(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023180624
(43)【公開日】2023-12-21
(54)【発明の名称】半潜水浮体式基礎および半潜水浮体式基礎の構築方法
(51)【国際特許分類】
F03D 13/25 20160101AFI20231214BHJP
E02D 27/32 20060101ALI20231214BHJP
【ＦＩ】
F03D13/25
E02D27/32 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022094076
(22)【出願日】2022-06-10
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】白谷 宏司
(72)【発明者】
【氏名】石河 亮
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 貴紀
【テーマコード（参考）】
2D046
3H178
【Ｆターム（参考）】
2D046DA05
3H178AA03
3H178AA26
3H178AA43
3H178BB77
3H178CC22
3H178DD61X
3H178DD67Z
(57)【要約】
【課題】軽量化を可能とし、かつ、比較的簡易に構築することが可能な半潜水浮体式基礎と、この半潜水浮体式基礎の構築方法を提案する。
【解決手段】風車１１の支柱１２を支持するセンターカラム３と、センターカラム３を中心に間隔をあけて配設された３本のサイドカラム４，４，４と、センターカラム３とサイドカラム４とを接続するビーム５とを備える風力発電施設の半潜水浮体式基礎２である。センターカラム３は、鋼製のスラブ３１と、スラブ３１から立設された円筒状の本体部３２とを備えている。ビーム５は、ビーム用緊張材５５が配設されたプレストレスコンクリート製である。ビーム５とスラブ３１との間には、コンクリートと鋼材とを組み合わせてなる複合プレキャストセグメント６が介設されている。この複合プレキャストセグメント６には、ビーム用緊張材５５の定着部６２が形成されている。
【選択図】図２
【解決手段】風車１１の支柱１２を支持するセンターカラム３と、センターカラム３を中心に間隔をあけて配設された３本のサイドカラム４，４，４と、センターカラム３とサイドカラム４とを接続するビーム５とを備える風力発電施設の半潜水浮体式基礎２である。センターカラム３は、鋼製のスラブ３１と、スラブ３１から立設された円筒状の本体部３２とを備えている。ビーム５は、ビーム用緊張材５５が配設されたプレストレスコンクリート製である。ビーム５とスラブ３１との間には、コンクリートと鋼材とを組み合わせてなる複合プレキャストセグメント６が介設されている。この複合プレキャストセグメント６には、ビーム用緊張材５５の定着部６２が形成されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
風車の支柱を支持するセンターカラムと、
前記センターカラムを中心に間隔をあけて配設された複数のサイドカラムと、
前記センターカラムと前記サイドカラムとを接続するビームと、を備える風力発電施設の半潜水浮体式基礎であって、
前記センターカラムは、鋼製のスラブと、前記スラブに立設された円筒状の本体部と、を備えており、
前記ビームは、ＰＣ鋼材が配設されたプレストレスコンクリート製であり、
前記ビームと前記スラブとの間には、コンクリートと鋼材とを組み合わせてなる複合プレキャストセグメントが介設されていて、
前記複合プレキャストセグメントには、前記ＰＣ鋼材の定着部が形成されていることを特徴とする、半潜水浮体式基礎。
前記センターカラムを中心に間隔をあけて配設された複数のサイドカラムと、
前記センターカラムと前記サイドカラムとを接続するビームと、を備える風力発電施設の半潜水浮体式基礎であって、
前記センターカラムは、鋼製のスラブと、前記スラブに立設された円筒状の本体部と、を備えており、
前記ビームは、ＰＣ鋼材が配設されたプレストレスコンクリート製であり、
前記ビームと前記スラブとの間には、コンクリートと鋼材とを組み合わせてなる複合プレキャストセグメントが介設されていて、
前記複合プレキャストセグメントには、前記ＰＣ鋼材の定着部が形成されていることを特徴とする、半潜水浮体式基礎。
【請求項2】
前記スラブは、底面に設けられたスラブ用底鋼板と、上面に設けられたスラブ用上鋼板と、を備えており、
前記本体部は、プレストレスコンクリート製であり、かつ、前記スラブ用上鋼板を貫通しており、前記本体部の下端が前記スラブ用底鋼板に当接しており、
前記本体部と前記スラブ用底鋼板との角部および前記本体部と前記スラブ用上鋼板との角部にそれぞれ鋼板からなる骨部材が立設されていて、
前記本体部の周壁には、前記周壁を挟んで対向する前記骨部材同士を繋ぐ鋼製のつなぎ材が配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の半潜水浮体式基礎。
前記本体部は、プレストレスコンクリート製であり、かつ、前記スラブ用上鋼板を貫通しており、前記本体部の下端が前記スラブ用底鋼板に当接しており、
