(57)【要約】【課題】樹脂製の伸縮継手を用いることなく、ステンレス配水池の金属板屋根の表面温度変化による変形や、変形音の発生を抑制する。【解決手段】金属板屋根構造において、屋根（１４）及び／又は側板（１２）を構成する金属板の少なくとも一部の長手方向と幅方向に、金属板製の複数のＵ字状伸縮機構２６を設けると共に、該Ｕ字状伸縮機構２６の交差部に、金属板製の十字型伸縮機構２８を設ける。前記十字型伸縮機構２８は、前記長手方向と幅方向のＵ字状伸縮機構２６と接続されるＵ字状接続部２８Ａと、該Ｕ字状接続部２８Ａの交差部２８Ｂと、該交差部２８Ｂと前記Ｕ字状接続部２８Ａの間に設けられた屈曲部２８Ｃと、を有する折り畳み傘状とすることができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋根及び／又は側板を構成する金属板の少なくとも一部の長手方向と幅方向に、金属板製の複数のＵ字状伸縮機構を設けると共に、該Ｕ字状伸縮機構の交差部に、金属板製の十字型伸縮機構を設けたことを特徴とする金属板屋根構造。
【請求項２】
前記十字型伸縮機構が、
前記長手方向と幅方向のＵ字状伸縮機構と接続されるＵ字状接続部と、
該Ｕ字状接続部の交差部と、
該交差部と前記Ｕ字状接続部の間に設けられた屈曲部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の金属板屋根構造。
【請求項３】
前記十字型伸縮機構が、折り畳み傘状とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属板屋根構造。
【請求項４】
前記十字型伸縮機構を構成する金属板が、前記屋根及び／又は側板を構成する金属板と同じ材料とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の金属板屋根構造。
【請求項５】
長手方向と幅方向のＵ字状伸縮機構と接続されるＵ字状接続部と、
該Ｕ字状接続部の交差部と、
該交差部と前記Ｕ字状接続部との間に設けられた屈曲部と、
を有することを特徴とする金属製の金属板屋根用の十字型伸縮機構。
【請求項６】
前記十字型伸縮機構が、折り畳み傘状とされていることを特徴とする請求項５に記載の金属製の金属板屋根用の十字型伸縮機構。
【請求項７】
前記十字型伸縮機構を構成する金属板が、前記屋根及び／又は側板を構成する金属板と同じ材料とされていることを特徴とする請求項５又は６に記載の金属製の金属板屋根用の十字型伸縮機構。
【請求項８】
請求項１乃至４のいずれかに記載の金属板屋根構造を備えたことを特徴とする建築物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板屋根構造、金属製の金属板屋根用の十字型伸縮機構及び建築物に係り、特に、角形配水池のステンレス鋼板製屋根及び側板上部に用いるのに好適な、金属板屋根や側板上部の表面温度変化による変形及び変形音の発生を抑制することが可能な金属板屋根構造、そのための金属製の金属板屋根用の十字型伸縮機構、及び、前記金属板屋根構造を用いた建築物に関する。
【背景技術】
【０００２】
貯留水の水質保持を目的として、配水池には屋根が設けられることがある。この屋根は、直射日光の影響により表面温度が変化し、熱伸縮による歪みや変形が発生する。又、変形に伴い太鼓の打撃音のような音も発生する。特に、配水池の気相部に設けられる屋根や側板上部を構成する金属板には、塩素減菌された水道水から発生した塩素ガスの濃縮による厳しい環境に耐えるため、一般的には高耐食性に優れたＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌなどの二相系ステンレス鋼が用いられるが、高価であるため薄板にロールなどの曲げ加工をしたり、リブによって補強するなどの設計が行われる。
【０００３】
しかしながら、底板及び側壁との全溶接構造であり拘束が多いため、屋根板が拘束状態となり、気温の上昇や日射によって過度に熱膨張すると飛び移り座屈が発生し、この変形によって太鼓の打撃音のような音が発生する。これは、屋根板の熱で膨張した部分が、蒲鉾状の屋根のアーチ形状と逆の方向に変形したことによる発生音と考えられる。
【０００４】
近年、大規模なステンレス鋼板製角形配水池（ステンレス配水池と称する）が建設されるようになったが、屋根面積が大きくなることから、屋根板の熱膨張による変形や、これによる変形音が無視できなくなってきている。
【０００５】
従来は、屋根板の厚みを大きくしたり、補強部材を取り付けて剛性を高めることによって、熱による変形や歪みを防止する対策が行われてきたが、鋼材使用量が多くなることで、材料費及び加工、据付手間が増え、工期短縮やコスト縮減の懸念となっている。
【０００６】
なお、本願と同様に、熱膨張による伸縮を吸収する技術として、特許文献１に、内圧を受ける縦型円筒形タンクの球殻形屋根において、周方向及び放射方向に樹脂製の伸縮継手（交差部は蛇腹形）を設けることによって、内圧の変動による屋根の伸縮を吸収し、球殻形状の安定を図るようにしたタンク構造が記載されている。
【０００７】
