(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に向けて凸となる曲面を形成する複数の上弦材および複数の下弦材を有するトラス構造の屋根であって、
前記複数の上弦材および前記複数の下弦材はそれぞれ、
環状に形成された外周材と、
桁行方向に延び、前記外周材に架け渡された第１材と、
張間方向に延び、前記第１材に交差しながら前記外周材に架け渡された第２材と、
前記桁行方向および前記張間方向に交差する方向に延び、前記第１材および前記第２材に交差しながら前記外周材に架け渡された補強材と、を備え、
前記上弦材および前記下弦材の前記補強材は、連続して延びて円弧をなす平面視直線状の剛体により形成されている屋根。
【請求項２】
前記下弦材の前記第２材における節点は、同一円弧上に位置する請求項１に記載の屋根。
【請求項３】
前記張間方向の両側において前記補強材と交差する前記第２材のうち、前記補強材の間に位置する部分における前記節点は、前記下弦材の前記基準第１材および前記下弦材の前記補強材を前記張間方向に結ぶ同一円弧上に位置する請求項２に記載の屋根。
【請求項４】
前記張間方向の両側において前記補強材と交差する前記第２材のうち、前記補強材に対して、前記張間方向の外側に位置する部分における前記節点は、前記下弦材の前記外周材、前記下弦材の前記基準第１材および前記下弦材の前記補強材を前記張間方向に結ぶ同一円弧上に位置する請求項２または３に記載の屋根。
【請求項５】
前記張間方向の片側においてのみ前記補強材と交差する前記第２材における前記節点は、前記下弦材の前記外周材、前記下弦材の前記基準第１材および前記下弦材の前記補強材を前記張間方向に結ぶ同一円弧上に位置する請求項２から４のいずれか１項に記載の屋根。
【請求項６】
前記補強材と交差しない前記第２材における前記節点は、前記下弦材の前記基準第１材および前記下弦材の前記外周材を前記張間方向に結ぶ同一円弧上に位置する請求項２から５のいずれか１項に記載の屋根。
【請求項７】
前記第２材における前記節点は、前記第１材における節点を兼ねている請求項２から６のいずれか１項に記載の屋根。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の屋根を設計する方法であって、
前記下弦材の前記補強材を形成する円弧である補強材円弧を求める工程を備え、
前記工程では、
前記下弦材の前記外周材を周縁とする平面である投影面と、
前記下弦材における前記張間方向の中央に位置する前記第１材である基準第１材のライズである第１ライズと、
前記下弦材の前記基準第１材を形成する円弧である基準円弧を前記投影面上に投影した第１投影線と、
前記基準円弧を通過して前記張間方向に延び、前記投影面の周縁上に端縁が位置する円弧である補助円弧を前記投影面上に投影した第２投影線と、
前記補強材円弧を前記投影面上に投影した第３投影線と、が予め求められ、
前記工程は、
前記第１ライズと前記第１投影線とに基づいて前記基準円弧を求める第１工程と、
前記第１投影線と前記第２投影線との交点の上方に位置する前記基準円弧上の点におけるライズである第２ライズを求める第２工程と、
前記第２ライズと前記第２投影線とに基づいて前記補助円弧を求める第３工程と、
前記第２投影線と前記第３投影線との交点の上方に位置する前記補助円弧上の点におけるライズである第３ライズを求める第４工程と、
前記第３ライズと前記第３投影線とに基づいて前記補強材円弧を求める第５工程と、を備える屋根の設計方法。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載の屋根を設計する装置であって、
前記下弦材の前記補強材を形成する円弧である補強材円弧を求める演算処理部と、
前記下弦材の前記外周材を周縁とする平面である投影面と、前記下弦材における前記張間方向の中央に位置する前記第１材である基準第１材のライズである第１ライズと、前記下弦材の前記基準第１材を形成する円弧である基準円弧を前記投影面上に投影した第１投影線と、前記基準円弧を通過して前記張間方向に延び、前記投影面の周縁上に端縁が位置する円弧である補助円弧を前記投影面上に投影した第２投影線と、前記補強材円弧を前記投影面上に投影した第３投影線と、が記憶される記憶部と、を備え、
前記演算処理部は、
前記第１ライズと前記第１投影線とに基づいて前記基準円弧を求める第１工程と、
前記第１投影線と前記第２投影線との交点の上方に位置する前記基準円弧上の点におけるライズである第２ライズを求める第２工程と、
前記第２ライズと前記第２投影線とに基づいて前記補助円弧を求める第３工程と、
前記第２投影線と前記第３投影線との交点の上方に位置する前記補助円弧上の点におけるライズである第３ライズを求める第４工程と、
前記第３ライズと前記第３投影線とに基づいて前記補強材円弧を求める第５工程と、を実施する屋根の設計装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋根、屋根の設計方法および屋根の設計装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば下記特許文献１、２に記載に記載されたような、トラスによって形成された屋根が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７０３０８号公報
【特許文献２】特開平９−１１１９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の屋根では、例えば、屋根のライズを設けつつ、屋根を支持する下部構造に対する負担を軽減することに改善の余地がある。しかし、改善を行った結果、例えば、屋根を構成する部材が三次元的に湾曲した形状となると、その設計や、部材の加工に手間が掛かる。
【０００５】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、屋根のライズを設けつつ下部構造に対する負担を軽減するよう改善を図るとともに、改善によって手間やコストが掛かるのを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る屋根は、上方に向けて凸となる曲面を形成する複数の上弦材および複数の下弦材を有するトラス構造の屋根であって、前記複数の上弦材および前記複数の下弦材はそれぞれ、環状に形成された外周材と、桁行方向に延び、前記外周材に架け渡された第１材と、張間方向に延び、前記第１材に交差しながら前記外周材に架け渡された第２材と、前記桁行方向および前記張間方向に交差する方向に延び、前記第１材および前記第２材に交差しながら前記外周材に架け渡された補強材と、を備え、前記前記上弦材および前記下弦材の前記補強材は、連続して延びて円弧をなす平面視直線状の剛体により形成されている。
【０００７】
例えば、意匠要件（屋根下の室内空間の有効高さ等）や法規条件（水勾配など）を満たすことを目的として屋根にライズが設けられていると、第１材および第２材それぞれに、ライズに対応するスラスト力が生じる。このスラスト力を、屋根を支持する下部構造が負担する場合、第１材および第２材それぞれを下部構造に例えばピン接合し、第１材および第２材それぞれのアーチ効果を利用して下部構造にスラスト力を負担させる。
例えば、外周材における桁行方向の距離や張間方向の距離が大きい場合（いわゆる大スパン構造の場合）、前述したスラスト力が大きくなる。この場合、そのスラスト力を下部構造に負担させると、下部構造の強度を高める必要が生じる。その結果、例えば、下部構造における柱の柱せいが大きくなり、屋根下の室内空間が狭くなる（意匠計画上、柱サイズが制限される場合、その制限を守れない）等の問題が生じる。
そのため、第１材および第２材に生じるスラスト力の下部構造への負担を軽減する構造が望まれている。例えば、屋根と柱との間の支持部分を一部ローラー構造とすることにより、下部構造に伝達されるスラスト力を軽減することも行われる。
