技報 第 5 号（2007 年）

ダックスポールの設計･施工－高強度繊維補強モルタルを使用した塔状構造物－
九州支店

技術部

香田真生

九州支店

土木工事部

山本博輝

九州支店

久留米工場

内野

九州支店

土木工事部

蒲生登美男

修

概要：高強度繊維補強モルタル(設計基準強度 120N/mm2)を使用した塔状構造物が，高さ 40.0ｍの携帯電話アンテナ塔に採用された．本アンテナ塔は，工場で製作した高強度繊維補強モルタル製のプレキャストセグメントを現地で積み上げ，鉛直方向のプレストレスを導入して一体化することで構築した．本文では本アンテナ塔の設計および施工について報告する．

Key Words：高強度繊維補強モルタル，塔状構造物，携帯電話アンテナ塔

１．はじめに500085000

75000

65000

55000

45000

35000

した塔状構造物（以降，ダックスポール）が，高さ 40.0ｍの携帯25000

設計基準強度が 120N/mm2 の高強度繊維補強モルタルを使用

1

電話アンテナ塔に採用され，福岡県久留米市に建設された．
携帯電話のアンテナ塔は一般に鋼製とされるが，高強度繊維補強モルタル（以降，ダックスモルタル）を使用することで，鋼製の塔と比較し，耐久性，景観性および経済性の向上が可能となることから採用された．ダックスポールは当社が独自に開発した新力化，耐震性の向上および鋼製の塔と同程度のスレンダーな形状が可能となる．また，ダックスモルタルは硬化組織が緻密であり，高い耐久性を有していることから，飛来塩分が多い地域などの高塔高 40000

しい形式の PC 構造物であり，部材の薄肉化，軽量化，施工の省い耐久性が要求される環境条件において，ライフサイクルコスト(LCC)の低減が期待できる．
今回施工したアンテナ塔の概略図および完成状況をそれぞれ，図－１および写真－１に示す．本工事の発注者はボーダフォン㈱(現ソフトバンクモバイル(株))であり，当社は下請けとして塔体の建設工事を行った．本アンテナ塔は工場で製作した 8 個のプレキャストセグメント(5.0m/個)を現地において積み上げ，ＰＣ鋼棒により鉛直方向のプレストレスを導入して一体化することで構
築した．

香田真生

山本博輝
1 / 13図－１ 概略図内野修

写真－１ 完成状況

蒲生登美男

技報 第 5 号（2007 年）

２．材料の力学的特性および配合
ダックスモルタルの使用材料，示方配合および力学的特性をそれぞれ，表－１，表－２および表－３に示す．ダックスモルタルはシリカフュームセメント，スチールファイバー，細骨材，水および高性能減水剤な．粗骨材を使用どから成るセメント系の高強度材料であり，設計基準強度は 120N/mm2 である（写真－２）
しないため，優れた充填性，材料分離抵抗性および高強度が得られる．また，スチールファイバー(写真－３)を混入していることから，自己収縮よるひび割れや高強度材料特有の脆性的な破壊形態も改善できる．一方，
本アンテナ塔に使用したＰＣ鋼棒の力学的特性を表－４に示す．ＰＣ鋼棒には，B 種 2 号(SWPR930/1180)
で直径が 26mm のものを使用した．
表－１ ダックスモルタルの使用材料
材料

記号摘

要セメントC

シリカフュームセメント（三菱マテリアル社製），密度 3.08g/cm3

スチールファイバー

SF

OL13/.16(ベカルト社製)，引張強度 2340MPa
長さ 13mm，径 0.16mm，アスペクト比 81，密度 7.85g/cm3

細骨材(久留米工場)

S

砕砂，表乾密度 2.83g/cm3，吸水率 1.03%

高性能減水剤

SP

レオビルド SP-8HU（ポリカルボン酸系）

消泡剤

D

マイクロエア 404(ポリアルキレングリコール誘導体)

表－２ ダックスモルタルの示方配合
W/C(%)

Air(%)

SF
混入率(vol.%)

WC

S

SF

SP/C
(%)

D/C
(%)

17

2.00.521012351044

40

1.80.08 *

単位量 (kg/m3)

備考＊40T(1T は C×0.002%)

