JPH02213573A - 超高層タワー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、市街の展望及び超高アンテナの設置などを
目的として建てられる超高層タワー　特に地上４００ｍ
以上の高さから成り、プレストレスが導入されたケーブ
ルネットの抵抗で風荷重や地ＭＩＮ重によって揺れない
構成とした超高層タワーに関する。

従来の技術 従来、我国の高層タワーとしては、東京タワーが著名で
ある。また、フランス国のエラフェル塔、ソビエト連邦
のモスクワタワーなとも高層タワーとしては良く知られ
た存在である。

これら従来の高層タワーは、いずれも鉄骨材をトラス構
造に絹んで積み上げた構成である。その構築工法として
は、プレハブ方式が採用されてはいるものの、鉄骨材そ
の他の建築要素を順次クレーンやヘリコプタ−なとで吊
り上げて組み立てる（積み上げる）手法が実施されてい
る。

本発明が解決しようとする課題 従来の高層タワーは、鉄骨材をトラス構造に絹んで積み
上げた構成であるため、これに風荷重が水平力として負
荷すると、第１４図に水平荷重と変形のモデルを誇張し
て示したように、構造物ａは水平荷重Ｑと同方向に撓み
（変形）を生ずることは力学的考察において明かである
。この事実によれば、従来構造の高層タワーは風荷重や
地震荷重によつて揺れ易く、その揺れがタワーの耐力や
耐震性能上に例えば引張り側には極限破壊が、圧縮側に
は座屈が発生するといった悪影響を及ぼすことが知られ
ている。また、高層タワーの揺れは眉望台に登った人々
の居住性を著しく悪化させることを意味し、これらが結
局タワーのより一層の′高層化を阻む要因となっている
。

さらに、従来のように鉄骨材その他の建築要素をクレー
ンやヘリコプタ−なとで吊り上げて順次組み立て建築す
る手法によれば、ある程度のプレハブ化方式の実行は可
能であるとしても、危険な高所作業が多く、また、クレ
ーンやヘリコプタ−の用意とその使用に輿入な費用がか
かるという問題点があり、これらが解決すべき課題とな
っている。

課題を解決するための手段 （第１〜第３の発明） 上記従来技術の課題を解決するための手段として、この
発明に係る超高層タワーは、図面に実施例を示したとお
り、地盤の地表部又は地表部近くにアンカーケーブルを
強固に定着可能な岩盤が存在する条件下では、 圧縮力を負担するコアｌを所望の高さに建て、該コア１
の外周には下端を地盤（岩盤）２に定着された引張力を
負担するアンカーケーブル７を配置し、該アンカーケー
ブル７の上端を前記コア１に定着して同コアｌを支持せ
しめ、前記アンカーケーブル７の外周には水平方向にフ
ープケーブル９を設置し、アンカーケーブル７には風荷
重に対抗する大きさのプレストレスを導入し、このプレ
ストレスはコアｌの圧縮応力及びフープケーブル９のフ
ープ応力とのつ２り合いを保たせたことを特徴とする。

第二の発明は、地盤の状態が悪くアンカーケーブルの定
着を必要十分に強個に行なえない条件下においては、 圧縮力を負担するコア１を地中一定の深さ位置から所望
の高さに建て、該コア１の外周の地表部には圧縮リング
３を水平に設置し、該圧縮リング３と前記コア１の下端
部との間には平衡ケーブル４を設置し、同圧縮リング３
とコアｌの地上部分とはステーケーブル６で連結し、ま
た、下端を前記圧縮リング３に定着された引張力を負担
するアンカーケーブル１？の上端をコア１に定着して同
コア１を支持せしめ、さらに、前記アンカーケーブル７
の外周には水平方向にフープケーブル９を設置し、アン
カーケーブル７には風荷重に対抗する大きさのプレスト
レスを導入し、このプレストレスはコア１の圧縮応力及
びフープケーブル９のフープ応力とのつり合いを保たせ
たことを特徴とする。

