JP2011069130A - ドーム型建築物用三角パネル、当該パネルを用いたドーム型建築物及び当該ドームの構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドーム型建築物の、風荷重や積雪荷重等の応力伝達を考慮し、剛性を確保するため、及び、耐久性、耐火性を強化するために金属製のフレームを有する三角パネルを提供すること。
【解決手段】
ドーム型を構築する際の、屋根部分を形成する三角パネルにおいて、内側に内傾した側面部材及び、側面部材と略コ字型の形状を構成する補助材からなる金属製の主枠材を用いて、三角フレームの外枠を形成し、主枠材の各中点を結ぶ線上に副枠材を設け、内枠を形成し、三角フレームとする。上記三角フレームの上層部分には、母屋受け材、母屋、野地板、表皮鋼板を配した三角パネルである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドーム型建築物を構成する部材である三角パネルと、これを用いて構築したドーム型建築物及び当該ドームの構築方法に関する。

従来から、緊急時や僻地での一時的な住宅としてドーム型建築物が建築され、簡易に小規模の住居等として使用されてきた。また、一般の生活の中においても、多目的ホール等の大型建築物としてのドーム型構造も多く浸透している。

ドーム型建築物は、一般的にフラードームやジオデシックドームと呼ばれている。構造として、ドーム頂点から放射状に鉄骨を配して、円形ドームの骨組を構築するものがある。しかしながら、ドームの構成部材を多く用いることや、建築工程の複雑さにより工期が長くなる等の問題を抱えていた。
そこで、鉄骨構造の問題を解消するものとして、木造パネルを使用してドーム型建築物を構築する技術が開示されている。例えば、特許文献１のように、木造三角パネルを構成部材として使用し、木造の多角形パネルを形成し、当該多角形パネルを組み合わせていくことでドーム型建築物を構築する技術である。

このような公知技術によれば、パネルを組み合わせていくことでドーム型建築物を構築するため、骨組を構築した場合に比べ、建築工程の省略が可能となり工期の短縮が可能となる。さらに、構成部材の削減ができ、建設費削減や構築の容易さをも可能とする。

特開平７−１１９２０８号公報

しかしながら、パネルを構成する材料は、木材であることが一般的であった。木造パネルであるため、侵食、腐食、防水性、耐火性など、耐久性の面で問題を抱えていた。

また、木造パネルを使用する場合は、小規模のドーム型建築物向きであった。これは、木造パネルを構成する木材の長さが、一般的には３ｍ程度になるためである。大規模なドーム型建築物を構築したい場合には、木造パネルでは、木材を長くすると同時に木材を太くする必要があった。そのため、木造パネルを使用した大規模のドーム型建築物では、屋根部分の重量化が問題であった。

加えて、昨今の木材価格の高騰も懸念材料となり、安価な材質により、構築が容易であり、かつ、工程が容易なドーム構築物及び、その構成部材の提供が望まれている。

そこで、本発明は上記課題を解決するために、金属製のフレームを有する三角パネルを提供することを目的とする。上記フレームの側面は、内傾に特定の角度を有する接合面である。

さらに、ドーム型建築物の構築方法を容易にするため、多角形体の接合方法を提供することも目的としている。

本発明に係る三角パネルは、側面を突き合わせていきドームを形成していく構成材としての三角パネルであって、三角形の三辺を形成し構築された状態でドーム状に形成させるため、当該三角形の内側に向かって特定の角度で傾斜している外枠材と、当該外枠材に固着され、各々平行に設けた二つの補助材と、により形成される金属製の三角フレーム、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る三角パネルは、上記外枠材の各中点を結んだ線上に副枠材を配して、上記三角フレーム中に小三角形を形成する位置で、副枠材と三角フレームと固着すること、を特徴とする。

また、本発明に係るドームは、上記三角パネルを用いて、上記三角パネルの頂点が同一球面上に位置し、各隣接する三角パネルの外枠材間を締結手段で連結して形成された、ことを特徴とする。

