(57)【要約】【課題】内部空間の有効高さを確保し易い屋根構造を提供する。【解決手段】屋根構造は、下部構造体１０の上端部に形成され長軸と短軸とを持つ開口縁部１０Ａに、複数の骨格部材（アーチ材２２）を放射状に架け渡して形成された球面状屋根架構（屋根架構２０）と、球面状屋根架構の中心部を構成し、同心円上に複数配置されたリング状の張弦トラス３０と、球面状屋根架構の外周部を構成し、骨格部材の面内に斜材を配置して形成された外周トラス４０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部構造体の上端部に形成され長軸と短軸とを持つ開口縁部に、複数の骨格部材を放射状に架け渡して形成された球面状屋根架構と、
前記球面状屋根架構の中心部を構成し、同心円上に複数配置されたリング状の張弦トラスと、
前記球面状屋根架構の外周部を構成し、前記骨格部材の面内に斜材を配置して形成された外周トラスと、
を有する屋根構造。
【請求項２】
前記張弦トラスは、
前記骨格部材と、
前記骨格部材を連結してリング状に形成された上リング材と、
前記上リング材の下方に設けられリング状に形成された下リング材と、
前記上リング材と前記下リング材とを連結する束材と、
前記下リング材と前記骨格部材とを連結する弦材と、を備えて形成され、
前記弦材は互いに交差するように配置されている請求項１に記載の屋根構造。
【請求項３】
前記球面状屋根架構が平面視にて楕円形状である、
請求項１又は請求項２に記載の屋根構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋根構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、張力が導入された放射ケーブルを用いて形成されたドーム式屋根が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２８７８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のドーム式屋根においては、屋根の周縁部において放射ケーブルが内部空間へ突出し、空間の有効高さが低くなる虞がある。また、空間の有効高さを確保しようとすると、例えば屋根を架設する建物の開口縁部の位置を高くする必要があり、工期が延びたり建設コストが高くなる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して、内部空間の有効高さを確保し易い屋根構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の屋根構造は、下部構造体の上端部に形成され長軸と短軸とを持つ開口縁部に、複数の骨格部材を放射状に架け渡して形成された球面状屋根架構と、前記球面状屋根架構の中心部を構成し、同心円上に複数配置されたリング状の張弦トラスと、前記球面状屋根架構の外周部を構成し、前記骨格部材の面内に斜材を配置して形成された外周トラスと、を有する。
【０００７】
請求項１の屋根構造においては、下部構造体の開口縁部に球面状屋根架構が形成されている。この球面状屋根架構の中心部には、リング状の張弦トラスが、同心円上に複数配置されている。このため、球面状屋根架構に亘って１つの張弦トラスを配置した構成と比較して、張弦トラスが分割されており、張弦トラス全体のせいを低くできる。これにより、球面状屋根架構の内部空間の有効高さを確保し易い。
【０００８】
また、球面状屋根架構の外周部には、骨格部材の面内に斜材を配置して外周トラスが形成されている。このため、外周部には張弦トラスを配置しなくても球面状屋根架構を支持する剛性を確保できる。これにより、内部空間の有効高さをさらに確保し易い。
【０００９】
さらに、下部構造体の開口縁部は長軸と短軸とを備えている。このため、例えば開口縁部が真円の場合と比較して、開口縁部に架け渡された球面状屋根架構の外周部に作用するスラスト力が大きい。しかし球面状屋根架構の外周部には外周トラスが形成されているため、外周トラスを形成しない構成と比較して外周部の剛性が高い。これによりスラスト力による球面状屋根架構の変形を抑制できる。
【００１０】
請求項２の屋根構造は、請求項１の屋根構造において、前記張弦トラスは、前記骨格部材と、前記骨格部材を連結してリング状に形成された上リング材と、前記上リング材の下方に設けられリング状に形成された下リング材と、前記上リング材と前記下リング材とを連結する束材と、前記下リング材と前記骨格部材とを連結する弦材と、を備えて形成され、前記弦材は互いに交差するように配置されている。