前記本体部と前記スラブ用底鋼板との角部および前記本体部と前記スラブ用上鋼板との角部にそれぞれ鋼板からなる骨部材が立設されていて、
前記本体部の周壁には、前記周壁を挟んで対向する前記骨部材同士を繋ぐ鋼製のつなぎ材が配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の半潜水浮体式基礎。
【請求項3】
前記複合プレキャストセグメントは、
セグメント用底鋼板と、前記セグメント用底鋼板の上方に間隔をあけて配設されたセグメント用上鋼板と、を有する鋼製部と、
前記ＰＣ鋼材の位置に対応して、前記セグメント用底鋼板の前記ビーム側の端部および前記セグメント用上鋼板の前記ビーム側の端部に形成されたコンクリート製の前記定着部と、を備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の半潜水浮体式基礎。
セグメント用底鋼板と、前記セグメント用底鋼板の上方に間隔をあけて配設されたセグメント用上鋼板と、を有する鋼製部と、
前記ＰＣ鋼材の位置に対応して、前記セグメント用底鋼板の前記ビーム側の端部および前記セグメント用上鋼板の前記ビーム側の端部に形成されたコンクリート製の前記定着部と、を備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の半潜水浮体式基礎。
【請求項4】
請求項３に記載の半潜水浮体式基礎の構築方法であって、
前記複合プレキャストセグメントおよび前記ビームを構成するビーム用セグメントを製作するセグメント製作工程と、
前記ビーム用セグメントを所定の位置に配置して前記ビームを形成するビーム形成工程と、
前記ビームの基端部に前記複合プレキャストセグメントを設置する複合ＰＣセグメント設置工程と、
前記複合プレキャストセグメントを前記センターカラムに接続するセンターカラム接続工程と、
前記ビームの先端部に前記サイドカラムを接続するサイドカラム接続工程と、を備えており、
前記セグメント製作工程では、鋼板を組み合わせることにより前記鋼製部を製作する作業と、前記鋼製部を妻型枠として前記定着部を製作する作業と、前記複合プレキャストセグメントを妻型枠として前記ビーム用セグメントを製作する作業と、を行うことを特徴とする、半潜水浮体式基礎の構築方法。
前記複合プレキャストセグメントおよび前記ビームを構成するビーム用セグメントを製作するセグメント製作工程と、
前記ビーム用セグメントを所定の位置に配置して前記ビームを形成するビーム形成工程と、
前記ビームの基端部に前記複合プレキャストセグメントを設置する複合ＰＣセグメント設置工程と、
前記複合プレキャストセグメントを前記センターカラムに接続するセンターカラム接続工程と、
前記ビームの先端部に前記サイドカラムを接続するサイドカラム接続工程と、を備えており、
前記セグメント製作工程では、鋼板を組み合わせることにより前記鋼製部を製作する作業と、前記鋼製部を妻型枠として前記定着部を製作する作業と、前記複合プレキャストセグメントを妻型枠として前記ビーム用セグメントを製作する作業と、を行うことを特徴とする、半潜水浮体式基礎の構築方法。
【請求項5】
前記複合ＰＣセグメント設置工程では、設置誤差を計測して、前記複合プレキャストセグメントに調整用の鋼部材を固定し、
前記センターカラム接続工程では、前記鋼部材に前記センターカラムを固定することを特徴とする、請求項４に記載の半潜水浮体式基礎の構築方法。
前記センターカラム接続工程では、前記鋼部材に前記センターカラムを固定することを特徴とする、請求項４に記載の半潜水浮体式基礎の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水上風力発電施設の半潜水浮体式基礎および半潜水浮体式基礎の構築方法に関する。
【背景技術】
【0002】
温室効果ガスの排出量削減を目的として、再生可能エネルギーの需要が高まっている。再生可能エネルギーには、例えば、太陽光発電、風力発電、水力発電、地熱発電、バイオマス等がある。風力発電施設は、風車による騒音や振動が生活環境に影響を及ぼす場合があり、居住空間等への影響を十分に考慮する必要があることから、居住区域から離れた山間部などに設置されることが多い。しかしながら、大型の風車を設置する用地を山間部に確保することは難しく、また、風力発電施設までの交通路の確保や、送電線等の設置等も困難であった。そのため、風力発電施設を海上（水上）に設置することが検討されている。
水上に構造物を構築する場合において、基礎構造として浮体構造物を採用する場合がある。浮体基礎構造としては、セミサブマージブル型、スパー型、パージ型、ＴＬＰ型等がある。このうち、セミサブマージブル型基礎（半潜水浮体式基礎）は、センターカラムと、センターカラムの周囲に間隔をあけて配設された複数本のサイドカラムと、センターカラムとサイドカラムとを連結するビームとを備えてなり、波や風に対して優れた安定性能を有していることから、比較的実績が多い。
半潜水浮体式基礎は、鋼製部材を主体に構成されることが多い。一方、半潜水浮体式基礎をコンクリートにより構築すれば、コストダウンを図ることができる。例えば、特許文献１には、主な構造要素をコンクリート製とした半潜水浮体式基礎が開示されている。
