(57)【要約】【課題】複数の構材を互いに剛接合することなく接合することで、所望の強度を備えるフレーム部材を形成することができるフレーム構造、及び屋根架構構築方法を提供する。【解決手段】複数の構材１２を連設したフレーム部材１０を有するフレーム構造であり、一方の構材１２の端部と他方の構材１２を回転可能に連結するジョイント部材１４と、他方の構材１２の端部と一方の構材１２とを角度を持たせて連結するとともに、一方の構材１２に対して他方の構材１２の回転を規制するロッド３４と、を備える。また、最上部の構材１２Ａの下部に次の構材１２Ｂを回転可能に連結し、最上部の構材１２Ａをクレーンで吊り上げ、次の構材１２Ｂの下部にさらに他の構材１２を回転可能に連結し、最上部の構材１２Ａをクレーンでさらに上方へ吊り上げる作業を順次繰り返し、最下部の構材１２Ｇの下端部を基礎部４２に接合して屋根架構を構築する。【選択図】図１
2018080538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の構材を連設したフレーム部材を有するフレーム構造であり、
一方の前記構材の端部と他方の前記構材を回転可能に連結するジョイント部材と、
前記他方の構材の端部と前記一方の構材とを角度を持たせて連結するとともに、前記一方の構材に対して前記他方の構材の回転を規制するロッドと、
を備えるフレーム構造。
【請求項２】
下端部が基礎部に接合され、上部が互いに交差して空間を取り囲むように環状に配置された複数の前記フレーム部材と、
環状に配置された複数の前記フレーム部材同士を連結するテンションリングと、
を備える、請求項１に記載のフレーム構造。
【請求項３】
最上部の構材の下部に次の構材を回転可能に連結し、前記最上部の構材をクレーンで吊り上げ、前記次の構材の下部にさらに他の構材を回転可能に連結し、前記最上部の構材をクレーンでさらに上方へ吊り上げる作業を順次繰り返し、最下部の構材の下端部を基礎部に接合して屋根架構を構築する、屋根架構構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレーム構造及び屋根架構構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
競技場等の大規模な構造物において屋根を構築する場合、例えば特許文献１に示すように、観客席の視野の確保のために屋根を片持ち構造とすることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２０３２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように、屋根を片持ち構造とする場合、強度を高めるために屋根を構成する構材が大型化するため、構材をそのまま運搬することが難しい。このため、屋根を構成する構材を運搬可能な大きさの構材片に分割して現場に搬入し、各構材片を現場で剛接合する必要があった。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑み、複数の構材を互いに剛接合することなく接合することで、所望の強度を備えるフレーム部材を形成することができるフレーム構造、及び屋根架構構築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】
【０００６】
請求項１に記載のフレーム構造は、複数の構材を連設したフレーム部材を有するフレーム構造であり、一方の前記構材の端部と他方の前記構材を回転可能に連結するジョイント部材と、前記他方の構材の端部と前記一方の構材とを角度を持たせて連結するとともに、前記一方の構材に対して前記他方の構材の回転を規制するロッドと、を備える。
【０００７】
上記構成によれば、一方の構材と他方の構材とを剛接合することなく連結して連設することで、一方の構材を基部側としたとき、他の構材側を自由端側とする片持ち状のフレーム部材とすることができる。また、この片持ち状のフレーム部材は、一方の構材と他方の構材との角度を調整することで、略アーチ状のフレーム構造とすることができる。
【０００８】
他方の構材の荷重はジョイント部材を介して一方の構材の端部へ伝達されるとともに、他方の構材が一方の構材の端部周りに回転することによる倒れ込みは、ロッドによって規制される。このように、構材を組み合わせることで、ダイナミックかつフレキシブルなフレーム構造とすることができる。
【０００９】
請求項２に記載のフレーム構造は、請求項１に記載のフレーム構造であって、下端部が基礎部に接合され、上部が互いに交差して空間を取り囲むように環状に配置された複数の前記フレーム部材と、環状に配置された複数の前記フレーム部材同士を連結するテンションリングと、を備える。
【００１０】
上記構成によれば、下端部が基礎部に接合され、上部が互いに交差して環状に配置された複数のフレーム部材を、テンションリングによって連結することで、フレーム部材同士で互いに支え合わせつつ、フレーム部材の外側への広がりをテンションリングによって抑制することができる。
【００１１】
請求項３に記載の屋根架構構築方法は、最上部の構材の下部に次の構材を回転可能に連結し、前記最上部の構材をクレーンで吊り上げ、前記次の構材の下部にさらに他の構材を回転可能に連結し、前記最上部の構材をクレーンでさらに上方へ吊り上げる作業を順次繰り返し、最下部の構材の下端部を基礎部に接合して屋根架構を構築する。
