(57)【要約】【課題】本発明は、張弦屋根架構に外力が作用しても安全で、かつ屋根より柱に生じるスラスト力を相殺する張弦屋根架構を提供する。【解決手段】外周枠組み４は、略四角形状の枠組みを形成し、キール５が一方の対角線、テンション材７が他方の対角線を形成する。内周枠組み６は、テンション材７を一方の対角線、キール５の一部を他方の対角線とするように、外周枠組み４の内方に配置される。束材８は、内周枠組み６とキール５との接合部と、テンション材７の中央部を連結する。これら張弦屋根架構１は、外周枠組み４がキール５を頂部とする立体構造を有し、何れかの力が作用すると、外周枠組み４、内周枠組み６、キール５各々に外力が作用して各部材が変形挙動を示す。しかし、各部材の変形挙動により、テンション材７及び束材８が相互間の釣り合いをとるよう機能し、自己釣り合い構造が形成され張弦屋根架構自身の変形を抑制する。【選択図】  図１
2004278176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄骨造よりなる柱に支持される略四角形の張弦屋根架構であって、
４体の鉄骨造の梁を組み合わせた略四角形の外周枠組みと、
該外周枠組みの一方の対角線上に配置され、両端部を該枠組みの隅角部に固定された鉄骨造のキールと、
該外周枠組みの他方の対角線上に配置され、両端部を該枠組みの隅角部に固定されたテンション材と、
該テンション材を一方の対角線とし、前記キールの一部を他方の対角線とする略四角形の内周枠組みと、
該内周枠組みの、前記キールの一部が固定されている向かい合う一対の隅角部各々と、前記テンション材とを連結する対をなす束材により構成される張弦屋根架構であって、
前記外周枠組みが、前記キールを頂部とした山折り型に成形されることを特徴とする張弦屋根架構。
【請求項２】
請求項１に記載の張弦屋根架構において、
前記テンション材が固定されている外周枠組みの向かい合う一対の隅角部、及び前記キールが固定されている何れか一方の隅角部の３者が、前記柱に支持されることを特徴とする張弦屋根架構。
【請求項３】
請求項１または２に記載の張弦屋根架構において、
前記外周枠組みの上面に備えられる垂木に、集成材が用いられることを特徴とする張弦屋根架構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋根より柱に生じるスラスト力を相殺する張弦屋根架構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、長大スパンを有する構造物には、張弦梁架構が用いられる場合が多い。張弦梁架構は、一般に、梁や屋根として機能する弦材を緊張材の緊張力により緊張状態に保ち、その反力によって張弦材の自重あるいは張弦材への積雪等による荷重を支持するものである。このような中、外力の作用による張弦梁の変形抑制や張弦梁に覆われた下方空間を阻害しないこと等を考慮し、特許文献１に示すように、複数の張弦材を平行に配置し、各張弦材がこれと交差する方向に伸びるトラス梁により連結されるとともに、該トラス梁の両端部に索状体を垂れ下げて、これを地盤等に固定された引留部に固定する張弦梁架構が考案されて
いる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３０７００８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、  このような構成は、長大スパンの構造物を念頭においた構成であり、大空間を覆う張弦屋根架構でありながら、張弦屋根架構を支持する柱の本数を減少する構成、もしくは柱の径を最小に留める構成は検討されていない。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、張弦屋根架構に外力が作用しても安全で、かつ屋根より柱に生じるスラスト力を相殺する張弦屋根架構を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の張弦屋根架構は、鉄骨造よりなる柱に支持される略四角形の張弦屋根架構であって、４体の鉄骨造の梁を組み合わせた略四角形の外周枠組みと、該外周枠組みの一方の対角線上に配置され、両端部を該枠組みの隅角部に固定された鉄骨造のキールと、該外周枠組みの他方の対角線上に配置され、両端部を該枠組みの隅角部に固定されたテンション材と、該テンション材を一方の対角線とし、前記キールの一部を他方の対角線とする略四角形の内周枠組みと、該内周枠組みの、前記キールの一部が固定されている向かい合う一対の隅角部各々と、前記テンション材とを連結する対をなす束材により構成される張弦屋根架構であって、前記外周枠組みが、前記キールを頂部とした山折り型に成形されることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の張弦屋根架構は、前記テンション材が固定されている外周枠組みの向かい合う一対の隅角部、及び前記キールが固定されている何れか一方の隅角部の３者が、前記柱に支持されることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の張弦屋根架構は、前記外周枠組みの上面に備えられる垂木に、集成材が用いられることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の張弦屋根架構を図１から図５に示す。