この屋根では、補強材が、平面視において桁行方向および張間方向に交差する方向に延び、かつ、第１材および第２材に交差しながら外周材に架け渡されている。したがって、第１材および第２材に生じるスラスト力を補強材に伝達し、これらのスラスト力の少なくとも一部を補強材に負担させることができる。言い換えると、曲げモーメントを軸力に変換し、この軸力を、屋根内（自己）で釣り合わせることができる。これにより、例えば、下部構造が負担する第１材および第２材それぞれのスラスト力及び水平変位を抑え、下部構造の設計の自由度を高めること等ができる。さらに例えば、補強材によるアーチ効果を期待することが可能になり、外周材、第１材、第２材に適用する部材についての過度な強度を不要として屋根の低コスト化を実現すること等ができる。
さらにこの屋根では、上弦材および下弦材の補強材が、連続して延びて円弧をなす平面視直線状の剛体により形成されている。つまり、上弦材および下弦材の補強材を形成する剛体は、両端に対し、中間部が上方に向けて凸となるよう湾曲しつつ、平面視では直線状である。これにより、剛体は、その両端を結ぶ方向と上下方向との両方向を含む平面に沿って形成され、２次元的に湾曲した形状となる。したがって、剛体を３次元的に湾曲させる必要が無く、その設計や加工を、より容易に行うことができる。
【０００８】
前記下弦材の前記第２材における節点は、同一円弧上に位置するのがより好ましい。
【０００９】
同一の第２材における節点が、同一円弧上に位置する。これにより、第２材が一定の曲率で湾曲した円弧状となり、その設計や加工を容易に行うことが可能となる。
【００１０】
前記張間方向の両側において前記補強材と交差する前記第２材のうち、前記補強材の間に位置する部分における前記節点は、前記下弦材の前記基準第１材および前記下弦材の前記補強材を前記張間方向に結ぶ同一円弧上に位置していてもよい。
【００１１】
下弦材の第２材のうち、補強材の間に位置する部分における節点が、同一円弧上に位置している。したがって、第２材のうち、補強材の間に位置する部分が、一定の曲率で湾曲した円弧状となり、その設計や加工を容易に行うことが可能となる。
【００１２】
前記張間方向の両側において前記補強材と交差する前記第２材のうち、前記補強材に対して、前記張間方向の外側に位置する部分における前記節点は、前記下弦材の前記外周材、前記下弦材の前記基準第１材および前記下弦材の前記補強材を前記張間方向に結ぶ同一円弧上に位置してもよい。
【００１３】
下弦材の第２材のうち、補強材に対して張間方向の外側に位置する部分における節点が、同一円弧上に位置している。したがって、第２材のうち、補強材に対して張間方向の外側に位置する部分が、一定の曲率で湾曲した円弧状となり、その設計や加工を容易に行うことが可能となる。
【００１４】
前記張間方向の片側においてのみ前記補強材と交差する前記第２材における前記節点は、前記下弦材の前記外周材、前記下弦材の前記基準第１材および前記下弦材の前記補強材を前記張間方向に結ぶ同一円弧上に位置していてもよい。
【００１５】
張間方向の片側においてのみ補強材と交差する下弦材の第２材における節点が、同一円弧上に位置している。したがって、張間方向の片側においてのみ補強材と交差する第２材が、一定の曲率で湾曲した円弧状となり、その設計や加工を容易に行うことが可能となる。
【００１６】
前記補強材と交差しない前記第２材における前記節点は、前記下弦材の前記基準第１材および前記下弦材の前記外周材を前記張間方向に結ぶ同一円弧上に位置していてもよい。
【００１７】
補強材と交差しない下弦材の第２材における節点が、同一円弧上に位置している。したがって、補強材と交差しない第２材が、一定の曲率で湾曲した円弧状となり、その設計や加工を容易に行うことが可能となる。
【００１８】
前記第２材における前記節点は、前記第１材における節点を兼ねていてもよい。
【００１９】
第１材における節点が、第２材における節点を兼ねている。したがって、第１材と第２材とが同一の節点で交差する。このため、第１材および第２材の設計を容易に行うことができる。
【００２０】
本発明に係る屋根の設計方法は、前記屋根を設計する方法であって、前記下弦材の前記補強材を形成する円弧である補強材円弧を求める工程を備え、前記工程では、前記下弦材の前記外周材を周縁とする平面である投影面と、前記下弦材における前記張間方向の中央に位置する前記第１材である基準第１材のライズである第１ライズと、前記下弦材の前記基準第１材を形成する円弧である基準円弧を前記投影面上に投影した第１投影線と、前記基準円弧を通過して前記張間方向に延び、前記投影面の周縁上に端縁が位置する円弧である補助円弧を前記投影面上に投影した第２投影線と、前記補強材円弧を前記投影面上に投影した第３投影線と、が予め求められ、前記工程は、前記第１ライズと前記第１投影線とに基づいて前記基準円弧を求める第１工程と、前記第１投影線と前記第２投影線との交点の上方に位置する前記基準円弧上の点におけるライズである第２ライズを求める第２工程と、前記第２ライズと前記第２投影線とに基づいて前記補助円弧を求める第３工程と、前記第２投影線と前記第３投影線との交点の上方に位置する前記補助円弧上の点におけるライズである第３ライズを求める第４工程と、前記第３ライズと前記第３投影線とに基づいて前記補強材円弧を求める第５工程と、を備える。
【００２１】
上記屋根の設計方法では、補強材の円弧形状を容易に決定することができる。
【００２２】
本発明に係る屋根の設計装置は、前記屋根を設計する装置であって、前記下弦材の前記補強材を形成する円弧である補強材円弧を求める演算処理部と、前記下弦材の前記外周材を周縁とする平面である投影面と、前記下弦材における前記張間方向の中央に位置する前記第１材である基準第１材のライズである第１ライズと、前記下弦材の前記基準第１材を形成する円弧である基準円弧を前記投影面上に投影した第１投影線と、前記基準円弧を通過して前記張間方向に延び、前記投影面の周縁上に端縁が位置する円弧である補助円弧を前記投影面上に投影した第２投影線と、前記補強材円弧を前記投影面上に投影した第３投影線と、が記憶される記憶部と、を備え、前記演算処理部は、前記第１ライズと前記第１投影線とに基づいて前記基準円弧を求める第１工程と、前記第１投影線と前記第２投影線との交点の上方に位置する前記基準円弧上の点におけるライズである第２ライズを求める第２工程と、前記第２ライズと前記第２投影線とに基づいて前記補助円弧を求める第３工程と、前記第２投影線と前記第３投影線との交点の上方に位置する前記補助円弧上の点におけるライズである第３ライズを求める第４工程と、前記第３ライズと前記第３投影線とに基づいて前記補強材円弧を求める第５工程と、を実施する。
【００２３】
上記屋根の設計装置では、補強材の円弧形状を容易に決定することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、屋根のライズを設けつつ下部構造に対する負担を軽減するよう改善を図るとともに、改善によって手間やコストが掛かるのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る屋根の斜視図である。
【図２】図１に示す屋根の要部の拡大斜視図である。
【図３】図１に示す屋根を構成する補強材の側面である。
【図４】図１に示す補強材の要部の拡大斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法で用いられる設計装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法における、下弦材の設計工程の詳細な流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、基準円弧を求める工程の詳細な流れを示すフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、基準円弧を求める工程での処理内容を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、補強材円弧を求める工程の詳細な流れを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、補強材円弧を求める工程での処理内容を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、第２材円弧を求める工程の詳細な流れを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、第２材円弧を求める工程での処理内容を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、第２材円弧を求める工程での処理内容を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、第１材を作成する工程の詳細な流れを示すフローチャートである。
