(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部に位置するシャフトと、前記シャフトの頂部から地面レベルの間の外周部分に放射状に配置され予張力を導入されたケーブル群とで構成されたケーブル式超高層タワーにおいて、
前記シャフトとケーブル群とは中間部位を緊結せず完全に縁が切られ、シャフトとケーブルはそれぞれ独立した変形が可能に構成されており、風荷重を負担したときは風上側ケーブルの湾曲変形を許容してシャフト頂部の変形を風上側へ引き戻させる構成であること、
ケーブル群を周方向に束ねるリング金物が設置され該リング金物の外面に、又はケーブル群の外周面に直接、風荷重の受圧面積が大きい板材又は膜材等の受圧部材を環状に設けていることを特徴とする、ケーブル式超高層タワー。
【請求項２】
ケーブル群を周方向に束ねるリング金物とシャフトとの間の放射方向に、ケーブル群の振動を抑制する減衰装置が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載したケーブル式超高層タワー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、中央部に位置するシャフトと、前記シャフトの頂部から地面レベルの間の外周部分に放射状に配置され予張力を導入されたケーブル群とで構成されたケーブル式超高層タワーの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
中央部に位置するシャフトと、前記シャフトの頂部から地面レベルの間の外周部分に放射状に配置され予張力を導入されたケーブル群とで構成されたケーブル式超高層タワーは、構造的に合理的であり、鉄骨造のタワーなどに比べて価格的な利点が大きいので、これまでにも種々な構造形式が研究され提案されている。例えば、
【０００３】
（１）本出願人が所有する特許第２７６２０９６号、及び特許第２８２９６２８号に係るケーブル式超高層タワーは、ケーブル群を水平方向に束ねるフープケーブルと中央部のシャフト（コア）との間にＹ形ケーブルを設置して緊結した構成である。特許第２８２９６２８号に係る発明の場合には更に、ダイアフラムが追加されて一層強固な緊結が行われている。
（２）清水建設の特許第３１６０６８６号に係るケーブル式タワー構造物は、シャフトの上下方向に間隔をあけて鉄筋コンクリート造の水平な平板状突出部を設け、前記突出部の外周縁を上下方向に接続するように配置したケーブル群とで構成されており、ケーブル群とシャフトとが緊結されている。
（３）新日本製鐵の特開平４−６２２７６号に係るケーブル式超高層タワーも、中央部の主塔（シャフト部）の上下方向に間隔をあけて、且つケーブルが所望の双曲線近似の曲線を描くように順次直径を変化させた水平スポーク部を設け、各水平スポーク部の外周縁を上下方向に接続するように配置されたケーブル群とで構成されており、やはりケーブル群とシャフトとは緊結されている。
【０００４】
【本発明が解決する課題】
上記（１）、（２）、（３）に説明した従来のケーブル式超高層タワーはいずれも、中央部のシャフトとその外周部分に配置したケーブル群とを何等かの構造で緊結した構成の点が共通している。したがって、風荷重を受けた場合に、ケーブル群のうち風上側のケーブルの変形を利用してシャフト頂部の変形を引き戻すという、自己釣り合いの変形制御ないし変形の低減化という技術的思想を実現する構成ではなく、そうした作用効果を期待することもできない。
【０００５】
一般的にケーブル式超高層タワーは、固有周期が非常に長く、架構が相対的に柔らかい柔構造である為、地震荷重よりも風荷重によって設計条件が決まっている。したがって、強風時に生ずる水平変形や風揺れをいかにして抑えるかが設計上のキーポイントである。現状では塔体（シャフト）の剛性を大きくしたり、風揺れを抑制するために制振装置を設置する等々の方策が採用されている。
【０００６】
しかし、塔体の剛性を大きくするために部材断面を大きくすると、躯体数量や重量が増加して躯体コストの高騰を招く。また、制振装置を採用する場合には、制振装置の価格分だけコストが高騰する。しかも風荷重は、地震荷重とは異なって、図１のように、平均成分Ｗａと変動成分Ｗｖとに分けて考えることが出来るところ、制振装置はあくまでも風荷重の変動成分Ｗｖによって発生する振動現象（その変形量をδｖで示す。）を小さく抑制するための装置でしかない。平均成分Ｗａによって発生する振動現象（その変形量をδａで示す。）までも抑制し又は低減化する機能までは有していないことが理解されるべきである。
【０００７】
ここで、上記の風荷重を受けた場合に、ケーブル群のうち風上側のケーブルの変形を利用してシャフト頂部の変形を引き戻すという、自己釣り合いの変形制御ないし変形の低減化の技術的思想について概説する。
