数の副材４とによって構成される鉄塔１であって、鉛直方向下層部８の骨組構造形式がＫトラス形であり、鉛直方向上層部９の骨組構造形式がブライヒ形である。したがって、鉄塔１は、鉛直方向下層部８の柱主材３において大きな曲げ応力が発生することを抑制することができ、構造性能を向上することができる。
【００３０】
なお、上述した本発明の実施形態に係る鉄塔は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。
【００３１】
以上の説明では、鉄塔１は、通信用アンテナが設置される鉄塔であるものとして説明したが、これに限らず、送電用鉄塔、配電用鉄塔等であってもよい。
【００３２】
以上の説明では、鉄塔は、塔状比が７以上８以下の範囲内に設定されるものとして説明したがこれに限らない。
【００３３】
以上の説明では、鉄塔は、水平平面（水平方向に沿った平面形状）が正方形平面であるものとして説明したがこれに限らず、例えば、三角形平面、正方形以外の矩形平面等であってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１    鉄塔
２    基礎
３    柱主材
３ａ    塔脚部
３ｂ    塔頂部
４    副材
５    水平材
６    斜材
７ａ、７ｂ    補剛材
８    鉛直方向下層部
９    鉛直方向上層部
【図１】
2012246685.tif 000003