表－３ ダックスモルタルの力学的特性単位

設計用値

備考

設計基準強度 f ’ckN/mm2120

配合強度 150N/mm2

弾性係数 EmkN/mm237.0

材料特性より単位体積重量 wkN/m325.5

材料特性より

表－４ ＰＣ鋼棒の力学的特性
単位

設計用値

ＰＣ鋼棒の種類―――

φ26

引張強度 σpu

N/mm21180

降伏点応力度 σpy

N/mm2930

弾性係数 EpkN/mm2200

備

考

B 種 2 号（SBPR930/1180）

写真－３ スチールファイバー
写真－２ ダックスモルタル
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３．ダックスポールの設計
3.1 設計の概要
ダックスポールを携帯電話のアンテナ塔に適用するにあたって適用した基準を以下の①～④に示す．また，本アンテナ塔の主な設計条件を表－５に示す．塔体頂部のたわみ角は通信確保のために，搭載アンテナの条件より定まる制限値以内にする必要がある．本アンテナ塔の設計においては，発注者からの指示により塔体頂部のたわみ角を 2°以下とした．
①建築基準法同施工令および国土交通省告示②通信鉄塔設計要領･同解説：建設電気技術協会③建築物荷重指針･同解説：日本建築学会④塔状鋼構造物設計指針･同解説：日本建築学会
表－５ 主な設計条件
設計用値

塔体高さm

40

セグメント 8@5.0m

設計基準風速 V0m/s

34

福岡県久留米市

地表面粗度区分---Ⅱ

風荷重に関する条件

地盤種別

---

Ⅱ

地震荷重に関する条件

塔頂部のたわみ角°

2.0
断17

φ300

ねじ部が特殊な非対称ねじ(図－６)となっ

φ750

221583

φ250
φ300

667

667
750

φ450

750

1400

図－２ 構造一般図

833

φ500

833

φ500

917

φ550

φ600

917

1000

1000

2断面

1断面

1400

3 / 13

4断面
φ800

φ800

15000

特徴を有している．

6断面

3断面

43400

どが生じても，容易にカップリングできる

φ550

40000ており，ＰＣ鋼棒間に若干の角度の誤差な
PC鋼棒緊張 0本
カップリング 16本

5断面
φ700658断面1083

PC鋼棒緊張 4本
カップリング 12本

7断面
φ650

φ650

310断面1167

した．ディビダーク工法用のＰＣ鋼棒は，

5000

87ＰＣ鋼棒にはカップリング時の施工性を考慮し，ディビダーク工法用のものを使用

5000

φ5504PC鋼棒緊張 0本
カップリング 12本

500

109φ750張箇所まで延長した．

12断面

9断面
PC鋼棒緊張 4本
カップリング 8本

5000

いＰＣ鋼棒はカップラーにより接続し，緊

φ500

5500

ト毎に 4 本ずつ緊張･定着した．緊張しな

12115000り導入した．16 本のＰＣ鋼材は 2 セグメン

7@5000+4600=39600

を一体化するためのプレストレスは，フー

φ500

11断面
PC鋼棒緊張 0本
カップリング 8本

φ400

入して一体化する構造とした．セグメント
チングに埋め込んだ 16 本のＰＣ鋼棒によ

φ350

500
φ400

6φ650Ｃ鋼棒により鉛直方向のプレストレスを導14断面5000ント(5.0m/個)を現地において積み上げ，Ｐ1413φ400

13断面
PC鋼棒緊張 4本
カップリング 4本

1083

7583

1615示す．本アンテナ塔は高さが 40.0ｍであり，16断面
φ300

15断面

PC鋼棒緊張 0本
カップリング 4本工場で製作した 8 個のプレキャストセグメ

4600

φ250

8

18断面

5000

PC鋼棒φ26(SBPR930/1180)