【０００８】
この技術的思想については、実は上記した本出願人の第２７６２０９６号特許発明に係る「超高層タワー」においても、明細書の「作用」の項（公報第２頁右欄の２３行ないし同３頁４行目）に一応の説明がなされている。しかしながら、同特許発明に係る超高層タワーは、前記の理論を積極的に活用する構成にはなっていない。
【０００９】
図２に示したように、中央部のシャフト１と、同シャフト１の頂部から地面レベルの基礎２との間の外周部分に放射状に設置したケーブル３とで構成されたケーブル式超高層タワーに風荷重Ｆが作用した場合、風上側（図２中の左側）のケーブル３’は湾曲状に大きく変形することになる。その結果、同ケーブル３’に増大した引張り応力は、自己釣り合いの作用効果として、自由なシャフト１の頂部を風上側へ引き戻すところとなり（同シャフトの頂部変形をδｃで示す。）、本来発生するはずの変形δａ±δｖ（図１を参照）を抑制し又は低減化する作用効果を奏する。前記の作用効果は、ケーブル３とシャフト１を緊結していないことを条件として達成される。しかも、前記の風荷重Ｆには、上述した平均成分Ｗａと変動成分Ｗｖの双方を含むことが特徴である。
【００１０】
とりわけ、ケーブル式超高層タワーを電波送信塔に利用する場合には、図３に示したようにアンテナ２０の変形（変形量δ）と電波到達エリアＡ１とＡ２ との大小差Ｒを見ると、同アンテナ２０の変形を低減する意義の大きいことを理解できるのである。
【００１１】
本発明の目的は、上記したように風上側のケーブル３’の変形を利用してシャフト頂部の変形を引き戻すという、自己釣り合いの変形制御ないし変形の低減化の技術的思想を積極的に有効に具現化するケーブル式超高層タワーを提供することである。
【００１２】
本発明の目的は、シャフトとケーブル群とは緊結せず完全に縁を切り、シャフトとケーブル群はそれぞれが独立した変形をすることを可能となし、風荷重を負担したときは風上側ケーブルの湾曲変形を許容してシャフト頂部の変形を風上側へ引き戻させる構成であり、変形を低減し、タワー構造の安全性と機能性を大きく向上させたケーブル式超高層タワーを提供することである。
【００１３】
本発明の更なる目的は、風荷重を積極的に受ける受圧機構を採用し、しかもケーブル群の風揺れ（振動）を抑制する減衰装置を設置してなるケーブル式超高層タワーを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係るケーブル式超高層タワーは、
中央部に位置するシャフトと、前記シャフトの頂部から地面レベルの間の外周部分に放射状に配置され予張力を導入されたケーブル群とで構成されたケーブル式超高層タワーにおいて、
前記シャフトとケーブル群とは中間部位を緊結せず完全に縁が切られ、シャフトとケーブルはそれぞれ独立した変形が可能に構成されており、風荷重を負担したときは風上側ケーブルの湾曲変形を許容してシャフト頂部の変形を風上側へ引き戻させる構成であること、
ケーブル群を周方向に束ねるリング金物が設置され該リング金物の外面に、又はケーブル群の外周面に直接、風荷重の受圧面積が大きい板材又は膜材等の受圧部材を環状に設けていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したケーブル式超高層タワーにおいて、
ケーブル群を周方向に束ねるリング金物とシャフトとの間の放射方向に、ケーブル群の振動を抑制する減衰装置が設置されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下に、請求項１、２に記載した発明に係るケーブル式超高層タワーの実施形態を図面に基いて説明する。
図２に基づいて既に説明したように、風荷重を受けた場合に、ケーブル群３のうち風上側のケーブル３’の変形を利用してシャフト頂部の変形を引き戻すという自己釣り合いの変形制御ないし変形の低減化の技術的思想を実現するために、請求項１、２記載の発明に係るケーブル式超高層タワーは、図４に好適な実施形態をスケルトンで示したように構成されている。
【００１８】
即ち、中央部に位置する鉄筋コンクリート造のシャフト１と、前記シャフト１の頂部１０から地面レベルの基礎部分１１との間の外周部分に、例えば図５に示すように周方向に間隔をあけて複数放射状に配置され、且つ適度な予張力を導入されたケーブル群３とで構成されている。そして、前記シャフト１とケーブル群３とは中間部位を相互に緊結せず完全に縁が切られている。つまり、シャフト１とケーブル群３とは、それぞれ独立した変形が可能に構成されている。よって、風荷重Ｆを負担したときは、図２で説明したように、風上側ケーブル３’の湾曲変形を許容し、同ケーブル３’に増大した引張り応力によってシャフト１頂部の変形を風上側へ引き戻させる構成である。
