張弦梁構造による体育館大屋根の施工と施工時解析
Construction and Construction Analysis
of Large Gymnasium Roof using the Beam String Structure
上原健一*1

井上

Kenichi Uehara

平林宣良*1

Noriyoshi Inoue

竜次*2

杉山

Ryuuji Hirabayashi

佳孝*2

Yoshitaka Sugiyama

要旨
いちき串木野市総合体育館建設工事の屋根架構を施工するにあたり、設計者、施工者を交え、①施工方法の選定、②施工フローの確定、③施工時解析、④精度管理方法、⑤その他の鉄骨の施工が完了するまでの問題を抽出し検討等を行った。
本報告では、まず施工計画時の検討内容を説明し、次に実際の施工方法および施工手順ごとの施工時屋根部材の解析結果を示す。また、施工結果として写真を交え報告し、最後に解析結果と実施工時の計測結果との比較について述べる。
キーワード：屋根架構 張弦梁 施工フロー 施工時解析

１．はじめに

２．建築概要

いちき串木野市総合体育館は、平成 25 年 10 月に鹿児島

工 事 名 称：いちき串木野市総合体育館

県いちき串木野市内に建設され、体育館を含め、多目的グ所

ラウンド、テニスコートなどの総合運動公園内に位置する。

工

当建物は、いちき串木野市の長年の構想に基づいて、市建

在地：鹿児島県いちき串木野市生福地内
期：平成 24 年 10 月～平成 25 年 10 月

築

主：いちき串木野市の象徴である「マグロ」をモチーフに「流線型」をテーマ

設 計 ･ 監 理：株式会社 日本設計 九州支社として設計された。

施工：鴻池･渡辺特定建設工事共同企業体

用

途：体育館

本報告では、屋根架構についての施工計画、施工方法および施工時解析の報告を行う。また、解析と実施工時の計

建 築 面 積：6,567.26 ㎡

測結果との比較の報告を行う。

延 床 面 積：6,854.24 ㎡
構造：1,2 階部

鉄骨鉄筋コンクリート造

屋根架構部

写真 1

*1

南九州支店

航空写真（北東側より）

建築部

*2

写真 2

新日鉄住金ｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ㈱― 29 ―

鉄骨造

外観（南東面）鴻池組技術研究報告

2014

３．構造概要
大屋根は長辺約 100m、短辺約 50m の楕円球形をしており、地上 2FL（1FL+5400）からバックステイの柱、地上 3FL（1FL+9400）から方杖の斜柱が立ち上がり、H-500×300×12×22 の曲げ材を上弦材・ストランドロープ 2-22.4φを下弦材とした張弦梁を 11 列有した構造となっている。建物の最大高さは GL+18.55m である。南北部は大庇として H 鋼の平面トラスでそれぞれ約 20m および 13m 跳ね出した片持ち梁構造となっている（図 1,2,3）。
下部構造は SRC 造（図 2,3）で、屋根構造と下部構造を分離したモデルで構造計算を行っており、屋根構造は下部

図3

鉄骨 3D モデル

構造の上部にのる塔屋扱いとして 1.0ZG（Z：地震地域係数＝0.8、G：自重）が作用するとして短期許容応力度設計を４．大屋根鉄骨施工計画行っている。
設計図書での張弦梁ケーブルの張力値は、①②4.1

