(57)【要約】【課題】  アーチ屋根を支持する下部架構に作用するスラスト力を軽減し、以て下部架構の設計自由度を増大させることができる構造物の架構構造を提供する。【解決手段】  本実施形態に係る構造物は、スパン方向Ｘが片流れのアーチ状に形成されたアーチ屋根１からなる構造物である。アーチ屋根１は、スパン方向Ｘに延在して桁行方向Ｙに並設されるアーチ状の主材５と、主材５に直交して主材５、５間に架設される繋ぎ材６と、主材５と繋ぎ材６で形成されるグリッドの対角線上に配される斜材７から構成された曲面トラス２である。構造物のスパン方向Ｘに延在する妻面４は、曲面トラス２を支持する鋼管製のブレース８が立面視トラス状に組まれ、各ブレース８の下端部を鉄骨鉄筋コンクリート造のＳＲＣ柱１０が支持している。一方、構造物の桁行方向Ｙに延在する下部架構３は、桁行方向Ｙに並設された断面円形の鋼管柱９から構成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパン方向がアーチ状になったアーチ屋根を有する構造物の架構構造であって、
前記アーチ屋根は、スパン方向に延在して桁行方向に並設されるアーチ状の主材と、前記主材間に架設される繋ぎ材と、前記主材と前記繋ぎ材で形成されるグリッドの対角線上に配される斜材とからなる曲面トラスであることを特徴とする構造物の架構構造。
【請求項２】
前記構造物のスパン方向に延在する妻面は、並設された柱上に、前記曲面トラスを支持するブレースがトラス状に組まれていることを特徴とする請求項１に記載の構造物の架構構造。
【請求項３】
前記曲面トラスのスパン方向中央部に配設される前記繋ぎ材は、端部が前記主材に剛接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の構造物の架構構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の架構構造に関し、特にアーチ屋根を有する構造物の架構構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
アーチ屋根５０を有する構造物では、アーチ屋根５０の自重およびアーチ屋根５０に作用する付加荷重からなる鉛直荷重Ｖによって、アーチ屋根５０を支持する下部架構５１に大きなスラスト力Ｓ（アーチ屋根５０の境界部が外に拡がろうとする力）が発生する（図６参照）。そのため、強固な下部架構を構築してスラスト力を処理したりしている。
他方、ドーム構造では、開口部を形成するアーチの両端を吊りケーブルによってアーチ下方の梁と連結して力学的に閉じた場を構成し、開口部に生じるスラスト力を処理する手法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２１９８３６号公報  （第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、建築計画その他の制約により、スラスト力を受ける下部架構を片持ち柱など面外剛性の確保が難しい構造形式にしなければならない場合には、強固な下部架構を構築することができず、下部架構でスラスト力を処理することは難しい。
また、アーチ屋根のスパンは、柱間に梁が架設できないような長大スパンであるケースが殆どであり、特許文献１のような手法を採用することは難しい。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、アーチ屋根を支持する下部架構に作用するスラスト力を軽減し、以て下部架構の設計自由度を増大させることができる構造物の架構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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る構造物の架構構造は、スパン方向がアーチ状になったアーチ屋根を有する構造物の架構構造であって、前記アーチ屋根は、スパン方向に延在して桁行方向に並設されるアーチ状の主材と、前記主材間に架設される繋ぎ材と、前記主材と前記繋ぎ材で形成されるグリッドの対角線上に配される斜材とからなる曲面トラスであることを特徴とする。
スパン方向がアーチ状になったアーチ屋根を有する構造物の場合、アーチ屋根には、アーチ屋根をスパン方向に拡げようとするスラスト力が発生する。このスラスト力は、スパンの両端部にあってアーチ屋根を支持する下部架構に大きな面外力として作用する。
本発明では、主材と繋ぎ材でグリッド状に形成されるアーチ屋根に斜材を配することにより、屋根面の中で力の流れの方向を変えている。即ち、スパン方向に作用するスラスト力を曲面トラスの斜材を介して構造物の妻面側に伝達させて処理することで、スパン両端部の下部架構に作用するスラスト力を大幅に低減させている。その結果、スパン両端部の下部架構を強固とする必要がなくなり、設計の自由度が増大する。
【０００６】