【図１６】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、第１材を作成する工程での処理内容を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、上弦材の基準円弧を求める工程での処理内容を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、上弦材の基準円弧を求める工程での処理内容の要部を示す拡大図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、上弦材の補強材円弧を求める工程での処理内容を示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、上弦材の第２材円弧を求める工程での処理内容を示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、上弦材の第２材円弧を求める工程で、図１９に続く状態を示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、上弦材の第１材を作成する工程での処理内容を示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態に係る屋根の設計方法において、斜材の設計工程での処理内容を示す図である。
【図２４】本発明の第１変形例に係る構造物を構成する屋根の平面図である。
【図２５】本発明の第２変形例に係る構造物を構成する屋根の平面図である。
【図２６】本発明の第３変形例に係る構造物を構成する屋根の平面図である。
【図２７】本発明の第４変形例に係る構造物を構成する屋根の平面図である。
【図２８】本発明の第５変形例に係る構造物を構成する屋根の平面図である。
【図２９】本発明の第６変形例に係る構造物を構成する屋根の平面図である。
【図３０】本発明の変形例に係る屋根の設計方法において、第２材円弧を求める工程での処理内容を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図１から図２３を参照し、本発明の一実施形態に係る屋根１１、及び屋根１１の設計方法を説明する。
【００２７】
（屋根）
図１から図４に示すように、構造物１０は、屋根１１と、屋根１１を支持する下部構造１２と、屋根１１と下部構造１２との間に配置されるローラー支承１３と、を備えている。
屋根１１は、上下方向Ｄｚから見た平面視において矩形状に形成されている。以下では、前記矩形状の長手方向を桁行方向Ｄｘ（第１方向）といい、短手方向を張間方向Ｄｙ（第２方向）という。
【００２８】
屋根１１は、トラス構造により形成されている。本実施形態では、屋根１１は、立体トラス構造により形成されている。図示の例では、屋根１１は、複数の上弦材２１と、複数の下弦材３１と、複数の斜材４１と、を有するダブルレイヤー構造（マルチレイヤー構造）である。以下では、複数の上弦材２１の集合体を上弦体２０といい、複数の下弦材３１の集合体を下弦体３０という。
【００２９】
上弦体２０および下弦体３０は、それぞれ面状に形成されている。言い換えると、複数の上弦材２１および複数の下弦材３１（複数の弦材）は、それぞれ同一面上に配置されている。複数の上弦材２１および複数の下弦材３１は、それぞれ上側に向けて凸となる同一の球面上に配置されている。言い換えると、屋根１１には、ライズが設けられている。ライズは、例えば、意匠や法規条件により内部の有効高さや水勾配などを満足するために設けられている。
【００３０】
上弦体２０は、複数の上弦材２１として、外周材５１と、第１材５２と、第２材５３と、補強材５４と、を備えている。外周材５１は、直線状に形成されている。第１材５２、第２材５３および補強材５４は、上方に凸となる円弧状に形成されている。
外周材５１は、平面視において環状に形成されている。外周材５１は、平面視において複数の辺部５５および複数の角部５６を有する多角形状に形成されている。図示の例では、外周材５１は、平面視において矩形状に形成されている。複数の辺部５５は、桁行方向Ｄｘに延びる２つの第１辺部５５ａと、張間方向Ｄｙに延びる２つの第２辺部５５ｂと、を備えている。
【００３１】
第１材５２は、平面視において桁行方向Ｄｘに延びている。第１材５２は、平面視において第１辺部５５ａと平行である。第１材５２は、外周材５１に架け渡されている。第１材５２は、張間方向Ｄｙに間隔をあけて複数配置されている。
第２材５３は、平面視において張間方向Ｄｙに延びている。第２材５３は、平面視において第２辺部５５ｂと平行である。第２材５３は、第１材５２に交差しながら外周材５１に架け渡されている。第２材５３は、桁行方向Ｄｘに間隔をあけて複数配置されている。
【００３２】
図１に示すように、補強材５４は、平面視において桁行方向Ｄｘおよび張間方向Ｄｙに交差する方向に延びている。補強材５４は、第１材５２および第２材５３に交差しながら外周材５１に架け渡されている。補強材５４は、第１材５２および第１辺部５５ａを桁行方向Ｄｘに分断している。補強材５４は、第２材５３および第２辺部５５ｂを張間方向Ｄｙに分断している。補強材５４は、外周材５１において、１つの角部５６を挟んで互いに隣り合う２つの辺部５５間（第１辺部５５ａおよび第２辺部５５ｂ間）に架け渡されている。
【００３３】
本実施形態では、１つの角部５６を挟んで互いに隣り合う２つの辺部５５の全ての組について、補強材５４が設けられている。その結果、補強材５４（テンションリング）は、平面視において、外周材５１に内接する多角形状に形成されている。補強材５４は、平面視において、桁行方向Ｄｘに凸となる２つの第１角部５７と、張間方向Ｄｙに凸となる２つの第２角部５８と、を備えている。第２角部５８では、その第２角部５８を形成する２つの辺部５９が桁行方向Ｄｘに離間している。このように、第２角部５８では、辺部５９同士が実際に交わっていなくてもよく、実質的に第２角部５８を形成していればよい。構造物１０（建物）の規模や屋根１１の部材構成や辺部５９間の部材の構成によって、辺部５９同士の間隔を調整することが可能である。
【００３４】
図２に示すように、補強材５４は、主剛体６０（剛体）と、副剛体６１と、を備えている。主剛体６０は、上側に向けて凸となる円弧状に形成されている。
主剛体６０は、外周材５１において異なる２点間に連続して架け渡されている。主剛体６０は、外周材５１に接合された両端部６０ａ、６０ｂに対し、中間部６０ｃが上方に凸となる円弧状に形成されている。主剛体６０は、外周材５１において異なる２点間で、平面視直線状に設けられている。すなわち、主剛体６０は、平面視すると、両端部６０ａ、６０ｂと中間部６０ｃとが一直線上に配置されている。主剛体６０は、各辺部５９に複数（図示の例では３つ）、間隔をあけて設けられている。なお、主剛体６０が外周材５１において異なる２点間に連続して架け渡されていることは、１本の連続する主剛体６０が外周材５１において異なる２点間に架け渡されていることを意味する。１本の連続する主剛体６０には、複数本の剛体が溶接を介して一体化された構成も含まれる。例えば、１本の連続する主剛体６０として、１本が連続して押出成形された形鋼を採用することも可能であり、別個に押出成形された複数本の形鋼を、溶接を介して一体に接合した形鋼を採用することも可能である。
【００３５】
副剛体６１は、隣り合う主剛体６０同士を連結する。副剛体６１は、第１剛体６２と、第２剛体６３と、を備えている。第１剛体６２は、桁行方向Ｄｘに延びている。第１剛体６２は、補強材５４が分断する第１材５２間および第１辺部５５ａ間それぞれに架け渡されている。第２剛体６３は、張間方向Ｄｙに延びている。第２剛体６３は、補強材５４が分断する第２材５３間および第２辺部５５ｂ間それぞれに架け渡されている。
【００３６】