本発明の張弦屋根架構は、平面視で略四角形状の外周枠組みを構成するとともに該外周枠組みの一方の対角線にキールを配置し、外周枠組みをキールを頂部とする山折り型の立体構造に形成する。また、外周枠組みの他方の対角線には、束材を介して前記キールと連結されたテンション材を設置する。これにより、張弦屋根架構に何れかの外力が生じる場合にも、テンション材及び束材を用いたキール及び外周枠組みの自己釣り合いにより、張弦屋根架構の変形を制御して柱にかかるスラスト力を相殺するものである。
【００１０】
図１に示すように、張弦屋根架構１は、外周枠組み４と、キール５と、内周枠組み６と、テンション材７と、束材８により構成されている。図１（ａ）に示すように、該外周枠組み４は、４体のＨ形鋼を組み合わせて略四角形状の枠組みを形成している。Ｈ形鋼よりなる前記キール５は、外周枠組み４の一方の対角線を形成するように配置され、また、複数の鋼性スパイラルロープよりなるテンション材７は、外周枠組み４の他方の対角線を形成するように配置されている。
また、４体のＨ形鋼を略四角形状に組み合わせた前記内周枠組み６は、前記テンション材７を一方の対角線、キール５の一部を他方の対角線とするように、外周枠組み４の内方に配置されている。さらに、平板鋼材よりなる束材８は、前記内周枠組み６とキール５との接合部と、前記テンション材７の中央部を連結するように設置されている。
なお、外周枠組み４、キール５及び内周枠組み６は、何れもＨ形鋼を用いているが、形鋼の種類はこれにこだわるものではなく、鉄骨造に構成できるものであれば、何れを用いても良い。
【００１１】
これら張弦屋根架構１は、前記外周枠組み４がキール５を頂部とする山折り型に成形されることにより立体構造を有しており、前記外周枠組み４のテンション材７が配置されている向かい合う隅角部４ａ、４ｂ、及びキール５が配置された何れか一方の隅角部４ｃの３カ所各々を、３体の柱２により支持されている。したがって、図２に示すように、該張弦屋根架構１と柱２を備える構造物３は、外周枠組み４の前記キール５が配置された他方の隅角部４ｄ近傍に、水平方向に広い開口部を有する構成となっている。
そこで、本実施の形態では、外周枠組み４の前記キール５が配置された一方の隅角部４ｃと比較して、他方の隅角部４ｄの高さ位置が高くなるように前記キール５を傾斜させ、前記構造物３の開口部を鉛直方向にも大きくとり、構造物３を開放的な空間に形成している。これにより、張弦屋根架構１を用いた構造物３は、開放的で通気性や採光性がよく、構造物３が利用者の視界を阻害しにくい透明空間を提供することができるものである。
【００１２】
このような構造物３を構築する張弦屋根架構１について、張弦屋根架構１を構成する部材間相互の接合構造を以下に示す。
図１（ｂ）に示すような前記外周枠組み４の隅角部４ａ、４ｂと前記テンション材７とは、図３（ａ）に示すように、外周枠組み４と柱２との接合に用いられる支口部材９から、外周枠組み４の入隅側に突出するプレート１０ａの下方に直交して設けられている締結プレート１１に、テンション材７が引張力を与えられた状態で、その端部を締結手段を介して締結されている。なお、本実施の形態において、テンション材７には３本の鋼性スパイラルロープが用いられているが、必ずしもこれにこだわるものではなく、前記外周枠組み４に必要量の張力を付与できる構成であれば、その本数は何れでもよい。
【００１３】
また、図１（ｂ）に示すような外周枠組み４の隅角部４ａ、４ｂと内周枠組み６の前記テンション材７を対角線とする向かい合う隅角部は、図３（ｂ）に示すように、外周枠組み４と柱２との接合にする支口部材９の前記プレート１０ａより略上方から、外周枠組み４の入隅側にプレート１０ａ突出するガセットプレート１０に、前記の内周枠組み６を構成するＨ形鋼６ａの端部を締結手段を介して締結することにより接合されている。したがって、内周枠組み６の一方の対角線には、外周枠組み４の一方の対角線を構成する前記テンション材７が、共有するように配置された構成となっている。
【００１４】
一方、図１（ｂ）に示すような内周枠組み６の前記キール５の一部を対角線とする向かい合う隅角部とキール５は、図４に示すように、前記キール５を構成するＨ形鋼５ａが、その両端部を内周枠組み６の入隅部に突出するように設けられたガセットプレート１０に、締結手段１２を介して締結されている。
