JP2762096B2 - 超高層タワー - Google Patents

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震荷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、フランス国のエッフェル塔、ソビエト連
邦のモスクワタワーなど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
構造に組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ーなどで
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組んで積
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）を生じることは力学的考察において明らかであ
る。この事実によれば、従来構造の高層タワーは風荷重
や地震荷重によって揺れ易く、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展望台に登った人
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
ーンやヘルコプターなど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ーの用意とその使用に莫大な費用が
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１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の上端に前記コア１に定着して同コア１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。

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固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は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が水平に設置し、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１の地上部分とはステイケーブル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７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１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、風荷重Ｑ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１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１の変位を起させることがある。一
方、第１図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
震荷重）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揺れない
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イケーブル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及びステイケーブル
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、ステイケーブル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の圧縮方
力とつり合いを保つ。第四に、タワーの風荷重による転
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ってタワ
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１の水平的なブレ
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２図と第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１とアンカーケー
ブル７及びステイケーブル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
をステイケーブル６で支持せしめる（第４図ａ）。続い
てコア１の高さを次第に増してゆき、その都度ステイケ
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（第４
図ｅ）、さらにその上にアンテナ11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
組み立てられている。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１は、第６図と第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
形のブレース18を組み入れ、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′、エレベータシャフト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15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22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′、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、ステイケーブル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又はステイケーブル６は、それぞ
れ第８図に示したように、ケーブルの上端を細い数本の
ストランドにしてコアモジュールボックス１′の継手板
22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
わる上向きの揚力に対しては、コーナー管16の固定プレ
ート25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、結果的に細策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図参
照）に作る上で必要な諸力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イケー
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
とステイケーブル６及びＹ形ケーブル８は、コア１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
にブレースしている。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10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１の水平的なブレー
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１及びケーブル網の完全な建て
方が終わると、第４図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。展望台10は、これ
を４個のプレハブエレメント10′に分け地上において組
み立てを行なう。そして、これら４個のプレハブエレメ
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、又は対称ペアの関係で
滑り上げる。滑り上げたプレハブエレメント10′は、コ
ア１の上端に定着させ、次いで展望台外周の壁エレメン
ト29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の地表土の状態がアンカ
ーケーブル等を岩盤層へ定着する事が不可能な条件下で
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13図に示したとおり、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
とステイケーブル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１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、Ｖ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１と圧縮リング３、及
びステイケーブル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
するステイケーブル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、ステイケーブル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。タワーの風荷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、超々高層タ
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10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。 １……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 ４……平衡ケーブル、６……ステイケーブル ８……Ｙ形ケーブル

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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イ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. 【請求項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。