水上風力発電施設の施工コストを削減することを目的として、半潜水浮体式基礎を浮かせた状態で岸壁に係留して、風車を岸壁上のクレーンにより設置する場合がある。この場合、吃水を岸壁の水深よりも小さくする必要がある。また、半潜水浮体式基礎は、バラストを配置することで、波や風による動揺を効果的に制限できるような吃水に調整する。
コンクリートは、鋼材に比べて自重が大きいため、半潜水浮体式基礎の主な構造要素をコンクリート製にすると、浮力を与える部位を大きくする必要があり、その結果、コンクリート数量が増えてしまう。
また、センターカラムとビームとの接合部では、風荷重や動揺による慣性力などにより大きな断面力が生じるため、鉄筋やＰＣ鋼材を密に配置する必要があり、施工に手間がかかる。
水上に構造物を構築する場合において、基礎構造として浮体構造物を採用する場合がある。浮体基礎構造としては、セミサブマージブル型、スパー型、パージ型、ＴＬＰ型等がある。このうち、セミサブマージブル型基礎（半潜水浮体式基礎）は、センターカラムと、センターカラムの周囲に間隔をあけて配設された複数本のサイドカラムと、センターカラムとサイドカラムとを連結するビームとを備えてなり、波や風に対して優れた安定性能を有していることから、比較的実績が多い。
半潜水浮体式基礎は、鋼製部材を主体に構成されることが多い。一方、半潜水浮体式基礎をコンクリートにより構築すれば、コストダウンを図ることができる。例えば、特許文献１には、主な構造要素をコンクリート製とした半潜水浮体式基礎が開示されている。
水上風力発電施設の施工コストを削減することを目的として、半潜水浮体式基礎を浮かせた状態で岸壁に係留して、風車を岸壁上のクレーンにより設置する場合がある。この場合、吃水を岸壁の水深よりも小さくする必要がある。また、半潜水浮体式基礎は、バラストを配置することで、波や風による動揺を効果的に制限できるような吃水に調整する。
コンクリートは、鋼材に比べて自重が大きいため、半潜水浮体式基礎の主な構造要素をコンクリート製にすると、浮力を与える部位を大きくする必要があり、その結果、コンクリート数量が増えてしまう。
また、センターカラムとビームとの接合部では、風荷重や動揺による慣性力などにより大きな断面力が生じるため、鉄筋やＰＣ鋼材を密に配置する必要があり、施工に手間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０１５－５１３０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、軽量化を可能とし、かつ、比較的簡易に構築することが可能な半潜水浮体式基礎と、この半潜水浮体式基礎の構築方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を解決するための本発明は、風車の支柱を支持するセンターカラムと、前記センターカラムを中心に間隔をあけて配設された複数のサイドカラムと、前記センターカラムと前記サイドカラムとを接続するビームとを備える風力発電施設用の半潜水浮体式基礎である。前記センターカラムは、鋼製のスラブと、前記スラブに立設された円筒状の本体部とを備えている。また、前記ビームはＰＣ鋼材が配設されたプレストレスコンクリート製である。さらに、前記ビームと前記スラブとの間には、コンクリートと鋼材とを組み合わせてなる複合プレキャストセグメントが介設されていて、この複合プレキャストセグメントには、前記ＰＣ鋼材の定着部が形成されている。
かかる半潜水浮体式基礎によれば、センターカラムの少なくとも一部を鋼製にすることで、全てをコンクリート製にする場合比べて軽量化が可能になるとともに、コンクリート数量の低減も可能となる。また、ビームのＰＣ鋼材を、複合プレキャストセグメントに定着するので、センターカラムにおいて鉄筋やＰＣ鋼材が錯綜することを抑制できる。そのため、施工時の手間を低減できる。
かかる半潜水浮体式基礎によれば、センターカラムの少なくとも一部を鋼製にすることで、全てをコンクリート製にする場合比べて軽量化が可能になるとともに、コンクリート数量の低減も可能となる。また、ビームのＰＣ鋼材を、複合プレキャストセグメントに定着するので、センターカラムにおいて鉄筋やＰＣ鋼材が錯綜することを抑制できる。そのため、施工時の手間を低減できる。
【0006】
なお、前記スラブが、底面に設けられたスラブ用底鋼板と上面に設けられたスラブ用上鋼板とを備えていて、前記本体部が、プレストレスコンクリート製であり、かつ、前記スラブ用上鋼板を貫通し、前記本体部の下端が前記スラブ用底鋼板に当接している場合には、前記本体部と前記スラブ用底鋼板との角部および前記本体部と前記スラブ用上鋼板との角部にそれぞれ鋼板からなる骨部材を立設させるとともに、前記本体部の周壁には、前記周壁を挟んで対向する前記骨部材同士を繋ぐ鋼製のつなぎ材を配設するのが望ましい。こうすることで、センターカラムの本体部がコンクリート製であっても、本体部と底鋼板および上鋼板との連続化（一体化）が図られるため、終局限界状態や疲労限界状態において所要の強度が得られる。
