縦置円筒型地下貯蔵タンクの安全性評価について

業務部

最近、都市部の少ない敷地内のスペースにおいて、非常用発電設備用としての燃料油を貯蔵するために設置する比較的容量の大きな地下貯蔵タンクを、縦置円筒型のものとしたいとの相談が多く寄せられるようになりました。平成17年4月に施行された改正政令等により、

二重殻タンクを除く地下貯蔵タンクの構造は性能規定化され、①地下貯蔵タンクは当該地下貯蔵タンク及びその附属設備の自重、貯蔵する危険物の重量、当該地下貯蔵タンクに係る内圧、土圧等の主荷重及び地震の影響等の従荷重によって生ずる応力及び変形に対して安全に造らなければならないこと、②主荷重及び主荷重と従荷重との組合せにより地下貯蔵タンク本体に生ずる応力は、告示で定めるそれぞれの許容応力以下でなければならないこととされています。しかしながら、改正政令等の施行通知で示さ

れた発生応力及び告示で定められた許容応力は、横置円筒型の地下貯蔵タンクについてのものであり、縦置円筒型地下貯蔵タンクを設置する場合には当該地下貯蔵タンクが横置円筒型地下貯蔵タンクと同等以上の安全性を有していることが必要となってきます。このようなことから、横置円筒型地下貯蔵タ

ンクと同等以上の安全性を有する縦置円筒型地下貯蔵タンクの評価方法を策定することを目的として、平成23年度に当協会に「縦置円筒型地下貯蔵タンクの安全性評価に関する調査検討委員会」（委員長：亀井浅道元消防研究所長）を設置し、自主研究を実施いたしましたので、その概要について説明いたします。

1 技術基準における縦置円筒型地下貯蔵タンクと横置円筒型地下貯蔵タンクとの比較検討の対象となるタンク室内に地下貯蔵タンクを設置する地下タンク貯蔵所に関する技術上の基準は、危険物の規制に関する政令（昭和34年政令第306号。以下「政令」といいます。）第13条第1項に示されていますが、この基準は横置円筒型地下貯蔵タンクを想定しているものと考えられることから、形状の異なる縦置円筒型地下貯蔵タンクに適用する場合にどのような問題が生じるかについて検討を行いました。具体的には、政令第13条第1項に規定されている内容について、横置円筒型地下貯蔵タンクと図2示す形状の縦置円筒型地下貯蔵タンクと

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図1 縦置円筒型地下貯蔵タンクのイメージ

をそれぞれ当てはめて比較検討を行いました。比較検討した結果から、縦置円筒型地下貯蔵

タンクと横置円筒型地下貯蔵タンクとの差異は次に示すとおりでした。⑴ 地下貯蔵タンクに作用する荷重及び発生応力の差異ア 作用する荷重「危険物の規制に関する規則の一部を改正する省令等の施行について」（平成17年3月24日付け消防危第55号。以下「55号通知」といいます。）では、地下貯蔵タンクに作用する荷重は、表1に示すとおりとしています。このうち、横置円筒型地下貯蔵タンクと縦

置円筒型地下貯蔵タンクとの形状の違いにより差異が生じるものとして乾燥砂荷重が掲げられます。55号通知では、図3に示す部分を乾燥砂荷重として算定する範囲としています。

一方、縦置円筒型地下貯蔵タンクでは、図4に示すようにタンク室内面から胴部上端に存する乾燥砂の荷重に加えて、地下貯蔵タンクの転倒、胴部の座屈等の算定に際して影響を及ぼすと考えられる胴部周囲の乾燥砂重量を乾燥砂荷重として算定する必要があります。イ 発生応力及び許容応力等ア フープ応力55号通知では、内圧又は外圧に応じて、横置円筒型地下貯蔵タンクに発生するフープ応力を以下に示すように算定することとしています。

