(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺地域に対して風の影響を与えやすい高層の大型構造体と屋外施設とを設けた大型建築施設において、
前記大型構造体の屋根を、前記冬季の卓越風の風向きに上り勾配の片流れ形式の傾斜屋根とし、冬季の卓越風を受ける前記大型建築物の壁面を、前記冬季の卓越風に向かう方向に凸曲面形状とし、前記屋外施設を、前記冬季の卓越風を受ける前記大型構造体の凸曲面形状とした壁面の風下であって前記壁面と前記傾斜屋根により形成される低風速領域に位置する建設地に設けたことを特徴とする大型建築施設。
【請求項２】
前記傾斜屋根を、上り勾配が可変となる可動屋根構造としたことを特徴とする請求項１記載の大型建築施設。
【請求項３】
前記傾斜屋根の上り勾配を、３°〜９°の範囲の角度に設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の大型建築施設。
【請求項４】
前記凸曲面形状の壁面に連続して、前記冬季の卓越風の風向きに対して張り出した壁面を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の大型建築施設。
【請求項５】
前記大型構造体に、夏期の卓越風が発生する方向に開口して前記卓越風を前記大型構造体の内部に自然流として取り入れて通過するように通気口を設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の大型建築施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、大屋根を備えた大型建築施設に関し、特に、大屋根の屋根勾配を積極的に利用して冬期及び夏期における卓越風を制御する大型建築施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の大型建築施設として、競技場等として使用されるアリーナを内部に設け、屋根勾配を零とした陸屋根形式の大型屋根を配設した大型構造体を構築するとともに、この大型構造体の周囲に公園等の緑地を設けた施設が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この大型建築施設に向けて冬期に北風が吹き付けると、陸屋根形式の大型屋根に沿って流れる北風によってビル風が発生する場合がある。このビル風が公園に向けて吹くと、公園内で過ごしている人々に対して寒冷感を与えてしまうとともに、大型建築施設の周辺の住宅地等に対しても強風等が発生するおそれがあるので、施設周辺に与える環境の面で問題がある。
【０００４】
また、前記大型建築施設に向けて夏期に南風が吹いても、構造物内部に南風を有効に取り入れる構造とはなされておらず、構造物内部を快適な温度とするための空調設備等が必要とされ、省エネルギーの面で問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大屋根の屋根勾配を利用して冬期及び夏期の卓越風の風向きを制御することにより大型構造体の内部若しくはその周辺環境を向上させることが可能な大型建築施設を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の大型建築施設は、周辺地域に対して風の影響を与えやすい高層の大型構造体と屋外施設とを設けた大型建築施設において、前記大型構造体の屋根を、前記冬季の卓越風の風向きに上り勾配の片流れ形式の傾斜屋根とし、冬季の卓越風を受ける前記大型建築物の壁面を、前記冬季の卓越風に向かう方向に凸曲面形状とし、前記屋外施設を、前記冬季の卓越風を受ける前記大型構造体の凸曲面形状とした壁面の風下であって前記壁面と前記傾斜屋根により形成される低風速領域に位置する建設地に設けた。ここで、大型構造体とは、例えば内部空間が野球、サッカー等の競技場や劇場又は大型イベント会場等として使用可能であり、いわゆるビル風が発生して周辺地域に対して風の影響を与えやすい高層の構造体をいう。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の大型建築施設において、前記傾斜屋根を、上り勾配が可変となる可動屋根構造とした。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の大型建築施設において、前記傾斜屋根の上り勾配を、３°〜９°の範囲の角度に設定した。