また、前記複合プレキャストセグメントは、セグメント用底鋼板と前記セグメント用底鋼板の上方に間隔をあけて配設されたセグメント用上鋼板とを有する鋼製部と、前記ＰＣ鋼材の位置に対応して前記セグメント用底鋼板のビーム側の端部および前記セグメント用上鋼板に前記ビーム側の端部に形成されたコンクリート製の前記定着部とを備えているのが望ましい。こうすることで、鋼製のスラブとコンクリート製のビームとの間で、応力伝達性能を確保できる。
また、前記複合プレキャストセグメントは、セグメント用底鋼板と前記セグメント用底鋼板の上方に間隔をあけて配設されたセグメント用上鋼板とを有する鋼製部と、前記ＰＣ鋼材の位置に対応して前記セグメント用底鋼板のビーム側の端部および前記セグメント用上鋼板に前記ビーム側の端部に形成されたコンクリート製の前記定着部とを備えているのが望ましい。こうすることで、鋼製のスラブとコンクリート製のビームとの間で、応力伝達性能を確保できる。
【0007】
また、本発明の半潜水浮体式基礎の構築方法は、前記複合プレキャストセグメントおよび前記ビームを構成するビーム用セグメントを製作するセグメント製作工程と、前記ビーム用セグメントを所定の位置に配置して前記ビームを形成するビーム形成工程と、前記ビームの基端部に前記複合プレキャストセグメントを設置する複合ＰＣセグメント設置工程と、前記複合プレキャストセグメントを前記センターカラムに接続するセンターカラム接続工程と、前記ビームの先端部に前記サイドカラムを接続するサイドカラム接続工程とを備えている。前記セグメント製作工程では、鋼板を組み合わせることにより前記鋼製部を製作する作業と、前記鋼製部を妻型枠として前記定着部を製作する作業と、前記複合プレキャストセグメントを妻型枠として前記ビーム用セグメントを製作する作業を行う。かかる半潜水浮体式基礎の構築方法によれば、いわゆるマッチキャスト方式により複合プレキャストセグメントとビーム用セグメントを形成することができる。
また、前記複合ＰＣセグメント設置工程では、設置誤差を計測して前記複合プレキャストセグメントに調整用の鋼部材を固定し、前記センターカラム接続工程では、前記鋼部材に前記センターカラムを固定する。こうすることで、設置誤差が生じた場合であっても、ビームとセンターカラムとを簡易に一体化できる。
また、前記複合ＰＣセグメント設置工程では、設置誤差を計測して前記複合プレキャストセグメントに調整用の鋼部材を固定し、前記センターカラム接続工程では、前記鋼部材に前記センターカラムを固定する。こうすることで、設置誤差が生じた場合であっても、ビームとセンターカラムとを簡易に一体化できる。
【発明の効果】
【0008】
本発明の半潜水浮体式基礎とこの半潜水浮体式基礎の構築方法によれば、比較的簡易に構築することができ、ひいては、工期短縮化および費用の低減化を図ることができる。また、軽量化により必要最小限の大きさで所望の浮力を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態に係る洋上風力発電施設を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施形態に係る半潜水浮体式基礎を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＢ断面図である。
【図3】センターカラムの一部を示す図であって、（ａ）は本体部とスラブ用底鋼板との接合構造を示す断面図、（ｂ）は本体部とスラブ用底鋼板との接合構造を示す縦断図、（ｃ）は本体部とスラブ用上鋼板との接合構造を示す縦断図である。
【図4】複合プレキャストセグメントを示す図であって、（ａ）は縦断図、（ｂ）は（ａ）のＩＶＢ断面図である。
【図5】半潜水浮体式基礎の構築方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本実施形態では、洋上風力発電施設（水上施設）１の基礎構造（半潜水浮体式基礎２）について説明する。図１は、洋上風力発電施設１の斜視図である。図１に示すように、洋上風力発電施設１は、風車１１と、風車１１を支持する支柱１２とを有していて、半潜水浮体式基礎２を介して水面よりも高い位置に設けられている。風車１１は、支柱１２の上端部に回転可能に設けられている。支柱１２は、半潜水浮体式基礎２上に立設されている。
半潜水浮体式基礎２は、風車１１の支柱１２を支持するセンターカラム３と、センターカラム３を中心に間隔をあけて配設された３本のサイドカラム４，４，４と、センターカラム３とサイドカラム４とを接続するビーム５，５，５とを備えている。
半潜水浮体式基礎２は、風車１１の支柱１２を支持するセンターカラム３と、センターカラム３を中心に間隔をあけて配設された３本のサイドカラム４，４，４と、センターカラム３とサイドカラム４とを接続するビーム５，５，５とを備えている。
【0011】
図２に半潜水浮体式基礎２を示す。センターカラム３は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、スラブ３１と、スラブ３１に立設された円筒状の本体部３２とを備えている。
