2018年6月24日日曜日

8. 基礎工事

6月19日、梅雨の晴れ間の晴天に恵まれ、気温は26度と蒸し暑くなった。ちなみに昨日は大阪で震度6弱の地震が発生。隣では住宅建設の足場の組み上げ作業が8時頃から開始された。

写真は、工事の前々日にメーカーから直接届いた機材一式(18点)。タワー本体KT-15C、エレベータキットAE1A-15C、アンテナマストM3、アンテナアームAM26B

 

タワーを建てる場所は、アンテナマストの位置が東西の敷地幅の中心となるようタワートップのセクション(1T)からエレベータキットの分だけマストが横にシフトすることなどを考慮して慎重に位置を計測した。掘削作業に伴い、庭との仕切りの枕木4本と生け垣三株を伐採することにした。写真の枠内が掘削場所の目安である。

 

午前10時前に工事業者の4名が到着。作業当初は3名で掘削と残土処理(バケツで引き上げて一輪車に移してトラックまで運搬する作業の繰り返し)を行い、残り1名がタワー基礎セクション(5F)の組み立てを担当。


 

掘削は図面どおり深度2.1mとし(カタログ値では1.8m)、底部をハの字に広げる(最大で120cm幅)よう依頼し、手掘りによる掘削を開始。

 

 

残土はトラックの荷台に50cm以上の高さに敷き詰めるほどの量となった。約1メートル四方で2メートルの深さの穴を掘るだけで、これだけの土が出ることは驚きであった。反対にガーデニング用の庭土を補充する為にバケツ15杯ほど残したが大した量には見えない。

 

掘削が1.5mを超えたあたりから地下水が染み出してきたが、後からコンクリートを入れることで、水面を上昇させて汲み出すとの事。ちなみにタワー基礎の最下層は、割と固い地盤に乗っているとのことであった。写真は、ほぼ掘削が終えた状態。タワー底部の形に合わせて三角形に掘られ、その数十cm上で穴の周りを20cmほど横方向にえぐられている。地下水が染み出し始め、基礎セクション(5F)を入れた頃には結構な量が溜まっていた。

 

 

作業の途中で何度かタワーの水平を確認。見慣れた水平器(大工道具)ではなく、3本のパイプに水を入れて、タワー本体の3本柱のビス位置を目印として(工業製品のため、ビスまでの距離が均一)パイプの先端を取り付け、それぞれの水位が等しいかどうかを確認する方法(水盛管水平器の応用)であった。写真のタワー内に水平器のチューブが見える。

 

昼休憩を挟んで、15時にコンクリートミキサー車(市内の業者)が到着。一輪車2台を用いて、ミキサー車からコンクリートを充填して運び、掘削した穴に落とし込む作業が繰り返された。





 
穴の中では、かくはん機を用いてコンクリートが均一に埋まるよう混ぜ合わせ、7割ほど埋まったところで溜まった水をバケツで汲み上げた。結果、水の量は一輪車満杯にまでなった。この水は当然ながらコンクリート成分を多く含むため、そのまま外構には流せないのでコンクリートミキサー車に戻された。

 


 

作業後半、余ったコンクリートの使い道があるかを尋ねられたため、ちょうど門扉を支えている枕木の腐った部分をモルタルで補強する予定があったので、お願いしたところ快く引き受けていただいた。

基礎の仕上がり(コンクリートの打ち方)について相談し、タワーを囲むように三角形の木枠を用いて10cmほど地面から立ち上げ、その周り(90cm四方)は地面より少し低くして後から土や石で埋めることで、タワーの横を通り易く、また見た目の威圧感を和らげることにした。

 

今日だけで、タワー本体の6セクションが組み立てられ(2本を設置)17時前に作業を終えた。 

 

7. インターフェア対策

現行のグランドプレーンを用いて7MHzで50W送信した際、部屋に設置している静電タッチ式の卓上ランプが点灯するインターフェアが確認できている。それ以外の現象は確認できていないが、単に気づいていないだけかもしれない。ちなみにこのランプを部屋の外に持っていけば現象は現れない。また、他のバンドも特にインターフェアは確認できない。