図

φ750

図を図－２に示す．また，塔頂部，セグメ

面

17断面

184本

400

PC鋼棒緊張それぞれ，図－３，図－４および図－５に

図

φ200

今回施工したダックスポールの構造一般
ント接合部および基部取付け部の詳細図を

面
5001160側

φ800

3.2 ダックスポールの構造

考507

備

500単 位

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塔頂セ グ メ ン ト 接 合 部部

緊張定着部

カップリング部

400無収縮モルタル

ナット
支圧板 75×135,t=28
カップラーシースφ70

スパイラル筋φ10
緊張端シースφ70

カップラー φ26用

ナット
支圧板 75×135,t=28
PC鋼棒 φ26

スパイラル筋φ10500

シース φ4075

75
PC鋼棒 φ26
シース φ40

図－３ 塔頂部

75

75

図－４ セグメント接合部
無収縮モルタル116.51167

1167

400

無収縮モルタル

116.5

1400

1400

図－６ 特殊ねじ

図－５ 基部取付け部
3.3 部材の検討

本アンテナ塔の設計は，風荷重および地震荷重が作用する場合について検討した．荷重および検討項目に関する設計方針を表－６に示す．
表－６ 設計方針
荷重の種類

荷重レベル
稀に発生する暴風（再現期間 100 年）

荷重 ※短期許容応力度以下
G＋P＋W（再現期間 300 年）

稀に発生する地震
地震荷重
極めて稀に発生する地震①モルタルの曲げ圧縮応力度≦80N/mm2(=2/3×f ’ck)
②ＰＣ鋼材の引張応力度≦837N/mm2(=0.9σpy)

風荷重
極めて稀に発生する暴風

制限値または許容応力度

Mu(曲げ破壊耐力）以下

G＋P＋
1.42W
G＋P＋K0.2(C0＝0.2)

Su(せん断耐力）以下
短期許容応力度以下①モルタルの曲げ圧縮応力度≦80N/mm2(=2/3×f ’ck)
②ＰＣ鋼材の引張応力度≦837N/mm2(=0.9σpy)

G＋P＋K1.0

Mu(曲げ破壊耐力）以下(C0＝1.0)Su(せん断耐力）以下※ G：固定荷重，P：載積荷重，W：風荷重，K：地震荷重

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3.3.1 風荷重
風荷重は通信鉄塔設計要領・同解説に準拠し，以下の式（1）により算出した．風荷重に対する検討は，再現期間 100 年の稀に発生する暴風時および 300 年の極めて稀に発生する暴風時の作用荷重に対して安全となるよう行った．ここで，再現期間 100 年および 300 年の風荷重は式（1）におけるβをそれぞれ，1.0 および1.42 として求めた 1),2)．なお，暴風時等でも通信機能を確保しなければならないことを考慮して，速度圧の下限値は 2350（N/m2）とした 1)．
再現期間 100 年の風荷重に対しては，ダックスモルタルおよびＰＣ鋼棒の応力度が短期許容応力度以下となることを照査した．再現期間 300 年の風荷重に対しては，設計断面に作用する曲げモーメントおよびせん断力がそれぞれ，曲げ破壊耐力およびせん断耐力以下となることを照査した．
Q=ｑz･Cf･A･β＝0.6･E･V02･kz･Cf･A･β ・・・ （1），Cf：風力係数，A：受風面積（m2），β：荷重割増係数
Q：風荷重（N），ｑz：当該部分の速度圧（N/m2）
E：建築物の高さと地表面粗度区分に応じた係数，V0：設計基準風速（m/s），kz：当該部分の係数
3.3.2 地震荷重
地震荷重は通信鉄塔設計要領・同解説に準拠し，以下の式（2）により算出した．地震荷重に対する検討は，稀に発生する地震時および極めて稀に発生する地震時の作用荷重に対して安全となるよう行った．ここで，稀に発生する地震荷重および極めて稀に発生する地震荷重は式（2）における標準せん断力係数 C0 をそれぞれ，0.2 および 1.0 とすることで求めた 1),3)．
稀に発生する地震に対しては，ダックスモルタルおよびＰＣ鋼棒の応力度が短期許容応力度以下となることを照査した．極めて稀に発生する地震に対しては，設計断面に作用する曲げモーメントおよび作用せん断力がそれぞれ，曲げ破壊耐力およびせん断耐力以下となることを照査した．なお，本アンテナ塔の設計は，高さが 40ｍであるため，式（2）により地震荷重の算出を行ったが，高さが 60ｍを越えるような大型の塔では動的解析を行うことが標準とされている 1)．
Qi＝Wi・Z・Rt・Ai・C0 ・・・ （2）Qi：i 層の地震時層せん断力（kN），Wi：i 層以上の建物重量（kN），Z：地域係数，Rt：振動特性係数，
Ai：i 層の層せん断力係数の分布係数，C0：標準せん断力係数
3.3.3 照査結果
（1）曲げモーメントに対する照査
稀に発生する暴風時および稀に発生する地震時に生じる荷重がアンテナ塔に作用する際の，ダックスモルタルおよびＰＣ鋼棒応力度の照査結果をそれぞれ，図－７および図－８に示す．ダックスモルタルの曲げ圧
縮応力度およびＰＣ鋼棒の引張応力度は平面保持の仮定に準拠して求めた．図－７および図－８より，ダックスモルタルおよびＰＣ鋼棒の応力度は全て短期許応力度以下となっており，稀に発生する暴風時および稀に発生する地震時における許容値を満足した．