スラブ３１は、鋼板を組み合わせることにより形成されており、底面に設けられたスラブ用底鋼板３３と、上面に設けられたスラブ用上鋼板３４とを備えている。スラブ３１は、本体部３２の外形よりも十分に大きな外形を有している。また、スラブ３１は、ビーム５に向けて突出したビーム接合部３５を有している。ビーム接合部３５は、ビーム５と同等の外形（本実施形態では角筒状）を呈した鋼材により構成されている。
図２（ｂ）に示すように、本体部３２は、スラブ用上鋼板３４の中央部を貫通しており、本体部３２の下端は、スラブ用底鋼板３３に当接している。図３に本体部３２の一部を示す。本体部３２は、プレストレスコンクリート製であり、図３（ａ）に示すように、厚さ方向中央部にＰＣ鋼材（カラム用緊張材３２１）が設けられている。カラム用緊張材３２１は、本体部３２の上下方向に配置されている。
図３（ｂ）に示すように、本体部３２とスラブ用底鋼板３３との角部には、鋼板からなる骨部材３６が立設されている。また、図３（ｃ）に示すように、本体部３２とスラブ用上鋼板３４との角部にも鋼板からなる骨部材３６が立設されている。骨部材３６は、図３（ａ）に示すように、本体部３２の周方向に間隔をあけて複数設けられている。本体部３２の外面および内面には、骨部材３６の位置に対応して、鋼製の筒体３７が周設されている。骨部材３６は、筒体３７に固定（溶接）されている。
図３（ｂ）および（ｃ）に示すように、本体部３２の周壁には、鋼製の鉛直つなぎ材３８が配設されている。図３（ｂ）に示すように、スラブ用底鋼板３３の上側に配置された鉛直つなぎ材３８は、本体部３２とスラブ用底鋼板３３との角部に配置されており、周壁を挟んで対向する骨部材３６同士を繋いでいる。図３（ｃ）に示すように、スラブ用上鋼板３４の下側に配置された鉛直つなぎ材３８は、本体部３２とスラブ用上鋼板３４との角部に配置されており、周壁を挟んで対向する骨部材３６同士を繋いでいる。鉛直つなぎ材３８の両端は、骨部材３６の位置に対応して、筒体３７に固定（溶接）されている。また、図３（ｂ）に示すように、スラブ用底鋼板３３の上に設けられた骨部材３６同士を繋ぐ鉛直つなぎ材３８の下端には、水平つなぎ材３９が固定されている。
スラブ３１は、鋼板を組み合わせることにより形成されており、底面に設けられたスラブ用底鋼板３３と、上面に設けられたスラブ用上鋼板３４とを備えている。スラブ３１は、本体部３２の外形よりも十分に大きな外形を有している。また、スラブ３１は、ビーム５に向けて突出したビーム接合部３５を有している。ビーム接合部３５は、ビーム５と同等の外形（本実施形態では角筒状）を呈した鋼材により構成されている。
図２（ｂ）に示すように、本体部３２は、スラブ用上鋼板３４の中央部を貫通しており、本体部３２の下端は、スラブ用底鋼板３３に当接している。図３に本体部３２の一部を示す。本体部３２は、プレストレスコンクリート製であり、図３（ａ）に示すように、厚さ方向中央部にＰＣ鋼材（カラム用緊張材３２１）が設けられている。カラム用緊張材３２１は、本体部３２の上下方向に配置されている。
図３（ｂ）に示すように、本体部３２とスラブ用底鋼板３３との角部には、鋼板からなる骨部材３６が立設されている。また、図３（ｃ）に示すように、本体部３２とスラブ用上鋼板３４との角部にも鋼板からなる骨部材３６が立設されている。骨部材３６は、図３（ａ）に示すように、本体部３２の周方向に間隔をあけて複数設けられている。本体部３２の外面および内面には、骨部材３６の位置に対応して、鋼製の筒体３７が周設されている。骨部材３６は、筒体３７に固定（溶接）されている。
図３（ｂ）および（ｃ）に示すように、本体部３２の周壁には、鋼製の鉛直つなぎ材３８が配設されている。図３（ｂ）に示すように、スラブ用底鋼板３３の上側に配置された鉛直つなぎ材３８は、本体部３２とスラブ用底鋼板３３との角部に配置されており、周壁を挟んで対向する骨部材３６同士を繋いでいる。図３（ｃ）に示すように、スラブ用上鋼板３４の下側に配置された鉛直つなぎ材３８は、本体部３２とスラブ用上鋼板３４との角部に配置されており、周壁を挟んで対向する骨部材３６同士を繋いでいる。鉛直つなぎ材３８の両端は、骨部材３６の位置に対応して、筒体３７に固定（溶接）されている。また、図３（ｂ）に示すように、スラブ用底鋼板３３の上に設けられた骨部材３６同士を繋ぐ鉛直つなぎ材３８の下端には、水平つなぎ材３９が固定されている。
【0012】
サイドカラム４は、図２（ａ）に示すように、センターカラム３の周囲に３本配設されている。隣り合うサイドカラム４同士の間隔は同一である。サイドカラム４は、ビーム５を介してセンターカラム３に連結されている。
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、サイドカラム４は、円柱状を呈している。サイドカラム４は、コンクリート製で、サイドカラム４の上端は、天板４１により遮蔽されている。
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、サイドカラム４は、円柱状を呈している。サイドカラム４は、コンクリート製で、サイドカラム４の上端は、天板４１により遮蔽されている。
【0013】