図４に示すように、外周材５１、第１材５２および第２材５３はそれぞれ、複数のトラス部材と、隣り合うトラス部材を連結するジョイント部材と、を備えている。トラス部材は、例えば鋼管（例えばφ８８．９〜φ２６７）によって形成されている。ジョイント部材は、例えば球状に形成されている。外周材５１や第１材５２、第２材５３は、それぞれジョイント部材において交差する。
【００３７】
補強材５４は、例えば形鋼（例えばＨ形鋼、Ｈ３５０広幅）により形成されている。補強材５４は、例えば、複数の形鋼が溶接されることで形成される。補強材５４の軸剛性は、外周材５１、第１材５２および第２材５３の軸剛性よりも高い。補強材５４の圧縮強度（形鋼の圧縮強度）は、外周材５１、第１材５２および第２材５３の圧縮強度（鋼管の圧縮強度）よりも高い。補強材５４の引張強度（形鋼の引張強度）は、外周材５１、第１材５２および第２材５３の引張強度（鋼管の引張強度）よりも高い。
なお、外周材５１や第１材５２、第２材５３は、補強材５４に対して、例えば、溶接や高力ボルトなどにより剛接合されている。なお接合の形態は、剛接合に限られず、半剛接合やピン接合であってもよい。
【００３８】
図１から図４に示すように、下弦体３０は、上弦体２０と同様に、複数の上弦材２１として、外周材５１と、第１材５２と、第２材５３と、補強材５４と、を備えている。
図１および図２に示すように、下弦体３０の第１材５２は、上弦体２０の第１材５２よりも１つ多く、上弦体２０の第１材５２に対して半スパン、張間方向Ｄｙにずらされている。下弦体３０の第２材５３は、上弦体２０の第２材５３よりも１つ多く、上弦体２０の第２材５３に対して半スパン、桁行方向Ｄｘにずらされている。
【００３９】
下弦体３０の外周材５１は、上弦体２０の外周材５１よりも桁行方向Ｄｘおよび張間方向Ｄｙに大きい。下弦体３０の外周材５１は、上弦体２０の外周材５１よりも桁行方向Ｄｘに第２材５３の１スパン分大きい。下弦体３０の外周材５１は、上弦体２０の外周材５１よりも張間方向Ｄｙに第１材５２の１スパン分大きい。
下弦体３０の主剛体６０は、上弦体２０の主剛体６０と上下方向に重なっている。下弦材３１の主剛体６０は、上弦体２０の主剛体６０の真下に配置されている。
【００４０】
図２から図４に示すように、斜材４１は、第１斜材４２と、第２斜材４３と、を備えている。
第１斜材４２は、下弦体３０の外周材５１、第１材５２および第２材５３と、上弦体２０の外周材５１、第１材５２および第２材５３と、をそれぞれ連結する。斜材４１の少なくとも１つ端部は、下弦体３０の外周材５１、第１材５２および第２材５３と、上弦体２０の外周材５１、第１材５２および第２材５３と、のいずれかのジョイント部に連結されている。下弦体３０の外周材５１、第１材５２および第２材５３と、上弦体２０の外周材５１、第１材５２および第２材５３と、第１斜材４２と、は立体トラスを構成している。
【００４１】
第２斜材４３は、上下の主剛体６０同士を接続する。第２斜材４３は、上弦体２０の主剛体６０の真下で、かつ下弦体３０の主剛体６０の真上に位置している。上弦体２０の主剛体６０と、下弦体３０の主剛体６０と、これらの両主剛体６０を連結する第２斜材４３とは、鉛直面内に位置する平面トラスを形成している。
【００４２】
図１から図３に示すように、屋根１１は、二次部材７１を更に備えている。二次部材７１は、屋根１１の周囲に設けられた外壁を受ける（支える）ための部材である。言い換えると、二次部材７１は、屋根１１の構造部材ではない。二次部材７１は、屋根１１の外周に環状に形成されている。二次部材７１は、トラス構造である。二次部材７１は、例えば、形鋼により形成されている。
図３に示すように、下部構造１２は、複数の柱１２ａを備えている。ローラー支承１３は、柱１２ａと下弦体３０の外周材５１との間に配置されている。
【００４３】
次に、上記したような屋根１１の設計方法について説明する。
図５に示す設計装置１００は、一時的ではない有形の記録媒体（図示なし）に記録されたコンピュータプログラムをＣＰＵ（図示なし）により実行するコンピュータ装置である。設計装置１００は、入力受付部１０１と、記憶部１０２と、演算処理部１０３と、データ出力部１０４と、を機能的に備える。
【００４４】
入力受付部１０１は、各種の設定値の入力を受け付ける。各種の設定値は、設計装置１００に備えられた図示しない入力部（例えば、キーボード、マウス等）から入力される。入力受付部１０１で受け付ける設定値としては、例えば、（１）下弦材３１の外周材５１に沿って間隔をあけて設定される複数の外周節点の位置、（２）下弦材３１及び上弦材２１の第１材５２、第２材５３、補強材５４の両端の位置座標、（３）後述する基準第１材５２ｍの第１ライズＤ１、上弦材２１の中央デプスＤ２１、および周辺デプスＤ２２、等がある。なお、各種の位置の座標は、桁行方向Ｄｘ、張間方向Ｄｙ、上下方向Ｄｚそれぞれを基準とする３次元座標とすることができる。
【００４５】
記憶部１０２は、メモリ等の記憶装置からなる。記憶部１０２は、入力受付部１０１で入力を受け付けた各種の設定値、演算処理部１０３での演算処理によって算出される各種等を記憶する。演算処理部１０３は、コンピュータプログラムに基づいて演算処理を行うことで、第１材５２、第２材５３、補強材５４の節点等を算出する。
データ出力部１０４は、演算処理部１０３における演算によって算出された結果として、屋根１１の上弦材２１、下弦材３１、斜材４１の設計データを外部に出力する。
【００４６】
（屋根の設計方法）
このような設計装置１００で実行される屋根１１の設計方法について説明する。
図６に示すように、本実施形態の屋根１１の設計方法は、下弦材３１の設計工程Ｓ１と、上弦材２１の設計工程Ｓ２と、斜材４１の設計工程Ｓ３と、を主に備える。
【００４７】
［下弦材の設計工程Ｓ１］
設計装置１００は、まず、下弦材３１の設計工程Ｓ１を実行する。下弦材３１の設計工程Ｓ１は、図７に示すように、以下の工程Ｓ１１〜Ｓ１５を含む。
【００４８】
＜設定値の入力を受け付ける工程Ｓ１１＞
下弦材３１の設計工程Ｓ１では、まず、下弦材３１を設計するにあたって必要な設定値の事前入力を受け付ける。
作業者は、下弦材３１の外周材５１の位置（位置座標）や、下弦材３１の第１材５２、第２材５３、及び補強材５４のそれぞれの両端の節点についての位置（位置座標）を入力する。
【００４９】
また、作業者は、下弦材３１の第１材５２のうち、張間方向Ｄｙの中心に位置する第１材５２（以下、これを基準第１材５２ｍと称する）におけるライズである第１ライズＤ１を設定する。ここで、ライズとは、第１材５２、第２材５３、補強材５４において、両端部を結ぶ投影線に対して、上方に凸となる中間部の上方への突出寸法（上下方向Ｄｚの大きさ、図９に示すＤ１参照）である。基準第１材５２ｍの第１ライズＤ１は、初期値として、例えば４５００ｍｍが設定されている。作業者は、必要に応じて第１ライズＤ１を変更して入力することができる。入力受付部１０１は、入力された各部材の両端の節点の位置座標や第１ライズＤ１等を、記憶部１０２に記憶させる。
【００５０】
＜基準円弧を求める工程Ｓ１２＞
工程Ｓ１１が完了すると、設計装置１００の演算処理部１０３は、基準円弧を求める工程Ｓ１２を実行する。基準円弧を求める工程Ｓ１２は、詳細には、図８に示すように、以下の工程Ｓ１２１〜Ｓ１２４を含む。
【００５１】
まず、演算処理部１０３は、図８、図９に示すように、工程Ｓ１１で記憶部１０２に記憶された、下弦材３１の外周材５１の位置座標から、下弦材３１の外周材５１を周縁とする平面である投影面Ｆ１を求める（工程Ｓ１２１）。また、演算処理部１０３は、基準第１材５２ｍのライズである第１ライズＤ１の値を、記憶部１０２から呼び出して求める（工程Ｓ１２２）。
【００５２】
次に、演算処理部１０３は、基準第１材５２ｍの両端の節点Ｙ１、Ｙ２の位置座標を記憶部１０２から呼び出す。節点Ｙ１、Ｙ２は、下弦材３１の桁行方向Ｄｘの両端に位置する外周材５１Ｘ１、５１Ｘ２（第２辺部５５ｂ）の、張間方向Ｄｙの中点である。演算処理部１０３は、節点Ｙ１，Ｙ２を結ぶ第１投影線Ｙｌ１２を求める（工程Ｓ１２３）。この第１投影線Ｙｌ１２は、下弦材３１の基準第１材５２ｍを形成する円弧である基準円弧Ｙを投影面Ｆ１上に投影したものとなる。
【００５３】
さらに、演算処理部１０３は、第１投影線Ｙｌ１２の中点となる節点Ｙ３を作成する。続いて、演算処理部１０３は、節点Ｙ３を、上下方向Ｄｚの上方に第１ライズＤ１の値（寸法）だけ移動させた節点Ｙ４を作成する。続いて、演算処理部１０３は、上記の点Ｙ１，Ｙ４，Ｙ２を円弧上の３点とする円弧を演算により求め、この円弧を、基準第１材５２ｍの形状を示す基準円弧Ｙとする（工程Ｓ１２４）。このようにして、工程Ｓ１２で基準円弧Ｙが求められる。