さらに、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の大型建築施設において、前記凸曲面形状の壁面に連続して、前記冬季の卓越風の風向きに対して張り出した壁面を設けた。
【０００７】
さらにまた、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の大型建築施設において、前記大型構造体に、夏期の卓越風が発生する方向に開口して卓越風を該大型構造体の内部に自然流として取り入れて通過するように通気口を設けた。
【０００８】
【作用】
大型建築施設の建設地には、所定の期間内において一定の方向に最も多く流れる卓越風が観測される。一般に、冬期の卓越風としては北風が発生し、夏期の卓越風としては南風が発生する。
そして、請求項１記載の発明によれば、上り勾配を付けた片流れ形式の傾斜屋根に沿って流れる冬期の卓越風は、傾斜屋根の最頂部からさらに上向きの風向きとなりながら大型構造体から離れた風下側の建設地に向けて流れていく。これにより、傾斜屋根の最頂部側の建設地に設けた屋外施設は、冬期の卓越風が吹き込まず渦流や逆風も抑えられて低風速領域となる。したがって、屋外施設において風を感じることがないので、寒冷感のない快適な屋外環境が得られる。また、冬季の卓越風を受ける前記大型建築物の壁面を、前記冬季の卓越風に向かう方向に凸曲面形状としたことで、この凸曲面形状の壁面に沿って流れる冬季の卓越風が大型構造体から離間する方向に風向きを変更していくので、屋外施設を含んだ低風速領域が平面的に拡大していく。また、大型構造体の周囲には乱流の風などが発生しないので、大型建築施設の周辺地域に対して強風などの影響を与えない。
【０００９】
また、請求項２記載の発明によれば、傾斜屋根の上り勾配を増大させることにより、冬期の卓越風は、傾斜大屋根の最頂部からさらに上向きの風向きとなって大型構造体から十分に離間した風下側の建設地に向けて流れていく。これにより、さらに低風速領域が拡大する。
また、請求項３記載の発明によれば、傾斜屋根の上り勾配を、３°〜９°の範囲の角度に設定すると、冬期の卓越風に対して屋外の低風速領域を大幅に拡大することが可能となる。また、上り勾配が３°を下回ると、低風速領域が狭くなり屋外施設の風速も高まるので好ましくない。また逆に、上り勾配が９°を上回ると、風圧に耐える屋根強度とするために構築コストが嵩むので好ましくない。
【００１０】
また、請求項４記載の発明によれば、冬季の卓越風に向かう方向に凸曲面形状として設けた大型建築物の壁面に連続して、冬季の卓越風の風向きに対して張り出した壁面を設けたことから、冬季の卓越風は張り出した壁面に遮られて屋外広場に吹き込まないので、さらに屋外広場の低風速領域を拡大することができる。
【００１１】
さらに、請求項５記載の発明によれば、夏期において発生する卓越風を大型構造体の内部に取り入れて通過させる通気口を設けたので、大型構造体内部に涼風が自然に通り向けて涼感を得ることができる。これにより、快適な屋内環境が得られるとともに、省エネルギー化が図られるとともに、周辺地域の風の流れを阻害せず、快適な屋外環境も保全される。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の大型建築施設の一実施例について、図１から図８を参照して説明する。
先ず、大型建築施設の建設地に流れる卓越風を、図１の１点鎖線及び２点鎖線の直線で示す。卓越風は、所定の期間内において最も多く観測される風であり、本実施例では、冬期における卓越風を、１点鎖線の直線で示すように北側から建設地に向けて流れ込む風として示し、夏期における卓越風を、２点鎖線の直線で示すように南側から建設地に向けて流れ込む風として示す。以下、冬期における卓越風を北風と称し、夏期における卓越風を南風と称する。
【００１３】
そして、この建設地に構築された大型建築施設は、北風が流れる方向に対して上り勾配を付けた大屋根３を有する大型構造体２と、北風の発生に対して大型構造体２の風下側に屋外広場（屋外施設）４が設けられているとともに、大型構造体２には、南風のみを内部に通気可能とする複数の出入り口（通気口）５が設けられている。
【００１４】