張弦梁部分のみの架構でスラストをキャンセルする張施工方法の選定

構造計算時に指定された張弦梁ケーブルへの張力を適切力を導入（地組施工を考慮）に管理するために、自碇式の張弦梁を地組して建方を行う

建物完成後に風荷重による吹上で張力損失が発生計画とした。張力導入量については、地組の段階でケーブしないよう、追加で 1 列あたり 60[kN]を導入

ルに風荷重の吹上による張力損失分をキャンセルする張力が構造性能として指定されている。

を導入する方法も考えられるが、張弦梁のスパン方向の変形が大きくなり施工に支障が生じると判断したため、地組時点では鉄骨自重によるスラストをキャンセルする張力（以下、地組張力）を導入し、架構完成後に図 4 のように追加で張力を導入する計画とした。
建方は先行して斜柱部先端を仮設支保工で受け（図 5）、本締めが完了してから地組張弦梁を建方し、並行して南北トラス（X0e～X0 通りおよび X12～X12e 通り）も先端を仮設支保工で受けて建方を実施する計画とした。
張弦梁部は天井仕上げも無く建方後の作業量が少ないた
め、足場を設けずに高所作業車で作業するようにし、仮設の低減を図っている（図 5）。

図1

屋根伏図

ジャッキを所定の力まで圧力を上げ、根元のナットを締めこむ

ケーブル

図2

X6a 通り軸組図

図4― 30 ―追加張力導入方法

張弦梁構造による体育館大屋根の施工と施工時解析

4.3

施工時解析

ロッドやケーブルなどを主要構造部材として使用したテンション構造は・張力導入の方法

斜柱部・張力導入のタイミングにより完成時の応力状態が変わる場合がある。端的な例としては、図 7 のように張弦梁部分を地組するかしないかによってアーチ効果によるスラストの発生量が変化する。
200t
ｸﾛｰﾗｰｸﾚｰﾝ

図5

建方計画図
張弦梁を地組しない場合4.2

施工フロー

地組～建方～本締め～反力解放・追加張力導入までの施工フローを図 6 に示す。

張弦梁を地組する場合

図7

施工方法の違いによる完成時の応力の違い

このような差異が構造的問題や施工時の不測事態の発生に繋がらないよう、施工時のステップ毎で応力・変形を検討する施工時解析を実施した。
検討したステップを図 8～13 に示す。施工時解析では、完成時のケーブル張力が設計値とほぼ同じにすることを目標とし、施工時解析でその確認を行った。また、他の部材で設計値との差異が生じたが問題となるレベルではないことを確認した（図 14）。また、各施工ステップでの応力状態と変位を把握し、施工途中の管理目標値を設定した。
Step.1

張弦梁地組・張弦梁自重と吊合う（張弦梁スパンが設計寸法となる）『初期張力』を導入する

Step.5

母屋取付・母屋荷重@200N/m2を載荷

Step.2 斜柱部・南北トラス建方・斜柱部は張弦梁と接合する先端を仮設支保工で支持 する・南北トラスはトラス先端を仮設支保工で支持する

Step.3張弦梁建方

Step.6

反力解放・仮設支保工を開放する

Step.7

初期張力の追加導入
・各張弦梁の下弦材に60kNの張力を追加導入する

Step.4

小梁・ブレース取付

Step.8 屋根仕上荷重を載荷・屋根仕上荷重@300N/m2と照明、天井・設備等を載荷（風荷重の載荷）・風荷重の吹上げ時に張力消失ないことを確認（全面吹上げ@1.93kN/m2を載荷）

図6

施工フロー

図8― 31 ―施工時解析フローチャート

鴻池組技術研究報告

図9

図 10

2014

Step1 張弦梁地組時の軸力

図 12

Step4 小梁・ブレース取付時の軸力

Step2 斜柱部・南北トラス建方時の軸力

図 13

Step7 初期張力の追加導入時の軸力

図 144.4
図 11

Step3 張弦梁建方時の軸力Step8 完成時の軸力比較

精度管理方法

鉄骨自体の精度は、建物形状が 3 次元的に複雑に変化するため 3 次元測量機を用いて座標管理を行った。張弦梁ケーブル軸力は、地組時はケーブル端部を締め込み架台上の両端 2 点で支えて中央が浮く状態をスラストがキャンセルされた状態とみなした。架構完成後の追加張力については油圧ジャッキの圧力計の値で管理し、施工時解析結果の張力値を下限として+30[kN]まで（おおよそ 150[kN]）になるように調整した。

