(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の屋根の構造であって、トラスからなる大梁と、隣り合う大梁の上弦材どうしを連結する小梁と、該小梁の中央部と前記大梁の下弦材とを連結する斜め束材とを主要構成部材として屋根フレームを構成し、前記トラスの上弦材、下弦材、ラチス材をそれぞれ鋼材により形成し、前記小梁および前記斜め束材をそれぞれ木製の集成材もしくは無垢材により形成し、
前記屋根フレームの平面形状を一端側から他端側にかけてその幅寸法が漸次大きくなる略台形状となし、前記各大梁をそれぞれ該屋根フレームの長さ方向に沿わせかつそれら大梁の相互間隔を前記屋根フレームの一端側から他端側にかけて漸次大きくなるように放射状に架設してなることを特徴とする屋根の構造。
【請求項２】
前記各大梁の梁成をそれら大梁の相互間隔に対応させて屋根フレームの一端側から他端側にかけて漸次大きくなるように設定してなることを特徴とする請求項１記載の屋根の構造。
【請求項３】
前記屋根フレームの外周部に水平ブレースを設けてなることを特徴とする請求項１または２記載の屋根の構造。
【請求項４】
前記屋根フレームをその両端部を柱により支持して架設し、前記柱を該屋根フレームの両端部においてそれぞれその幅方向に並べて設けるとともに、それら各柱をそれぞれ柱脚から柱頭にかけて放射状に広がるように立設された複数の柱部材により構成し、かつ隣り合う柱における各柱部材の柱頭部どうしを接合してそれら柱部材を前記屋根フレームの幅方向に連続せしめてなることを特徴とする請求項１，２または３記載の屋根の構造。
【請求項５】
前記大梁の長さ方向中間部を中間柱により支持せしめてなることを特徴とする請求項１，２，３または４記載の屋根の構造。
【請求項６】
前記建物の用途が屋内プールであることを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載の屋根の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種の建物、特にたとえば屋内プールや体育館のような大規模な競技施設等に適用して最適な屋根の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大規模建物の屋根の構造としては、シェル構造、立体トラス構造、膜構造等、種々のものが実用化されており、建物の規模や形態、用途に応じて最適なものが採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の屋根の構造としては、力学的に合理的で安定なものであることは言うに及ばず、施工性や経済性、耐久性、保守性に優れるものであることが必要であり、さらに意匠的にも用途に適合するものであることが望まれる。
【０００４】
本発明は、上記のような種々の要求を満たし得る有効な屋根の構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の屋根の構造は、たとえば競技施設等の大規模な建物に適用して特に好適なものであって、トラスからなる大梁と、隣り合う大梁の上弦材どうしを連結する小梁と、該小梁の中央部と前記大梁の下弦材とを連結する斜め束材とを主要構成部材として屋根フレームを構成し、前記トラスの上弦材、下弦材、ラチス材はそれぞれ鋼材からなり、前記小梁および前記斜め束材はそれぞれ木製の集成材もしくは無垢材からなり、前記屋根フレームの平面形状を一端側から他端側にかけてその幅寸法が漸次大きくなる略台形状となし、前記各大梁をそれぞれ該屋根フレームの長さ方向に沿わせかつそれら大梁の相互間隔を前記屋根フレームの一端側から他端側にかけて漸次大きくなるように放射状に架設するようにしたものである。
【０００６】
本発明においては、前記各大梁の梁成をそれら大梁の相互間隔に対応させて屋根フレームの一端側から他端側にかけて漸次大きくなるように設定することが好適である。
【０００７】
また、前記屋根フレームの外周部に水平ブレースを設けても良い。さらに、前記屋根フレームをその両端部を柱により支持して架設し、前記柱を該屋根フレームの両端部においてそれぞれその幅方向に並べて設けるとともに、それら各柱をそれぞれ柱脚から柱頭にかけて放射状に広がるように立設された複数の柱部材により構成し、かつ隣り合う柱における各柱部材の柱頭部どうしを接合してそれら柱部材を前記屋根フレームの幅方向に連続せしめることが考えられる。前記大梁の長さ方向中間部を中間柱により支持することも好適である。
【０００８】
本発明の屋根の構造を適用する建物の用途としては屋内プールが最適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１〜図３は５０ｍプール１と２５ｍプール２およびスタンド３その他の付帯設備を備えた屋内プールを用途とする大規模建物の全体概略構成を示す図であって、この建物全体を覆う屋根４に本発明の構造が採用されている。
【００１０】