また、本発明に係る構造物の架構構造では、前記構造物のスパン方向に延在する妻面は、並設された柱上に、前記曲面トラスを支持するブレースがトラス状に組まれていてもよい。
本発明では、並設された柱の上にブレースをトラス状に組むことにより、妻面の強度と剛性を増大させ、斜材を介して妻面に伝達されるスラスト力を処理するものである。
【０００７】
また、本発明に係る構造物の架構構造では、前記曲面トラスのスパン方向中央部に配設される前記繋ぎ材は、端部が前記主材に剛接合されていてもよい。
本発明では、曲面トラスのスパン方向中央部に配設される繋ぎ材の端部を主材と剛接合することにより、曲面トラスの座屈耐力を増大させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アーチ屋根を、アーチ状の主材と、主材間に架設される繋ぎ材と、主材と繋ぎ材で形成されるグリッドの対角線上に配される斜材とからなる曲面トラスとすることにより、スラスト力が構造物の妻面に集約され、スパン両端部の下部架構に作用するスラスト力が大幅に低減される。その結果、スパン両端部の下部架構を強固とする必要がなくなり、設計自由度を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る構造物の架構構造の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る構造物の架構構造の一例を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係る構造物は、スパン方向Ｘが片流れのアーチ状になったアーチ屋根１からなる構造物であり、鉄筋コンクリート造のマットスラブ１２上に構築されている。
アーチ屋根１のライズとアーチスパンとの比を示すスパンライズ比は０．０５程度であり、一般に低ライズアーチ屋根と呼ばれているものである。なお、ライズとは、アーチ端同士を結ぶ線からアーチクラウンまでの高さのことをいう。
【００１０】
アーチ屋根１は、スパン方向Ｘに延在して桁行方向Ｙに並設されるアーチ状に形成された主材５と、主材５に直交して主材５、５間に架設される繋ぎ材６と、主材５と繋ぎ材６で形成されるグリッドの対角線上に配される斜材７とから構成された曲面トラス２である。但し、曲面トラス２の中央部には斜材７が配されておらず、曲面トラス２の中央部に平面視で菱形が形成されるように、曲面トラス２の各隅角部に斜めに斜材７が並設して配されている。後述するが、このように斜材７を配設することにより、鉛直荷重に対して斜材７には常に引張力が作用し、座屈に対する配慮が不要となる。
曲面トラス２の各部材には鋼材を使用しており、主材５および繋ぎ材６にはＨ形鋼を、斜材７には平鋼をそれぞれ使用している。
【００１１】
構造物のスパン方向Ｘに延在する妻面４は、曲面トラス２を支持する鋼管製のブレース８が立面視トラス状に組まれ、各ブレース８の下端部を鉄骨鉄筋コンクリート造のＳＲＣ柱１０が支持する構造になっている。
ＳＲＣ柱１０、１０間には鉄骨鉄筋コンクリート造のＳＲＣ梁１１が架設され、ＳＲＣ柱１０、１０とＳＲＣ梁１１に囲まれた構面内は鉄筋コンクリート造のＲＣ壁１５となっている。
【００１２】
一方、構造物の桁行方向Ｙに延在する下部架構３（スパン両端部の下部架構）は、桁行方向Ｙに並設された断面円形の鋼管柱９から構成されており、大きな面外剛性が確保しにくい構造となっている。
【００１３】
また、一方の妻面４側には、川下側より川上側が大きく水平に跳ね出した平面視三角形状の跳ね出し屋根１ａが形成されている。
【００１４】
図２は、曲面トラス２内の力の流れを示したものであり、（ａ）は曲面トラス２の平面図、（ｂ）は鉛直荷重作用時のＡ部の軸力図である。なお、軸力図において、実線は引張力、破線は圧縮力を表し、帯の幅は軸力の大きさに比例している。
図２に示すように、曲面トラス２を構成する主材５および繋ぎ材６には、外周部を構成する妻面主材５ａおよび外周繋ぎ材６ａを除いて圧縮力が作用し、斜材７と妻面主材５ａおよび外周繋ぎ材６ａには引張力が作用する。
曲面トラス２をスパン方向Ｘに拡げようとするスラスト力は、斜材７によって力の向きを変えられ、妻面主材５ａおよび外周繋ぎ材６ａに引張力として作用しているのである。その結果、桁行方向Ｙに延在する下部架構３に作用する面外方向のスラスト力は、鋼管柱９で処理できるほど小さなものとなる。
一方、妻面主材５ａに作用する引張力は、ブレース８とＳＲＣ柱１０によって剛に構成された妻面４で面内力として処理される。
【００１５】
図３は、曲面トラス２の水上側の支承部を示したものであり、（ａ）は構造物の立断面図、（ｂ）はＢ部の斜視図である。
曲面トラス２は、水上側において、桁行方向Ｙに回転軸を有するピン支承１３を介して鋼管柱９によって支持されており、曲面トラス２の端部で曲げモーメントが発生しないようになっている。