図－７ ダックスモルタルの曲げ圧縮応力度

図－８ ＰＣ鋼材の曲げ引張応力度
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極めて稀に発生する暴風時および極めて稀に発生する地震時における曲げモーメントの照査結果を図－１１に示す．曲げ破壊耐力は平面保持の仮定に準拠し，ダックスモルタルおよびＰＣ鋼材の応力－ひずみ曲線をそれぞれ，図－９および図－１０のように仮定して算出した．なお，曲げ破壊耐力を算出する際のダック
スモルタルの終局ひずみは 3500μとした 4)．図－１１のとおり，すべての断面において作用曲げモーメントが設計曲げ耐力以下になっており，制限値を満足した．
σ'c＝0.85･f'ck

σs＝0.80･σpu

εc'εc'･ 2－0.002
0.002(2000)

22

σ'c＝0.85･f'ck･(N/mm )

引張応力度 σs944(N/mm )

圧縮応力度 σ'c102

σs＝Es･εs5＝2.0･10 ･εs

35004720

ひずみ ε'c (μ)

ひずみ εs (μ)

図－９ ダックスモルタルの応力－ひずみ曲線

図－１０ ＰＣ鋼棒の応力－ひずみ曲線

図－１１ 曲げ破壊耐力照査結果（2）せん断力に対する照査
極めて稀に発生する暴風時および極めて稀に発生する地震時におけるせん断力の照査結果を図－１２に示す．設計せん断耐力は土木学会発刊のコンクリート標準示方書[構造性能照査編]に準拠し，スチールファイバーおよび鉄筋が負担するせん断力を無視し，ダックスモルタルのみがせん断を負担するものとして算出した．
なお，設計せん断耐力の計算に用いる断面諸定数は，8 角形断面の外郭に内接する円と等価な正方形断面に換算して算出した．図－１２のとおり，すべての断面において作用せん断力が設計せん断耐力以下になっており，制限値を満足した．

図－１２ せん断耐力照査結果
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４．セグメントの製作
本アンテナ塔のセグメント製作は，当社の久留米工場で行った．セグメントの製作工程を図－１３に示す．
部材の製作日数は型枠組立からプレキャストセグメントが完成するまで約 2 週間であった．
底枠組立

鉄筋･シース組立

側枠組立

ダックスモルタル打設

高温蒸気養生

側枠脱枠

製品取出

製品仕上

図－１３ セグメントの製作工程（1）型枠組立
型枠組立完了時の全景を写真－４に示す．型枠は全長 40.0m を横置きし，5.0ｍ毎に仕切り板を設置した．

写真－４ 型枠全景（2）ダックスモルタルの製造および打設
ダックスモルタルの練混ぜは，図－１４のとおり行った．スチールファイバーの投入状況および打込み時の状況をそれぞれ，写真－５および写真－６に示す．ダックスモルタルは優れた流動性および材料分離抵抗性を有しているため，振動締固めを行わなくても充填性が良好であり，脱枠後のセグメントにひび割れや充填不良などの不具合は認められなかった．なお，充填を目的とする振動締固めを行うと，スチールファイバーが沈降し，その均一性が失われることが懸念されたため，振動締固めは行わなかった 5)．また，打重ね部や合流部はスチールファイバーの連続性が確保できなくなる可能性があり，弱点部になりやすいので，一区画内は連続打設を行った 5)．
W 投入
空練り
C＋S
30 秒