【００１１】
請求項２の屋根構造においては、球面状屋根架構の自重によって放射状に架け渡された骨格部材に作用する荷重は、束材を介して弦材が負担する。弦材の引張力は上リング材の圧縮力と下リング材の引張力に置換され自碇式の架構となる。これにより球面状屋根架構の下方に有効高さが高い無柱空間を形成できる。
【００１２】
また、弦材は互いに交差するように配置されているため、地震時に作用する水平力によって球面状屋根架構が変形することを抑制できる。
【００１３】
請求項３の屋根構造は、請求項１又は請求項２の屋根構造において、前記球面状屋根架構が平面視にて楕円形状である。
【００１４】
請求項３の屋根構造では、球面状屋根架構が平面視にて楕円形状である。すなわち、球面状屋根架構の外周部を構成する外周トラスの外縁部が楕円形状とされている。これにより、例えば外周トラスの外縁部が長方形状等の場合と比較して、球面状屋根架構の中心部から下部構造体の開口縁部に向ってスラスト力が滑らかに伝達され、局所的な集中応力が発生し難い。このため構造安定性が高い。また、意匠性に優れた屋根構造にできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る屋根構造によると、内部空間の有効高さを確保し易い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）は本発明の実施形態に係る屋根構造を示す立断面図であり、（Ｂ）は屋根構造を分解した状態を示す立断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る屋根構造を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る屋根構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る屋根構造の形状を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る屋根構造の実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。なお、各図面において重複する構成及び符号については、説明を省略する場合がある。また、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００１８】
＜屋根構造＞
本発明の実施形態に係る屋根構造は、図１（Ａ）に示すように、スタジアム等の下部構造体１０の屋根として架設される屋根架構２０の構造である。屋根架構２０は、下部構造体１０において楕円形状に形成された開口縁部１０Ａ（下部構造体１０と屋根架構２０との境界部）に放射状に架け渡されたアーチ材２２を骨格部材として形成されている。
【００１９】
図１（Ｂ）及び図２、３に示すように、屋根架構２０の中心部は、リング状の張弦トラス３０を同心円上に複数（張弦トラス３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）配置して形成されている。また、屋根架構２０の外周部には、アーチ材２２の面内に斜材４６を配置してトラス構造（外周トラス４０）が形成されている。
【００２０】
＜屋根架構の形状＞
屋根架構２０は、図４に示す球面Ｑに沿うように形成されている。具体的には、アーチ材２２（図３等参照）が、球面Ｑ上の点Ｏ’から球面Ｑに沿って放射状に引いた曲線Ｌ上に配置されている。また、後述する上リング材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、上弦材４２がそれぞれ、球面Ｑ上において点Ｏ’を中心とする円（同心円）に沿って描いた曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４上に配置されている。さらに、後述する外縁材４４は、点Ｏ’を長軸と短軸の交点とする楕円Ｅを、球面Ｑ上に投影（点Ｏ’から球面Ｑを形成する球の中心点Ｏに沿って投影）した曲線Ｃ５上に配置されている。
【００２１】
なお、これらのアーチ材２２、上リング材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ及び外縁材４４は、直線状部材を組合わせて形成されている。これらの部材が「曲線上に配置されている」とは、各部材を形成する直線状部材の接点（連結箇所）が、当該曲線上に配置されていることをいう。