なお、上記第１、第２の発明に係る超高層タワーにおい
て、フープケーブル９とコア１とは、両者の間に水平方
向に張設したＹ形ケーブル８の網状構造によって連結し
たことも特徴とする。

作　　　　　用 アンカーケーブル７に導入された風荷重に対抗する大き
さの引張りのプレストレスは、フープケーブル９のフー
プ応力及びコア】が負担した圧縮応力とそれぞれつり合
いを保つ、フープケーブル９の抵抗によってアンカーケ
ーブル７の立面形状が保持される。

したがって、第１図に本発明に係る超高層タワーの水平
荷重（風荷重）と変形のモデルを誇張して示したように
、風荷１１Ｑによって図中左側のアンカーケーブル７が
点線図示の形に変形しようとしても、同アンカーケーブ
ル７に伸びがなく、しかも同アンカーケーブル７の立面
形状がフープケーブル９のフープ応力による拘束を受け
ているため、前記アンカーケーブル７の変形はその上端
支点の位置が風荷重Ｑの方向と反対向きに相当量の変位
δを生じてはじめて可能であることは、幾何学的検討に
よって得られる解である。そして、このような事実は、
コアｌが風荷重を受けて誘発される力にアンカーケーブ
ル７が抵抗する場合にも全く同じであり、風荷重の方向
と正反対側にコアｌの変位を起させることがある。一方
、第１１１！１の図中右側のアンカーケーブル７が同じ
く風荷重Ｑを受けて点線図示のように風荷重の向きと同
方向の図中右側へ膨らむ変形をしようとするときは、同
アンカーケーブル７が圧縮されないかぎり、同アンカー
ケーブル７の上端支点の位置が風荷重Ｑの向きと正反対
側へ相当量の変位δを生じ、もって余長さ分を解消して
はじめて前記アンカーケーブル７の変形が可能であるこ
とも、幾何学的検討によって得られる解である。

以上要するに、この超高層タワーは、風荷重（又は地ａ
ｒｔｓ重）を受けても、アンカーケーブル７に導入した
プレストレスの大きさが適切であるかぎり、同アンカー
ケーブル７の効果的な抵抗によってタワーは全く播れな
いか又は揺れを極めて小さく抑制することができるとい
う訳である。

次に、第２の発明に係る超高層タワーの場合は、第１３
図に原理図を示したように、アンカーケーブル７及びコ
ア１の上部を支えるステーケーブル６を圧縮リング３に
定着し、また、コア１の下端を通る平衡ケーブル４も圧
縮リング３に定着しているので、第一に、アンカーケー
ブル７の張力とつり合ったコア１の圧縮荷重（鉛直荷重
）は平衡ケーブル４に必要十分なる下向きの反力を与え
る。

第二に、アンカーケーブル７及びステーケーブル６に発
生した応力の垂直分力は前記平衡ケーブル４に発生した
応力の垂直分力とつり合う、第三に、アンカーケーブル
７、ステーケーブル６及び平衡ケーブル４それぞれに発
生した応力の水平分力は。

圧縮リング３の圧縮応力とつり合いを保つ、第四に、タ
ワーの風ｒＲ１による転倒モーメントには、圧縮リング
３の全長にわたり地盤２から誘発される反作用が対抗す
る。

かくして、この超高層タワーは、地盤２の表層土の状態
がアンカーケーブル７の定着を必要十分な強度で行なえ
ない場合でも、上記力の多角形つり合いによつてタワー
の優れた安定性が提供されるのである。

Ｙ形ケーブル８は、アンカーケーブル７の立面形態を作
り、かつ同アンカーケーブル７に引張りプレストレスを
導入することに役立つ、また、コアｌの水平的なプレー
スの役目をも果たす、Ｙ形ケーブル８のジャッキングに
よってアンカーケーブル７にプレストレスが導入され、
この場合ジャッキングの力はかなり小さくて済む。