このインターフェアは、コモンモード電流によるものと推察するが、これが無線機のシャーシから出ているのか、電源ラインからの回り込みなのか、または同軸ケーブルなどに乗っていることが原因なのかは不明であった。

試しに富士無線で購入した大進無線製のコモンモードフィルタ(DCF-RF-QEA/500W耐圧)を取り付けたが、上記インターフェアは収まらなかった。

次に、後から10D2Vケーブルをクランプできるよう大型のフェアライトコア(TDK製/ZCAT3035-1330/内径13mm)を秋葉原の福永電業という卸問屋から30個を購入して(ちなみに1個あたりの単価は319円とamazonと比較しても最安値)無線機に繋がっている全てのケーブルに装着したが、その効果を確認することはできなかった。

このため大進無線が販売しているRF電流計キット(CQ20)を富士無線で取り寄せて購入。これを写真のとおりデジタルテスターに繋ぐことで、RF電流を測定しコモンモード電流が多く発生している場所を定量的に特定することとインターフェア対策の効果を見極めることとした。


HF帯と50MHzのアンテナに対するインターフェア対策として、HF帯は318-40のバラン直下と無線機直下のそれぞれに第一電波工業のコモンモードフィルタ(CMF-2000)を接続することとし、50MHzは無線機直下に同じくCMF-2000を、バラン直下にはフェライトコア12個を装着することにした。

CMF-2000の接続は、同軸ケーブル(5D2V)50cmを用いた最短接続として、アンテナ直下分は自己融着テープ全体を覆って防水処理を施した。なお、同製品の仕様では「屋内使用限定」との記載があるが、両端のコネクタ接続部分以外に水分が侵入するところは構造的に見当たらない。メーカーに屋外使用について質問するも「コネクタの防水に気をつけてください」との回答であり、屋外使用を否定するコメントはなかった。製品仕様上、屋内使用限定としているのは、紫外線によるケースの劣化ではないかと推察する。

無線機側の接続の2台については、ホームセンターで購入した多孔パネルにモノタロウで購入したVP管用のサドル(内径50mmのつもりであったが、表記単位を誤解しており実際は58mmであったため、10mmのゴム板を挟んで固定)を取り付け、そのパネル自体を壁面に取り付けることで、無線機の背面をすっきりと整理した。


そのほか、ACライン用のコモンモードフィルタ(大進無線製DCK-SRH/7-90MHz)を富士無線で購入し無線機の電源に直接取り付けた。

無線機から離れた場所からリモートでPTTを押下し手元にあるRF電流計で数値を計測するための工夫として、ワイヤレスチャイムをamazonで購入。これを無線機のVOX機能と連動させてリモートで送信できるようセッティング。このチャイムの到達距離は長く、自宅前の道路に出て自宅から50mほど離れた場所からも反応する。

アンテナを318-40に変更し上記対策を採った結果、7MHzで出ていた部屋の中でのインターフェアは収まっているのでひとまず安堵。なお、無線機からコモンモードフィルタまでの約50cmの同軸にもフェアライトコア(ZCAT2032-0930)を15個づつクランプした。このコアは1個あたり120円と安価であったので、30個ほど追加購入する予定。


6. アンテナの選定

今の時期(2018年)はサンスポットの最下降期であるため、DXは7MHzのCW中心となると考えたが、7MHzの八木系アンテナでは、どうしても回転させた際に両隣の敷地に大きくはみ出すため断念せざるを得ない。また垂直系は、打ち上げ角が低くDX向きと言われているが、ゲインが無くタワートップに取り付けることは構造的に無理がある。結果として、短縮形ロータリーダイポールをタワートップに設置して(地上高は半波長以上が理想であるが、17 m程度が限界)打ち上げ角を可能な限り低く抑える計画とした。