【００２２】
また、本発明における「平面視」とは、球面Ｑ上の点Ｏ’から球面Ｑを形成する球の中心点Ｏに沿う方向に沿って屋根架構２０を見た場合の視点を指す。以下の説明における「平面視」との用語も同様である。
【００２３】
＜張弦トラス＞
張弦トラス３０は、図１（Ｂ）に示すように、張弦トラス３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを組合わせて形成されている。
【００２４】
張弦トラス３０Ａは、アーチ材２２Ａと、上リング材３２Ａと、下リング材３４Ａと、束材３６Ａと、弦材３８Ａと、上リング材３２Ｂと、を備えて形成されている。
【００２５】
アーチ材２２Ａは、上述したアーチ材２２において張弦トラス３０Ａに含まれる部分のことである。アーチ材２２Ａの上端部は、上リング材３２Ａに連結されている。また、アーチ材２２Ａの下端部は、張弦トラス３０Ｂの上リング材３２Ｂに連結されている。
【００２６】
図３に示すように、上リング材３２Ａは、円環状に形成された部材であり、互いに隣接するアーチ材２２の上端部同士を連結している。また、上リング材３２Ａの鉛直下方向には、下リング材３４Ａが配置されている。上リング材３２Ａと下リング材３４Ａとは、互いに束材３６Ａで連結されている。
【００２７】
弦材３８Ａは、下リング材３４Ａとアーチ材２２Ａとを連結している。具体的には、弦材３８Ａは、下リング材３４Ａにおいて束材３６Ａが接続された接続部Ｓ１と、アーチ材２２Ａにおいて上リング材３２Ｂが接続された下端部Ｓ２と、を連結している。
【００２８】
さらに、図２に示すように、弦材３８Ａは、接続部Ｓ１からアーチ材２２Ａと交わる方向へ向って延設され、上リング材３２Ｂの周方向に沿って２本先（隣の隣）にあるアーチ材２２Ａの下端部Ｓ２に連結されている。
【００２９】
なお、図２、３において、弦材３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃは、他の構成と識別し易いように破線を用いて示している。また、図３において弦材３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃは、図示を簡略化するために部分的に描画している。
【００３０】
またさらに、弦材３８Ａは、接続部Ｓ１から互いに交わる２方向へ向って延設され、それぞれの弦材３８Ａは、別の弦材３８Ａと平面視で交差するように配置されている。
【００３１】
張弦トラス３０Ｂは、図１（Ｂ）に示すように、アーチ材２２Ｂと、上リング材３２Ｂと、下リング材３４Ｂと、束材３６Ｂと、弦材３８Ｂと、上リング材３２Ｃと、を備えて形成されている。
【００３２】
アーチ材２２Ｂは、上述したアーチ材２２において張弦トラス３０Ｂに含まれる部分のことである。アーチ材２２Ｂの上端部は、上リング材３２Ｂに連結されている。また、アーチ材２２Ｂの下端部は、張弦トラス３０Ｃの上リング材３２Ｃに連結されている。
【００３３】
図３に示すように、上リング材３２Ｂは、円環状に形成された部材であり、互いに隣接するアーチ材２２Ｂの上端部同士（アーチ材２２Ａの下端部同士）を連結している。また、上リング材３２Ｂの鉛直下方向には、下リング材３４Ｂが配置されている。上リング材３２Ｂと下リング材３４Ｂとは、互いに束材３６Ｂで連結されている。
【００３４】
弦材３８Ｂは、下リング材３４Ｂとアーチ材２２Ｂとを連結している。具体的には、弦材３８Ｂは、下リング材３４Ｂにおいて束材３６Ｂが接続された接続部Ｓ３と、アーチ材２２Ｂにおいて上リング材３２Ｃが接続された下端部Ｓ４と、を連結している。
【００３５】
さらに、図２に示すように、弦材３８Ｂは、接続部Ｓ３からアーチ材２２Ｂと交わる方向へ向って延設され、上リング材３２Ｃの周方向に沿って１本先（隣）にあるアーチ材２２Ｂの下端部Ｓ４に連結されている。
【００３６】
またさらに、弦材３８Ｂは、接続部Ｓ３から互いに交わる２方向へ向って延設され、それぞれの弦材３８Ｂは、別の弦材３８Ｂと平面視で交差するように配置されている。
【００３７】
張弦トラス３０Ｃは、図１（Ｂ）に示すように、アーチ材２２Ｃと、上リング材３２Ｃと、下リング材３４Ｃと、束材３６Ｃと、弦材３８Ｃと、外周トラス４０の上弦材４２と、を備えて形成されている。
【００３８】
