孔あき鋼板を活用した風力発電タワー基礎接合部の検討
田中勇志
1. 目的・背景
本研究では，風力発電タワーと基礎の新しい接合形式の
提案を行うことを目的とする．現状標準的な形式は，アンカ
ーボルト方式である．アンカーボルト方式は，施工性には優
れているが，ベースプレートに斜め方向ひび割れのコーン状
破壊が起こり，タワーが基礎材から抜け出す可能性も指摘さ
れている．従って，本研究では，鋼製タワーとコンクリート
基礎の新たな接合形式として，孔あき鋼板による基礎の設計
図 1 海ノ中道
を行った．
2. 設計荷重の算出
新しい接合形式の風車を設計するため，福岡県福岡市海ノ
中道を対象とし，寸法や発電規模を具体的に風車の想定設計
を行う(図 1)．タワーの高さ，及びナセルは，日本大学，郡山
の風車を参照した.また，設計荷重は，日本大学の風車に作用
する速度圧の比率(補正係数)によって算出した(表 1)．
図 2 基礎の寸法
2.1 設計荷重の決定
風車の設計荷重を算出するにあたって，長期荷重と短期荷
重を設定する必要がある．長期荷重は，風荷重と固定荷重か
ら求めることができ，短期荷重は，風荷重と固定荷重に加え
て，地震荷重を考慮することで求めることができる．暴風時
においては，固定荷重と暴風時の風荷重から算出する．日本
大学の風車に作用する設計荷重に表 1 の補正係数を掛けた値
を表 2 に示す．
図 3 標準配筋図
3. 基礎の検討
表 1 補正係数
基礎の寸法を，図 2 に示す．必要鉄筋量を決め，配筋し
た．単位幅当たりの鉄筋量に安全率を掛けると，基礎筋
As=10.74 cm2，はかま筋 A’s=5.37 cm2 となった．従って，
風速
長期
短期
日大(m/s)
11
25
60
本研究(m/s)
11
25
34
たりの鉄筋量は次式となり，必要鉄筋量を満足した．構造
計算より得られた標準配筋図を図 3 に示す．
2.865cm2 × 100cm⁄25cm /本 = 11.46cm2 > 𝐴𝑠 = 10.74cm2
{
2.865cm2 × 100cm⁄50cm /本 = 5.73cm2 > 𝐴𝑠 = 5.37cm2
本研究の対象地 補正係数α
qy/qn
qy(N/m2)
146
752
1083
190.26
982.5
1818
1.303
1.307
1.679
表 2 設計荷重
引張鉄筋断面積 As は D19 を 25cm ピッチで配筋，圧縮鉄
筋断面積 A’s は D19 を 50cm ピッチで配筋すると，1m 当
日大速度圧
qn (N/m2)
参照した風車
(郡山市)
本研究の
風車
定格運転時
カットアウト時
暴風時
短期
地震
定格運転時
長期
カットアウト時
暴風時
短期
地震
長期
風速
11m/s
25m/s
45～60m/s
―
11m/s
25m/s
34m/s
―
N(kN)
175.5
175.5
175.5
175.5
175.5
175.5
175.5
175.5
Q(kN) M(kNm)
13.1
239.7
19.8
268.1
1.5
47.0
146.2 2339.5
17.1
312.4
25.9
350.4
2.5
78.9
160.9 2459.4
4．接合部形式の比較
新しい接合部の形式として孔あき鋼板(PBL)を使用した接合部の形
式(以下，PBL 方式とする)を検討した．従来のアンカーボルト方式と
PBL 方式の引張力を算出し，比較する．
4.1 アンカーボルト方式
比較対象とした日本大学の風車基礎ではアンカーボルトが，30 本
使用されている(図 4)．この基礎に，本研究計画地での風車設計荷重
を入力すると，合計引張耐力 Ttotal は，1280.9kN となった．
図 4 アンカーボルト方式
4.2 PBL 方式
表 3 引張耐力
孔あき鋼板は，板厚 t=12mm，孔径 d=80mm の鋼板を使用
Ti (kN)
T1
122.5
T2
120.2
T3
113.2
T4
101.9
T5
86.6
T6
68.1
T7
46.9
T8
23.9
する．孔は，32 個として耐力を算出する．γｂは部材係数(=1.0),
fcd’はコンクリートの設計圧縮強度(=21N/mm2)．孔一個当た
りの設計せん断耐力 Qa は下記による．
4.31A − 39.0 × 103
(1)
𝑄𝑎 =
𝛾𝑏
1⁄
2
𝜋𝑑 2 𝑡
A=
( )
4 𝑑
′
𝑓𝑐𝑑
(2)
図 5 PBL 方式
式 (1), 式 (2) よ り ， 孔 一 個 当 た り の 設 計 せ ん 断 耐 力
Qa=137.2kN となる．孔一個当たりのせん断力がこの値以下となれば
良い．タワーの底を半円とし(図 4)，引張耐力を算出すると，表 3 よ
り，Qa>Ti となり，条件を満足する．また，孔 32 個の合計引張耐力
Ttotal は．
1366.3kN となった．
上記の結果から孔径を 80mm にすると，
貫通鉄筋を用いずとも，必要な耐力を得ることができる．基礎概要
図を図 5 に示す．
図 6 基礎概要図
5．模型作製
縮尺鉄筋を用いて模型作製を行った． 寸法は，縮尺 1/24 とした．
完成図を写真 1 に示す．また，従来のアンカーボルト方式と本研究で
提案した PBL 方式について，施工性の比較を行った．その結果，PBL
方式の方が，基礎の配筋後，基礎接合部にタワーを設置するだけとな
り，施工が容易となった．
6. 結論
写真 1 模型完成図
ベースプレートに斜め方向ひび割れのコーン状破壊，タワーが基礎材から抜け出すなどといった従来のアン
カーボルト方式の懸念点を克服するため，PBL 方式を用いた接合部の設計を行った．また，本研究の条件の
もとでは，PBL に貫通鉄筋を必要としないため，施工性に関してもアンカーボルト方式に比べると優れている
ことを確認した．
参考文献
1) 国土交通省：国土地盤情報検索サイト「Kunijiban」
，www.kunijiban.pwri.go.jp/
2) 荒井秀樹：構造計算書，日本大学工学部環境保全・共生共同研究センター風車設置工事，2002
3) 土木学会：風力発電設備支持物構造設計指針・同解説，2010
4) 土木学会：複合構造標準示方書 64-67，2009
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