JP2004517235A - 平坦な底板構造を有するダブルプレストレスされた屋根天井複合構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】大スパンビルディングにおける建物内部から見た屋根構造に対する非審美性を除去すること、傾斜屋根ガーター間の非実用的空間を除去すること、天井屋根間に自然換気空間を形成し、取付装置がロフト空間内に見えないようにガイドすること、高所作業の安全を図ること等の課題を解決する平坦な底板構造を有するダブルプレストレスされた屋根天井複合構造体を提供することを課題とする。
【解決手段】幅広で且つ肉薄のコンクリートプレート１と、２つの部材から成る上部スチール構造物２とが、垂直部材３によって接続されている構造体に２つの独立した方法によってプレストレスを行う。
この平坦な底板構造を有するダブルプレストレスされた屋根天井複合構造体により大スパンビル建設のための課題が解決できる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
（技術分野）
国際特許分類に基づくと本発明は、Ｅ０４Ｂ１／００の分野に属し一般的に建物及び建物要素Ｅ０４Ｃ３／００に関し、特にＥ０４Ｃ３／００や３／２９４に分類される技術分野に属する。
【０００２】
（技術背景）
底面が平坦な天井を有し、ダブルプレストレスされた屋根天井複合構造体は、工業的に大スパンビルディングを建設する為に、平面空間を支持する予め組み立てられた部材であって、下記事項の達成を目的として幾つかの技術的問題を解決する。
即ち、ダブルプレストレスされた屋根天井複合構造体は、・大スパン建物において、建物内部から見た際の屋根構造に対する非美観性を除去し、傾斜屋根ガーター間の非実用的な空間を除去し、且つ、内部空間における不用な熱量を低減する平坦な底面を建築すること、・天井及び屋根の間に熱量を排出する自然換気空間を形成し、且つ、取付装置が浅いロフトスペース内に見えないようにガイドされることを可能とすること、・高所作業の安全性問題を解決すること及び大きなパネルであるが比較的軽量部材を用いることによって、大スパンの屋根天井の建築のスピードアップを図ることを達成する為に種々の技術的問題を解決するものである。
【０００３】
斯かる技術的問題の解決は、支持性能の保証と適切な偏向（歪み）及びクラック幅を低減する建造物の耐久性の保証とによって達成される。
【０００４】
従来から使用されている鉄筋コンクリート底板プレートは、細長い建造物のスパン（スパン間距離）を短くし、建造物の長期にわたる性能特性についても信頼できない。
【０００５】
鉄筋コンクリート底板プレートの大きな撓みは、堅い上部構造物及び反対方向の歪みを予め与える補正で少なくはできる。
しかし撓みを除去する方法としては、経済性も信頼性もなく、ひび割れの問題が未解決である。
【０００６】
鉄筋コンクリート底板プレートを、大きな張力を受ける大スパン間に使用した場合、ひび割れ及びコンクリートクリープの進行や収縮の原因となり、撓みが大きくなりひび割れの幅が広がる。
軸方向の大きな張力と上部構造体が底板プレートと接続する局所ポイントに集中した小さな局所曲げモーメントとの組み合わせに起因する底板プレートの内部ひび割れは、時間の経過と伴に徐々に広がり鉄筋コンクリートの作用をより求められる底板プレートの全長に沿って分布するようになる。
【０００７】
上記問題は、大きな撓みを妨げ高張力下の底板プレートのコンクリートのひび割れを除き又は減少させる確実で耐久性のある適切なプレストレス方法で解決できる。
そのプレストレス方法は、コンクリート底板プレートに上方向への歪み及び前記底板プレートに圧縮力を導入するものである。
【０００８】
この問題は、従来のコンクリートプレストレス方法では解決できない。その理由としては、底板プレート重心に作用された中央部へのプレストレス力は、全体横断面の重心に対する偏位量が小さい為に底板プレート中のひび割れに対しては効果があるが、撓みに対しては効果がないためである。