【００５４】
＜補強材円弧を求める工程Ｓ１３＞
図７に示すように、上記工程Ｓ１２が完了すると、設計装置１００の演算処理部１０３は、補強材円弧を求める工程Ｓ１３を実行する。補強材円弧は、補強材５４（主剛体６０）を形成するための円弧である。補強材円弧を求める工程Ｓ１３は、詳細には、図１０に示すように、以下の工程Ｓ１３１〜Ｓ１３６を含む。
【００５５】
まず、演算処理部１０３は、図１０、図１１に示すように、補強材５４（主剛体６０）の両端の節点ａ１，ａ２の位置座標を記憶部１０２から呼び出し、節点ａ１，ａ２を結ぶ第３投影線ａｌ１２を求める（工程Ｓ１３１）。第３投影線ａｌ１２は、下弦材３１の補強材５４を形成する円弧である補強材円弧ａを投影面Ｆ１上に投影したものとなる。
【００５６】
さらに、演算処理部１０３は、第３投影線ａｌ１２の中点となる節点ａ３を作成する。続いて、演算処理部１０３は、節点ａ３を通り、張間方向Ｄｙに延びる第２投影線ａｌ３４５を作成する（工程Ｓ１３２）。第２投影線ａｌ３４５は、第１投影線Ｙｌ１２に交差（直交）して張間方向Ｄｙに延び、投影面Ｆ１の周縁上に両端の節点ａ４、ａ５を有する。第２投影線ａｌ３４５は、補助円弧ａａｒｃ４８５を投影面Ｆ１上に投影したものとなる。補助円弧ａａｒｃ４８５は、基準円弧Ｙを通過して張間方向Ｄｙに延び、投影面Ｆ１の周縁上に端縁（ａ４、ａ５）が位置する円弧である。
【００５７】
演算処理部１０３は、工程Ｓ１３１、Ｓ１３２で、第２投影線ａｌ３４５と第３投影線ａｌ１２とを求めた後、第２ライズＤ２の値を求める（工程Ｓ１３３（第２工程））。第２ライズＤ２は、補助円弧ａａｒｃ４８５のライズである。言い換えると、第２ライズＤ２は、第１投影線Ｙｌ１２と第２投影線ａｌ３４５との交点の上方に位置する基準円弧Ｙ上の点におけるライズである。このときまず、投影面Ｆ１上で、第１投影線Ｙｌ１２と第２投影線ａｌ３４５との交点となる節点ａ７を作成する。次いで、節点ａ７からの垂線と基準円弧Ｙとの交点に節点ａ８を作成する。この節点ａ７、ａ８間の距離が、第２ライズＤ２となる。
【００５８】
続いて、演算処理部１０３は、第２ライズＤ２と第２投影線ａｌ３４５とに基づいて補助円弧ａａｒｃ４８５を演算により算出する（工程Ｓ１３４（第３工程））。これには、上記の節点ａ４，ａ８，ａ５を円弧上の３点とする補助円弧ａａｒｃ４８５を作成する。
【００５９】
次に、演算処理部１０３は、第３ライズＤ３を求める（工程Ｓ１３５（第４工程））。第３ライズＤ３は、補強材円弧ａのライズである。言い換えると、第３ライズＤ３は、補助円弧ａａｒｃ４８５上の節点ａ９におけるライズである。節点ａ９は、第２投影線ａｌ３４５と第３投影線ａｌ１２との交点である節点ａ３の鉛直上方に位置する節点である。これには、節点ａ３からの垂線と、円弧ａａｒｃ４８５と、の交点に節点ａ９を作成する。この節点ａ３、ａ９間の距離が、第３ライズＤ３となる。
【００６０】
続いて、演算処理部１０３は、第３ライズＤ３と第３投影線ａｌ１２とに基づいて補強材円弧ａを演算により算出する（工程Ｓ１３６（第５工程））。これには、上記節点ａ１，ａ９，ａ２を円弧上の３点とする補強材円弧ａを作成する。
このようにして、一連の工程Ｓ１３１〜Ｓ１３６により、工程Ｓ１３では、下弦材３１の補強材５４（主剛体６０）を形成する円弧である補強材円弧ａが求められる。上記工程Ｓ１３は、複数の下弦材３１の補強材５４（主剛体６０）に対し、繰り返し同様に行われる。補強材５４（主剛体６０）は、補強材円弧ａに沿って形成することができる。
なお、この工程において、補助円弧ａａｒｃ４８５の設定は上記方法に限られない。例えば、補助円弧ａａｒｃ４８５は、曲率を任意に設定した円弧でもよい。
【００６１】
＜第２材円弧を求める工程Ｓ１４＞
図７に示すように、上記工程Ｓ１３が完了すると、演算処理部１０３は、第２材円弧を求める工程Ｓ１４を実行する。第２材円弧は、第２材５３を形成するための円弧である。本実施形態では、第２材５３が、補強材５４と交差するか否かによって、第２材円弧の求め方が異なっている。すなわち図１２に示すように、第２材円弧を求める工程Ｓ１４は、補強材５４と交差しない（補強材５４に対して桁行方向Ｄｘにずらされた）第２材５３Ａに関する第２材円弧Ｒａを求める工程Ｓ１４Ａと、補強材５４と交差する第２材５３Ｂに関する第２材円弧Ｒｂ、Ｒｃを求める工程Ｓ１４Ｂと、を含む。なお本実施形態では、補強材５４と交差する第２材５３Ｂは、張間方向Ｄｙの両側において補強材５４と交差している。言い換えると、第２材５３Ｂは、張間方向Ｄｙの片側においてのみ補強材５４と交差しているのではない。すなわち、第２材５３Ｂは、補強材５４と１か所ではなく２か所で交差している。
【００６２】
（工程Ｓ１４Ａ）
前記工程Ｓ１４Ａは、以下の工程Ｓ１４１、Ｓ１４２を含む。
演算処理部１０３は、図１２、図１３に示すように、張間方向Ｄｙに離間した２つの第１辺部５５ａの間に位置する第２材５３Ａ（図１参照）の第２材円弧Ｒａを作成する。第２材５３Ａの両端は、投影面Ｆ１の周縁上に位置する。言い換えると、第２材５３Ａは、補強材５４と交差しない。
演算処理部１０３は、第２材５３Ａの両端の節点ｂ１，ｂ２の位置座標を記憶部１０２から呼び出し、節点ｂ１，ｂ２を結ぶ投影線ｂｌ１２を求める（工程Ｓ１４１）。投影線ｂｌ１２は、第２材５３Ａを形成する円弧である第２材円弧Ｒａを投影面Ｆ１上に投影したものとなる。
【００６３】
さらに、演算処理部１０３は、投影線ｂｌ１２と第１投影線Ｙｌ１２との交点となる節点ｂ３を作成する。続いて、演算処理部１０３は、節点ｂ３からの垂線と基準円弧Ｙとの交点に、節点ｂ４を作成する。この節点ｂ３、ｂ４間の距離が、第２材５３Ａのライズとなる。続いて、演算処理部１０３は、上記節点ｂ１，ｂ４，ｂ２を円弧上の３点とする第２材円弧Ｒａを作成する（工程Ｓ１４２）。
【００６４】
以上の工程Ｓ１４Ａにより、補強材５４と交差しない第２材５３Ａに関する第２材円弧Ｒａが求められる。なお第２材５３Ａが複数ある場合、全ての第２材５３Ａについての第２材円弧Ｒａを求めるまで、工程Ｓ１４Ａを実施する。
【００６５】
（工程Ｓ１４Ｂ）
図１２に示すように、前記工程Ｓ１４Ｂは、第２材５３Ｂのうち、張間方向Ｄｙに対称に形成された補強材５４の間に位置する部分に関する第２材円弧を求める工程Ｓ１４Ｂ１と、第２材５３Ｂのうち、補強材５４に対して張間方向Ｄｙの外側に位置する部分に関する第２材円弧を求める工程Ｓ１４Ｂ２と、を含む。
【００６６】
「工程Ｓ１４Ｂ１」
前記工程Ｓ１４Ｂ１は、以下の工程Ｓ１４３、Ｓ１４４を含む。
図１３に示すように、演算処理部１０３は、両端が、補強材５４に接合される第２材５３Ｂの両端の節点ｂ１ａ’，ｂ２ａ’の位置座標を求める（工程Ｓ１４３）。言い換えると、第２材５３Ｂは、補強材５４と交差する。
これには、演算処理部１０３は、第２材５３ｂの投影線ｂｌ１ａ２ａと、補強材５４の投影線である第３投影線ａｌ１２と、の交点である節点ｂ１ａ，ｂ２ａを求める。なお第２材５３ｂの投影線ｂｌ１ａ２ａは、例えば、記憶部１０２に記憶されている前記外周節点の位置などに基づいて、演算処理部１０３によって求められる。続いて、演算処理部１０３は、節点ｂ１ａ，ｂ２ａからの垂線と、補強材円弧ａとの交点を、第２材５３Ｂの両端の節点ｂ１ａ’，ｂ２ａ’として求める。
【００６７】
さらに、演算処理部１０３は、第１投影線Ｙｌ１２と投影線ｂｌ１ａ２ａとの交点となる節点ｂ３ａを作成する。続いて、演算処理部１０３は、節点ｂ３ａからの垂線と基準円弧Ｙとの交点に、節点ｂ４ａを作成する。この節点ｂ３ａ、ｂ４ａ間の距離が、第２材５３Ｂのライズとなる。続いて、演算処理部１０３は、上記節点ｂ１ａ，ｂ４ａ，ｂ２ａを円弧上の３点とする第２材円弧Ｒｂを作成する（工程Ｓ１４４）。
以上の工程Ｓ１４Ｂ１により、第２材５３Ｂのうち、張間方向Ｄｙに対称に形成された補強材５４の間に位置する部分に関する第２材円弧Ｒｂが求められる。
【００６８】
「工程Ｓ１４Ｂ２」
図１２に示すように、前記工程Ｓ１４Ｂ２は、以下の工程Ｓ１４５、Ｓ１４６を含む。