【００１２】
上記構成によれば、構材同士が回転可能に連結されているため、例えば地上にて構材同士を連結しつつ、クレーンで最上部の構材を吊り上げていくことで、屋根架構を構築することができる。このため、高所での作業を減らすことができ、また、構材同士の角度を調整することで、屋根架構の形状を自由に設定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の構材を互いに剛接合することなく接合することで、所望の強度を備えるフレーム部材を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の一例におけるフレーム構造を構成するフレーム部材を示す側面図である。
【図２】（Ａ）はフレーム部材を構成する構材を示す部分拡大図であり、（Ｂ）はそのＡ方向から見た矢視図である。
【図３】（Ａ）はフレーム構造全体を示す平面図であり、（Ｂ）はその側面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はフレーム構造の一例である屋根架構の構築方法を示す工程図である。
【図５】フレーム構造の一例である屋根架構に屋根部材を取付けた状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の一例及び変形例に係るフレーム構造としての屋根架構について、図１〜図５に従って説明する。
【００１６】
（構成）
図１に示すように、本実施形態のフレーム構造は、地盤等の基礎部４２から外側にはらみ、内側に向かって斜め上方へ延びる略アーチ状のフレーム部材１０を有している。なお、フレーム部材１０は、長手方向に連設された複数（本実施形態では７本）の構材１２（構材１２Ａ〜１２Ｇ）で構成されている。
【００１７】
構材１２は、例えば中空の角型鋼管であり、互いにジョイント部材１４によって連結されている。また、略アーチ状のフレーム部材１０において、アーチの最外部である構材１２Ｅの断面積（太さ）が最も大きくされており、構材１２Ｅから上部及び下部へ向かって構材１２の断面積（太さ）が徐々に小さくされている。
【００１８】
図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、ジョイント部材１４は、下部連結部材１６と上部連結部材１８とを備えている。下部連結部材１６は、一方の構材１２としての構材１２Ｅの上端部に溶接によって固定された鋼管１６Ａと、鋼管１６Ａの上端部から上方に突出形成された一対のプレート１６Ｂで構成されており、プレート１６Ｂには貫通孔２０が形成されている。
【００１９】
上部連結部材１８は、他方の構材１２としての構材１２Ｄの長手方向における中央部と下端部との間に溶接によって固定されたプレートである。また、上部連結部材１８の下端部には貫通孔２２が形成されており、上部連結部材１８の下端部は下部連結部材１６の一対のプレート１６Ｂ間に挿入されている。
【００２０】
下部連結部材１６及び上部連結部材１８の貫通孔２０、２２には、図示しない抜け止めリングが装着されたピン２４が挿入固定されており、構材１２Ｄと構材１２Ｅとが互いにピン２４を中心に回転可能に連結（ピン接合）されている。
【００２１】
なお、構材１２Ｄと構材１２Ｅとを連結するジョイント部材１４には、後に詳述するテンションリング２６が固定される一対のリング固定プレート２８が取付けられている。具体的には、リング固定プレート２８は、貫通孔３０及びテンションリング２６が挿通される挿通孔３２を有しており、下部連結部材１６の一対のプレート１６Ｂ間に挿入されている。
【００２２】
そして、下部連結部材１６及び上部連結部材１８の貫通孔２０、２２とともにリング固定プレート２８の貫通孔３０にピン２４が挿入固定されることで、リング固定プレート２８がジョイント部材１４に固定されている。なお、図１に示すように、構材１２Ｅと構材１２Ｆとを連結するジョイント部材１４にも、同一の構成のリング固定プレート２８が取付けられている。
【００２３】
また、図２に示すように、構材１２Ｅと構材１２Ｄは、ロッド３４によって連結されている。具体的には、ピン３６によって構材１２Ｄの下端部に長手方向一端部が固定（ピン接合）されたロッド３４の長手方向他端部が、構材１２Ｅの長手方向における中間部と上端部との間に形成された挿入孔３８に抜け止めされた状態で挿入されている。これにより、ロッド３４によって構材１２Ｄと構材１２Ｅとを角度を持たせて連結するとともに、構材１２Ｅに対する構材１２Ｄの回転を規制している。
【００２４】
図１に示すように、フレーム部材１０の複数の構材１２のうち、最下部の構材１２Ｇの下端部は、基礎部４２に固定されたアンカープレート４０にピン４４によって固定（ピン接合）されている。
【００２５】
また、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、複数のフレーム部材１０が平面視で円形状の空間Ｋを取り囲むように環状に配置されており、複数のフレーム部材１０によってフレーム構造の一例である屋根架構４６が形成されている。なお、本実施形態の屋根架構４６は、特に競技場等の大きな空間Ｋを有する構造物の屋根架構として用いられる。