ここで、図１（ｂ）に示すように、キール５は、前記Ｈ形鋼５ａを中央部とし、その両端部に２本のＨ形鋼５ｂ、５ｃを連結した３本のＨ形鋼５ａ、５ｂ、５ｃにより構成されている。これらＨ形鋼５ｂ、５ｃは、図４に示すように、一方の端部を前記内周枠組み６のＨ形鋼５ａが設置された隅角部の出隅側に突出するように設けられたガセットプレート１０に、締結手段１２を介して締結されている。また、Ｈ形鋼５ｂ、５ｃの他方の端部は、図３（ｃ）に示すように、外周枠組み４と柱２との接合に用いられる支口部材９から、外周枠組み４の入隅側に突出するガセットプレート１０に、締結手段を介して締結することにより接合されている。このような構成により、前記キール５と内周枠組み６及び外周枠組み４が接合されている。
【００１５】
また、図１（ａ）に示すように、前記テンション材７の中間部には、ボールジョイント１３が設置されており、図４に示すように、前記束材８の一方の端部が該ボールジョイント１３に締結手段１２を介して締結され、他方の端部が前記内周枠組み６とＨ形鋼５ａを接合したガセットプレート１０に締結手段１２を介して締結されている。
【００１６】
このような構成により、前記外周枠組み４、内周枠組み６、テンション材７、キール５は、一部に束材８を利用しながら、相互間で連結された構成となっている。これらは、前記キール５を頂部とした外周枠組み４の山折り型の立体構造と相まって、張弦屋根架構１に何れかの外力が作用すると、外周枠組み４、内周枠組み６、及びキール５が変形挙動を示すが、この変形挙動に対してテンション材７及び束材８が相互間で釣り合いをとるように機能し、張弦屋根架構１自身の変形を抑制し、該張弦屋根架構１を支持する柱２にスラスト力を作用させない構成とするものである。以下に、張弦屋根架構１に何れかの外力が作用した場合を例にとり、張弦屋根架構１の自己釣り合い構造を示す。
【００１７】
例えば、張弦屋根架構１に雪等による鉛直下方向の荷重が生じると、前記キール５及び内周枠組み６の高さ位置が下方にずれようとし、また山折り型の立体構造を有する前記外周枠組み６は、テンション材７の延伸方向に広がるような変形挙動を示す。このような外周枠組み６の挙動により、図５（ａ）に示すように、前記外周枠組み６は、テンション材７に引張力を与える。一方、前記キール５及び内周枠組み６に生じる鉛直下方向の荷重は、前記束材８に伝達されるが、該束材８は、外周枠組み６によりさらに引張力を与えられたテンション材７に支持されることとなる。
このように、前記テンション材７により外周枠組み６の変形を抑制することができるとともに、該外周枠組み６より作用された引張力により、前記テンション材７は、束材８より伝達された鉛直下方向の荷重を支持できる張力を与えられることとなるため、前記キール５及び内周枠組み６も、雪等による鉛直下方向の荷重に抵抗し変形することがなく、張弦屋根架構１全体の変形を抑制することができるものである。これにより、前記柱２は、前記張弦屋根架構１の変形に伴うスラストを低減することができる。
【００１８】
また、例えば張弦屋根架構１に風の吹き上げ力等による鉛直上方向の力が生じると、前記キール５及び内周枠組み６が上方にずれようとし、また、山折り型の立体構造を有する前記外周枠組み６は、テンション材７の延伸方向に広がるような変形挙動を示す。このような外周枠組み６の動きにより、図５（ｂ）に示すように、前記外周枠組み６は、テンション材７に引張力を与える。一方、前記キール５及び内周枠組み６に生じる鉛直上方向の力は、前記束材８に伝達されるが、該束材８は、外周枠組み６によりさらに引張力を与えられたテンション材７に鉛直上方向の力を相殺されることとなる。
このように、前記テンション材７により外周枠組み６の変形を抑制することができるとともに、該外周枠組み６より作用された引張力により、前記テンション材７は、束材８より伝達された鉛直上方向の力を相殺することとなるため、前記キール５及び内周枠組み６も、風の吹き上げ力等による鉛直上方向の力に抵抗し変形することがなく、張弦屋根架構１全体の変形を抑制することができるものである。これにより、鉛直下方向の力が作用した場合と同様に、前記柱２は、前記張弦屋根架構１の変形に伴うスラスト力を低減することができる。
【００１９】
このように、張弦屋根架構１は、外周枠組み４、内周枠組み６、テンション材７、キール５を、一部に束材８を利用しながら相互間で連結されるとともに、外周枠組み４が前記キール５を頂部とした山折り型の立体構造に構成されているため、鉛直上方向及び鉛直下方向等何れかの力が作用すると、外周枠組み４、内周枠組み６、キール５各々に外力が作用して各部材が変形挙動を示す。しかし、各部材の変形挙動により、テンション材７及び束材８が各部材の挙動を相殺しあって相互間の釣り合いをとるように機能するため、自己釣り合い構造が形成され、張弦屋根架構１自身の変形を抑制することとなる。したがって、前記柱２は、前記張弦屋根架構１の変形に伴うスラスト力を考慮する必要が少なくなるため、張弦屋根架構１の自重を支持できる軸力を備えていれば良く、断面径もこれを保持できる最小径に留めることが可能となるものである。