また、本発明に係るドームの構築方法は、上記三角パネルを用いて基礎上にドームの構築方法であって、当該三角パネル同士を接合して連結させ、切頭２０面体を構成する五角形体または六角形体を形成する多面体を地組しておき、上記五角形体の５つを基礎上に連結し、当該五角形体に接する位置に上記六角形体を連結していき、頂点に五角形体を連結させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、三角パネルが金属製のフレームを有するため、木造パネルを使用した場合に比べ、耐久性及び耐火性が増したドーム型建築物を構築することが可能となる。

また、鉄骨構造では１本の骨組をドーム頂点から放射状に配するのに対して、本発明では、三角パネルのフレーム同士の接合によりドーム型建築物が構築される。これにより、パネルの接合部分では、２本のフレームが密接に接合することが可能となる。ゆえに、耐荷重性が高まる効果を奏する。

また、フレームが金属製であるために、パネルの剛性が高まり、小規模なドーム型建築物から大規模なドーム型建築物までを構築することが可能となる。さらに、パネルの寸法を大きくしても、大幅な重量化をしない効果も奏する。

三角パネル間の接合部分の断面図 （ａ）三角パネルを構成する主枠材による枠形状 （ｂ）外枠材の傾斜角θ及び補助材となす角α、βを示す断面図 （ａ）三角パネルを構成する主枠材及び副枠材による枠形状 （ｂ）副枠材を固着させるために、外枠材、及び補助材に溶接した部材 （ｃ）副枠材と主枠材との接合を示す図面 （ａ）主枠材及び副枠材により構成された枠材上に設けた母屋受け材の配置図 （ｂ）三角パネルの底辺上に設けた母屋受け材の一例 （ｃ）三角パネルの頂角付近に設けた母屋受け材の一例 （ａ）主枠材上に設けた母屋受け材及び母屋を示す断面図 （ｂ）主枠材上に設けた母屋受け材及び母屋を示す断面図 （ｃ）主枠材上に設けた母屋受け材及び母屋を示す断面図 （ａ）三角パネルにおける母屋を配設した図面 （ｂ）三角パネルにおける野地板を配置した図面 （ａ）三角パネルにおけるガルバリウム鋼板を配置した図面 （ｂ）三角パネルにおけるガルバリウム鋼板を配置した図面 （ａ）ドーム構築の際の五角形体の配置例 （ｂ）ドーム構築の際の六角形体の配置例 （ｃ）ドーム構築の際に、頂点を構成する五角形体の配置例 本発明に係るドーム型建築物の正面図

以下、本発明に係る一の実施形態について図面を参照して、詳細に説明する。
図１は、三角パネル１間の接合部分を示す断面図である。当該図１に示す下部補助材５を三角パネル１およびドーム型建築物の内部方向とし、同様にして、ガルバリウム鋼板１５を三角パネル１およびドーム型建築物の外部方向として、以下の説明を行う。
なお、図１が示す断面図の詳細については後述する。

図１に示すなかで、外枠材３、上部補助材４、下部補助材５、ボルト８、ナット９により構成される主枠材２について、図２に図示している。
ここで、図２を参照して、三角パネル１を構成する主枠材２の構造について説明する。

図２は、三角パネル１の枠を形成する主枠材２を示している。３本の主枠材２を溶接し固着することで、三角パネル１の枠材を形成している。
図２（ａ）は、主枠材２により形成された三角パネル１の枠材の形状および、主枠材２の配置を示したものである。
図２（ｂ）は、上記図２（ａ）中のＡ−Ａ´断面を示した主枠材２の構造を示したものである。また、図２（ｂ）について、図中のＡ−Ａ´方向を水平方向、なす角θの基準となる方向を鉛直方向として説明を行う。なお、下述する他図面についても同様に水平方向、鉛直方向を定義したものとして説明を行う。
また、主枠材２により形成される三角形状について、三角柱を表現して説明を行う。図２（ａ）は、三角形を上面からみた図である。図２（ｂ）を参照して説明を加えると、上部補助材４側が上面であり、下部補助材５側が底面であり、外枠材３により形成される面が側面となる。つまり、図２（ｂ）中に記載のＡ−Ａ´方向は、上面および底面と平行方向であり、上面および底面と垂直は方向が、鉛直方向である。側面が外枠材３により形成された略三角柱であり、上面三角形より底面三角形が小さい三角形となるためん、三角柱に比べ側面が傾斜していることになる。
三角形状の枠材は、三角形の三辺を形成し構築された状態でドーム状に形成させるため、当該三角形の内側に向かって特定の角度で傾斜している外枠材により、形成されている。