【０００９】
一般的なプレストレス力の付加方法は、梁及びコンクリートトラスト構造体に対して、コンクリート横断面重心より下に圧縮力を作用させている。斯かる方法は、特定の形状の部材に対して上方向への歪みを生じさせ、これにより、撓み及びコンクリートひび割れの問題を同時に解決している。
【００１０】
全体横断面重心が、底板プレートから殆ど無視できる偏位位置に置かれる平坦底板屋根天井複合構造体においては、ひび割れを解決すると同時に底板プレートの撓みを吸収する上方向への歪みを与える従来のコンクリート体へ圧縮力を導入する方法ではプレストレスできない。
【００１１】
平坦底板に対して横断面重心より下へ偏位させた位置で上記プレストレス力を導入する為には、底板プレートレベルよりも下方にテンドン重心を位置させる必要があり、これによって、底板の平坦性が損なわれる。
【００１２】
底板プレートの重心位置に圧縮力を作用させる中央プレストレス方法は、圧縮力の作用位置が重心位置から殆ど偏位していない為に、ひび割れにのみ効果があり、撓みには効果がない。
構造体における他の技術的問題としては、上方に配された細い構造体の全長に亘って、横倒れ座屈に対する安定化の確保がある。前記横倒れ座屈は、全体建造物の不安定性や倒壊の原因となる。
【００１３】
（技術背景）
本発明は、特定の屋根天井複合構造体に関するものである。
この発明と同様の解決方法については、知られていない。
この発明は、大スパン工業用ビルディング建設に適したプレストレス方法を提供するものである。
【００１４】
全ての標準的なコンクリートプレストレス方法は、横断面重心より下方へ偏位させた位置に圧縮力を作用させ、これにより梁、トラスト又はプレートの底部にプレストレス力が導入されるようにコンクリート横断面を特定の形状に変更し、撓み及ひび割れの問題を同時に解決している。
プレストレスする幾つかの手段は、通常鉄骨ビルディングの建設中に行われ、この際トラスト部材の一部は、プレストレス効果を生じさせる為に機械的或いは熱的な外力を受ける。
【００１５】
上記言及したプレストレス方法は、よく知られており単一材料建造物に応用されており、特定の性質に合うように修正されている。
単一材料建造物とコンクリート・スチール複合建造物とでは、それぞれの特性の為に幾つかの技術的解法が同じ感覚で適応されているプレストレス効果の基準下での比較はできないし、また横断面重心より下方位置にプレストレス力を導入するプレストレス効果の基準下に於いても比較できない。
【００１６】
（発明の開示）
この発明は、いくつかの利点を備えた工業用大スパンビルディング建設のための平坦底板構造を有する屋根天井複合構造体に適したプレストレス法を提供するものである。
大スパンビルディングの平坦底板の発明は、建物内部からみた際の屋根構造に対する非美観性を除去し、重工業や倉庫に使用されるものを除いて先端産業や店及びその他の同種のものに適用される。
予め組み立てられた底板は、仕上げられており建設現場での追加工事は、必要ではない。
傾斜屋根けた間の非実用的な空間を除去し、且つ内部空間における不要な熱量を低減し、熱エネルギーを節約する。
【００１７】
ローリングボール（ｒｏｌｌｉｎｇ ｂａｌｌｓ）によって単純に断熱されている自然換気型ロフトは、屋根の断熱特性を改善する。
【００１８】
通常、壁及び他の内装品を横切って見えるように置かれている取付装置に代わって、全ての取付装置をメンテナンス用のアクセス空間を備えた浅いロフトスペース内に見えないように収納できる。
【００１９】
屋根を覆う作業は、底板プレートの平坦な表面上で普通に立って行うことができるよう改善され、工事期間中の高所作業が安全である。
【００２０】
屋根の大きな部分を覆う場合にプレートのような大パネル部材を使用すると、主桁及び補助桁を使った従来の建設法と比較しても多くの利点がある。