図１４に示すように、演算処理部１０３は、第２材５３Ｂのうち、補強材５４に対して張間方向Ｄｙの外側に位置する部分と、外周材５１と、の交点となる節点ｂ５ａを求める（工程Ｓ１４５）。演算処理部１０３は、節点ｂ５ａを、前記投影線ｂｌ１ａ２ａと外周材５１との交点として求めることができる。そして演算処理部１０３は、上記節点ｂ５ａ，ｂ４ａ，ｂ２ａ’を円弧上の３点とする第２材円弧Ｒｃを作成する（工程Ｓ１４６）。第２材円弧Ｒｃは、外周材５１、基準第１材５２ｍ（基準円弧Ｙ）および補強材５４（補強材円弧ａ）を通過する。
【００６９】
以上の工程Ｓ１４Ｂ２により、第２材５３Ｂのうち、補強材５４に対して張間方向Ｄｙの外側に位置する部分に関する第２材円弧Ｒｃが求められる。なお図示の例では、第２材５３Ｂのうち、補強材５４に対して張間方向Ｄｙの外側に位置する部分が、基準円弧Ｙを間に挟んで両側にある。言い換えると、第２材５３Ｂのうち、補強材５４に対して張間方向Ｄｙの外側に位置する部分が、１つの第２材５３Ｂについて２つある。そのため工程Ｓ１４Ｂ２では、１つの第２材５３Ｂについて、２つの第２材円弧Ｒｃを求める。
【００７０】
以上の工程Ｓ１４Ｂ（工程Ｓ１４Ｂ１、工程Ｓ１４Ｂ２）により、補強材５４に対して交差する第２材５３Ｂに関する第２材円弧Ｒｂ、Ｒｃが求められる。なお第２材５３Ｂが複数ある場合、全ての第２材５３Ｂについての第２材円弧Ｒｂ、Ｒｃを求めるまで、工程Ｓ１４Ｂを実施する。
【００７１】
上記工程Ｓ１４は、複数の下弦材３１の全ての第２材５３についての円弧Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを求めるまで繰り返し行われる。
このようにして作成された第２材円弧Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃによって形成される下弦材３１の第２材５３（５３Ａ、５３Ｂ）における各節点は、同一円弧（第２材円弧Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ）上に位置する。これら各節点を含む同一円弧上の各節点（後述する節点ｅ’）が前記ジョイント部材となり、節点同士を接続する線分が前記トラス部材となる。なお、この工程Ｓ１４において、補強材５４の副剛体６１を第２材５３の一部として設計してもよい。
【００７２】
＜第１材を作成する工程Ｓ１５＞
図７に示すように、上記工程Ｓ１４が完了すると、演算処理部１０３は、第１材を作成する工程Ｓ１５を実行する。第１材を作成する工程Ｓ１５は、詳細には、図１５に示すように、以下の工程Ｓ１５１〜Ｓ１５３を含む。
【００７３】
まず、演算処理部１０３は、図１３、図１５に示すように、節点ｅを求める（工程Ｓ１５１）。節点ｅは、張間方向Ｄｙに延びる各第２材５３の投影線（例えば、投影線ｂｌ１２や第２投影線ａｌ３４５）と、桁行方向Ｄｘに延びる各第１材５２の投影線（例えば、第１投影線Ｙｌ１２や投影線ｅ１２）と、の交点である。各第２材５３の投影線および各第１材５２の投影線は、投影面Ｆ１上で全体として格子状をなす。
続いて、演算処理部１０３は、各節点ｅからの垂線と各第２材円弧Ｒａ、Ｒｂとの交点を、第１材５２の節点ｅ’として求める（工程Ｓ１５２）。
さらに、図１６に示すように、演算処理部１０３は、桁行方向Ｄｘに沿って間隔をあけて作成された複数の節点ｅ’同士を接続することで、第１材５２の線分Ｒｅを作成する（工程Ｓ１５２）。節点ｅ’が前記ジョイント部材となり、節点ｅ’同士を接続する線分Ｒｅが前記トラス部材となる。なお、この工程Ｓ１５において、補強材５４の副剛体６１を第１材５２の一部として設計してもよい。
上記工程Ｓ１５は、複数の下弦材３１の第１材５２に対し、繰り返し同様に行われる。
【００７４】
このようにして、下弦材３１の基準第１材５２ｍ，補強材５４、第２材５３、及び第１材５２の設計工程Ｓ１が完了する。
【００７５】
［上弦材の設計工程Ｓ２］
設計装置１００は、次に、上弦材２１の設計工程Ｓ２を実行する。上弦材２１の設計工程Ｓ２は、図７に示すように、以下の工程Ｓ２１〜Ｓ２５を含む。なお、上弦材２１の設計工程Ｓ２の説明にあたり、下弦材３１の設計工程Ｓ１と共通する説明は省略することがある。また上弦材２１の設計工程Ｓ２の実行にあたり、二次部材７１を上弦材２１の一部としてもよい。
【００７６】
＜設定値の入力を受け付ける工程Ｓ２１＞
上弦材２１の設計工程Ｓ２では、まず、上弦材２１を設計するにあたって必要な設定値の事前入力を受け付ける。
図１７に示すように、作業者は、中央デプスＤ２１の値と、周辺デプスＤ２２の値と、を入力する。ここで、デプスとは、下弦材３１に対する上弦材２１の上下方向Ｄｚの高さ位置を示す寸法である。中央デプスＤ２１は、下弦材３１の基準第１材５２ｍの中央部に対する、上弦材２１の基準第１材５２ｍの中央部の高さの差の寸法である。周辺デプスＤ２２は、下弦材３１の基準第１材５２ｍの両端部に対する、上弦材２１の基準第１材５２ｍの両端部の高さの差の寸法である。中央デプスＤ２１は、初期値として、例えば３７００ｍｍが設定されている。周辺デプスＤ２２は、初期値として、例えば２０００ｍｍが設定されている。作業者は、必要に応じて、中央デプスＤ２１、周辺デプスＤ２２の値を変更して入力することができる。入力受付部１０１は、入力された中央デプスＤ２１の値と、周辺デプスＤ２２の値とを、記憶部１０２に記憶させる。なお周辺デプスＤ２２は、上下方向Ｄｚに平行なデプスでなくてもよい。図１８に示す例のように、上弦材２１の基準第１材５２ｍが下弦材３１の基準第１材５２ｍよりも桁行方向Ｄｘに長い場合、周辺デプスＤ２２は、上下方向Ｄｚに対して傾斜するデプスとなる。
【００７７】
＜基準円弧を求める工程Ｓ２２＞
工程Ｓ２１が完了すると、設計装置１００の演算処理部１０３は、基準円弧を求める工程Ｓ２２を実行する。
まず、演算処理部１０３は、図１７に示すように、下弦材３１の基準第１材５２ｍの形状を示す基準円弧Ｙの頂点（桁行方向Ｄｘの中央部）となる節点Ｙ４を、中央デプスＤ２１の値の分だけ、上方に移動させて節点Ｙ７を作成する。また、図１８に示すように、演算処理部１０３は、第１投影線Ｙｌ１２の両端の節点Ｙ１、Ｙ２を、それぞれ、周辺デプスＤ２２に相当する分だけ、上方に移動させ、節点Ｙ５、Ｙ６を作成する。演算処理部１０３は、上記の点Ｙ５，Ｙ７，Ｙ６を円弧上の３点とする円弧を演算により求め、この円弧を、上弦材２１の基準第１材５２ｍの形状を示す基準円弧Ｙｕとする。下弦材３１についての基準円弧Ｙ、および上弦材２１についての基準円弧Ｙｕは、いずれも共通の第１投影線Ｙｌ１２を有する。
【００７８】
＜補強材円弧を求める工程Ｓ２３＞
図７に示すように、上記工程Ｓ２２が完了すると、設計装置１００の演算処理部１０３は、補強材円弧を求める工程Ｓ２３を実行する。
まず、図１９に示すように、演算処理部１０３は、補強材円弧ａの両端の節点ａ１，ａ２を、それぞれ前記外壁の位置まで延長し、節点ａ１０，ａ１１を作成する。補強材円弧ａの両端の節点ａ１，ａ２を外壁の位置まで延長することは、例えば、平面視において、補強材円弧ａの両端の節点ａ１，ａ２を、上弦材２１の外周材５１（二次部材７１の最外周部分である場合もある）に重なる位置まで延長することを意味する。次に、演算処理部１０３は、節点ａ１０，ａ１１を、周辺デプスＤ２２に相当する分だけ、上下方向Ｄｚの上方に移動させ、節点ａ１０’，ａ１１’を作成する。また、演算処理部１０３は、作成した節点ａ１０，ａ１１を結ぶ投影線ａｌ１０１１を作成する。次に、演算処理部１０３は、投影線ａｌ１０１１の中点となる節点ａ１２を作成する。
【００７９】
また、演算処理部１０３は、節点ａ１２を通り、張間方向Ｄｙに延びる投影線ａｌ１３１２１４を作成する。投影線ａｌ１３１２１４は、第１投影線Ｙｌ１２を通過して張間方向Ｄｙに延び、投影面Ｆ１の周縁上に両端の節点ａ１３、ａ１４を有する。次に、演算処理部１０３は、節点ａ１３，ａ１４を、周辺デプスＤ２２に相当する分だけ、上下方向Ｄｚの上方に移動し、節点ａ１３’，ａ１４’を作成する。
【００８０】
演算処理部１０３は、投影面Ｆ１上で、投影線ａｌ１３１２１４と第１投影線Ｙｌ１２との交点となる節点ａ１５を作成する。さらに、演算処理部１０３は、節点ａ１５からの垂線と基準円弧Ｙｕとの交点に、節点ａ１５’を作成する。次に、演算処理部１０３は、節点ａ１３’，ａ１５’，ａ１４’を３点とする円弧ａａｒｃａ１３’１５’１４’を作成する。続いて、節点ａ１２からの垂線と円弧ａａｒｃａ１３’１５’１４’との交点に節点ａ１２’を作成する。演算処理部１０３は、これらの節点ａ１０’，ａ１２’，ａ１１’を円弧上の３点とする補強材円弧ａｕを作成する。