すなわち、大型構造体２は、図１に示すように、建設地域の北側に構築された第１構造体６と、第１構造体６より南側に構築された第２構造体７と、第１構造体６及び第２構造体７の間に設けた地上空間の北側寄りに構築された内側構造体８と、内側構造体８と隣接する地上空間に設けられた屋内広場９とで概略構成されている。
【００１５】
前記第１構造体６は平面視略Ｕ字形状の構造物として構築され、北側を向く壁面６ａは凸曲面状に形成されている。また、前記壁面６ａから連続する西側の壁面６ｂは、南側に向かうに従い西側に大きく張り出した壁面形状となっている。
そして、この西側の壁面６ｂに対する南側の地面に所定面積の屋外広場４が設けられている。
【００１６】
また、第２構造体７は、平面視において南側に膨らむ三日月形状の構造物として構築され、その両端の縁部は、第１構造体６の南側に延在する両縁部と近接している。そして、この第２構造体７には、屋内広場９と連通して南北方向に延在する複数の出入り口（通気口）５が形成されている。
さらに、内部構造体８は、平面視円形状をなし、且つ南北方向に略半割り形状とされた分割構造体８ａ、８ｂにより構築され、その中央位置に各種競技やコンサート会場として使用される多目的アリーナ８ｃが設けられているとともに、分割構造体８ａ、８ｂの内壁側に多目的アリーナ８ｃを望む多数のスタンド８ｄが設置されている。なお、南側に配設された一方の分割構造体８ｂは、多目的アリーナ８ｃの面積を拡大可能とするために、屋内広場９側に移動可能とされている。
【００１７】
一方、大型構造体２の上部には、図２及び図３に示すように、固定屋根３ａと傾斜大屋根３ｂとを連続的に配設した片流れ形式の大屋根３が設けられている。
なお、傾斜大屋根３ｂの下方には、分割構造体８ｂの上部に支持されて内部構造体８の開口部の略半分の領域を覆う内部屋根１０が配設されている。
固定屋根３ａは、トラス構造等により平面視半円形状に形成された軽量構造体であり、内部構造体８の上部開口部の略半分の領域を覆いながら第１構造体６の上部に支持されている。そして、この固定屋根３ａの屋根面３ａ1 は北側から南側に向かうに従い僅かに上り勾配が付けられている。
【００１８】
また、傾斜大屋根３ｂは、トラス構造等により平面視略矩形状に形成された軽量構造体であり、長手方向の一端側３ｂ1 及び他端側３ｂ2 側には、複数の吹抜け開口部３ｂ3 が形成されている。そして、この傾斜大屋根３ｂは、長手方向の一端側３ｂ1 が固定屋根３ａの南側端部の一部に重なり、且つ北側を向いて僅かに開口する第１開口部１３を設けて配設されているとともに、その他端側３ｂ2 は、第２構造体７の上部に設置された支柱１１に支持されている。
【００１９】
これにより、傾斜大屋根３ｂは、固定屋根３ａに覆われていない内部構造体８の残りの上部開口部と、屋内広場９の略全体とを覆いながら、その屋根面３ｂ5 が北側から南側に向かうに従い所定の上り勾配θとなるように配設される。また、第２構造体７の上部と、傾斜大屋根３ｂの最頂部とされた他端部３ｂ2 との間には、南側を向く第２開口部（通気口）１２が設けられる。
【００２０】
ここで、前述した支柱１１は図示しない駆動装置により自身の長さを伸縮自在とする機構を備えているとともに、傾斜大屋根３ｂの一端側３ｂ1 は、固定屋根３ａの上部にヒンジ連結部（図示せず）を介して連結されている。これにより、支柱１１が所定の長さだけ伸縮動作を行うと、一端側３ｂ1 がヒンジ中心軸回りに回動しながら他端側３ｂ2 が所定の高さまで上昇若しくは下降する。これにより、傾斜大屋根３ｂは、上り勾配θが可変となる可動屋根構造とされている。
【００２１】
次に、上記構成とされた大型建築施設１に向けて北風が発生する場合について、図４及び図５を参照して説明する。
図４に示すように、北風が上り勾配θを付けた傾斜大屋根３ｂの屋根面３ｂ5 上を通過することによって、大型構造体２より南側の地域Ｐ1 における北風の風向きは上向きとなる。そして、大型構造体２から十分に離間した地域Ｐ2 において地上に到達する。
【００２２】
これにより、傾斜大屋根３ｂの最頂部（他端部３ｂ2 ）より下方の地域に設けた屋外広場４には、北風が吹き込まず渦流や逆風も抑えられ、屋外広場４は低風速領域となる。したがって、屋外広場４で過ごす人々が北風に晒されず寒冷感を全く感じることがない、快適な環境を提供することができる。