ビーム５は、ＰＣ鋼材（ビーム用緊張材５５）が配設されたプレストレスコンクリート製である。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ビーム５の一端は、センターカラム３のスラブ３１に連結されており、ビーム５の他端は、サイドカラム４に連結されている。ビーム５は、頂版５１、底版５２および左右の側壁５３，５３を有した角筒状を呈している。ビーム５は、複数のビーム用セグメント５４，５４，…を横方向に連結することにより形成されている。ビーム用セグメント５４は、コンクリート製のプレキャスト部材である。また、図４（ａ）に示すように、頂版５１および底版５２には、ビーム用緊張材５５が配設されている。なお、図４は、センターカラム３とビーム５の接合部を示す図である。ビーム用緊張材５５は、ビーム５の長手方向に沿って配設されていて、複数のビーム用セグメント５４を貫通している。ビーム用緊張材５５の一端は、サイドカラム４に定着されており、ビーム用緊張材５５の他端は、ビーム５とスラブ３１との間に介設された複合プレキャストセグメント６に定着されている。
【0014】
複合プレキャストセグメント６は、図４（ａ）に示すように、コンクリートと鋼材とを組み合わせてなり、鋼製部６１と、定着部６２と、ビーム接続部６３とを備えている。
鋼製部６１は、セグメント用底鋼板６４と、セグメント用底鋼板６４の上方に間隔をあけて配設されたセグメント用上鋼板６５とを有している。鋼製部６１は、センターカラム３のスラブ３１に溶接する。
定着部６２は、ビーム用緊張材５５に対応して配置されている。本実施形態の定着部６２は、セグメント用底鋼板６４のビーム５側の端部およびセグメント用上鋼板６５のビーム５側の端部にそれぞれ形成されている。定着部６２はコンクリート製で、定着部６２の端面には受圧板６７が固定されている。セグメント用底鋼板６４のビーム５側の端部には、セグメント用縦鋼板６６が固定されている。セグメント用縦鋼板６６は、セグメント用底鋼板６４と直交するように形成されている。同様に、セグメント用上鋼板６５にもセグメント用縦鋼板６６が固定されている。
鋼製部６１は、セグメント用底鋼板６４と、セグメント用底鋼板６４の上方に間隔をあけて配設されたセグメント用上鋼板６５とを有している。鋼製部６１は、センターカラム３のスラブ３１に溶接する。
定着部６２は、ビーム用緊張材５５に対応して配置されている。本実施形態の定着部６２は、セグメント用底鋼板６４のビーム５側の端部およびセグメント用上鋼板６５のビーム５側の端部にそれぞれ形成されている。定着部６２はコンクリート製で、定着部６２の端面には受圧板６７が固定されている。セグメント用底鋼板６４のビーム５側の端部には、セグメント用縦鋼板６６が固定されている。セグメント用縦鋼板６６は、セグメント用底鋼板６４と直交するように形成されている。同様に、セグメント用上鋼板６５にもセグメント用縦鋼板６６が固定されている。
【0015】
定着部６２では、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、セグメント用底鋼板６４に所定の間隔で孔あき鋼板ジベル６２１が固定されている。本実施形態では、一対の孔あき鋼板ジベル６２１が平面視でビーム用緊張材５５を挟むように設けられている。孔あき鋼板ジベル６２１には、ビーム用緊張材５５と直交する方向に配筋された鉄筋６２２が貫通している。孔あき鋼板ジベル６２１の一端は受圧板６７に固定されていて、他端はセグメント用縦鋼板６６の端部に固定されている。同様に、セグメント用上鋼板６５にも、孔あき鋼板ジベル６２１が固定されていて、当該孔あき鋼板ジベル６２１を貫通する鉄筋６２２が配筋されている。また、セグメント用縦鋼板６６には、定着部６２の位置に対応してジベル６２３が固定されている。定着部６２は、孔あき鋼板ジベル６２１およびジベル６２３を巻き込んだ状態で形成されていることで、鋼製部６１との一体性が確保されている。
【0016】
ビーム接続部６３は、鋼製部６１のビーム５側の端面に形成されたコンクリート部分である。本実施形態のビーム接続部６３は、セグメント用縦鋼板６６を挟んで定着部６２と対向する位置に形成された下接合部６３１および上接合部６３２と、下接合部６３１および上接合部６３２の間に介設された隔壁部６３３とを備えている。下接合部６３１および上接合部６３２には、ビーム用緊張材５５が挿通される貫通孔が形成されている。セグメント用縦鋼板６６には、ビーム接続部６３の位置に対応してジベル６３４が固定されている。ビーム接続部６３は、ジベル６３４を巻き込んだ状態で形成されていることで、鋼製部６１との一体性が確保されている。
【0017】
本実施形態の半潜水浮体式基礎の構築方法について説明する。図５に示すように、半潜水浮体式基礎の構築方法は、セグメント製作工程Ｓ１と、ビーム形成工程Ｓ２と、複合ＰＣセグメント設置工程Ｓ３と、センターカラム接続工程Ｓ４と、サイドカラム接続工程Ｓ５とを備えている。
セグメント製作工程Ｓ１は、複合プレキャストセグメント６およびビーム５を構成するビーム用セグメント５４を製作する工程である。セグメント製作工程Ｓ１では、鋼板を組み合わせることにより鋼製部６１を製作する作業Ｓ１１と、鋼製部６１を妻型枠として定着部６２およびビーム接続部６３を製作する作業Ｓ１２と、複合プレキャストセグメント６を妻型枠としてビーム用セグメント５４を製作する作業Ｓ１３とを行う。