― 32 ―

張弦梁構造による体育館大屋根の施工と施工時解析

５．大屋根鉄骨施工結果
5.1

張弦梁地組

張弦梁は最大約 35m のスパンで、上弦材は 3 分割されており写真のように山留材の架台上で組み立てした（写真 3）。
上弦材の Joint 部分を本締め・溶接した後、下弦材のケーブルを取り付けて端部の金具を締め込み張力（地組張力）を導入した（写真 4）。

写真 3写真 5斜柱部建方状況

写真 6斜柱脚部納まり張弦梁地組状況

5.3

張弦梁建方

地組した張弦梁は 200t クローラークレーンで建方を実施した。（写真 7,8）
写真 45.2

ケーブル端部金具締め込み状況

斜柱部建方

斜柱部は大梁を仮設支保工に預けてから方杖の斜柱を建方した（写真 5）。斜柱の脚部は原設計では下部 SRC 柱の柱頭に直接ガセットプレートが取り付く形状となっていたが、SRC 柱の施工精度に対して斜柱のピン取り合いは高い精度が要求されるため、写真 6 のように SRC 柱頭にボルトを仕込み、コンクリート打設後に実測してベースプレートの孔位置を合わせ、引き抜き力に対してはボルトが、水平力に対しては SRC 柱頭とベースプレート小口の隅肉溶接で処理をするようにした（写真 6）。

写真 7― 33 ―張弦梁建方状況

鴻池組技術研究報告2014

６．大屋根鉄骨の計測結果
支保工反力解放時と追加張力導入時の変位および張力値の施工時解析と実測の比較を表 1 に示す。
（計測位置は張弦梁中央部）
反力解放時は解析ではほぼ変位がないのに対し、実測ではやや浮き上がっているものも見受けられる。この原因としては、地組時に導入していた張力が予定よりも大きかった可能性などが考えられる。追加張力導入時の変位は概ね解析結果通りとなっており、全体としては張力が実測と解
写真 8

張弦梁建方状況

析ので 30%以内の値となっており、適正に施工できていることが確認できた。

5.4

反力解放・追加張力導入

表 1 支保工反力解放・追加張力導入時の変位と張力架構の本締め・溶接が完了した後、斜柱部の先端を支え変位[ｍｍ]※支保工反力解放時
実測
1X1a
解析
1
実測
1X2a
解析
-1
実測
1X3a
解析
-1
実測
1X4a
解析
-1
実測
7X5a
解析
-1
実測9X6a
解析0実測
8X7a
解析0実測
2X8a
解析-1
実測
6X9a
解析-1
実測
2X10a
解析0実測
-1X11a
解析
0ている仮設支保工を解放した（写真 9）。なお、施工時解析で得られた支保工反力の値から、特別な工具を用いないで反力解放が実施できることを確認している。

写真 9 支保工反力解放状況

追加張力
導入時
76141318172218182024192419271819161213
56

張力
［kN］
150
129
150
127
147
125
147
123
147
123
147
123
147
123
147
124
150
126
150
129
155133

※変位
＋：上向き
－：下向き

７．まとめ
反力解放後、写真 10 のように油圧ジャッキをセットし、所定の張力まで追加張力を導入した。

本工事の屋根架構の施工にあたり、事前検討をするなかで、設計者と施工者での共通の理解ができ、問題点の早期解決を行うことができた。また施工時解析を行うことで、施工中の屋根架構の応力状態や挙動の変化を把握し、精度管理基準や計測基準を設定することができた。さらに計測結果との比較を行うことで適正な施工が行われていたことが確認できた。
謝辞
今回、いちき串木野市総合体育館建設工事を施工するにあたって、いちき串木野市役所担当者様、(株)日本設計 今林光秀主管、森園知弘主任技師、新日鉄住金ｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ(株)田畑英樹ﾏﾈｰｼﾞｬｰ、ほか関係各位の皆様にご協力を頂きまし写真 10

追加張力導入状況た。ここに感謝の意を表します。

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