実　　施　　例 第２１！ｌと第３図に示した超高層タワーは、地盤２の
地上又は地上近くに岩盤層があり、コアｌとアンカーケ
ーブル７及びステーケーブル６はそれぞれの下端を岩盤
中にコンクリート基礎５で定着して建設されたものを示
している。その主要な建設工程は第４図ａ〜ｆに示した
とおりである。

即ち、まずある単位高さのコア１を垂直に建て、これを
ステーケーブル６で支持せしめる（第４図ａＬ　　続い
てコアｌの高さを次第に増してゆき、その都度ステーケ
ーブル６とアンカーケーブル７及びＹ形ケーブルの基準
軸ケーブル８′を順次に追加してその支持を行なう（第
４図ｂ＊　　Ｃ＋　　ｄ　）　＊コア１及びケーブル網
の完全な建て方が終わると、同コア１の最頂部に展望台
１０を設置しく第４図ｅ）、さらにその上にアンテナ１
１が建てられる（第４図ｆ）。

フープケーブル９は、タワーが最大高さに達するに従い
、基準軸ケーブル８′の外周位置に追加的に設置される
。そして、フープケーブル９の面内には、コア１との間
にＹ形ケーブル８が水平方向に設置される。第５図のよ
うに直角４方向張られた基準軸ケーブル８′の途中位置
に、第９図に示したような金具を使用して両側斜め４５
°方向に対称的な配置でＹ形ケーブル８がＹの字の形に
絽み立てられている。このＹ形ケーブル８は、アンカー
ケーブル７の立面形状を作るため、及びアンカーケーブ
ル７に引張力のプレテンションを導入するのを容易なら
しめるため必要に応じて加えられる。

コアｌは、第６１！ｌと第７図に示したプレハブ方式の
コアモジュールボックス１′の積み重ねにより建設され
ている。鉛直荷重及びアンカーケーブル７による圧縮負
荷を担うコーナー管１６を四隅位置に持ち、これらはそ
の上下両端部に水平方向に配置したタイバー１７で接合
されている。そして、隣合うコーナー管１６．１６の間
の面内にＸ形のプレース１８を結み入れ、さらに羽目板
１９で囲んで箱形のコアモジュールボックス１′が構成
されている。このコアモジュールボックス１′の中には
、非常用出口階段２０やホール２０′エレベータシヤフ
）２１などを建て込んである。

このような構成のコアモジュールボックス１′は地上で
製作を□完成される。

コーナー管１６には側部レール２３が付設されており、
前記のように地上で製作されたコアモジュールボックス
１′は、既に建てられた建設途上のコア１の側部レール
２３を利用して滑り上げて積み重ねられる。そのために
建設途上のコア１の上端にはガントリークレーン（又は
施工用構台）１５が設置されている。このガントリーク
レーン１６が、コアモジュールボックス１′を直前に位
置決め固定したボックスの直上の位置まで滑り上げる。

コーナー管１６の上下の端部には鋳物製の継手板２２が
取り付けられている。第８図に示したように、継手板２
２を上下に重ね合わせボルト２４で接合することにより
、上下のコアモジュールボックス！’、１’が一体的構
造に積み重ねられている。その後でガントリークレーン
１５は、たった今、積み重ねられて次順のコアモジュー
ルボックスの位置決め用意ができた最高位のコアモジュ
ールボックス１′をその天端まで滑り上がる。

こうした建築工程のくり返しによりコア１が目標の高さ
に達する度に、ステーケーブル６又はアンカーケーブル
７がコアの安定のために追加的に張設される。さらにＹ
形ケーブル８がアンカーケーブル７に張力を付与するこ
とを容易にするため必要に応じて加えられる。