また、ピン支承１３と鋼管柱９との間には、ステンレスプレートからなる滑り板１４が介装されており、曲面トラス２施工時にはローラー支承の役目を果たしている。これにより、施工時の応力が曲面トラス２を構成する部材に残留することがなく、各部材は鉛直荷重をフルに処理することができる。なお、竣工後は、滑り板１４はピン支承１３および鋼管柱９に固定され、滑り板１４の水平移動は拘束される。
【００１６】
次に、繋ぎ材６の端部接合条件の違いによる曲面トラス２の座屈耐力について説明する。図２に示したように、鉛直荷重時に、曲面トラス２を構成する主材５および繋ぎ材６には圧縮力が作用するため、曲面トラス２の座屈耐力に関する検討が必要となる。
図４は、曲面トラス２を構成する繋ぎ材６の端部接合条件を示したものであり、（ａ）は中央部１列の繋ぎ材６’を主材５と剛接合とした場合、（ｂ）は中央部２列の繋ぎ材６’、６’を主材５と剛接合とした場合、（ｃ）は中央部３列の繋ぎ材６’、６’、６’を主材５と剛接合とした場合である。
一方、図５は、曲面トラス２中央点における鉛直荷重と撓み量との関係を示すグラフであり、ＣＡＳＥ０は繋ぎ材６の両端を主材５と全てピン接合した場合、ＣＡＳＥ１は図４（ａ）の場合、ＣＡＳＥ２は図４（ｂ）の場合、ＣＡＳＥ３は図４（ｃ）の場合にそれぞれ対応している。なお、固定荷重は、曲面トラス２の自重および曲面トラス２に作用する付加荷重の総和であるとともに、縦軸は鉛直荷重を固定荷重で基準化したものであり、鉛直荷重の最大値が座屈荷重に相当する。
図５より、繋ぎ材６の両端を主材５と全てピン接合した場合が最も座屈荷重および撓み量が小さく、中央部３列の繋ぎ材６’、６’、６’を主材５と剛接合とした場合が最も座屈荷重および撓み量が大きくなることがわかる。また、中央部２列の繋ぎ材６’、６’を主材５と剛接合とした場合と中央部３列の繋ぎ材６’、６’、６’を主材５と剛接合とした場合とでは座屈荷重および撓み量がさほど変わらないことがわかる。
従って、曲面トラス２中央部２列の繋ぎ材６’、６’を主材５と剛接合すれば、曲面トラス２の座屈耐力を効果的に向上させることができる。
【００１７】
本実施形態による構造物の架構構造では、アーチ屋根１を、アーチ状の主材５と、主材５に直交して主材５、５間に架設される繋ぎ材６と、主材５と繋ぎ材６で形成されるグリッドの対角線上に配される斜材７とからなる曲面トラス２とすることにより、スラスト力が構造物の妻面４に集約され、桁行方向Ｙに延在する下部架構３に作用するスラスト力が大幅に低減される。これに伴い、妻面４を、並設されたＳＲＣ柱１０上にブレース８をトラス状に組んだ構成として、妻面４の強度と剛性を増大させることにより、斜材７を介して妻面４に伝達されるスラスト力を処理する。
その結果、桁行方向Ｙに延在する下部架構３を強固とする必要がなくなり、躯体数量が削減され、工費および工期の縮減を図ることができる。加えて、桁行方向Ｙに延在する下部架構３を強固とする必要がないので、設計自由度を増大させることができる。
【００１８】
以上、本発明に係る構造物の架構構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、片流れのアーチ屋根としているが、スパン中央部が最も高くなった両流れのアーチ屋根でもよい。また、上記の実施形態では、妻面は、並設された柱とトラス状のブレースから構成されていたが、妻面全体を鉄筋コンクリート壁で構成し、妻面に伝達されるスラスト力を処理してもよい。要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る構造物の架構構造の一例を示す斜視図である。
【図２】曲面トラス内の力の流れを示し、（ａ）は曲面トラスの平面図、（ｂ）は鉛直荷重作用時のＡ部の軸力図である。
【図３】曲面トラスの水上側支承部を示し、（ａ）は本発明に係る構造物の立断面図、（ｂ）はＢ部の斜視図である。
【図４】曲面トラスを構成する繋ぎ材の端部接合条件を示し、（ａ）は中央部１列の繋ぎ材を主材と剛接合とした場合、（ｂ）は中央部２列の繋ぎ材を主材と剛接合とした場合、（ｃ）は中央部３列の繋ぎ材を主材と剛接合とした場合である。
【図５】曲面トラス中央点における鉛直荷重と撓み量との関係を示すグラフである。
【図６】アーチ屋根を有する構造物に作用するスラスト力を説明するための構造物の立断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１、５０  アーチ屋根
２  曲面トラス
３、５１  下部架構
４  妻面
５  主材
５ａ  妻面主材
６、６’  繋ぎ材
６ａ  外周繋ぎ材
７  斜材
８  ブレース
９  鋼管柱
１０  ＳＲＣ柱
１１  ＳＲＣ梁
１２  マットスラブ
１３  ピン支承
１４  滑り板
１５  ＲＣ壁
Ｘ  スパン方向
Ｙ  桁行方向
Ｓ  スラスト力
Ｖ  鉛直荷重
【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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