↓上段ミキサ

下段ミキサ→練混ぜ(1 次)
W＋C＋S
180 秒

練混ぜ(2 次)W＋C＋S＋SF
120 秒

→→排出

* Ｗ：水，Ｃ：セメント，Ｓ：細骨材，ＳＦ：スチールファイバー

図－１４ 練混ぜ方法

写真－６ 打込み状況

写真－５ スチールファイバー投入状況
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（3）養生
70

ダックスモルタルの養生方法を図－１５に示す．モルタル

最高温度(60℃)：24時間

60

打設後から３日程度（１次養生：20℃×45 時間，2 次養生：とにより，養生後の硬化組織がより緻密化し，高強度を発現するとともに，収縮やクリープが大幅に低減し，耐久性も向上すると考えられる 5)．蒸気養生の状況および脱枠直後の状況をそれぞれ，写真－７および写真－８に示す．

温度(℃)

60℃×24 時間）の蒸気養生を行った．高温蒸気養生を行うこ

50

15℃/h

15℃/h
以下

4030

前置き：45h2010

脱枠

蒸気養生終了

0012

2436
4860
養生時間(h)7284

図－１５ 養生方法

写真－７ 養生状況

写真－８ 脱枠状況（4）品質管理
ダックスモルタルを製造する際の品質管理項目は，モルタルフロー，単位水量，空気量，モルタル温度，塩化物量および圧縮強度とした．ダックスモルタルは高強度材料であり，厳密は品質管理が要求されるため，モルタルフローに関しては全バッチ試験を行った．品質管理試験の結果はすべて基準値を満足しており，安定した品質のモルタルを製造することができた．
（5）完成
セグメントの出荷前の完成状況をそれぞれ，写真－９および写真－１０に示す．本アンテナ塔の建設場所
は見通しの良い平地であるので，周辺環境との調和を図る必要があったことから景観性を考慮し，表面の塗装を行った．なお，塗装の色は(社)日本塗装工業会で定められている CN－65 とした．

写真－９ 完成状況(斜方向より)

写真－１０ 完成状況(正面より)
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５．ダックスポールの施工
本アンテナ塔の施工ステップおよび施工工程をそれぞれ，図－１６および図－１７に示す．施工ステップ
図における，ステップ１からステップ８までの施工状況を写真－１１～写真－２４に示す．セグメントの組
立は 50ｔラフタークレーンを使用し，横向きに架台上に仮置きしたセグメントを，１セグメント毎に親子で鉛直に起こし，所定の位置へ建て込んでいった．プレストレスの導入は，偶数セグメント（2 セグメント毎）において，ＰＣ鋼棒を４本緊張し，鉛直方向のプレストレスを導入した．
当社は塔体の施工を担当しており，フーチングは他業者による施工であったため，フーチング内に埋め込むアンカーの設置からフーチングが完成するまで，２週間程度の作業できない期間があったが，その後の作業は図－１７の施工工程のとおり連続して行うことができた．
本工事における施工上の工夫および留意点は以下のとおりである．
①足場はブラケット足場とし，セグメントを仮置きしている段階で地組しておく方法とした(写真－１３)．
②所定の位置に建て込んだセグメントは，緊張するまでの間は仮留めのプレートで固定しておき，上のセグメントの作業へ進む方法とした(写真－１８)．
③ＰＣ鋼棒は同一箇所で４本の緊張とし，緊張による偏圧を作用させないために，ジャッキ２台を対称に配置して同時に緊張した(写真－１９)．
④グラウトは鉛直方向の注入であるので超低粘性タイプのものとし，混和剤にはポゾリス GF-1820 を使用した．グラウトの充填は 5ｍ毎に設けた排出口により確認した．
⑤施工は高所作業が主となるため，墜落災害防止および落下物防止に特に注意を払った．安全帯は昇降用および作業用の 2 丁掛けとし，掛替えの際においても必ず安全帯が機能するようにした．さらに，資材の上げ下ろしなどは，袋およびかごを必ず使用して，不注意による物の落下がないようにした．
１．アンカー埋込み