その屋根４は全体として円筒面の一部を切取った幾何学的な形状をなすもので、立面視では図１に示すように上方に緩やかに湾曲しているとともに、平面視では建物の平面形状に対応して一端側（図２において２５ｍプールが設けられている右側）から他端側（同、５０ｍプールが設けられている左側）にかけてその幅寸法が漸次大きくなるような略台形状をなすものとされている。
【００１１】
上記屋根４は、図４〜図６に示すように大梁５、小梁６、斜め束材７を主要構成部材とする屋根フレーム８上に、母屋受け９および母屋１０を介して屋根材１１を取り付けることで構成されている。
【００１２】
大梁５は上弦材５ａ、下弦材５ｂ、ラチス材５ｃからなる大スパン（図示例のものは約１２０ｍ）のトラスであって、それぞれが屋根４の長さ方向に沿うように、つまり屋根４の両端間にわたるように架設されるものである。小梁６は隣り合う大梁５の間に所定間隔（たとえば３ｍ程度）で平行に架設されてそれら大梁５の上弦材５ａどうしを連結しており、斜め束材７はその小梁６の中央部と大梁５の下弦材５ｂとを連結することで座屈止めとして機能するものである。なお、図示例のものにおいては左右の斜め束材７の先端部を小梁６の中央において連続させるように設けているが、左右の斜め束材７の先端部を連続させることなくそれぞれを小梁６の中央部に対して連結することでも勿論良い。
【００１３】
本例における屋根４は略台形状をなしていることから、図４に示すように各大梁５の相互間隔は屋根４の一端側から他端側にかけて漸次大きくなるように放射状に架設され、これにより本例においては屋根４全体は放射状に架設された９本の大梁５により８分割された形態となっている。さらに、上記のように各大梁５の相互間隔が漸次拡大していることに対応して、図１に示されるよに各大梁５の梁成も一端側から他端側にかけて漸次大きくなるように設定され、これにより力学的に合理的かつ経済的な架構が実現している。
【００１４】
そして、大梁５を構成しているトラスは通常の鉄骨造のものであってその上弦材５ａ、下弦材５ｂ、ラチス材５ｃはいずれも亜鉛メッキされた鋼材（図示例のものはＨ形鋼）により形成されているが、小梁６および斜め束材７としてはたとえば杉集成材等の木製の構造用集成材が用いられている。すなわち、上記の屋根４は高剛性、高靱性の鉄骨トラスと、耐久性、経済性、保守性に優れた集成材とを組み合せて構成されたものであって、鉄骨造と木造との双方の利点を併せ持つ複合構造（ハイブリッド構造）というべきものである。
【００１５】
なお、母屋受け９および母屋１０としては通常の鋼材を用いれば良く、屋根材１１としては金属板その他の通常の屋根板を用いれば良い。また、必要であれば、図４に破線で示しているように屋根フレーム８の外周部に水平ブレース１４を設けることで水平剛性をより高めることができる。その場合、水平ブレース１４としては鋼材を用いれば良く、それに交差する小梁６もここでは集成材に代えて鋼材を用いると良い。また、可能であれば小梁６や斜め束材７の材料として集成材に代えて無垢の木材を用いても良い。
【００１６】
上記構成の屋根４は、図１〜図３に示すように、屋根フレーム８の一端側が地上に立設された柱１２により支持されるとともに他端側がスタンド３上に立設された柱１３により支持されて架設されるものであり、それら柱１２，１３と大梁５とによりラーメン架構が構成されてこの建物全体の剛性が十分に確保されかつ安定した変形性能を有するものとなっている。
【００１７】
また、上記柱１２，１３は、いずれも４本の柱部材１２ａ，１３ａを倒立四角錐の各斜辺に位置するように、すなわちそれら柱部材１２ａ，１３ａを柱脚から柱頭にかけて放射状に広がるように立設した構成のものとされている。そして、柱１２は屋根４の一端側においてその幅方向に並べられ、かつ隣り合う柱１２における各柱部材１２ａどうしが柱頭部において互いに接合されており、これにより各柱１２の各柱部材１２ａは屋根４の一端側においてその幅方向に連続する一連のブレースとして機能するものとなっている。同様に、各柱１３の各柱部材１３ａは屋根４の他端側においてその幅方向に連続する一連のブレースとして機能するものとなっており、それら一連のブレースによりこの建物の幅方向の剛性が十分に高められたものとなっている。つまり、この建物の架構形式は柱１２，１３と大梁５とによるラーメン架構を基本としつつブレース構造が併用されたものである。
【００１８】
なお、大梁５の一端側を支持する柱１２は地中に設けられた基礎（図示せず）から地上に立設されているが、他端側を支持する柱１３はスタンド３上に立設されていることから、そのスタンド３は鉄筋コンクリート造およびプレキャストコンクリート造の併用により柱１３に対する基礎として機能し得る十分な高剛性が確保されている。また、各柱１２，１３は必ずしも上記のように４本の柱部材１２ａ，１３ａにより構成することに限られず、各柱部材１２ａ，１３ａが屋根４の幅方向に連続するブレースとして機能し得るものとする限りにおいては、柱１２，１３を２本ないし３本あるいは５本以上の柱部材１２ａ，１３ａによって構成することも妨げるものではない。
【００１９】
さらに、図１および図３に示されるように、各大梁５の中間部はスタンド３上に立設された中間柱１５によっても支持されている。その中間柱１５による屋根４の支持位置は、屋根４全体の自重による応力と地震時に屋根に生じる応力とがバランスするように考慮され、大梁５の中央位置よりもやや一端側（屋根４の幅が狭くなっている側）にずれた位置に設定されている。