又、出願人は、特許文献２で、屋根の一方向に、金属板をＵ字状にプレス加工した伸縮機構を設けることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５６−１５１６８５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０８２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のような伸縮継手を用いて伸縮を解消できれば、薄板でも変形や音を軽減できるものと考えられるが、配水池は換気が可能な大気開放型のタンクであり、屋根は内圧を受けないため、特許文献１のような内圧で屋根を支える構造とすることは困難である。
【００１０】
又、特許文献２の技術は、一方向の変形に対する伸縮構造であり、図１に鉛直方向変位コンターの数値シミュレーション結果を例示する如く、局部的に変異が発生し、図２にエキスパンション部の幅方向応力分布のシミュレーション結果を例示する如く、特に、Ｕ字形状の付け根に応力が集中して、変形を上手く吸収できないという問題点を有していた。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、樹脂製の伸縮継手を用いることなく、温度変化時の応力集中を解消することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、金属板屋根構造において、屋根及び／又は側板を構成する金属板の少なくとも一部の長手方向と幅方向に、金属板製の複数のＵ字状伸縮機構を設けると共に、該Ｕ字状伸縮機構の交差部に、金属板製の十字型伸縮機構を設けることにより、前記課題を解決したものである。
【００１３】
ここで、前記十字型伸縮機構は、前記長手方向と幅方向のＵ字状伸縮機構と接続されるＵ字状接続部と、該Ｕ字状接続部の交差部と、該交差部と前記Ｕ字状接続部の間に設けられた屈曲部と、を有することができる。
【００１４】
又、前記十字型伸縮機構を、折り畳み傘状とすることができる。
【００１５】
又、前記十字型伸縮機構を構成する金属板を、前記屋根及び／又は側板を構成する金属板と同じ材料とすることができる。
【００１６】
本発明は、又、長手方向と幅方向のＵ字状伸縮機構と接続されるＵ字状接続部と、該Ｕ字状接続部の交差部と、該交差部と前記Ｕ字状接続部の間に設けられた屈曲部と、を有することを特徴とする金属製の金属板屋根用の十字型伸縮機構を提供するものである。
【００１７】
ここで、前記十字型伸縮機構を、折り畳み傘状とすることができる。
【００１８】
又、前記十字型伸縮機構を構成する金属板を、前記屋根及び／又は側板を構成する金属板と同じ材料とすることができる。
【００１９】
本発明は、又、前記の金属板屋根構造を備えたことを特徴とする建築物を提供するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、金属板製の十字型伸縮機構を用いて、金属板屋根に二方向の伸縮性を持たせることによって、応力集中を解消することが可能となる。従って、樹脂製の伸縮継手を用いることなく、ステンレス配水池の金属板屋根の表面温度変化による変形や変形音の発生を抑制することができる。特に、住宅地に建設されるステンレス配水地においては、変形音に対する近隣住民からの苦情も多く、音響対策の一つとして有効な技術である。
【００２１】
又、特許文献１では、樹脂製の伸縮構造を示しているが、本発明によれば、金属製であるので、従来の溶接や検査方法が適用でき、屋根と同様の耐食性強度を有する構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】特許文献２に記載の技術を採用した場合で温度が上昇した時に配水池屋根に生じる鉛直方向変位コンターのシミュレーション結果を示す図
【図２】同じく、エキスパンション部の幅方向応力分布のシミュレーション結果を示す図
【図３】本発明が適用される配水池の全体構成を示す平面図
【図４】同じく、要部を拡大して示す立面図及び断面図
【図５】同じく、屋根板全体を示す斜視図
【図６】本発明の実施形態の構成を示す、屋根板の左半分を示す斜視図
【図７】同じく、長手方向と幅方向の一方向のＵ字状伸縮機構を示す（Ａ）斜視図、（Ｂ）平面図及び（Ｃ）図７（Ｂ）のＣ−Ｃ線に沿う横断面図
【図８】同じく、交差部の十字型伸縮機構を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）図８（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う横断面図及び（Ｃ）斜視図
【図９】前記実施形態で温度が上昇した時に配水池屋根に生じる鉛直方向変位コンターのシミュレーション結果を示す図
【図１０】同じく、エキスパンション部の幅方向応力分布のシミュレーション結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００２４】
本発明が適用される配水池の全体構成の平面図を図３に、同じく立面図及び断面図を図４に、同じく屋根板全体の斜視図を図５に示す。
【００２５】