しかしながら、候補と考えていたミニマルチ社のアンテナが、部材メーカーの事情により納期が大幅に遅れるとの連絡があり、また、バランを用いない給電方式のため、QROした際にインターフェア発生に不安が残ることから計画を変更することにした。

なお、同社のホームページに記載されているアンテナのエレメント長などの数値が、取り寄せたpdf資料と異なることが多く、また既に販売していないアンテナがメンテナンスされずそのまま掲載されているためにメールで何度も確認し、結果、徒労に終わることが多かった。

その後、工人舎のversaシリーズ、KA-404Liteを検討。いわゆる「巻尺式アンテナ」の特長であるWARCバンドを含む7-50MHzのオールバンドが全帯域SWR値1.2以下で運用可能であり、回転半径も許容内であったため、ほぼ決めかけたが、オプション(50MHzパッシブエレメントなど)や事前組み立て費用を含めるとアンテナだけで60万円を超える額となる。(ミニマルチ社でのアンテナ見積額の約4倍)また、機械構造のため、故障時(アンテナが故障するというのも滑稽であるが..)は、全バンドで運用できない虞や修理の必要性があることに鑑み断念。

アンテナは、あくまで「空中線」としての機能だけを愚直に有するものとして、最終的には、7MHzダイポールがオプション設定されているクリエイトデザイン社の318-40(14/21/28/3エレ)を選んだ。

50MHzは、318-40のブーム長(5.0m)とのバランスに鑑みCL6DX(6エレ/ブーム長5.7m)とした。50MHzの6エレでは、F2層によるDXには力不足であることは否めないが、8エレ以上のクラスになると、それ一本とHF帯はマルチバンドダイポールという構成にならざるを得ないため、今回は様子見とした。

なお、この2本のアンテナは、1970年代には既に発売されており、何度か改良されているが基本仕様は変わらず、極めてスタンダードな(廃番にならない程度に普通に飛ぶと解釈)アンテナであると考える。

アンテナの配列はタワートップから1.0mの位置に318-40を、更にその上1.5mの位置にCL6DXを設置。この構成での受風面積(45m/s)は、約15㎡となり(クリエイトデザイン社による試算)KT-15Cの許容負荷を僅かに越えるが、強風時にはアンテナを降下させることで対処する。

144/430MHzのグランドプレーンは、エアバンド受信ができるコメット社のGP-5(全長2.4m)を富士無線のセールス時期に購入・保管しており、これをタワー中腹部(屋根の高さを越えるレベル)にアンテナアーム(AM26B/2.7m)を用いて取り付けることにした。アンテナマストの先端に取り付けない理由は、ローテーターの回転により、捻れに弱いSFAケーブル(10D-SFA)のトラブルを防ぐことと、ケーブルによる減衰量を少なくするためである。

結果として、GP-5を除く全てのアンテナ、ローテーター、タワー関係の部材がクリエイトデザイン製となった。1社に限定した方が、メールでの問い合わせも効率的であった。

全体の構成は下図のとおり;





5. ご近所への連絡

タワー建設工事に関する業者への発注に先立ち、ご近所への挨拶文として「アンテナ鉄塔工事のお知らせとお願い」を作成し、両隣、道路を挟んだ2軒および自宅裏の2軒の計6世帯に配布。文面は、アマチュア無線を全くご存知ない方を想定してなるべく解り易い表現に心がけた。

文書配布の趣旨は、事前に工事について告知することと、この工事が市役所に連絡した上で、法令に基づきまた、必要な手続きに則り行う旨(要するに違法性が無いこと)を伝えること。特に自宅に近い3軒については、直接、文書をお渡しして説明し、快諾いただけた。



タワー建築の翌日、自宅と同じブロック内および道路を挟んだご近所など計24世帯に挨拶文をお配りした。この際、文面を少し加筆し、アンテナは主に受信用途であることや電波が発射される様子(=数秒間の送信を数分間断続して行う)を具体的に記して、もし家電製品に雑音等が入った場合は、ご連絡いただくようお願いする旨を記載した。