【００２１】
これら大スパン建造物の利点を達成するために、建造物の支持力、適正な機能特性及び耐久性を保証する技術的解決法が必要である。
その問題は、建造物のコンクリート底板プレートの撓みを減少させること及び高張力によるひび割れを除去することの２つの独立している方法を組み合わせて使用するダブルプレストレスによって解決される。
【００２２】
この発明により解決される技術的問題について理解するための簡単なモデルを図１と図２に示す。
従来のプレストレス方法と、平坦底板構造を有する屋根天井複合構造体に適用するプレストレスとを比較する。
【００２３】
図１で示したように、梁又はトラストをプレストレスする従来の方法では、圧縮力（Ｐｏ）はコンクリート重心（Ｔ）より下方の偏位位置に導入され、梁の端を中央部スパンの方向に押圧することによって上向きの梁の歪み（ｕ）を引き起こす不要な曲げモーメント（Ｍ）が生まれる。
プレストレスすることによって生じる上向きの歪みは、外部負荷が加わった場合の下方への撓みを縮小させ、同時に適用される圧縮力（Ｎｔ）は、梁の張力帯中のひび割れを閉じさせる。
【００２４】
この方法は、全体の横断面重心が低い位置にある幅広い底板プレートで構成されている特定の屋根天井複合構造体には適用出来ない。
【００２５】
軽い上部スチール部分と下部の重いコンクリート底板プレート構造体とから成る複合構造体に応用することは、非論理的である。その理由としてスチール部材は、高い圧縮力下では安定性の問題があり、少しの張力にしか耐えられないコンクリートに大きな張力が掛かるためである。
しかしながら、この選択は平坦底板やその利点の達成のため行う価値がある。
そのような非論理的な荷重支持選択のため、このタイプのプレストレスは標準のものより高価になる。
横断面重心より下方の偏位位置に圧縮力（Ｐｏ）を導入することは、底板プレートより下にテンドンを降ろすことになり、底板の平坦性が損なわれる。
【００２６】
図２に示される本発明のプレストレスする原理は、通常のものの逆を示している。
【００２７】
上方向の歪みの効果（ｕ）は、中央スパンで分離された上部構造体を離間する方向へ押圧させることによって得られ、それにより圧縮プレストレス力（Ｐｏ）がコンクリート横断面重心（Ｔ）より上方の偏位位置（ｅ）に作用する。
図１と図２の両方法を比べると、双方共に不要な曲げモーメント（Ｍ＝ｅ×Ｐｏ）が生じ、底板プレートの上方向の歪み（ｕ）を生み出している。
従来のプレストレス法（図１）によっては、望ましい圧縮力（Ｎｔ）が底板プレート中に導入されるが、上部構造体を離間する方向へ押圧する場合（図２）には、望ましくない張力（Ｎｖ）が導入される。そしてその望ましくない張力（Ｎｖ）は、プレストレスを加えることにより縮小又は除去しなければならず、平坦底板を達成するためには必要である。
【００２８】
図３は、図２に示すモデルにおいて中央部への他のプレストレスを加えた状態を示している。外部負荷及び図２に示す最初のプレストレスによる張力を除去する該中央部への他のプレストレスは、圧縮力（Ｎｔ１）を底板プレートに導入する。
図３に示す、２番目のプレストレスは、曲げモーメントを生み出さない。２番目のプレストレスは、コンクリート重心に対して殆ど偏位しない位置に作用し、先のプレストレスによって生じた歪みと一致しないからである。
屋根天井複合構造体におけるひび割れ及び撓みを制御する技術的問題は、上記の２つの独立したプレストレス方法によって解決される。
【００２９】
実際のモデル図４においては、両方のプレストレス方法の実際的な実行を示している。
上部スチール構造体は、中央部スパンが接続されていない２つの対称な部材２と垂直に接合されている部材３とで構成されている。
中央部スパンが接続されていない部分には、上部構造体がプレストレスされ、その後に接合されるための垂直くさびが配置される。