【００１９】
もっとも、シャフト１を支持するケーブルは、上記した外周部分のケーブル３のほかに、同シャフト１の中間部及び下部を支持するケーブル３１〜３３も使用されている。しかし、いずれのケーブル３１〜３３もシャフト１とは中間部の縁が切られている。前記外周部分のケーブル３の上端を止着した頂部１０は、止着リング１２の部位及び展望台１３を含む意味である。
【００２０】
上記したように、シャフト１と外周部分のケーブル群３とは、中間部位を相互に緊結せず完全に縁が切られている。しかしながら、同ケーブル群３を周方向に束ねるリング金物１４を上下方向に複数設置して、同ケーブル群３の構造的安定性と統一的な変形動作を図っている（図６）。そして、前記ケーブル３が風荷重を負担した際に、図２に示すように風上側ケーブル３’の湾曲変形を許容し増幅する手段として、前記リング金物１４の全部又は選択した１乃至複数のリング金物１４の外面に、風荷重の受圧面積が大きい受圧部材としての板材１５が環状に設けられている（図７）。或いはまた、ケーブル群３の外周面に直接、風荷重の受圧面積が大きい受圧部材として膜材１６が環状に設けられている（図６）。図７において、符号２６は、シャフト１の側からブラケット状に突出させた支持台である。これは滑り支承１７を介して前記リング金物１４を下方から水平移動が自在に支持し、もってケーブル群３の水平変形を円滑に無用な動きを発生しないよう支持する。
【００２１】
なお、ケーブル群３が風荷重により無闇に揺れ動く不都合を防止する手段として、図５に示したように、ケーブル群３を周方向に束ねる前記リング金物１４とシャフト１との間の放射方向に略水平に連結する減衰装置１８（ダンパー）が設置されケーブル群の振動を抑制する構成とされている（請求項２に記載した発明）。
【００２２】
図８は、本発明の作用効果を確認するために行った数値解析結果を説明する図である。これは期間５００年に１度吹く可能性のある大きさの風荷重を再現して、地上４５０ｍのシャフト上端の水平変形δｈ、及びシャフトの上端からの高さ１５０ｍのアンテナ先端（従って、先端は地上６００ｍ）の水平変形δｔとを数値解析した結果を示している。
【００２３】
シャフト１のみで風荷重Ｆを負担する場合のδｔは６．０７ｍ、δｈは３．６４ｍであるのに対して、本発明のようにケーブル３に風荷重Ｆを負担させた場合のδｔは５．１６ｍ、δｈは３．１１ｍであり、変形がかなり減少することが確認された。
【００２４】
【本発明が奏する効果】
請求項１、２に記載した発明に係るケーブル式超高層タワーは、風上側のケーブル３’の変形を利用してシャフト頂部の変形を引き戻すという、自己釣り合いの変形制御ないし変形を低減する技術的思想を積極的に有効に具現化するので、変形が低減化され、タワー構造の安全性と機能性が大きく向上する。しかも構造材の増加や制振装置によるコストアップの要因もなく、経済的で極めて合理的な解決策になっている。
【００２５】
本発明の構成によれば、従来の制振装置には期待できなかった、風荷重の平均成分（Ｗａ＝図１）によって生ずる変形をも低減できるのであり、タワー構造の安全性と機能性の向上に利益するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】高層建築物が風荷重を受けた場合の変形概念図である。
【図２】ケーブルタワーの風荷重時の挙動説明図である。
【図３】電波送信塔の電波到達エリアの説明図である。
【図４】本発明に係るケーブル式超高層タワーの実施形態を示す概念図である。
【図５】図４の水平断面図である。
【図６】本発明に係るケーブル式超高層タワーの実施形態を示す斜視図である。
【図７】リング金物部分の断面図である。
【図８】本発明に係るケーブル式超高層タワーの数値解析結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１                シャフト
３                ケーブル
１４              リング金物
１５              板材（受圧部材）
１６              膜材（受圧部材）
１８              減衰装置
【図１】
0003765006.tif 000002
【図２】
0003765006.tif 000003
【図３】
0003765006.tif 000004
【図４】
0003765006.tif 000005
【図５】
0003765006.tif 000006
【図６】
0003765006.tif 000007
【図７】
0003765006.tif 000008
【図８】
0003765006.tif 000009