上記工程Ｓ２３は、複数の上弦材２１の補強材５４（主剛体６０）に対し、繰り返し同様に行われる。補強材５４（主剛体６０）は、補強材円弧ａｕに沿って形成することができる。
【００８１】
＜第２材円弧を求める工程Ｓ２４＞
図７に示すように、上記工程Ｓ２３が完了すると、演算処理部１０３は、第２材円弧を求める工程Ｓ２４を実行する。
【００８２】
まず、演算処理部１０３は、図２０に示すように、下弦材３１の基準第１材５２ｍの基準円弧Ｙと、下弦材３１の各第２材５３となる円弧Ｒａ、Ｒｂとの交点ｆ（上記節点ｅ’）を作成する。続いて、演算処理部１０３は、桁行方向Ｄｘで互いに隣り合う交点ｆ同士を結ぶ線分Ｌｆの中点Ｌｍを作成する。
次に、演算処理部１０３は、中点Ｌｍからの法線が基準円弧Ｙｕに交差する交点節点ｃ１を作成する。
【００８３】
図２１に示すように、演算処理部１０３は、投影面Ｆ１上で、交点節点ｃ１の鉛直下方位置を通り、張間方向Ｄｙに延びる線分Ｎを作成する。さらに、投影面Ｆ１上で、線分Ｎと、前記外壁の位置（平面視において上弦材２１の外周材５１（二次部材７１の最外周部分である場合もある）に重なる位置）との交点を、節点ｃ２，ｃ３として作成する。演算処理部１０３は、これらの節点ｃ２，ｃ１，ｃ３を円弧上の３点とする第２材円弧ｃａｒｃ２１３を作成する。
【００８４】
＜第１材を作成する工程Ｓ２５＞
図７に示すように、上記工程Ｓ２４が完了すると、演算処理部１０３は、第１材を作成する工程Ｓ２５を実行する。この工程Ｓ２５では、演算処理部１０３は、下弦材３１の第１材５２と同様にして作成する。すなわち、第２材円弧ｃａｒｃ２１３において、第１材５２との交点となる節点ｅ’を求め、各第２材円弧ｃａｒｃ２１３において、張間方向Ｄｙの位置座標が共通する節点ｅ’の間を線分Ｒｅで結ぶ。節点ｅ’がジョイント部材となり、線分Ｒｅがトラス部材となる。第２材５３も同様に、同一の第２材円弧ｃａｒｃ２１３における節点ｅ’同士を線分で結ぶと、節点ｅ’がジョイント部材となり、線分がトラス部材となる。
なお、図２２に示すように、補強材５４に一方の端部が接合される１スパンの第１材５２（図２３において点線で囲まれた部分）は、補強材５４に直線的に結ばれる。
２）。
上記工程Ｓ２５は、複数の上弦材２１の第１材５２に対し、繰り返し同様に行われる。
【００８５】
このようにして、上弦材２１の基準第１材５２ｍ，補強材５４、第２材５３、及び第１材５２の設計工程Ｓ２が完了する。
【００８６】
［斜材の設計工程Ｓ３］
設計装置１００は、次に、斜材４１の設計工程Ｓ３を実行する。図２３に示すように、上弦材２１の基準第１材５２ｍ，補強材５４、第２材５３、及び第１材５２と、下弦材３１の基準第１材５２ｍ，補強材５４、第２材５３、及び第１材５２とを、斜材４１により結合し、立体トラス四角錐を作成する。また、補強材５４については、上弦材２１の補強材５４と、下弦材３１の補強材５４とを、鉛直面内で延びる斜材４１で結ぶことで、平面トラス構造の主剛体６０を作成する。
以上のようにして、本実施形態における屋根１１の設計方法が完了する。なお、上記方法において設計方法が言及されていない各種部材については、公知の設計方法によって設計することができる。さらに、屋根１１の設計方法の一部または全部は、上記方法に限られない。言い換えると、屋根１１の設計方法の一部または全部として、上記設計方法に代えて、公知の設計方法を採用してもよい。
【００８７】
ところで、例えば、意匠要件（屋根１１下の室内空間の有効高さ等）や法規条件（水勾配など）を満たすことを目的として屋根１１にライズが設けられていると、第１材５２および第２材５３それぞれに、ライズに対応するスラスト力が生じる。このスラスト力を、屋根１１を支持する下部構造１２が負担する場合、第１材５２および第２材５３それぞれを下部構造１２に例えばピン接合し、第１材５２および第２材５３それぞれのアーチ効果を利用して下部構造１２にスラスト力を負担させる。
例えば、外周材５１における桁行方向Ｄｘの距離や張間方向Ｄｙの距離が大きい場合（いわゆる大スパン構造の場合）、前述したスラスト力が大きくなる。この場合、そのスラスト力を下部構造１２に負担させると、下部構造１２の強度を高める必要が生じる。その結果、例えば、下部構造１２における柱１２ａの柱せいが大きくなり、屋根１１下の室内空間が狭くなる（意匠計画上、柱１２ａサイズが制限される場合、その制限を守れない）等の問題が生じる。
そのため、第１材５２および第２材５３に生じるスラスト力の下部構造１２への負担を軽減する構造が望まれている。
【００８８】
以上説明したように、本実施形態に係る屋根１１によれば、補強材５４が、平面視において桁行方向Ｄｘおよび張間方向Ｄｙに交差する方向に延び、かつ、第１材５２および第２材５３に交差しながら外周材５１に架け渡されている。したがって、第１材５２および第２材５３に生じるスラスト力を補強材５４に伝達し、これらのスラスト力の少なくとも一部を補強材５４に負担させることができる。言い換えると、曲げモーメントを軸力に変換し、この軸力を、屋根１１内（自己）で釣り合わせることができる。これにより、例えば、下部構造１２が負担する第１材５２および第２材５３それぞれのスラスト力及び水平変位を抑え、下部構造１２の設計の自由度を高めること等ができる。さらに例えば、補強材５４によるアーチ効果を期待することが可能になり、外周材５１、第１材５２、第２材５３に適用するトラス部材についての過度な強度を不要として屋根１１の低コスト化を実現すること等ができる。
【００８９】
さらに、本実施形態に係る屋根１１によれば、補強材５４が、連続して延びて円弧をなす平面視直線状の主剛体６０により形成されている。つまり、補強材５４を形成する主剛体６０は、両端に対し、中間部が上方に向けて凸となるよう湾曲しつつ、平面視では直線状である。これにより、主剛体６０は、その両端を結ぶ方向と上下方向Ｄｚとの両方向を含む平面に沿って形成され、２次元的に湾曲した形状となる。したがって、主剛体６０を３次元的に湾曲させる必要が無く、その設計や加工を、より容易に行うことができる。
【００９０】
また、下弦材３１の第２材５３のうち、補強材５４の間に位置する部分における各節点は、下弦材３１の基準第１材５２ｍおよび下弦材３１の補強材５４を張間方向Ｄｙに結ぶ同一円弧（第２材円弧Ｒｂ）上に位置している。さらに、第２材５３のうち、補強材５４に対して、張間方向Ｄｙの外側に位置する部分における各節点も、同一円弧上に位置している。したがって、下弦材３１の第２材５３のうち、補強材５４に交差する第２材５３Ｂが、一定の曲率で湾曲した円弧状となり、その設計や加工を容易に行うことが可能となる。
【００９１】
補強材５４と交差しない下弦材３１の第２材５３Ａにおける節点ｂ１，ｂ４，ｂ２は、下弦材３１の基準第１材５２ｍおよび外周材５１を張間方向Ｄｙに結ぶ同一円弧（第２材円弧Ｒａ）上に位置している。したがって、補強材５４と交差しない下弦材３１の第２材５３が、一定の曲率で湾曲した円弧状となり、その設計や加工を容易に行うことが可能となる。
【００９２】
下弦材３１の第１材５２は、節点ｅ（ジョイント部材）を介して連結されることで円弧をなす複数のトラス部材により形成され、第１材５２における節点ｅは、第２材５３における節点を兼ねている。これにより、第１材５２におけるジョイント部材は、第２材５３におけるジョイント部材を兼ねている。したがって、第１材５２と第２材５３とが同一のジョイント部材で交差する。このため、第１材５２および第２材５３の設計を容易に行うことができる。
【００９３】
