(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋根と、支柱とを備える独立構造体の製造方法であって、屋根は、水平面に対する傾斜角度θを０°＜θ≦２０°の範囲とし、支柱は、一本又は屋根の傾斜方向に直交する直線上に複数本配置し、屋根に対する傾斜方向取付位置として、屋根に所定強さの吹上荷重が作用した際に、柱頭に作用する曲げモーメントが０となる位置と、柱脚に作用する曲げモーメントが０となる位置とを計算し、その間の位置に支柱を取り付けることを特徴とする独立構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、他の建築構造体から離隔して、独立して設置する独立構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラスやカーポートなどの建築構造体として、従来、屋根の四隅を支柱で支持するものや、屋根の一端を支柱で支持し、他端を他の建築物の壁面で支持するものがあった。また、従来の建築構造体においては、屋根に対して支柱の位置が固定されていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、屋根の四隅を支柱で支持するものは、支柱が通行の邪魔になったり、視線を妨げたりする場合があった。また、他の建築物の壁面で支持するものは、壁面に手を加えたくない場合には設置することができなかった。さらに、屋根に対して支柱の位置が固定されていたので、支柱の設置箇所に障害物がある場合にも、設置することができなかった。
【０００４】
本発明は、上記事情を鑑みたものであり、支柱が通行の邪魔になったり視線を妨げたりすることがなく、さらに屋根に対する支柱の位置を調整可能な独立構造体の製造方法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】
【０００５】
本発明は、屋根と、支柱とを備える独立構造体の製造方法であって、屋根は、水平面に対する傾斜角度θを０°＜θ≦２０°の範囲とし、支柱は、一本又は屋根の傾斜方向に直交する直線上に複数本配置し、屋根に対する傾斜方向取付位置として、屋根に所定強さの吹上荷重が作用した際に、柱頭に作用する曲げモーメントが０となる位置と、柱脚に作用する曲げモーメントが０となる位置とを計算し、その間の位置に支柱を取り付けることを特徴とする。なお、屋根については、平板形状のもの以外に、折れ曲がって傾斜角度が変わるものや、曲面形状のものなどであってもよい。それらの場合、屋根の傾斜角度が一定ではないが、屋根の半分以上の部分の傾斜角度が上記範囲であればよく、それ以外の部分は傾斜角度が上記範囲から外れていてもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、支柱が一本又は屋根の傾斜方向に直交する直線上に複数本配置してあるので、従来のものと比べて、支柱が通行の邪魔になったり視線を妨げたりすることがない。また、建築物の壁面から離隔して独立して設置する独立構造体であるから、設置場所を選ばない。そして、支柱を、支柱に作用する曲げモーメントが小さくなる範囲の位置に取り付けてあるので、強度に余裕のある構造とすることができ、支柱の位置はその範囲で調整可能であるから、設置箇所に障害物がある場合にはそれを回避できる。さらに、支柱に作用する曲げモーメントが小さいということは、その分支柱のたわみも小さくなる。よって、他の建築物に隣接して設置した場合において、風にあおられても屋根が他の建築物に衝突しにくい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】独立構造体の第一実施形態の側面図である。
【図２】独立構造体の第一実施形態の正面図である。
【図３】支柱の取付可能範囲の計算の前提となる模式図である（第一実施形態）。
【図４】支柱の取付可能範囲の計算結果を示すグラフである（第一実施形態）。
【図５】支柱の取付可能範囲の計算の前提となる模式図である（第二実施形態）。
【図６】支柱の取付可能範囲の計算結果を示すグラフである（第二実施形態）。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、独立構造体の屋根形状の例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下において上下左右とは、図２中の上下左右方向を示し、前側は図２の手前側、後側は図２の奥側を示す。この独立構造体の第一実施形態は、図１及び図２に示すように、他の建築構造体からは離隔して、独立して設置するテラスであり、屋根１と、屋根１を支持する左右の支柱２とを備える。屋根１は、略矩形平板形状であって、前側に向かって下方に傾斜している。そして屋根１の構造は、前後に延びる左右二本の梁３の上に、格子状に組んだ枠体４を載せて、枠体４の上面にパネル５を取り付けたものであり、左右の梁３の下面に支柱２の上端部を連結してある。屋根１は他の建築構造体などには接しておらず、二本の支柱２のみによって支持されている。そして、支柱２は、屋根１に対する前後方向（傾斜方向）取付位置が調整可能となっている。その取付位置の範囲は、屋根に所定強さの吹上荷重が作用した際に、支柱２の柱頭に作用する曲げモーメントが０となる位置から、支柱２の柱脚に作用する曲げモーメントが０となる位置の範囲である。以下において、この範囲を具体的に示す。