ビーム形成工程Ｓ２は、複数のビーム用セグメント５４，５４，…を所定の位置に配置してビーム５を形成する工程である。ビーム用セグメント５４同士の間には、止水材（図示せず）を介設する。このとき、ビーム用セグメント５４は、ＰＣ鋼棒により圧縮力を導入して仮接合する。
セグメント製作工程Ｓ１は、複合プレキャストセグメント６およびビーム５を構成するビーム用セグメント５４を製作する工程である。セグメント製作工程Ｓ１では、鋼板を組み合わせることにより鋼製部６１を製作する作業Ｓ１１と、鋼製部６１を妻型枠として定着部６２およびビーム接続部６３を製作する作業Ｓ１２と、複合プレキャストセグメント６を妻型枠としてビーム用セグメント５４を製作する作業Ｓ１３とを行う。
ビーム形成工程Ｓ２は、複数のビーム用セグメント５４，５４，…を所定の位置に配置してビーム５を形成する工程である。ビーム用セグメント５４同士の間には、止水材（図示せず）を介設する。このとき、ビーム用セグメント５４は、ＰＣ鋼棒により圧縮力を導入して仮接合する。
【0018】
複合ＰＣセグメント設置工程Ｓ３は、ビーム５の基端部に複合プレキャストセグメント６を設置する工程である。複合ＰＣセグメント設置工程Ｓ３では、設置誤差を計測して、複合プレキャストセグメント６の鋼製部６１に調整用の鋼部材６８を固定（溶接）する。
センターカラム接続工程Ｓ４は、複合プレキャストセグメント６をセンターカラム３に接続する工程である。センターカラム接続工程Ｓ４では、複合プレキャストセグメント６（調整用の鋼部材６８）をセンターカラム３のスラブ３１に溶接して、センターカラム３とビーム５とを一体化する。
サイドカラム接続工程Ｓ５は、ビーム５の先端部にサイドカラム４を接続する工程である。このとき、ポストテンション方式によりビーム５に緊張力を導入する。すなわち、ビーム５を挿通させたビーム用緊張材５５（マルチストランドあるいはシングルストランド）の一端を複合プレキャストセグメント６に固定する（定着させる）とともに、他端をサイドカラム４に固定する（定着させる）。
センターカラム接続工程Ｓ４は、複合プレキャストセグメント６をセンターカラム３に接続する工程である。センターカラム接続工程Ｓ４では、複合プレキャストセグメント６（調整用の鋼部材６８）をセンターカラム３のスラブ３１に溶接して、センターカラム３とビーム５とを一体化する。
サイドカラム接続工程Ｓ５は、ビーム５の先端部にサイドカラム４を接続する工程である。このとき、ポストテンション方式によりビーム５に緊張力を導入する。すなわち、ビーム５を挿通させたビーム用緊張材５５（マルチストランドあるいはシングルストランド）の一端を複合プレキャストセグメント６に固定する（定着させる）とともに、他端をサイドカラム４に固定する（定着させる）。
【0019】
本実施形態の半潜水浮体式基礎２および半潜水浮体式基礎２の構築方法によれば、センターカラム３のスラブ３１を鋼製にすることで、センターカラムの全てをコンクリート製にする場合比べて軽量化が可能になるとともに、コンクリート数量の低減も可能となる。また、ビーム５のビーム用緊張材５５を、複合プレキャストセグメント６に定着するので、センターカラム３において鉄筋やビーム用緊張材５５が錯綜することを抑制できる。そのため、施工時の手間を低減できる。
【0020】
また、本体部３２とスラブ用底鋼板３３との角部および本体部３２とスラブ用上鋼板３４との角部にそれぞれ鋼板からなる骨部材３６を立設させるとともに、本体部３２の周壁に周壁を挟んで対向する骨部材３６同士を繋ぐ鋼製のつなぎ材３８を配設しているため、センターカラム３の本体部３２がコンクリート製であっても、本体部３２と底鋼板および上鋼板との連続化（一体化）が図られる。その結果、終局限界状態や疲労限界状態において所要の強度が得られる。
また、複合プレキャストセグメント６により、鋼製のスラブ３１とコンクリート製のビーム５との間で、応力伝達性能を確保できる。
ビーム５のビーム用緊張材５５を複合プレキャストセグメント６に定着させるため、センターカラム３にビーム用緊張材５５を定着させる場合に比べて、施工性に優れている。すなわち、複数のビーム５が接続されるセンターカラム３にビーム５のビーム用緊張材５５を定着させると、センターカラム３内において、ビーム用緊張材５５を３重に交差させる必要があり、ビーム用緊張材５５が錯綜する。一方、複合プレキャストセグメント６にビーム用緊張材５５を定着させることで、ビーム用緊張材５５が錯綜することを抑制できる。
また、センターカラム３の本体部３２では、風荷重やビーム５の動揺による慣性力などにより大きな断面力が生じるため、鉛直方向の鉄筋も一般に多くなる。そのため、ビーム用緊張材５５を本体部３２に定着させる場合には、本体部３２に各ビーム５から延設されるビーム用緊張材５５と鉛直鉄筋とが配設されるため、配筋及びビーム用緊張材５５の配置が複雑になる。その結果施工効率が悪い。一方、本実施形態の半潜水浮体式基礎２では、複合プレキャストセグメント６にビーム用緊張材５５を定着させるため、本体部３２の鉄筋とビーム用緊張材５５とが干渉することがない。