また、支柱１１が所定の長さだけ伸長動作を行うと、傾斜大屋根３ｂの上り勾配θが増大し、大屋根３に沿って移動した北風の上下方向の風向きがさらに上向きの風向きとなる。これにより、風速が高い地上領域が大型構造体２からさらに離間するので、屋外広場４を含んだ低風速領域をさらに拡大することができる。
【００２３】
さらに、第１構造体６の壁面に向けて北風が吹き付ける場合には、図５示すように、凸曲面状に形成された北側を向く壁面６ａに沿って北風が後流側に自然に流れていき、乱流の風などが抑えられている。これにより、大型建築施設１の周辺地域に対して風の影響を与えることがない。
さらにまた、第１構造体６の西側の壁面６ｂは、図５に示すように、南側に向かうに従い西側に大きく張り出した壁面形状とされており、この西側の壁面６ｂより南側位置に屋外広場４が設けられているので、北風は西側の壁面６ｂに遮られて屋外広場４に吹き込まない。これにより、さらに、屋外広場４の低風速領域を拡大することができる。
【００２４】
また、大型建築施設１に向けて南風が発生する場合について、図６及び図７を参照して説明する。
第２構造体７に向けて南風が吹き付けると、図６に示すように、複数の出入り口５を通過した低風速の南風が屋内広場９に流れ込んでくる。また、南風は、南側を向いている第２開口部１２を通過して屋内広場９の上部にも流れ込んでくる。そして、屋内広場９の上部には吹き抜け開口部３ｂ3 及び第１開口部１３から外部に流れる風の流れが常に発生するので、この風の流れの影響により屋内広場９の底部の空気が上方に移動していく。
【００２５】
これにより、屋内広場９は、常に自然換気が行われ居住域に常に風の流れがあるため、屋内広場９で過ごす人々に涼感を与え、快適な温熱環境（暖かさ、涼しさ、暑さ、寒さ等の温度に関する環境）を提供することができる。
また、屋内広場９は、図７に示すように、傾斜大屋根３ｂに略覆われた状態とされているので、日差しの強い日における日射をも遮蔽することができる。
【００２６】
なお、本実施例では、北風及び南風が発生する建設地に対して大型建築施設１を構築したが、本発明の要旨はこれに限るものではなく、例えば冬期の卓越風が北西風として発生する場合には、大型構造体２及び大屋根３の配置を北西側から南東側に延在するように構築することにより、上述したものと同様の作用効果を得ることができる。
【００２７】
また、夏期の卓越風が南東風として発生する場合には、第２構造体７の出入り口５を南東方向に延在するように形成し、また、第２構造体７の上部と傾斜大屋根３ｂの最頂部とされた他端部３ｂ2 との間に設けた開口部１２も南東方向に向けることにより、上述したものと同様の作用効果を得ることができる。
また、本実施例で示した傾斜大屋根３ｂは、図示した形状に限るのもではなく、冬期の卓越風の風向きに沿って上り勾配が付けられているものであれば、同様の作用効果を得ることができる。また、大型構造体２に対して南側に設けた屋外広場９も図示した地上位置に限るものではない。
【００２８】
さらに、夏期の卓越風を屋内広場９に取り入れる手段として、本実施例では複数の出入り口５を設けたが、これに限るものではなく、例えば第２構造体７の上部位置に、夏期の卓越風のみを専用に取り入れる風取り込み口を設けても同様の作用効果を得ることができる。
次に、北風が発生する場合において、傾斜大屋根３ｂの上り勾配θの変化に対する風下側の風速の変化について数値シミュレーションを行ったところ、図８の結果が得られた。なお、図８のデータにおける距離Ｌは、図４に示すように、大型構造体２から風下側へ離間した距離を示す。また、基準風速は、風上側の地上６. ５m の高さにおける風速を１. １m/s として設定している。また、このデータの風速Ｖは、地上付近の風速を計測しているとともに、その風速Ｖは、渦流や逆風が発生してもその風向きに関係なく絶対値で示している。さらに、大屋根３の南北方向の長さＹは、２５０m に設定し、大型構造体２の高さＨは、５８m に設定している。
【００２９】
図８の結果から、傾斜大屋根３ｂの上り勾配θを３°以上とすると、距離Ｌが３００m 〜５００m の範囲である領域を、地上付近の風速が１ｍ／ｓ以下となる低風速領域とすることができる。
ところが、上り勾配θが３°より下回ると、上り勾配θが零のデータで明らかなように、地上付近の風速が１ｍ／ｓ以下となる距離Ｌが狭くなる。そのため、傾斜大屋根３ｂの上り勾配θは、３°以上が好適である。しかし、上り勾配θを大幅に増大して高さの高い屋根構造とすると、風圧に耐える屋根強度とするために費される構築コストの面や、周囲の環境に与える景観上の面で問題がある。