主枠材２は、金属製の材料により構成され、外枠材３、上部補助材４、下部補助材５により形成される。
三角パネル１の側面を形成する主枠材２中の外枠材３は、鉛直方向に対して、特定の角度θに傾斜している。図２（ｂ）に例示のように、傾斜角θである場合について説明を行う。なお、傾斜角θは、数種類の特定の角度に定めるものである。ゆえに、一の特定の角度θを有する主枠材２と、他の特定の角度θを有する主枠材２とは、異なることが明らかである。
また、外枠材３には、上部補助材４、下部補助材５が各々固着している。例えば、上部補助材４および下部補助材５は、外枠材３と溶接により固着している。この場合、上部補助材４および下部補助材５は、水平方向に平行になっている。つまり、外枠材３となす角αに上部補助材４が溶接により固着され、同様に、なす角βに下部補助材５が溶接により固着されている。
なお、角度（α＋β）は１８０度であり、角度（θ＋α）は９０度であり、角度（β−θ）は９０度である。

さらに、図２において示す三角パネル１は、２種類の主枠材２を用いて、二等辺三角形状に形状を有するものである。ここで、４種類の主枠材２を、第１フレーム２ａ、第２フレーム２ｂ、第３フレーム２ｃ、第４フレーム２ｄと定義する。当該異なる主枠材２を用いて三角形状を形成する場合について説明する。
例えば、底辺を形成する第１フレーム２ａを１本、斜辺を形成する第２フレーム２ｂを２本、から成る二等辺三角形である。当該二等辺三角形により多角形体が形成された場合に、第２フレーム２ｂ同士が接合するものであり、三角形状において底辺をなした第１フレーム２ａは、当該多角形体を構成する辺を形成することになる。
同様に、底辺を形成する第１フレーム２ａを１本、斜辺を形成する第３フレーム２ｃを２本、から成る二等辺三角形がある。当該二等辺三角形により形成された多角形体の構成する辺は、三角形状において底辺を成した第１フレーム２ａとなる。
さらに、底辺を形成する第４フレーム２ｄを１本、斜辺を形成する第３フレーム２ｃを２本、から成る二等辺三角形がある。当該二等辺三角形により形成された多角形体を構成する辺は、三角形状において底辺を成した第４フレーム２ｄとなる。
以下、重複の記載を避けるため、一の三角形状について説明を行う。しかし、本発明は、上記４種類の主枠材２により形成された３種類の三角パネル１に係る構造についてのものである。加えて、上記各三角パネルの接合により形成される多角形体から形成されるドーム型建築物に係る発明でもある。

次に、主枠材２と副枠材７の構造について説明する。
図３（ａ）は、主枠材２により形成された二等辺三角形の各辺中点を連結するように、副枠材７を設けた枠材である。上記主枠材２と副枠材７とは、ガセットプレート６により連結される。
図３（ｂ）は、上記主枠材２とガセットプレート６との固着部分を示す断面図である。当該ガセットプレート６は、上部補助材４、外枠材３、下部補助材５と、溶接により固着されている。また、ガセットプレート６は板状の形状を有し、溶接された側の逆側の端方向に孔１０を有している。当該孔１０にボルトを挿嵌することで、副枠材７と連結するための構造である。なお、ガセットプレート６は鉛直方向に平行に固着されたものであり、上部補助材４及び下部補助材５となす角は直角である。これは、三角パネル１の剛性を高めるために、小三角形を成す各副枠材７の平面方向を鉛直方向に全て揃えるための構造である。