また、複合プレキャストセグメント６により、鋼製のスラブ３１とコンクリート製のビーム５との間で、応力伝達性能を確保できる。
ビーム５のビーム用緊張材５５を複合プレキャストセグメント６に定着させるため、センターカラム３にビーム用緊張材５５を定着させる場合に比べて、施工性に優れている。すなわち、複数のビーム５が接続されるセンターカラム３にビーム５のビーム用緊張材５５を定着させると、センターカラム３内において、ビーム用緊張材５５を３重に交差させる必要があり、ビーム用緊張材５５が錯綜する。一方、複合プレキャストセグメント６にビーム用緊張材５５を定着させることで、ビーム用緊張材５５が錯綜することを抑制できる。
また、センターカラム３の本体部３２では、風荷重やビーム５の動揺による慣性力などにより大きな断面力が生じるため、鉛直方向の鉄筋も一般に多くなる。そのため、ビーム用緊張材５５を本体部３２に定着させる場合には、本体部３２に各ビーム５から延設されるビーム用緊張材５５と鉛直鉄筋とが配設されるため、配筋及びビーム用緊張材５５の配置が複雑になる。その結果施工効率が悪い。一方、本実施形態の半潜水浮体式基礎２では、複合プレキャストセグメント６にビーム用緊張材５５を定着させるため、本体部３２の鉄筋とビーム用緊張材５５とが干渉することがない。
【0021】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、センターカラム３の本体部３２がコンクリート製の場合について説明したが、センターカラム３の本体部３２は鋼製であってもよい。
また、前記実施形態では、ビーム５を複数のビーム用セグメント５４，５４，…を組み合わせることにより形成する場合について説明したが、ビーム５は場所打ちコンクリートにより形成してもよい。
また、前記実施形態では、セグメント用底鋼板６４およびセグメント用上鋼板６５の端部にセグメント用縦鋼板６６を固定するものとしたが、セグメント用縦鋼板６６は、セグメント用底鋼板６４またはセグメント用上鋼板６５の端部を折り曲げることにより形成してもよい。また、セグメント用縦鋼板は、セグメント用底鋼板６４およびセグメント用上鋼板６５に跨って固定された鋼板であってもよい。
前記実施形態では、サイドカラム４が３本の場合について説明したが、サイドカラム４の本数は限定されるものではなく、例えば、４本以上であってもよい。
また、前記実施形態では、複合プレキャストセグメント６の定着部６２に孔あき鋼板ジベル６２１を設けるものとしたが、孔あき鋼板ジベル６２１は必要に応じて設ければよい。また、鋼製部６１（鋼材）と定着部６２（コンクリート）との接合に用いるジベル構造は孔あき鋼板ジベル６２１を使用する場合に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、センターカラム３の本体部３２がコンクリート製の場合について説明したが、センターカラム３の本体部３２は鋼製であってもよい。
また、前記実施形態では、ビーム５を複数のビーム用セグメント５４，５４，…を組み合わせることにより形成する場合について説明したが、ビーム５は場所打ちコンクリートにより形成してもよい。
また、前記実施形態では、セグメント用底鋼板６４およびセグメント用上鋼板６５の端部にセグメント用縦鋼板６６を固定するものとしたが、セグメント用縦鋼板６６は、セグメント用底鋼板６４またはセグメント用上鋼板６５の端部を折り曲げることにより形成してもよい。また、セグメント用縦鋼板は、セグメント用底鋼板６４およびセグメント用上鋼板６５に跨って固定された鋼板であってもよい。
前記実施形態では、サイドカラム４が３本の場合について説明したが、サイドカラム４の本数は限定されるものではなく、例えば、４本以上であってもよい。
また、前記実施形態では、複合プレキャストセグメント６の定着部６２に孔あき鋼板ジベル６２１を設けるものとしたが、孔あき鋼板ジベル６２１は必要に応じて設ければよい。また、鋼製部６１（鋼材）と定着部６２（コンクリート）との接合に用いるジベル構造は孔あき鋼板ジベル６２１を使用する場合に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0022】
１ 洋上風力発電施設
１１ 風車
１２ 支柱
２ 半潜水浮体式基礎
３ センターカラム
３１ スラブ
３２ 本体部
３３ スラブ用底鋼板
３４ スラブ用上鋼板
３５ ビーム接合部
３６ 骨部材
３７ 鋼管
３８ つなぎ材
４ サイドカラム
５ ビーム
５１ 頂版
５２ 底版
５３ 側壁
５４ ビーム用セグメント
５５ ビーム用緊張材（ＰＣ鋼材）
６ 複合プレキャストセグメント
６１ 鋼製部
６２ 定着部
１１ 風車
１２ 支柱
２ 半潜水浮体式基礎
３ センターカラム
３１ スラブ
３２ 本体部
３３ スラブ用底鋼板
３４ スラブ用上鋼板
３５ ビーム接合部
３６ 骨部材
３７ 鋼管
３８ つなぎ材
４ サイドカラム
５ ビーム
５１ 頂版
５２ 底版
５３ 側壁
５４ ビーム用セグメント
５５ ビーム用緊張材（ＰＣ鋼材）
６ 複合プレキャストセグメント
６１ 鋼製部
６２ 定着部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】