その後、同じ南側道路に面している少し離れた9世帯についても、車で行き来する際に、目に入ることから念のため同様の案内文を配布した。

4. 行政への届出

アマチュア無線のタワーは、建築基準法および都市計画法で言うところの「工作物」に該当し、建築基準法第6条の定めにより、15mを超えるものは「工作物の確認申請」を地方自治体に行う必要がある。ちなみに15mを越えるという意味は、15.0mは含まず、15.1mは含まれる(小数点以下の四捨五入に非ず)。したがって、KT-15Cの地上高は15.3mであることから、0.3m深く掘ることで地上高を抑え、確認申請を不要とした。

市役所の建築住宅課にメールで問い合わせを行い、15m以内の工作物を建柱する場合は工作物の確認申請が不要である旨を確認。次に市役所の都市計画課に連絡し工作物の建設に関して地区計画(都市計画法に準拠)で定めている「行為の届出書」を提出した。

地区計画とは、当該地区に居住する住民の合意に基づき、自治体が法的拘束力を持つよう文書化した様々な制約(市の条例と同義)であり、これは住宅販売会社が小規模開発、例えば敷地を分割して狭小住宅を建設し販売することを防ぐためや、景観を維持することで当該地区の環境を一定基準に保つ目的がある。

この地区計画の中に「建築物の高さ制限」の項目が含まれている場合があるが、工作物(すなわちタワー)が建築物に該当するかどうか、またその高さ自体も、同じ自治体(市内)であっても、それぞれの地区計画によって定義、解釈が異なるようである。

3. タワー の選定

タワーの高さについては、住宅地区(第一種低層住宅専用地域)であることから、ご近所にも配慮し15メートル以下で検討。クランクアップタワーは、クランクダウンすれば目立たないものの予算の大幅な増加だけでなく基礎コンクリートを打つ面積が広くなり、結果、巨大な構造物を庭に設置することになるため最初から検討外とした。

そもそも計画の出発点は、ルーフタワーによるアンテナ設置でのリスク軽減であるため、選択肢としては、小型から中型規模の自立タワーであるクリエイトデザイン社のKT-Cシリーズとした。KT-Cシリーズは、タワーの横幅が最大でも60cmとスリムな構造であり、基礎工事の面積が0.9m×0.9mと狭く(KT-Rシリーズは1.2m×1.2m)またエレベータキットによるアンテナの昇降で、台風時の懸念を払拭することができることから、KT-13C(12.7m)またはKT-15C(15.3m)を選ぶこととした。

エレベータキット(AE1A-13C〜15C)は、タワーの許容負荷を超える受風面積のアンテナ設置であっても、強風時に下降させることを前提とすれば設置可能であるが、HFアンテナのエレメントが屋根と干渉するので、実際には、家屋の高さと同じ8mまでしか下がらず、アンテナ調整などはタワーに登って実施する必要がある。

ちなみにクリエイトデザイン 社によるとKT-15Cの許容負荷(45m/s時)は、カタログ値では2.0㎡であるが、エレベータキットを取り付けた場合、1.4㎡まで下がるとの事。

なお、基礎部については、オプションとして、コンクリート・レス仕様があるが、設置には地盤の強度を考慮する必要があり、設置する前提で住宅建設時に地盤調査した地耐力を改めて確認してみると、深さ2.0m地点でN値が2〜3の軟弱地盤であった。

クリエイトデザイン社にメールで、止めてくべきかを打診したところ、そもそもこの地耐力では、カタログ掲載の基礎工事ですら強風時にアンテナをエレベータで下降させない場合、風下方向に傾く虞もあるとの事であった。

上記を踏まえ、また、KT-15Cを選択した場合は地上高を15.0メートル以下に調整するため(後述)、標準工事(深度1.8m掘削)よりも更に0.3m深く掘り下げ、且つ、KT-Rシリーズのように底部を扇形に広げることで、基礎を少しでも強化することにした。