また、本字形態に係る屋根１１の設計方法は、下弦材３１の補強材５４を形成する円弧である補強材円弧ａを求める工程Ｓ１２、Ｓ１３を備える。工程Ｓ１２、Ｓ１３では、下弦材３１の外周材５１を周縁とする平面である投影面Ｆ１と、第１材５２の１つである基準第１材５２ｍのライズである第１ライズＤ１と、下弦材３１の基準第１材５２ｍを形成する円弧である基準円弧Ｙを投影面Ｆ１上に投影した第１投影線Ｙｌ１２と、基準円弧Ｙを通過して張間方向Ｄｙに延び、投影面Ｆ１の周縁上に端縁が位置する円弧である補助円弧ａａｒｃ４８５を投影面Ｆ１上に投影した第２投影線ａｌ３４５と、補強材円弧ａを投影面Ｆ１上に投影した第３投影線ａｌ１２と、が予め求められる。工程Ｓ１２、Ｓ１３は、第１ライズＤ１と第１投影線Ｙｌ１２とに基づいて基準円弧Ｙを求める工程Ｓ１２（第１工程）と、第１投影線Ｙｌ１２と第２投影線ａｌ３４５との交点の上方に位置する基準円弧Ｙ上の点におけるライズである第２ライズＤ２を求める工程Ｓ１３３（第２工程）と、第２ライズＤ２と第２投影線ａｌ３４５とに基づいて補助円弧ａａｒｃ４８５を求める第３工程と、第２投影線ａｌ３４５と第３投影線ａｌ１２との交点の上方に位置する補助円弧ａａｒｃ４８５上の点におけるライズである第３ライズＤ３を求める工程Ｓ１３５（第４工程）と、第３ライズＤ３と第３投影線ａｌ１２とに基づいて補強材円弧ａを求める第５工程と、を備える。
このような構成によれば、補強材５４の円弧形状を容易に決定することができる。
【００９４】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００９５】
屋根１１の上弦体２０および下弦体３０は、前記実施形態に示す構成に限られない。
例えば、補強材５４の各辺部５５が、主剛体６０を複数備えておらず、１つの主剛体６０のみを備えていてもよい。
補強材５４の第２角部５８では、その第２角部５８を形成する２つの辺部５９が桁行方向Ｄｘに離間しているが、前記２つの辺部５９が桁行方向Ｄｘに離間していなくてもよい。
【００９６】
図２４に示す第１変形例に係る屋根１１Ａのように、外周材５１が長方形状でなくて正方形状であってもよい。
図２５から図２９に示す第２変形例から第５変形例に係る各屋根１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅのように、平面視において外周材５１が六角形状や八角形状、真円形状や楕円形状であってもよい。
図２９に示す第６変形例に係る屋根１１Ｆのように、平面視において、補強材５４が三角形状に形成されていてもよい。
【００９７】
前記実施形態では、第２材５３Ｂが、張間方向Ｄｙの両側において（２か所で）補強材５４と交差しているが、本発明はこれに限られない。
例えば図３０に示す変形例に係る屋根１１Ｇのように、第２材５３Ｃが、張間方向Ｄｙの片側においてのみ（１か所でのみ）補強材５４と交差していてもよい。図示の例では、補強材５４が、基準第１材５２ｍに対して、張間方向Ｄｙに非対称である。そして第２材５３Ｃが、基準第１材５２ｍに対して、張間方向Ｄｙの片側（以下、第１側という）に位置する部分においてのみ補強材５４と交差している。
この場合、第２材５３Ｂにおける各節点が、外周材５１、基準第１材５２ｍおよび補強材５４を張間方向Ｄｙに結ぶ同一円弧上に位置するように設計することができる。すなわち、第２材円弧を求める工程Ｓ１４のうち、補強材５４と交差する第２材５３Ｃに関する第２材円弧Ｒｄ、Ｒｅを求める工程Ｓ１４Ｂでは、２つの第２材円弧Ｒｄ、Ｒｅを求める。
第２材円弧Ｒｄとしては、投影線ｂｌ１ａ２ａと外周材５１との２つの交点のうち、張間方向Ｄｙの前記第１側における交点である節点ｂ５ａと、補強材円弧ａ上の節点ｂ２ａ’と、基準円弧Ｙ上の節点ｂ４ａと、を通る円弧を用いることができる。第２材円弧Ｒｄは、第２材５３Ｃのうち、補強材５４に対して第１側に位置する部分を形成する円弧である。第２材円弧Ｒｄは、節点ｂ５ａ（外周材５１）および節点ｂ４ａ（基準第１材５２ｍ）を両端とする円弧である。
第２材円弧Ｒｅとしては、投影線ｂｌ１ａ２ａと外周材５１との２つの交点のうち、張間方向Ｄｙの第２側（第１側とは反対側）における交点である節点ｂ６ａと、基準円弧Ｙ上の節点ｂ４ａと、補強材円弧ａ上の節点ｂ２ａ’と、を通る円弧を用いることができる。第２材円弧Ｒｅは、第２材５３Ｃのうち、補強材５４に対して第２側に位置する部分を形成する円弧である。第２材円弧Ｒｅは、節点ｂ６ａ（外周材５１）および節点ｂ２ａ’（補強材５４）を両端とする円弧である。
以上のように本発明は、上方に向けて凸となる曲面を形成する複数の下弦材３１を有するトラス構造の屋根に適宜適用することができる。
【００９８】
屋根１１は、トリプルレイヤー構造などであってもよい。
【００９９】
また、上述した実施形態においては、上述した屋根の設計方法を設計装置１００で実行させるためのコンピュータプログラムが記憶された有形の記録媒体に言及した。この記録媒体としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、等のディスク型記録媒体、半導体メモリ等の記憶媒体を用いても良い。また、コンピュータプログラムは、通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
さらに、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。また、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【０１００】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１１   屋根
２１   上弦材
３１   下弦材
４１   斜材
５１   外周材
５２   第１材
５２ｍ 基準第１材
５３   第２材
５４   補強材
６０   主剛体（剛体）
ａ、ａｕ       補強材円弧
ａａｒｃ４８５    補助円弧
ａｌ１２        第３投影線
ａｌ３４５      第２投影線
Ｄ１   第１ライズ
Ｄｘ   桁行方向
Ｄｙ   張間方向
Ｆ１   投影面
Ｓ１２ 工程（第１工程）
Ｓ１３ 工程
Ｓ１３３       工程（第２工程）
Ｓ１３４       工程（第３工程）
Ｓ１３５       工程（第４工程）
Ｓ１３６       工程（第５工程）
Ｙ、Ｙｕ       基準円弧
Ｙｌ１２        第１投影線
【要約】
【課題】屋根のライズを設けつつ下部構造に対する負担を軽減するよう改善を図るとともに、改善によって手間やコストが掛かるのを抑える。
【解決手段】屋根１１は、上方に向けて凸となる曲面を形成する複数の上弦材２１および複数の下弦材３１を有するトラス構造の屋根１１であって、複数の上弦材２１および複数の下弦材３１はそれぞれ、環状に形成された外周材５１と、桁行方向Ｄｘに延び、外周材５１に架け渡された第１材５２と、張間方向Ｄｙに延び、第１材５２に交差しながら外周材５１に架け渡された第２材５３と、桁行方向Ｄｘおよび張間方向Ｄｙに交差する方向に延び、第１材５２および第２材５３に交差しながら外周材５１に架け渡された補強材５４と、を備え、上弦材２１および下弦材３１の補強材５４は、連続して延びて円弧をなす平面視直線状の剛体６０により形成されている。
【選択図】図２【図１】
0006596610.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006596610.tif 000004
【図４】
0006596610.tif 000005
【図５】
0006596610.tif 000006
【図６】
0006596610.tif 000007
【図７】
0006596610.tif 000008
【図８】
0006596610.tif 000009
【図９】
0006596610.tif 000010
【図１０】
0006596610.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0006596610.tif 000019
【図１９】
0006596610.tif 000020
【図２０】
0006596610.tif 000021
【図２１】
0006596610.tif 000022
【図２２】
0006596610.tif 000023
【図２３】
0006596610.tif 000024
【図２４】
0006596610.tif 000025
【図２５】
0006596610.tif 000026
【図２６】
0006596610.tif 000027
【図２７】
0006596610.tif 000028
【図２８】
0006596610.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
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