【０００９】
ここでは、支柱２の前後方向取付位置を計算するため、独立構造体の第一実施形態を図３に示すようにモデル化する。すなわち、屋根１の前後方向長さをＬ、水平面に対する傾斜角度をθ、支柱２の高さをＨとして、支柱２の取付位置を、屋根１の前端からαＬ（０≦α≦１）の位置とする。そして、この屋根１に吹上荷重が作用する場合を考える。吹上荷重は、下側から屋根１に対して垂直に作用するものであって、その大きさは単位面積あたりｗである。これらに基づき、支柱２の柱頭及び柱脚に作用する曲げモーメントを求めるが、左右方向については単位長さあたりの値を求めることとするので、計算上は、前後及び上下方向のみ考慮すればよい。
【００１０】
まず、柱頭に作用する曲げモーメント（以下、柱頭モーメントＭＨ）は、次の式（１）で表される。ただし、図３に示すように、時計回り方向を正とする。
【数１】
0006043071.tif 000002
【００１１】
一方、柱脚に作用する曲げモーメント（以下、柱脚モーメントＭＢ）については、吹上荷重を水平方向成分と鉛直方向成分に分解して考える。ただし、図３に示すように、反時計回り方向を正とする。吹上荷重の水平方向成分による柱脚モーメントＭＢｈは、次の式（２）で表される。
【数２】
0006043071.tif 000003
そして、吹上荷重の鉛直方向成分による柱脚モーメントＭＢｖは、次の式（３）で表される。
【数３】
0006043071.tif 000004
よって、柱脚モーメントＭＢは、次の式（４）で表される。
【数４】
0006043071.tif 000005
【００１２】
続いて、支柱２の取付可能範囲を定めるために、柱頭モーメントＭＨ及び柱脚モーメントＭＢが０となるときのαをそれぞれ求める。式（１）より、ＭＨ＝０としたときのαは、次の式（５）で表される。
【数５】
0006043071.tif 000006
すなわち、支柱２が屋根１の前後方向中央位置にあるときに、柱頭モーメントＭＨは０となる。一方、式（４）より、ＭＢ＝０としたときのαは、次の式（６）で表される。
【数６】
0006043071.tif 000007
【００１３】
以上により、柱頭モーメントＭＨが０となる位置から、柱脚モーメントＭＢが０となる位置の範囲は、次の式（７）で表される。
【数７】
0006043071.tif 000008
【００１４】
なお、図４に示すのは、柱頭モーメントＭＨ及び柱脚モーメントＭＢの計算例である。これは、横軸をα、縦軸を柱頭モーメントＭＨ及び柱脚モーメントＭＢとしたグラフであり、各パラメータの値は、Ｌ＝２．８［ｍ］、θ＝５［°］、Ｈ＝２．７［ｍ］、ｗ＝１３５０［Ｐａ］とした。ただし、柱頭モーメントＭＨ及び柱脚モーメントＭＢは、何れも絶対値を示した。図中の矢印で示した範囲が、式（７）の条件を満たし、支柱２を取り付けることができる範囲となる。
【００１５】
このように構成した独立構造体の第一実施形態によれば、支柱２を左右方向に二本並べて配置してあるので、従来のものと比べて、支柱２が通行の邪魔になったり視線を妨げたりすることがない。また、建築物の壁面から離隔して独立して設置する独立構造体であるから、設置場所を選ばない。そして、支柱２を、支柱２に作用する柱頭モーメント及び柱脚モーメントが小さくなる範囲の位置に取り付けてあるので、強度に余裕のある構造とすることができ、支柱２の位置はその範囲で調整可能であるから、設置箇所に障害物がある場合にはそれを回避できる。さらに、支柱２に作用する柱頭モーメント及び柱脚モーメントが小さいということは、その分支柱２のたわみも小さくなる。よって、他の建築物に隣接して設置した場合において、風にあおられても屋根１が他の建築物に衝突しにくい。
【００１６】
次に、独立構造体の第二実施形態として、屋根１が、略矩形平板形状の本体部１１と、本体部１１の前端からさらに下方に向けて傾斜する前端部１２からなる場合を想定し、図５に示すようにモデル化する。すなわち、本体部１１の前後方向長さをＬ１、水平面に対する傾斜角度をθ１、前端部１２の前後方向長さをＬ２、水平面に対する傾斜角度をθ２、支柱２の高さをＨとして、支柱２の取付位置を、本体部１１の前端からαＬ１（０≦α≦１）の位置とする。そして、この屋根１（本体部１１及び前端部１２）に吹上荷重が作用する場合を考える。吹上荷重は、下側から本体部１１及び前端部１２に対して垂直に作用するものであって、その大きさは単位面積あたりｗである。これらに基づき、柱頭モーメント及び柱脚モーメントを求める。
【００１７】
まず、柱頭モーメントＭＨについては、吹上荷重を水平方向成分と鉛直方向成分に分解して考える。ただし、図５に示すように、時計回り方向を正とする。吹上荷重の水平方向成分による柱頭モーメントＭＨｈは、次の式（８）で表される。