本発明の対象となる配水池は、図３に示すような長方形を有し、図４に示す如く、底板１０及び側壁上部１２Ｕと側壁下部１２Ｌでなる側壁１２に対して、例えばアーチ状の屋根板１４が溶接で接合されている。図において、１６は屋根支柱、１８は内部引張材である。
【００２６】
ここで、液相部となる前記底板１０及び側壁下部１２Ｌは、例えばＳＵＳ３１６又はＳＵＳ３０４ステンレス鋼板製とされ、塩素ガスの濃縮による厳しい環境に耐える必要がある気相部となる屋根板１４と側壁上部１２Ｕは、例えばＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌステンレス鋼板製とされている。
【００２７】
本実施形態は、図６に屋根板の左半分を示す如く、前記屋根板１４のエキスパンション１４Ｅ等の部分の長手方向及と幅方向に、図７（Ａ）（斜視図）、（Ｂ）（平面図）及び（Ｃ）（図７（Ｂ）のＣ−Ｃに沿う横断面図）に示す如く、屋根板１４と同じ又は類似のステンレス（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）鋼板を略Ｕ字形状にプレス加工したＵ字状伸縮機構２６を設けると共に、その交差部に、図８（Ａ）（平面図）、（Ｂ）（図８（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う横断面図）及び（Ｃ）（斜視図）に示すような、屋根板１４と同じ又は類似のステンレス（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）鋼板を略折り畳み傘状にプレス加工した十字型伸縮機構２８を配設したものである。
【００２８】
前記十字型伸縮機構２８は、図８に示した如く、長手方向と幅方向のＵ字状伸縮機構２６と接続されるＵ字状接続部２８Ａと、該Ｕ字状接続部２８Ａの交差部２８Ｂと、該交差部２８Ｂと前記Ｕ字状接続部２８Ａとの間に設けられた屈曲部２８Ｃとを有する折り畳み傘状とされ、ひだの部分が伸縮することにより、長手方向と幅方向の二方向の変形に追従し、二方向の熱膨張を共に吸収できるようにされている。
【００２９】
ここで、前記交差部２８Ｂの高さは、前記Ｕ字状接続部２８Ａの高さよりも高くされている。
【００３０】
又、前記交差部２８Ｂの頂点２８Ｄは、剛性を付与するため凹状に形成されている。
【００３１】
この十字型伸縮機構２８は、一枚のステンレス板をプレス加工して作ることができ、例えばプレス加工により亀裂が入った部分は溶接にて盛ることができる。
【００３２】
前記伸縮機構２６及び２８は共に屋根板１４に溶接される。
【００３３】
前記伸縮機構２６及び２８は、配水池に収容される水道水に対する耐食性を確保するため、屋根板１４と同じ又は類似の高耐食鋼を使用することで、屋根板１４と同等の耐食性を有するようにされている。
【００３４】
前記伸縮機構２６及び２８は、例えば側板や仕切板近傍の拘束度が高い位置に入れることができる。
【００３５】
この構造により、屋根板１４の熱膨張に対して伸縮機構２６及び２８が二方向に変形するため、応力集中を防いで飛び移り座屈の発生を抑制することで、屋根の変形による音の発生を軽減させることができる。
【００３６】
図９に、本実施形態で図１と同様に温度が上昇した時に配水池屋根に生じる鉛直方向変位コンターのシミュレーション結果を示す。図１で発生していた局部的な変位が解消していることが分かる。
【００３７】
図１０に、本実施形態で図２と同様にエキスパンション部の幅方向応力分布をシミュレーションした結果を示す。図２に比べて応力集中が緩和していることが分かる。
【００３８】
前記実施形態においては、本発明が長方形の角形配水池屋根に適用されていたが、配水池の形状は長方形に限定されず、正方形や六角形等、他の形状であってもよい。又、金属板の材質もステンレスに限定されない。
【００３９】
更に、本発明の適用対象も配水池に限定されず、金属板製の建築物一般の屋根板に適用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…底板
１２…側壁
１４…屋根板
１４Ｅ…エキスパンション
２６…Ｕ字状伸縮機構
２８…十字型伸縮機構
２８Ａ…Ｕ字状接続部
２８Ｂ…交差部
２８Ｃ…屈曲部
【図３】
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【図１】
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【図２】
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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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【図９】
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【図１０】
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