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図2 比較検討の対象とした縦置円筒型地下貯蔵タンク

乾燥砂

GL

スカート

アンカーボルト

スカート

鉄筋 拡大

ベースプレート

タンク室

地下貯蔵タンク

開口部

表1 地下貯蔵タンクに作用する荷重

主荷重固定荷重液荷重内圧乾燥砂荷重

従荷重 地震の影響試験荷重

図3 横置円筒型地下貯蔵タンクに作用する乾燥砂荷重

地下貯蔵タンク

乾燥砂荷重

タンク室

σ＝ PD（又はR）2t

σ：発生応力（単位 N/㎟）Ｐ：圧力（単位 N/㎟）Ｄ：タンク内径（単位 ㎜）

Ｒ：鏡板中央部での曲率半径（単位 ㎜）ｔ：板厚（単位 ㎜）発生応力の算定に必要となる圧力については、表2に示すとおりです。縦置円筒型地下貯蔵タンクでは、設置す

る形状の違いからフープ応力の算定に必要となる圧力は、表3に示すように作用します。フープ応力に対する許容応力については、縦置円筒型地下貯蔵タンクについても横置円筒型地下貯蔵タンクと同様に適用することができることから、表3で算定したフープ応力に対する許容応力を、危険物の規制に関する技術上の基準を定める告示（昭和49年自治省告示第99号。以下「告示」といいいます。）第4条の47に規定する許容応力とします。イ 軸方向圧縮応力縦置円筒型地下貯蔵タンクは、形状が縦置円筒型屋外貯蔵タンクと同様の形状であることから、屋外貯蔵タンクの側板の軸方向圧縮応力の算定方法に従って、胴部の軸

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図4 縦置円筒型地下貯蔵タンクに作用する乾燥砂荷重

乾燥砂荷重

タンク室

地下貯蔵タンク

表2 横置円筒型地下貯蔵タンクに発生するフープ応力の算定に必要となる圧力鏡板の内圧による引張応力 胴部の内圧による引張応力

Ｒ

Ｐi

Pi主荷重：内圧（鏡板中央部における静液圧）従荷重：水圧試験による荷重

Ｄ

Ｐi

Pi主荷重：内圧（胴部下端における静液圧）従荷重：水圧試験による荷重

鏡板の外圧による圧縮応力 胴部の外圧による圧縮応力

Ｒ

Ｐo

Po主荷重：鏡板中央部までの乾燥砂荷重従荷重：負の試験荷重

Ｐo

Ｄ

Po主荷重：鏡板中央部までの乾燥砂荷重従荷重：負の試験荷重

方向圧縮応力についても次に示すように算定することが必要です。① 主荷重（底部重量を除いた固定重量＋乾燥砂荷重）

σ＝WA

σ：発生応力（単位 N／㎟）Ｗ：胴部下端に係る重量（単位 N）Ａ：胴部の断面積（単位 ㎟）

② 主荷重と従荷重の組み合わせ

σ＝W（1＋kv）A ＋MZ

σ：発生応力（単位 N／㎟）Ｗ：胴部下端に係る重量（単位 N）

Ａ：胴部の断面積（単位 ㎜）kV：設計鉛直震度

告示第4条の23に規定する設計水平震度に1/2を乗じた値とする。Ｍ：水平方向地震動による転倒モーメン

ト（単位 N・㎜）Ｚ：断面係数（単位 ㎣）軸方向圧縮応力に対する許容応力は、縦置円筒型屋外貯蔵タンクの許容応力である告示第4条の16の2に示されている算定式を適用します。ウ タンク固定条件の照査55号通知では、地下タンク本体の地震時慣性力に対して、地下タンク固定部分が、

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表3 縦置円筒型地下貯蔵タンクに発生するフープ応力の算定に必要となる圧力鏡板の内圧による引張応力 胴部の内圧による引張応力