【００２６】
屋根架構４６を形成する複数のフレーム部材１０は、上部で互いに交差しており、交差部分においてフレーム部材１０の構材１２同士が互いにピン４８によって固定されている。また、複数のフレーム部材１０は、２本の環状のテンションリング２６によって互いに連結されている。
【００２７】
テンションリング２６は、例えば周方向断面が円形状とされた金属製のワイヤであり、同一の高さに設けられたリング固定プレート２８の挿通孔３２にそれぞれ挿通されている。つまり、各フレーム部材１０の構材１２Ｄと構材１２Ｅとを連結するジョイント部材１４に取付けられたリング固定プレート２８に、一方のテンションリング２６が固定され、各フレーム部材１０の構材１２Ｅと構材１２Ｆとを連結するジョイント部材１４に取付けられたリング固定プレートに、他方のテンションリング２６が固定されている。
【００２８】
なお、テンションリング２６としてのワイヤは、単線とされていてもよく、撚り線とされていてもよい。また、テンションリング２６は金属製には限られず、内部に鉄筋が配筋されたコンクリート製等であってもよい。さらに、テンションリング２６の周方向断面も円形状には限られず、長方形状等であってもよい。
【００２９】
（構築方法）
フレーム構造の一例である屋根架構４６を構築する場合、まず、連結前の構材１２、ジョイント部材１４、及びロッド３４をそれぞれ現場に搬入する。
【００３０】
そして、フレーム部材１０の設置位置の近傍において、地上に設けられた図４（Ａ）に示す作業台５０上で、最上部の構材１２Ａと次の構材１２としての構材１２Ｂとをジョイント部材１４によって互いに回転可能に連結する。その後、互いに連結されている構材１２Ａ及び構材１２Ｂをフレーム部材１０の設置位置へとスライド移動させ、最上部の構材１２Ａをクレーン５２で吊り上げる。
【００３１】
次に、作業台５０上で、構材１２Ｂと次の構材１２Ｃとをジョイント部材１４によって互いに回転可能に連結する。そして、構材１２Ｂ及び構材１２Ｃをスライド移動させつつ、最上部の構材１２Ａをクレーン５２でさらに上方に吊り上げる。また、このとき、図４（Ａ）に示すように、地上にて最上部の構材１２Ａと構材１２Ｂとをロッド３４によって連結する。
【００３２】
上述の作業を順次繰り返し、作業台５０上で構材１２同士をジョイント部材１４によって連結し、最上部の構材１２Ａをクレーン５２で上方へ吊り上げつつ構材１２同士をロッド３４によって連結することで、図４（Ｂ）に示すように、フレーム部材１０を構築していく。その後、図１に示すように、最下部の構材１２Ｇの下端部を基礎部４２に固定されたアンカープレート４０に固定（ピン接合）することで、１つのフレーム部材１０が完成する。
【００３３】
また、同様の作業を繰り返して複数のフレーム部材１０を形成し、環状に配置した複数のフレーム部材１０をピン４８及びテンションリング２６によって互いに連結することで、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示す屋根架構４６を構築することができる。なお、上記の手順は一例であり、順番が前後しても構わない。
【００３４】
（作用、効果）
本実施形態によれば、フレーム部材１０の構材１２は、ジョイント部材１４及びロッド３４によって互いに回転可能に連結（ピン接合）されている。つまり、複数の構材１２を剛接合することなく連結して連設することで、１本のフレーム部材１０を形成している。
【００３５】
このため、例えば構材１２Ｅを基部側としたとき、上部の構材１２Ｄ側を自由端側とする片持ち状のフレーム部材１０とすることができる。また、この片持ち状のフレーム部材１０は、構材１２Ｅと構材１２Ｄとの角度を調整することで、略アーチ状のフレーム構造とすることができる。
【００３６】
さらに、構材１２Ｄの荷重はジョイント部材１４を介して構材１２Ｅの上端部へ伝達されるとともに、構材１２Ｄが構材１２Ｅの上端部周りに回転することによる倒れ込みは、ロッド３４によって規制される。このように、構材１２を組み合わせることで、ダイナミックかつフレキシブルなフレーム構造とすることができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、屋根架構４６を構成するフレーム部材１０の下端部が基礎部４２のアンカープレート４０にピン接合されており、環状に配置された複数のフレーム部材１０が上部で互いに交差している。このため、基礎部４２に対するフレーム部材１０の角度を調整することで屋根架構４６の形状を自由に設定可能であるとともに、フレーム部材１０同士で互いの荷重を支え合わせることができる。
【００３８】
さらに、連結前の構材１２、ジョイント部材１４、及びロッド３４をそれぞれ現場に搬入し、地上にて構材１２同士を連結しつつ、クレーン５２で最上部の構材１２Ａを吊り上げていくことで、屋根架構４６を構築することができる。このため、構材１２の運搬作業が容易であるとともに、高所での作業を減らすことができる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、屋根架構４６を構成する複数のフレーム部材１０をテンションリング２６によってそれぞれ連結しているため、フレーム部材１０の外側への広がりをテンションリング２６によって抑制することができる。