２．枠組足場組立

３．基部（ Ｎ ０ ． １ ） ブロック建込

フーチング打設

目地モルタル打設

４．Ｎ ０ ． ２ ブロック建込
Ｐ Ｃ 鋼棒緊張（ ４ 本）

６．Ｎ ０ ． ５ ， ６ ブロック建込

７．Ｎ ０ ． ７ ， ８ ブロック建込

８．付属物など取付け

Ｐ Ｃ 鋼棒緊張（ ４ 本）Ｐ Ｃ 鋼棒緊張（ ４ 本）Ｐ Ｃ 鋼棒緊張（ ４ 本）

根巻きコン打設

塔高 ４ ０ ． ０ ｍ

５．Ｎ ０ ． ３ ， ４ ブロック建込

図－１６ 施工ステップ図
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工

種

1日目

2日目

3日目

4日目

5日目

6日目

7日目

8日目

枠 組 足 場 組 立部

材搬入

基 部 BL 建 込 み
目地モル タル 打設
2 ～ 4 BL 建 込 み
5 ～ 6 BL 建 込 み
7 ～ 8 BL 建 込 みP

C 鋼 棒 緊 張

グ

ラウト根

巻き工

避 雷 針 取 付 け
足片場

解付体け※ＰＣ鋼材の緊張は，偶数セグメント(2 セグメント毎)において行

図－１７ 施工工程

写真－１１ アンカー設置

写真－１２ 枠組足場組立

写真－１３ セグメント仮置き

写真－１４ No.1 ブロック建込み

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写真－１５ ＰＣ鋼棒接続（基部）

写真－１６ 無収縮モルタル打設（基部）

写真－１７ No.2 ブロック建込

写真－１８ 仮留めプレート取付け

写真－２０ No.4 ブロック建込み

写真－１９ ＰＣ鋼棒緊張

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写真－２１ No.6 ブロック建込み

写真－２２ No.8 ブロック建込み

写真－２３ 付属物など取付け

写真－２４ 根巻きコンクリート

本工事の施工体制は，元請がサンワコムシスエンジニアリング株式会社であり，当社は下請けとして施工を行った．参考までに当社が行った施工範囲を表－７に示す．
表－７ 当社の施工範囲
施工業者

施工箇所

ピーエス三菱埋込みアンカーフーチング内他業者

フーチング

設計基準強度 30N/mm2

ピーエス三菱ダックスポール(塔体)ピーエス三菱

昇降設備

ピーエス三菱避雷針

ピーエス三菱金物取付け

他業者

アンテナ取付け他業者

その他通信設備

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備考

アンテナ取付け用など

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６．まとめ
本工事は，初めてのダックスポールの施工であったが施工性に問題はなく，安全に施工を完了することができた．また，懸念事項であったＰＣ鋼棒のカップリングに関しても，ディビダーク工法用のＰＣ鋼棒を使用することで，手間取ることなく順調に施工できた．
ダックスポールは高強度材料を有効に活用した新しい形式のＰＣ構造物であり，本アンテナ塔の実績により，その有効性および将来性などが評価され，プレストレストコンクリート技術協会賞(技術開発部門)を受賞した．ダックスポールは鋼製の塔に比べ，耐久性，景観性および経済性の面で優れており，プレストレストコンクリートの新たな市場が広がると期待される．今後は，アンテナ塔に限らず，空港や高速道路における照明塔などへ，適用を拡大したいと考えている．
謝辞
本アンテナ塔の計画から完成までには，営業，設計，製作および施工と多方面に渡って多くの方々にご協力を頂いた．ここに，ご協力頂いたすべての関係各位に深く感謝申し上げます．
参考文献
1) 通信鉄塔設計要領･同解説 (社)建設電気技術協会，pp.46-63，2003 年
2) 建築物荷重指針・同解説 日本建築学会，p.16，2004 年
3) 建築基準法施工令 第 88 条
4) 桜田道博，パンマワン ゴンケオ，大山博明，森拓也：ダックスポールの開発－超高強度繊維補強モルタ
ルを用いた塔状構造物の載荷実験－，ピーエス三菱技報，4 号，pp.11-14，2006 年
5) 超高強度繊維補強コンクリートの設計･施工指針(案) 土木学会，pp.63-65

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