Ｒ Ｐi

Pi主荷重：内圧（鏡板最下端における静液圧）従荷重：水圧試験による荷重

ＤＰi

Pi主荷重：内圧（胴部下端における静液圧）従荷重：水圧試験による荷重

鏡板の外圧による圧縮応力 胴部の外圧による圧縮応力

Ｒ

Ｐo

Po主荷重：鏡板中央部までの乾燥砂荷重従荷重：負の試験荷重

ＤＰo

Po主荷重：胴部下端における乾燥砂荷重従荷重：負の試験荷重

次に示すように必要なモーメントに耐える構造としなければならないとされています。Fs・L≦ R・lFs：タンク軸直角方向に作用する水平方

向地震動（単位 N）Ｌ：Fs が作用する重心から基礎までの

高さ（単位 ㎜）Ｒ：固定部に発生する反力（単位 N）ｌ：一の固定部分の固定点の間隔（単位

㎜）本検討の対象となる縦置円筒型地下貯蔵

タンクは、スカート支持構造物となることから、石油学会規格「スカートを有する塔そう類の強度計算」JPI-7R-35-2004に基づいて算定することが必要です。

⑵ ポンプ設備縦置円筒型地下貯蔵タンクは、横置円筒型地

下貯蔵タンクと比較してポンプ設備に要求される吸込揚程（ポンプの吸込口から危険物の液面までの垂直距離）が大きくなることから、ポンプ吐出側の危険物の取扱量、配管経路の状況等に応じて、油中ポンプ設備を使用することが必要となる場合も考えられます。⑶ 液体の危険物の漏れを検知する設備液体の危険物の漏れを検知する設備は、地下

貯蔵タンクの区分に応じて表4に示すように定められています。横置円筒型地下貯蔵タンクに一般的に用いら

れている液体の危険物の漏れを検知する設備は、漏えい検査管ですが、縦置円筒型地下貯蔵

タンクに設置する場合は、漏えい検査管の深さが横置円筒型地下貯蔵タンクのものと比較して、更に深くなり点検作業が円滑に行うことができない可能性があります。このようなことから、縦置円筒型地下貯蔵タンクの液体の危険物の漏れを検知する設備については、危険物の微小な漏れを検知するための設備（高精度液面計）を設置することが望ましい場合があると考えられます。⑷ タンク室の構造55号通知において、「発生応力は、荷重の形態、支持方法及び形状に応じ、算定された断面力（曲げモーメント、軸力及びせん断力）の最大値について算出すること。」とされています。横置円筒型地下貯蔵タンクのタンク室と縦置円筒型地下貯蔵タンクのタンク室とでは、荷重の形態、支持方法及び形状が異なる場合があります。縦置円筒型地下貯蔵タンクのタンク室は、内空高が広くなると土圧・水圧の影響が大きくなり、部材厚が厚くなる傾向となります。

2 モデルケースにおける縦置円筒型地下貯蔵タンクの安全性評価前1での検討結果を踏まえて、モデルケースにおける縦置円筒型地下貯蔵タンクの安全性について評価を行い、横置円筒型地下貯蔵タンクと同等以上の安全性を有していることが確認されました。モデルケースとした縦置円筒型地下貯蔵タンク及びタンク室は、以下に示すとおりです。

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表4 液体の危険物の漏れを検知する設備地下貯蔵タンクの区分 液体の危険物の漏れを検知する設備

腐食のおそれが高い地下貯蔵タンク（告示第4条の49の3に要件が定められた既設の地下貯蔵タンク）

危険物の微小な漏れを検知するための設備（直径0.3mm 以下の開口部からの危険物の漏れを常時検知することができる設備）

上記以外の地下貯蔵タンク危険物の微小な漏れを検知するための設備又は地下貯蔵タンクの周囲に4箇所以上設ける管（漏えい検査管）により液体の危険物の漏れを検知する設備

⑴ 縦置円筒型地下貯蔵タンクの諸元① 型式 ：縦置円筒型（タンク室内

設置、乾燥砂充填）② 容量 ：30,000L③ タンク内径 ：2800㎜④ タンク高さ ：5685.1㎜（下部鏡板底部

から上部鏡板頂部まで）⑤ 最高液面高さ：5413㎜⑥ 内容物 ：燃料油⑦ 設計液比重 ：1.0⑧ 主要材質 ：JIS G 3101一般構造用圧

延鋼板 SS400⑨ 板厚 ：下部鏡板 9㎜

胴板 9㎜上部鏡板 9㎜

⑩ 溶接継手効率：胴部 1.0鏡板部1.0

⑪ 腐れ代 ：0㎜⑫ 設計温度 ：常温⑬ 設計圧力 ：正圧70kPa（水圧試験時

圧力）：負圧10kPa（漏れ試験時圧力）

⑭ 運転温度 ：常温⑮ 運転圧力 ：大気圧⑯ 地震係数 ：水平震度0.3

鉛直震度0.15⑵ タンク室の諸元図6に示す寸法等によるほか、次に示す諸元

によるものとします。① 地盤条件ア 埋戻し土 φ＝30゜ C=0.0kN/㎡イ 基礎部地盤 φ＝30゜ C=0.0kN/㎡

② 配筋要領ア かぶり 頂版・側壁・底版鉄筋中心までの距離として5.0cm ＋1.0cm＝6.0cmとする。イ 配筋上の鉄筋基本間隔@200㎜とする。

③ 構造物浮き上がりに対する許容安全率Fs ＝1.10④ 版の解析版の解析は、「鉄筋コンクリート構造計算基準・同解説」日本建築学会の図表を使用する。ⅰ 周辺固定(等分布荷重)スラブⅱ 3周辺固定1辺自由(等分布荷重)スラブⅲ 3周辺固定1辺自由(等辺分布荷重)スラブⅳ 4辺単純支持(等分布荷重)スラブ