傾斜状又はアーチ状の２つの部分からなる上部構造体は、底板プレートを成型するために型枠６へ最初に位置合わせされる。
【００３０】
垂直スチール部材３をコンクリート底板プレート１に接続する為に該垂直部材３の端に設けられた開口５に挿通されたスチールテンドンは、予め型枠６でプレストレスされ、その後コンクリート底板プレート１は固められる。
コンクリートが固まった後に、そのプレストレスを受けたテンドンは、型枠６から解放され、それにより底板プレートは、圧縮力を受けることになる。
この状態において構造体は、第１のステップによるプレストレスを受けている。
【００３１】
ここで上部構造体２が、コンクリート底板プレート１に組み込まれる。
コンクリートプレートは、図１に示したような圧縮応力下にあるが、その底板プレートは、上方向の歪みを受けない。
【００３２】
次いで、図２に示す原理によってプレストレスを加える。
上部構造体２への割り込みを行うスチール製くさび７は、上部構造体の分離された部分の両端の中に組み込まれ接続されるよう配置され、くさび７を押す運転装置８が準備される。
【００３３】
スチール製くさび７を内部に向かって動かすと上部構造体２の両分離部材が底板プレート１の末端の方に押動されて、底板プレートに張力が導入されるが、底板プレートは、すでに最初にプレストレスにより圧縮されている。
【００３４】
その圧縮力は、最初のプレストレスによって導入されたもので、２番目のプレストレスによる張力によって減じられた後でも十分な圧縮力が蓄えられていなければならず、コンクリート底板プレートに外部負荷が作用することによる張力を除去した後も、張力はゼロ又は許容される限度よりも下である。
【００３５】
（図示形態の詳細な説明）
中央スパンが接続されていない対称的な２つの部分から成る上部構造体２は、垂直部材３が立っている底板プレート１に固着されるために型枠６に設置されている。
垂直部材３のバーの端部に設けられた開口５に挿通され型枠でプレストレスされたスチールテンドン４は、その後底板プレートで固められる。
【００３６】
蒸気養生プロセスで固定されコンクリートが固まった後、テンドン４は型枠６から解放される。
これにより第１のプレストレスを受けることになる。
【００３７】
ストレス集中を少なくさせるための上部構造体２を分離部分の中へ押し入れる為のスチール製くさび７が配置され、そのくさびを押し込むための運転装置８が準備される。
該くさびを内部に向かって押動すると、上部構造体の両分離部材がプレストレスされる。プレストレスの導入力は、中央スパンの底板プレートの上方向への歪みの計測と、運転装置８のマノメータ圧力によるくさびの運転力とによって制御される。
プレストレスの導入力は、２つの測定結果に基付いて明確に計算できる。
【００３８】
ダブルプレストレスされた平坦底板構造を有する天井屋根複合構造体は、大スパン工業用ビルディング及び同様の大スパンビルディング建設の為の用途がある。
上記方法は、従来の建設システムよりも多くの利点を持っている。例えば、仕上げられた底板構造を有するプレートのような大きな部材を使えば屋根及び天井の両方を一度に解決できる。
【００３９】
審美的な底板は、傾斜屋根ガーター間の非実用的な空間を除去し、且つ、内部空間における不要な熱量を低減し、熱エネルギーを節約する。
天井及び屋根の間に自然換気空間を形成させ、且つ、ビル内部を邪魔に通っている装置に代わり、取付装置が浅いロフトスペース内に見えないようにガイドされることを可能にする。
【００４０】
屋根の大きな部分を覆う場合にプレートのような大パネル部材を使用すると、主桁及び補助桁を使った従来の建設法よりも多くの利点がある。
審美的な底板は、傾斜屋根ガーター間の非実用的な空間を除去し、且つ、内部空間における不要な熱量を低減し、熱エネルギーを節約する。
【００４１】
底板プレートを組立てた後、立ったまま仕事ができるので桁を登らなくてもよく、断熱材を平坦面上に置くことができ、建設作業中の高所作業の安全が図られる。