【００２０】
以上のような構造の屋根４は、鉄骨トラスからなる大梁５と、木製の集成材からなる小梁６および斜め束材７とを組合せて用いたことにより、鉄骨トラスからなる大梁５による十分なる強度確保と部材断面の節約効果が得られるとともに、木材の軽量性や経済性、耐久性を十分に生かすことができ、屋根全体を純鉄骨造とする場合に比較して施工費はもとより防錆のための塗装補修等の保守費の点で圧倒的に有利であり、屋内プールのように十分な防錆対策が不可欠である用途の建物に適用して特に好適である。また、天然素材である木材を用いることにより自然がイメージされる好ましい内部空間を創出できるという意匠的な利点もある。
【００２１】
また、平面プランに対応する略台形状の屋根４を形成するために、相互間隔が漸次大きくなるように大梁５を放射状に架設し、かつ大梁５の相互間隔に対応させてそれら大梁５の梁成を変化させるようにしたので、力学的に単純にして明快かつ合理的な構造が実現されている。しかも、必要に応じて屋根フレーム８の外周部に水平ブレース１４を設けることで水平剛性をより高めることができるものとなっている。
【００２２】
また、屋根４を支持する柱１２，１３をそれぞれブレースとしても機能する複数の柱部材１２ａ，１３ａを組合せた立体的な形態のものとしているので、ラーメン架構を基本としつつブレース架構の機能を併せ持つものとなり、したがって優れた耐震性を確保できる。さらに、屋根４の中間部を中間柱１５により支持することで安定性をより向上させることができるとともに、中間柱１５の支持位置の設定により屋根応力を自重時と地震時とで合理的にバランスさせるような制御が可能となる。
【００２３】
なお、上記の小梁６の方向はプール１，２の長さ方向（各コースの方向）にほぼ正確に合致するように設定することが好ましい。そのようにすれば、泳者が屋根面を見ながら泳ぐ背永の際にはコースと同方向に延在するものを目安として進行方向を修正する習慣があることから、小梁６に進行方向を指し示すガイドとしての機能を持たせることができる。そのような考慮をすることなく小梁６の方向がコースの方向とずれているような場合には、背永時に進行方向が小梁６の方向に沿うように知らず知らずのうちにずれてしまって泳ぎ難いものとなり、好ましくない。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の屋根の構造は、鋼材トラスからなる大梁と木製の集成材もしくは無垢材からなる小梁および斜め束材とによる複合構造としたので、鋼材トラスによる十分なる強度確保と部材断面の節約効果が得られるとともに、木材の軽量性や経済性、耐久性を十分に生かすことができ、純鉄骨造に比較して施工費や保守費の点で有利である。また、天然素材である木材を用いることで自然がイメージされる好ましい内部空間を創出できるという意匠的な利点もある。
【００２５】
また、屋根の平面形状を略台形状として大梁を相互間隔が漸次大きくなるように放射状に架設するので構造的に合理的であるし、大梁の相互間隔に対応させて大梁の梁成を漸次大きくなるようにすれば、力学的に単純にして明快かつ合理的な構造が実現される。また、屋根フレームの外周部に水平ブレースを設ければ水平剛性をより高めることができる。
【００２６】
さらに、屋根を支持する柱を放射状に広がる複数の柱部材により構成するとともにそれら柱部材の柱頭部どうしを接合して屋根の幅方向に連続させたものとすれば、ラーメン架構を基本としつつブレース架構の機能を併せ持つものとなり、優れた耐震性を確保できる。しかも、屋根の中間部を中間柱により支持すれば安定性をより向上させることができるとともに、その中間柱の支持位置の設定により自重時と地震時の屋根応力を合理的にバランスさせるような制御が可能となる。
【００２７】
特に、本発明の屋根の構造を屋内プールを用途とする建物に適用すれば、純鉄骨造の屋根の場合においては頻繁かつ十分に実施することが不可欠であった防錆のための塗装補修等の保守作業を大幅に軽減することができ、きわめて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の屋根の構造を採用した大規模建物の一例を示す断面図である。
【図２】  同、平面図である。
【図３】  同、屋根と下部構造を分解して示した斜視図である。
【図４】  同、屋根フレームの平面図である。
【図５】  同、屋根フレームを見上げた状態の部分拡大図である。
【図６】  同、屋根フレームを見下ろした状態の部分拡大図である。
【符号の説明】
１，２  プール
４  屋根
５  大梁
５ａ  上弦材
５ｂ  下弦材
５ｃ  ラチス材
６  小梁
７  斜め束材
８  屋根フレーム
１２，１３  柱
１２ａ，１３ａ  柱部材
１４  水平ブレース
１５  中間柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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