【００３０】
したがって、傾斜大屋根３ｂの上り勾配θを３°〜９°の範囲内で設定すると、北風に対して屋外広場４を含む低風速領域を大幅に拡大することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明は、上り勾配を付けた片流れ形式の傾斜屋根に沿って流れる冬期の卓越風は、傾斜屋根の最頂部からさらに上向きの風向きとなりながら大型構造体から離れた風下側の建設地に向けて流れていくので、傾斜屋根の最頂部側の建設地に設けた屋外施設は、冬期の卓越風が吹き込まず渦流や逆風も抑えられて低風速領域となる。したがって、屋外施設において風を感じることがなく、寒冷感のない快適な屋外環境を得ることができる。また、冬季の卓越風を受ける前記大型建築物の壁面を、前記冬季の卓越風に向かう方向に凸曲面形状としたことで、この凸曲面形状の壁面に沿って流れる冬季の卓越風が大型構造体から離間する方向に風向きを変更していくので、屋外施設を含んだ低風速領域が平面的に拡大していく。また、大型構造体の周囲には乱流の風などが発生しないので、大型建築施設の周辺地域に対して強風などの影響を与えない。
【００３２】
また、請求項２記載の発明は、傾斜屋根の上り勾配を増大させることにより、冬期の卓越風は、傾斜大屋根の最頂部からさらに上向きの風向きとなって大型構造体から十分に離間した風下側の建設地に向けて流れていくので低風速領域が拡大し、さらに快適な屋外環境を得ることができる。
また、請求項３記載の発明は、傾斜屋根の上り勾配を、３°〜９°の範囲の角度に設定すると、冬期の卓越風に対して屋外の低風速領域を大幅に拡大することができる。
【００３３】
また、請求項４記載の発明は、冬季の卓越風に向かう方向に凸曲面形状として設けた大型建築物の壁面に連続して、冬季の卓越風の風向きに対して張り出した壁面を設けたことから、冬季の卓越風は張り出した壁面に遮られて屋外広場に吹き込まないので、さらに屋外広場の低風速領域を拡大することができる。
【００３４】
さらに、請求項５記載の発明は、夏期において発生する卓越風を大型構造体の内部に自然流として取り入れて通過するように通気口を設けたので、大型構造体内部に涼風が入り込み涼感を得ることができる。したがって、快適な屋内環境を得ることができ、省エネルギー化を図ることができるとともに、周辺地域の風の流れを阻害しないので、涼感につながる快適な屋外環境を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る大型構造体及び屋外施設を示す平面図である。
【図２】本発明に係る片流れ形式の傾斜大屋根、大型構造体及び屋外施設を示す側断面図である。
【図３】片流れ形式の傾斜大屋根を示す平面図である。
【図４】冬期の卓越風が傾斜大屋根に沿って流れる状態を示した側断面図である。
【図５】冬期の卓越風が傾斜大屋根に沿って流れる状態を示した平面図である。
【図６】夏期の卓越風が通気口から大型構造体の内部に流れ込む状態を示した側断面図である。
【図７】夏期の卓越風が通気口から大型構造体の内部に流れ込む状態を示した平面図である。
【図８】傾斜大屋根の上り勾配の変化に対する低風速領域の変化についての数値シミュレーションの結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１    大型建築施設
２    大型構造体
３    大屋根
３ａ  固定屋根
３ｂ  傾斜大屋根
３ｂ2 傾斜大屋根の他端部（傾斜大屋根の最頂部）
４    屋外広場（屋外施設）
５    出入り口（通気口）
６    第１構造体
６ａ、６ｂ  大型構造体の壁面
７    第２構造体
９    屋内広場（大型構造体の内部）
１０  内部屋根
１１  支柱
１２  第２開口部（通気口）
１３  第１開口部（通気口）
θ    上り勾配
【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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【図７】
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【図８】
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