【００２０】
なお、上述する張弦屋根架構１の自己釣り合い構造は、上述する鉛直下方向の付加荷重や鉛直上方向の吹き上げ力のみに機能するものではなく、自重による長期荷重や地震等による水平方向の力、または施工時に生じる変則的な荷重等にも効果的に機能するものである。
【００２１】
また、上述する張弦屋根架構１には、垂木１４として図１（ｂ）に示すような集成材が用いられている。該集成材は、一般に木材の板を長さ方向に繊維方向を合わせて重ね合わせ、合成樹脂接着剤で重ね合わせたものであり、前記キール５と平行するように所定の離間間隔を設けて前記外周枠組み４の上面に設置している。このような構成は、張弦屋根架構１の自己釣り合い構造を阻害させないことを目的としたものであり、垂木１４に鋼材ではなく集成材を用いたハイブリット構成とすることにより、張弦屋根架構１に対して何れの力が作用する場合においても、前記集成材１４は外周枠組み６の変形を阻害することなく追従するものである。また、垂木１４に集成材を用いた構成は、鉄骨造よりなる外周枠組み４、キール５、及び内周枠組み６の座屈を防止する補剛機能も有するものである。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の張弦屋根架構によれば、鉄骨造よりなる柱に支持される略四角形の張弦屋根架構であって、４体の鉄骨造の梁を組み合わせた略四角形の外周枠組みと、該外周枠組みの一方の対角線上に配置され、両端部を該枠組みの隅角部に固定された鉄骨造のキールと、該外周枠組みの他方の対角線上に配置され、両端部を該枠組みの隅角部に固定されたテンション材と、該テンション材を一方の対角線とし、前記キールの一部を他方の対角線とする略四角形の内周枠組みと、前記テンション材が固定されている該内周枠組みの、向かい合う一対の隅角部各々と、前記テンション材とを連結する対をなす束材により構成される張弦屋根架構であって、前記外周枠組みが、前記キールを頂部とした山折り型に成形される。
【００２３】
これにより、張弦屋根架構に外力が作用すると、外周枠組み、内周枠組み、キール各々に外力が作用して各部材が変形挙動を示すが、各部材の変形挙動により、テンション材及び束材が各部材の挙動を相殺しあって相互間の釣り合いをとるように機能するため、自己釣り合い構造が形成され、張弦屋根架構自身の変形を抑制することが可能となる。
これに伴い、前記柱は、前記張弦屋根架構の変形に伴うスラスト力を考慮する必要が少なくなるため、張弦屋根架構の自重を支持できる軸力を備えていれば良く、断面径もこれを保持できる最小径に留めることが可能となるとともに、張弦屋根架構の形状に応じて柱の本数を減少することが可能となる。
【００２４】
請求項２記載の張弦屋根架構によれば、前記外周枠組みのテンション材が固定されている向かい合う一対の隅角部、及び前記キールが固定されている何れか一方の隅角部の３者が、前記柱に支持されることから、張弦屋根架構及び柱を備える構造物の開口部を広く形成することができ、開放的で通気性や採光性がよく、張弦屋根架構や柱が利用者の視界を阻害することのない、透明空間を提供することが可能となる。
【００２５】
請求項３記載の張弦屋根架構は、前記外周枠組みの上面に備えられる垂木に、集成材が用いられることから、張弦屋根架構に対して何れの力が作用する場合においても、前記垂木は外周枠組みの変形を阻害することなく追従し、張弦屋根架構の自己釣り合い構造を阻害させることなく、屋根材を設置することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る張弦屋根架構の概略を示す図である。
【図２】本発明に係る張弦屋根架構を適用した構造物を示す図である。
【図３】本発明に係る張弦屋根架構の接合構造を示す図である（その１）。
【図４】本発明に係る張弦屋根架構の接合構造を示す図である（その２）。
【図５】本発明に係る張弦屋根架構の釣り合い構造を示す図である。
【符号の説明】
１  張弦屋根架構
２  柱
３  構造物
４  外周枠組み
５  キール
６  内周枠組み
７  テンション材
８  束材
９  支口部材
１０  ガセットプレート
１１  締結プレート
１２  締結手段
１３  ボールジョイント
１４  集成材
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004278176.tif 000005
【図４】
2004278176.tif 000006
【図５】
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