それらの建造物の建築費が安いのは、安価な材料を使って構造体を支持する仕上げられた底板を構成する屋根天井プレートによる。
押圧するプレストレス法は安価で大パネル屋根天井構造体は、一度で屋根の大きな部分を覆い素早く組み立てられ、そしてこれら構造体の容積比に対する表面は、蒸気養生で素早くコンクリートで固められるのに適しており工事が早くできる。
【００４２】
奥行きがない自然換気型ロフト空間を閉鎖すれば、任意の断熱を図ることができる平坦底板の利点は、先端産業や大マーケット、スポーツ場、同様のビルディング等の内部にエアコンを備えたビルディングに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】横断面重心より下方に圧縮プレストレス力が導入されている従来のプレストレス方法の主要部の簡単なモデルと内部力の展開を示している。
【図２】上部構造体を離間押圧することにより横断面重心より上方に圧縮プレストレス力が導入されているプレストレス方法の簡単なモデルと内部力の展開を示している。
【図３】底板プレート構造体の中心部にプレストレスを加えた簡単なモデルと内部力の展開を示している。
【図４】プレストレス方法や構造部品を示した実際のモデルである。
【図５】構造体の横断面である。
【図６】プレストレス力が適用されたところの上部構造体の状態である。
【図７】上部構造体が座屈に対して防止されている態様を示している。
【符号の説明】
１．コンクリート底板プレート
２．上部構造体
３．垂直部材
４．テンドン
５．開口
６．型枠
７．くさび
８．駆動装置
９．横部材

Claims (5)

1. 大スパン構造物を工業的に製造する為の平坦な底板構造を有するダブルプレストレスされた屋根天井複合構造体であって、
   幅広で且つ肉薄の表面仕上げされたコンクリートプレート（１）と、
   型枠（６）にプレストレスされた状態で固着されることにより中央にプレストレス
   された前記コンクリートプレート（１）に、垂直部材（３）によって連結される傾斜状又はアーチ状の２つの部分からなる上方スチール構造体（２）とを備え、
   前記上方スチール構造体（２）は、くさび（７）を用いて前記２つの部分が互いに離間する方向へ押圧され、その後、離間された前記２つの部分が連結されていることを特徴とする平坦な底板構造を有するダブルプレストレスされた屋根天井複合構造体。
2. 前記コンクリートプレート（１）とスチール構造体との間の結合が、該コンクリートプレートに組み込まれ固着された前記垂直部材（３）によって成されており、コンクリート固着作業中、テンドン（４）が該垂直部材（３）の底部における開口（５）を通されると同時に型枠間でコンクリート補強溶接メッシュを保持することを特徴とする請求項１記載の平坦な底板構造を有するプレストレスされた屋根天井複合構造体。
3. 前記プレストレスは、前記コンクリート底板プレート（１）の歪みを、前記上部スチール構造体（２）の梁のプレストレスによって制御すること、平面コンクリート底板プレート（１）のひび割れを中央部へのプレストレスによって制御することの２つの独立した方法により行われることを特徴とする請求項１記載の平担な底板構造を有するプレストレスされた屋根天井複合構造体。
4. 前記上部スチール構造体（２）は、底板プレート（１）のコンクリートに固定された横部材（９）によって座屈が防止されていることを特徴とする請求項１記載の平担な底板構造を有するプレストレスされた屋根天井複合構造体。
5. 離間方向へ押圧することによって構造体中に生じさせられるプレストレス力（Ｐｏ）は、複合構造体の全体断面重心（Ｔ）より上方の偏位位置（ｅ）で作用していることを特徴とする請求項１記載の平担な底板構造を有するプレストレスされた屋根天井複合構造体。

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