アーチ材２２Ｃは、上述したアーチ材２２において張弦トラス３０Ｃに含まれる部分のことである。アーチ材２２Ｃの上端部は、上リング材３２Ｃに連結されている。また、アーチ材２２Ｃの下端部は、上弦材４２に連結されている。
【００３９】
図３に示すように、上リング材３２Ｃは、円環状に形成された部材であり、互いに隣接するアーチ材２２Ｃの上端部同士（アーチ材２２Ｂの下端部同士）を連結している。また、上リング材３２Ｃの鉛直下方向には、下リング材３４Ｃが配置されている。上リング材３２Ｃと下リング材３４Ｃとは、互いに束材３６Ｃで連結されている。
【００４０】
弦材３８Ｃは、下リング材３４Ｃとアーチ材２２Ｃとを連結している。具体的には、弦材３８Ｃは、下リング材３４Ｃにおいて束材３６Ｃが接続された接続部Ｓ５と、アーチ材２２Ｃにおいて外周トラス４０の上弦材４２が接続された下端部Ｓ６と、を連結している。
【００４１】
さらに、図２に示すように、弦材３８Ｃは、接続部Ｓ５からアーチ材２２Ｃと交わる方向へ向って延設され、上弦材４２の周方向に沿って１本先（隣）にあるアーチ材２２Ｃの下端部Ｓ６に連結されている。
【００４２】
またさらに、弦材３８Ｃは、接続部Ｓ５から互いに交わる２方向へ向って延設され、それぞれの弦材３８Ｃは、別の弦材３８Ｃと平面視で交差するように配置されている。
【００４３】
なお、以下の説明においては、上リング材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを総称して上リング材３２と称し、下リング材３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを総称して下リング材３４と称し、束材３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃを総称して束材３６と称し、弦材３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃを総称して弦材３８と称す場合がある。
【００４４】
＜外周トラス＞
外周トラス４０は、図１（Ｂ）に示すように、アーチ材２２Ｄと、上弦材４２と、下弦材としての外縁材４４と、を備えており、さらに、図２、３に示すように、斜材４６を備えている。
【００４５】
アーチ材２２Ｄは、上述したアーチ材２２において外周トラス４０に含まれる部分のことである。アーチ材２２Ｄの上端部は、上弦材４２に連結されている。また、アーチ材２２Ｄの下端部は、外縁材４４に連結されている。
【００４６】
上弦材４２は、円環状に形成された部材であり、互いに隣接するアーチ材２２Ｄの上端部同士（アーチ材２２Ｃの下端部同士）を連結している。なお、上弦材４２の鉛直下方向には、下リング材が配置されていない。
【００４７】
外縁材４４は、上述したように平面視で楕円形状とされている。このため、アーチ材２２Ｄの長さは一定ではなく、楕円の長軸に対する鋭角側の角度が０°に近いほど長く、９０°に近いほど短い。また、外縁材４４は、外周トラス４０の外縁部を形成する他、屋根架構２０の外縁部（周縁部）を形成している。
【００４８】
斜材４６は、アーチ材２２Ｄの面内に配置されており、アーチ材２２Ｄと上弦材４２との交点から、隣接するアーチ材２２Ｄと外縁材４４との交点へ架け渡されている。
【００４９】
以上の構成により、張弦トラス３０と下部構造体１０の開口縁部１０Ａとの間に、立体トラスである外周トラス４０が形成される。
【００５０】
＜作用・効果＞
本発明の実施形態に係る屋根構造においては、図１（Ａ）に示すように、下部構造体１−の開口縁部１０Ａに球面状の屋根架構２０が形成されている。この球面状屋根架構の中心部（外周トラス４０の内側）には、リング状の張弦トラス３０が、同心円上に複数配置されている（張弦トラス３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）。
【００５１】
このため、球面状の屋根架構に亘って１つの張弦トラスを配置した構成と比較して、張弦トラスが分割されており、張弦トラス全体のせいを低くできる。これにより、屋根架構２０の内部空間（下部空間）の有効高さを確保し易い。
【００５２】
また、図２、３に示すように、屋根架構２０の外周部（張弦トラス３０の外側）には、骨格部材であるアーチ材２２の面内に斜材４６を配置して外周トラス４０が形成されている。このため、屋根架構２０の外周部には張弦トラスを配置しなくても球面状の屋根架構２０を支持する剛性を確保できる。これにより、内部空間の有効高さをさらに確保し易い。