2. タワー建設計画への変更

ルーフタワーでは屋根にかかる荷重が台風などの強風時には更に増すため、スレート瓦であっても屋根を痛める懸念があり、最悪、ステーワイヤーが切れて倒壊した場合、家屋、近隣に被害をもたらす虞があることや、自宅の構造上、アンテナの調整等でベランダから屋根に登ることが厳しいこと(折り畳み式のアルミ梯子では、ひさしの雨樋部分に干渉し傾斜がつけられない)、そして、命綱なしでの屋根への昇り降りは今は難なくできるとしても、5年後、10年後を考えれば、事故の危険性が高まる事は考えねばならず(自らの体力、注意力を過信しないこと)改めて思案することとした。

道路に面した南側の庭にタワーを建てるスペースはあるものの、自宅の外観を損なうであろうとの想いから、当初は考えてはいなかったが、ルーフタワーを搭載した家屋のイメージを作成するために撮影した自宅の画像にタワーのイメージ図を重ねてみたところ、思っていたよりも違和感を感じなかったことから、タワー化計画を併せて検討開始。

タワー化のメリット・デメリットを洗い出して検討した結果、最終的にはアマチュア無線に対するモチベーションを高く保つことができ、創意工夫の可能性が広がるタワー建柱として進めることにした。

<メリット>
→タワー上でのアンテナ調整等の作業やタワーへの昇り降りが、高所作業用の安全帯を装着すれば比較的安全に実施できる。
→ルーフタワーと比べ、比較的大きな(重い)アンテナを搭載することが可能であり地上高も稼げる。これは、1kWにQROする際には、インターフェアの防止にも有利となる。
→台風時に家屋および近隣に被害が及ぶ心配はまずない。エレベータキットでアンテナを昇降させれば、更に安心感が得られる。

<デメリット>
→小〜中型のタワーであっても工事費用がかさむ。ルーフタワーでの施工と比べて倍額以上は必要。
→ご近所からすれば、建築当初の威圧感、違和感、そして、よくわからないが大きなアンテナから電波が発射されることに対する不安感は否めないと考えるため、近所への事前説明など気遣いが必要。
→コンクリート基礎となるため、一度建設したら将来的に基礎部分を撤去することは困難になる。腹を据えて決断する必要があるということ。
→行政への届け出など書類手続きが必要となる場合がある。



1.ルーフタワー建設計画

2018年3月、隣の空き地に家が建つことが判明。2階のベランダに設置しているHF〜50MHzのグランドプレーン(CP5HS)のラジアル5本のうち3本が1mほど敷地の外に出ていることから、数ヶ月後のうちに撤去する必要が生じた。


これがきっかけとなり、数年前にルーフタワーによるアンテナのグレードアップ化について検討し、そのまま保留していた計画を再スタートさせることとした。

改めて見積条件を決めて、工事業者(2社)に概算見積を依頼。なお、基本コンセプトは次のとおり;

●アンテナのエレメントが敷地外にはみ出さないサイズ(回転半径)に抑えること
●7-14-21-50MhzにQRV。14と21MHzではDXペディションなどを追いかけることができるレベル、50MHzでは、次のサイクルでF2層によるDXが可能となる最低限のレベルを確保すること
●エアバンドの受信を含め144-430MHz用のグランドプレーンを上げること

HF〜50MHzのアンテナは、サイズがコンパクトで頑丈な作りとして定評のあるミニマルチ社から候補を絞った。ルーフタワーは、屋根との干渉軽減と少しでも地上高を稼ぐためにクリエイトデザイン社のCR-30(3.1m高)を選んだ。

同軸ケーブル、ローテーターなどの部材を含め工事総額の見積は約50万円。予算は想定内であったが、屋根に乗せる総重量を計算すると60kg超となった。アンテナ自体を軽量なものに選んだとしても、例えば、アンテナマストを頑丈なクリエイトデザイン社のM3(5.3m/60φ)とするだけで21kgとなる。

全体の構成は、下図のとおり;