【数８】
0006043071.tif 000009
そして、吹上荷重の鉛直方向成分による柱頭モーメントＭＨｖは、次の式（９）で表される。
【数９】
0006043071.tif 000010
よって、柱頭モーメントＭＨは、次の式（１０）で表される。
【数１０】
0006043071.tif 000011
【００１８】
一方、柱脚モーメントＭＢについても、吹上荷重を水平方向成分と鉛直方向成分に分解して考える。ただし、図５に示すように、反時計回り方向を正とする。吹上荷重の水平方向成分による柱脚モーメントＭＢｈは、次の式（１１）で表される。
【数１１】
0006043071.tif 000012
そして、吹上荷重の鉛直方向成分による柱脚モーメントＭＢｖは、次の式（１２）で表される。
【数１２】
0006043071.tif 000013
よって、柱脚モーメントＭＢは、次の式（１３）で表される。
【数１３】
0006043071.tif 000014
【００１９】
続いて、支柱２の取付可能範囲を定めるために、柱頭モーメントＭＨ及び柱脚モーメントＭＢが０となるときのαをそれぞれ求める。式（１０）より、ＭＨ＝０としたときのαは、次の式（１４）で表される。
【数１４】
0006043071.tif 000015
一方、式（１３）より、ＭＢ＝０としたときのαは、次の式（１５）で表される。
【数１５】
0006043071.tif 000016
【００２０】
以上により、柱頭モーメントＭＨが０となる位置から、柱脚モーメントＭＢが０となる位置の範囲は、次の式（１６）で表される。
【数１６】
0006043071.tif 000017
【００２１】
なお、図６に示すのは、柱頭モーメントＭＨ及び柱脚モーメントＭＢの計算例である。これは、横軸をα、縦軸を柱頭モーメントＭＨ及び柱脚モーメントＭＢとしたグラフであり、各パラメータの値は、Ｌ１＝２．５［ｍ］、θ１＝５［°］、Ｌ２＝０．３［ｍ］、θ２＝４０［°］、Ｈ＝２．７［ｍ］、ｗ＝１０００［Ｐａ］とした。ただし、柱頭モーメントＭＨ及び柱脚モーメントＭＢは、何れも絶対値を示した。図中の矢印で示した範囲が、式（１６）の条件を満たし、支柱２を取り付けることができる範囲となる。
【００２２】
このように、第一実施形態とは異なる形状の屋根１を有する第二実施形態においても、第一実施形態の場合と同様にして、支柱２の取付可能範囲を定めることができる。そして、第二実施形態において、支柱２が通行の邪魔になったり視線を妨げたりしないこと、設置場所を選ばないこと、強度に余裕のある構造にできること、設置箇所に障害物がある場合にはそれを回避できること、風にあおられても屋根１が他の建築物に衝突しにくいことも、第一実施形態と同様である。
【００２３】
また、図７は、独立構造体の様々な屋根形状の例を示したものである。（ａ）に示したものは、屋根１の前側部分が緩やかな曲線形状となっているものである。このように、屋根１の一部又は全部が曲線形状となっている場合であっても、その曲率が小さければ、屋根１の全体を平板形状とみなして、上記の第一実施形態の場合と同じ計算式に基づいて支柱２の取付可能範囲を計算することができる。また、（ｂ）に示したものは、屋根１の前端が下方に向けて屈曲しているものである。このように、屋根１の端部が大きく屈曲している場合であっても、屈曲部分がそれ以外の部分と比べて短ければ、その部分を直線に近似して、上記の第二実施形態の場合と同じ計算式に基づいて支柱２の取付可能範囲を計算することができる。さらに、（ｃ）及び（ｄ）に示したものは、屋根１の梁３と枠体４とが上下に離隔しているものである。このように、梁３と枠体４とが離隔している場合であっても、その距離が近いものであれば、上記の第一実施形態又は第二実施形態の場合と同じ計算式に基づいて支柱２の取付可能範囲を計算することができる（（ｃ）に示したのは屋根１が平板形状のものであり、（ｄ）に示したのは屋根１の全体が緩やかな曲線形状となっているものであるから、何れも第一実施形態の場合と同じ計算式により計算できる）。
【００２４】
本発明は、上記の実施形態に限定されない。たとえば、屋根の形状は、半分以上の部分の傾斜角度θが０°＜θ≦２０°の範囲に収まるものであれば、どのような形状であってもよい。また、支柱は、一本だけであってもよいし、左右方向に三本以上並んでいてもよい。なお、この独立構造体は、テラスのほか、カーポートなど種々の用途に用いることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  屋根
２  支柱
【図１】
0006043071.tif 000018
【図２】
0006043071.tif 000019
【図３】
0006043071.tif 000020
【図４】
0006043071.tif 000021
【図５】
0006043071.tif 000022
【図６】
0006043071.tif 000023
【図７】
0006043071.tif 000024