アンカーケーブル７又はステーケーブル６は、それぞれ
第８図に示したように、ケーブルの上端を纏い数本のス
トランドにしてコアモジュールボックス１′の継手板２
２に連結した上で、コーナー管１６に予め形成されてい
るスリットを通じて引き出されている。このケーブルに
加わる上向きの振力に対しては、コーナー管１６の固定
プレート２６が抵抗する。アンカーケーブル７の平面的
なケーブル模様は、結果的に細索のテンションフープと
なる。このアンカーケーブル７を所望の立面形状（第３
ＩＪ！ｉ参瞭）に作る上で必要な諸刃とつり合わせるた
め、該アンカーケーブル７は下方になるにしたがい途中
から倒立Ｙ形状の２本ずつに分岐して外広がりに張設さ
れている。

Ｙ形ケーブル８は、第８図に示したようにステーケーブ
ル６又はアンカーケーブル７が定着されない独自の継手
板２２に連結されている。こうしてアンカーケーブル７
とステーケーブル６及びＹ形ケーブル８は、コアｌの全
高にわたり、上下方向に等しい間隔でコア１を水平方向
にプレースしている。Ｙ形ケーブル８の張設構造の要部
の平面形状を第９図に示した。アンカーケーブル７とＹ
形ケーブル８との連結金物２６からはハンガーケーブル
２７を懸垂し、このハンガーケーブル２７を利用して第
１Ｏ図の懸垂屋根２８が吊設されている。

フープケーブル９の張力（プレストレス）は、Ｙ形ケー
ブル８のプレストレスを減少させる。但し、全ての負荷
条件の下でＹ形ケーブル８がコアｌの水平的なプレース
の役目を果たせるようにフープケーブル９に適切な大き
さのプレストレスを維持せしめる。

以上のようにしてコアｌ及びケーブル網の完全な建て方
が終わると、第４１！！Ｊ　ｅに示した工程として、コ
ア１の上端に展望台１０の組み立てを行なう、ＮＡ望台
１０は、これを４個のプレハブエレメント１０′に分は
地上において組み立てを行なう。

そして、これら４１１Ｍのプレハブエレメント１０′は
、第１１図に示したように、コア１の側部レール２３を
利用してそれぞれ単独に、又は対称ベアの関係で滑り上
げる。滑り上げたプレハブエレメント１０′は、コア】
の上端に定着させ、次いで展望台外周の壁エレメント２
９を矢印のように展開し、さらに床エレメント３０も展
開して各々の要素を一体的に接合することにより完成さ
れる。

こうしたプレハブ工法の採用により、展望台１０の構築
のための高所作業は最少限度に抑えられる。

次いで、ガントリークレーン１５の上方に収縮状態で用
意しておいたアンテナ１１をその全高状態にまで伸長さ
せ、第４図ｆのようにタワーの建築が完成される。

第２の実施例 第１２図は、地上部分の構造こそ上記第１実施例のタワ
ーと実質同じであるが、地盤２の地表上の状態がアンカ
ーケーブル等を岩盤層へ定着する事が子可能な条件下で
建設された超高層タワーを示している。

その代替解決法の原理は第１３Ｅ！Ｉに示したとおり、
地面上に圧縮リング３を水平に設置し、アンカーケーブ
ル７とステーケーブル６の下端はそれぞれ圧縮リング３
に定着されている。圧縮リング３の中心位置にコアｌが
位置し、同コア１は地中一定の深さ位置から目標の高さ
まで建てられている。同コア１の下端と連結された平衡
ケーブル４は、７字形の配置として両端をやはり圧縮リ
ング３に定着されている。これらコアｌと圧縮リング３
、及びステーケーブル６、アンカーケーブル７、平衡ケ
ーブル４は、それぞれ力の多角形により垂直方向及び水
平方向のつり合いが保たれている。

平衡ケーブル４は、コア１の重量と圧縮リング３に対す
るステーケーブル６、アンカーケーブル７の張力及び地
盤２の反作用との垂直的力の平衡を提供する。水平方向
の力の平衡は、平衡ケーブル４、ステーケーブル６、ア
ンカーケーブル７の張力と圧縮リング３の圧縮強度との
つり合いによって与えられる。平衡ケーブル４の垂直分
力は、コア１の鉛直荷重及びアンカーケーブル７の張力
とつり合いを保つ、タワーの風ｉ＋＃重による転倒モー
メントには、圧縮リング３の全長にわたる地盤２の反作
用が対抗し、もってタワー全体として優れた安定性が確
保されているのである。