【００５３】
さらに、下部構造体１０の開口縁部１０Ａ（図１参照）は長軸と短軸とを備えている。このため、例えば開口縁部１０Ａが真円の場合と比較して、開口縁部１０Ａに架け渡された屋根架構２０の外周部に作用するスラスト力が大きい。
【００５４】
しかし屋根架構２０の外周部には外周トラス４０が形成されているため、外周トラス４０を形成しない構成と比較して外周部の剛性が高い。これによりスラスト力による屋根架構２０の変形を抑制できる。
【００５５】
また、屋根架構２０は、平面視にて楕円形状とされている。すなわち、屋根架構２０の外周部を構成する外周トラス４０の外縁部（外縁材４４）が楕円形状とされている。これにより、例えば外縁材４４が長方形状等の場合と比較して、屋根架構２０の中心部から下部構造体１０の開口縁部１０Ａに向ってスラスト力が滑らかに伝達され、局所的な集中応力が発生し難い。このため構造安定性が高い。また、意匠性に優れた屋根構造にできる。
【００５６】
また、本発明の実施形態に係る屋根構造においては、屋根架構２０の自重によって放射状に架け渡されたアーチ材２２に作用する荷重は、張弦トラス３０の束材３６を介して弦材３８が負担する。弦材３８の引張力は上リング材３２の圧縮力と下リング材３４の引張力に置換され自碇式の架構となる。これにより屋根架構２０の下方に有効高さが高い無柱空間を形成できる。
【００５７】
なお、引張力を負担する弦材３８及び下リング材３４は、Ｈ型鋼、山型鋼等の型鋼によって形成できるほか、鋼製ワイヤーやカーボンファイバー等の線材によって形成することもできる。
【００５８】
また、本発明の実施形態に係る屋根構造においては、それぞれの張弦トラス３０において弦材３８が互いに交差するように配置されている。このため、地震時に作用する水平力によって屋根架構２０が変形することを抑制できる。
【００５９】
なお、本実施形態においては、開口縁部１０Ａが平面視で楕円形状とされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば開口縁部１０Ａは平面視で長円形状や長方形状等としてもよい。すなわち平面視で長軸と短軸とを備えた形状であればよい。この場合、外周トラス４０における外縁材４４の形状を長円形状や長方形状等として、アーチ材２２Ｄ及び斜材４６の長さは適宜調整される。
【００６０】
開口縁部１０Ａをこのような形状としても、屋根架構２０においてはリング状の張弦トラス３０が同心円上に複数配置されているため、屋根架構２０の内部空間の有効高さを確保し易い効果を得ることができる。
【００６１】
また、本実施形態においては弦材３８が互いに交差するように配置されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。すなわち、弦材３８は互いに交差しない配置とすることができる。弦材３８が互いに交差する構成としなくても、張弦トラス３０を自碇式の架構とすることができる。
【００６２】
また、本実施形態において、屋根架構２０が沿う球面Ｑは真球とされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば任意の放物線を軸回転させた形状等、任意の三次元形状とすることができる。このように、本発明は様々な態様で実施できる。また、各態様は適宜組み合わせて用いる事ができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０    下部構造体
１０Ａ  開口縁部
２２    アーチ材（骨格部材）
２０    屋根架構（球面状屋根架構）
３０    張弦トラス
３０Ａ  張弦トラス
３０Ｂ  張弦トラス
３０Ｃ  張弦トラス
３２    上リング材
３２Ａ  上リング材
３２Ｂ  上リング材
３２Ｃ  上リング材
３４    下リング材
３４Ａ  下リング材
３４Ｂ  下リング材
３４Ｃ  下リング材
３６    束材
３６Ａ  束材
３６Ｂ  束材
３６Ｃ  束材
３８    弦材
３８Ａ  弦材
３８Ｂ  弦材
３８Ｃ  弦材
４０  外周トラス
４６  斜材
【図１】
2020133328.tif 000003
【図２】
2020133328.tif 000004
【図３】
2020133328.tif 000005
【図４】
2020133328.tif 000006