【００４０】
ここで、テンションリング２６はフレーム部材１０の構材１２Ｄと構材１２Ｅとの間、及び構材１２Ｅと構材１２Ｆとの間にそれぞれ固定されており、複数の構材１２のうち、アーチの最外部に位置する構材１２Ｅの断面積（太さ）が最も大きくされている。つまり、加わる曲げモーメントが最も大きくなる構材１２Ｅをテンションリング２６で拘束し、構材１２Ｅの断面積（太さ）を大きくすることで、フレーム部材１０を曲げモーメントに耐え得る強度とすることができる。
【００４１】
一方、構材１２Ｅより上部及び下部の構材１２に加わる曲げモーメントは、構材１２に加わる曲げモーメントより小さくなる。このため、構材１２Ｅより上部の構材１２の断面積（太さ）を小さくすることで、フレーム部材１０の荷重を減らすことができるとともに、構材１２Ｅより下部の構材１２の断面積（太さ）を小さくすることで、例えば人が移動する空間等を大きく確保することが可能となる。
【００４２】
（変形例）
なお、本実施形態の屋根架構４６に屋根部材５４を取り付けてもよい。屋根部材５４は、図５に示すように、フレーム部材１０の構材１２毎にそれぞれ設けられている。また、屋根部材５４は屋根架構４６を構成する各フレーム部材１０の同一の高さに設けられた構材１２間、つまり各構材１２Ｄ間、各構材１２Ｅ間等にそれぞれ架渡されている。
【００４３】
屋根部材５４は、例えば樹脂被覆したガラス繊維膜材を使用した膜屋根であり、構材１２の屋根架構４６における外周面側にそれぞれ固定されている。ここで、屋根部材５４は、構材１２の長手方向上端部以外の部分を覆う大きさとされている。
【００４４】
具体的には、屋根部材５４は、構材１２に挿入固定されたロッド３４の長手方向他端部と干渉しない位置に取り付けられている。また、構材１２の長手方向上端部において、隣合う屋根部材５４同士が平面視で重なり合うとともに、側面視で隙間５６をあけて配置されている。
【００４５】
これにより、雨Ｒを上部の屋根部材５４から下部の屋根部材５４へと伝わらせることにより、屋根架構４６の内周面側（空間Ｋ）に雨Ｒが浸入することを抑制することができる。また、屋根架構４６の内周面側から外周面側へと隙間５６を通して風Ｗを逃がすことで、屋根架構４６（フレーム部材１０）に風荷重が加わることを抑制することができる。
【００４６】
（その他の実施形態）
以上、本発明について実施形態の一例を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。
【００４７】
例えば、上記実施形態では、フレーム構造の一例として、特に大きな空間Ｋを有する構造物の屋根架構について説明した。しかし、本発明のフレーム構造は、小規模の構造物の屋根架構やイス等の製品等、様々な大きさの構造物や製品に適用可能である。
【００４８】
また、フレーム部材１０の構材１２は鋼管とされていたが、構材１２は必要とされる強度に応じて適宜設定することができ、例えば木製やコンクリート製等とされていてもよい。同様に、構材１２の断面積も角型状には限られず、Ｈ型状や円形状等とされていてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、屋根架構４６が平面視で円形状の空間Ｋを取り囲む構成とされていたが、屋根架構４６の形状は円形状には限られず、楕円形状や方形状とされていてもよい。なお、屋根架構４６に固定されるテンションリング２６の位置や数も、屋根架構４６の大きさや形状に合わせて適宜設定することができる。
【００５０】
さらに、テンションリング２６が挿通される挿通孔３２がジョイント部材１４の内周面側に設けられていたが、挿通孔３２をジョイント部材１４の外周面側に設け、フレーム部材１０を外周面側からテンションリング２６によって拘束する構成としてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、フレーム部材１０の最下部の構材１２Ｇの下端部が基礎部４２のアンカープレート４０にピン接合され、基礎部４２に対して回転可能とされていた。しかし、構材１２Ｇの下端部を基礎部４２のアンカープレート４０に剛接合し、基礎部４２に対して回転不可能としてもよい。
【００５２】
さらに、屋根部材５４の材質も上記実施形態には限られず、複数の屋根部材５４をそれぞれ異なる材質で構成してもよい。例えば、上部の構材１２に取り付けられる屋根部材５４のみを透光性を有するガラス製とすることで、上部から屋根架構４６の内周面側（空間Ｋ）に屋根部材５４を通して光を取り入れることが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１０          フレーム部材
１２          構材
１４          ジョイント部材
２６          テンションリング
３４          ロッド
４２          基礎部
４６          屋根架構
５２          クレーン
Ｋ            空間
【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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