本発明が奏する効果 以上に実施例と併せて詳述したとおりであって、この発
明に係る超高層タワーは、圧縮力を負担するコア１と、
その周囲に設置された風荷重に抵抗する大きさのプレス
トレスが導入されたアンカーケーブル７、フープケーブ
ル９などのケーブルネットより成り、該ケーブルネット
のプレストレスの大きさの適正によって風荷重や地震荷
重に抵抗し揺れない構造となっているので、タワーに登
った人々の居住性を著しく良好ならしめると共に同タワ
ーの耐力、耐震性能を大きく向上するので、ひいてはタ
ワーのより一層の高層化が可能であり、超高層タワーの
実現性をもたらすのである。

勿論、鉄骨構造に比して使用鋼材量がはるかに少なく、
その加工や組み立ての手間もはるかに少ないので、建設
費を大きく低減できるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超高層タワーの水平荷重（風荷重
）と変形のモデル図、第２図と第３図は本発明の第１実
施例である超高層タワーを示した斜視図と立面図、第４
図（ａ）〜（ｆ）は前記超高層タワーの主要な建設工程
図、第５図はＹ形ケーブルの平面配置図、第６図と第７
図はコアをプレハブ化したコアモジュールボックスの例
を示した斜視図と平面図、第８図はコーナー管の接合と
ケーブルの取り付けの例を示した詳細図、第９図はＹ形
ケーブルの主要構造部分を示した平面図、第１Ｏ図は懸
垂屋根の要領図、第１１図は展望台のプレハブ化施工の
要領を示した平面図、第１２図はこの発明の第２実施例
である超高層タワーを示した斜視図、第１３図は前記超
高層タワーの構成原理図、第１４図は従来のタワーの水
平荷重と変形のモデル図である。 ４・・・平衡ケーブル ８・・・Ｙ形ケーブル ６・・・ステーケーブル ト・・コア　　２・・・地盤　　７・・・アンカーケー
ブル９・・・フープケーブル　　　３・・・圧縮リング
第 図 第 図 第 図 第 図 １′ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【１】圧縮力を負担するコアを所望の高さに建て、該コ
   アの外周には下端を地盤に定着された引張力を負担する
   アンカーケーブルを配置し、該アンカーケーブルの上端
   を前記コアに定着して同コアを支持せしめてあり、前記
   アンカーケーブルの外周には水平方向にフープケーブル
   が設置されており、アンカーケーブルには風荷重に対抗
   する大きさのプレストレスを導入し、このプレストレス
   はコアの圧縮応力及びフープケーブルのフープ応力との
   つり合いが保たれていることを特徴とする超高層タワー
   。 【２】圧縮力を負担するコアは地中一定の深さ位置から
   所望の高さに建て、該コアの外周の地表部に圧縮リング
   が水平に設置され、該圧縮リングと前記コアの下端部と
   の間に平衡ケーブルを設置し、圧縮リングとコアの地上
   部分とをステーケーブルで連結してあり、下端を前記圧
   縮リングに定着された引張力を負担するアンカーケーブ
   ルの上端をコアに定着して同コアを支持せしめてあり、
   前記アンカーケーブルの外周には水平方向にフープケー
   ブルが設置されており、アンカーケーブルには風荷重に
   対抗する大きさのプレストレスを導入し、このプレスト
   レスはコアの圧縮応力及びフープケーブルのフープ応力
   とのつり合いが保たれていることを特徴とする超高層タ
   ワー。 【３】フープケーブルとコアとは、両者の間に水平方向
   に張設したＹ形ケーブルの網状構造によって連結されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載した超高層タワー。