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図5 縦置円筒型地下貯蔵タンクの寸法等

3 縦置円筒型地下貯蔵タンク及びタンク室の安全性に関する評価方法政令第13条第1項に示されている地下タンク

貯蔵所を構成する地下貯蔵タンク及びタンク室に関する技術基準は性能規定化されており、技術基準に適合するのであれば地下貯蔵タンクの形状、材質、一のタンク室に設置する地下貯蔵タンクの基数等について制約はありません。しかしながら、本検討において全てのケース

についての評価方法を検討することは困難であることから、前2で示したモデルケースを主軸として、図7に示すように縦置円筒型地下貯蔵タンク及びタンク室についての安全性に関する評価方法を整理しました。

4 留意事項⑴ 検査方法、施工方法等における留意事項ア 水圧検査時前2で示した縦置円筒型地下貯蔵タンクでは、タンク内径（2,800㎜）の約2倍の高さ（5,785.1㎜）の地下貯蔵タンクをアンカーボルトで固定することなく水圧検査を行うこととなるので、転倒防止の措置を講じることが必要です。また、縦置円筒型屋外貯蔵タンクでは水張

（水圧）検査時に設置されている屋根手摺りも設けられていないこと、屋根形状が鏡板であることから、水圧検査及び同検査に関連する作業時には作業者等の転落事故を防止する

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図6 タンク室の寸法等

ための措置を講じることも必要です。イ タンク室施工時地下タンク貯蔵所のタンク室の浮力に対し

ての安全性は、地下タンク貯蔵所が完成した時点では確保されることとなりますが、施工中には確保されていないので、一般的にはカマ場に水中ポンプを設置して地下水の汲み上げを行っています。縦置円筒型地下貯蔵タンクのタンク室は、

設置深度が横置円筒型地下貯蔵タンクのタンク室と比較して深くなることから、同じ地下水位であっても縦置円筒型地下貯蔵タンクのタンク室の方が大きな浮力を受ける可能性が高いので、矢板の設置や地下水の汲み上げに留意することが必要です。

⑵ 維持管理における留意事項縦置円筒型地下貯蔵タンクにおける漏れの点検と横置円筒型地下貯蔵タンクにおける漏れの点検とを比較しても大きな差異は認められないものと考えられますが、都市部の少ない敷地内のスペースにおいて、非常用発電設備用としての燃料油を貯蔵することを目的に設置された場合には、地盤面から漏えい検査管の下端まで至る距離が同程度の容量の横置円筒型地下貯蔵タンクと比較すると長くなることから、漏えい検査管による点検が円滑に行えない可能性があります。このようなことから、設置状況に応じて高精度液面を設置し、常時監視することが望ましい場合があると考えられます。

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図7 縦置円筒型地下貯蔵タンク及びタンク室の安全性に関する評価方法

①縦置円筒型屋外貯蔵タンクは、上面・下面ともに鏡板形状でスカート支持構造である。

②下面がフラットの場合は、個別に評価する。

胴板

台座

鉄筋

底板

拡大

アンカーボルト

鉄筋

スカート

ベースプレート

拡大

NO

GL

YES

③タンク室は以下に示す要件を満たしている。ａ　タンク室に設置される地下貯蔵タンクは１基である。ｂ　直接基礎である。ｃ　タンク室は現場打ちコンクリート構造である。ｄ　タンク室の寸法は以下に示す程度である。

NO

YES

壁幅4.0ｍ

壁高2.0～8.4ｍ

④地下貯蔵タンクについては、モデルケースと同様の方法で評価する。　タンク室については、条件に応じて個別に評価する。

⑤地下貯蔵タンク、タンク室ともにモデルケースと同様の方法で評価する。

アンカーボルト