また、図３（ｃ）は、中点部分における副枠材７の連結部分を示した図である。
副枠材７は、ガセットプレート６と連結する平面と、上記両補助材と平行をなす平面とを有するＬ字型の部材である。ここでは、副枠材７が上記下部補助材５側に一平面を有している。ガセットプレート６とボルトナットにより連結する孔を両端部分に有している。

図４（ａ）は、主枠材２と副枠材７と母屋受け材１１との配置図を示したものである。破線で示した小三角が副枠材７により形成された三角形である。
主枠材２の上部補助材４に母屋受け材１１が固着されている。三角形の底辺を成す主枠材２上には両端部分と中点部分の３か所に、母屋受け材１１が配置されている。また、斜辺を成す主枠材２上には、頂点部分と斜辺上に母屋受け材１１が配置されている。当該斜辺上に固着された母屋受け材１１は、底辺と平行な方向に延設され、両斜辺間を底辺と平行になるように配置されている。

また、図４（ａ）には、Ｂ−Ｂ´断面、Ｃ−Ｃ´断面、Ｄ−Ｄ´断面の箇所を示す記載がされている。当該各断面については、後述する図５（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）の説明において、併せて詳説する。

図４（ｂ）及び（ｃ）は、底辺を成す主枠材２の一端部分、および、斜辺を成す主枠材２の頂点部分、における母屋受け材１１の詳細図面である。

図５は、三角形パネル１における主枠材２と母屋受け材１１と母屋１２との構造を示した図面である。
図５（ａ）は、上記図４（ａ）において図示したＢ−Ｂ´断面における断面図である。図５（ｂ）は、Ｃ−Ｃ´断面における断面図である。図５（ｃ）も、同様にＤ−Ｄ´断面における断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）において、いずれも図示されていないが、母屋受け材１１と母屋１２とには、連結するためのボルトを挿嵌するボルト穴が横貫開設されている。当該ボルト孔にボルトを挿嵌して、ナットにより締結され連結している。
図５（ａ）に示すように、三角パネル１の底辺を成す部分における母屋受け材１１は、Ｌ字型の上部補助材４との固着方向が、他母屋受け材１１と異なる。これは、三角パネル１により多角形体を形成した際に、他多角形体と連結する際の接合構造によるものである。一例として、図１に示すように、他多角形体の底辺に配置された母屋受け材１１と断熱ボード２０を挟み込むためでもある。

図６（ａ）は、三角パネル１における母屋１２の配置図である。上記図５を参照して説明した母屋受け材１１の配置に基づいて、母屋１２を配置したものである。

図６（ｂ）は、三角パネル１における野地板１３の配置図である。野地板１３は、母屋１２とタッピンネジ１４により締結されている。図６（ｂ）中に、小円で多数の記載があるものが、タッピンネジ１４である。
ここで、野地板１３は、グラスウール裏張り付き１３ａと、耐火木毛セメント板１３ｂにより構成されている。

図７（ａ）（ｂ）は、三角パネル１における外表面部分を構成するガルバリウム鋼板１５の配置の一例を示した図である。例示した図では、ガルバリウム鋼板１５の枚数は３枚若しくは４枚の場合である。この場合、ガルバリウム鋼板１５は薄膜のような厚さである。例えば、０．４ｍｍの厚さが考えられる。
また、三角パネル１の底辺と平行線上に各ガルバリウム鋼板１５の重畳する部分が形成される。例えば、ハゼ結合やハゼ締め、と呼ばれる接合方法である。この場合、各多角形体の中心から同心円状に上記重畳する部分が形成される。
これに限らず、三角パネル１の斜辺と平行線上に各ガルバリウム鋼板１５の重畳する部分が形成されるようにしてもよい。このとき、ドーム型建築物における頂点を中心として、同心円状に全部の上記重畳する部分が形成されることになる。
いずれの場合も、上側に位置するガルバリウム鋼板１５が、下側に位置するガルバリウム鋼板１５の上に重畳されている。これにより、水上から水下へスムーズに水が流れ、水が浸入することがなくなる。

上述してきた構成を有することで、本発明に係る三角パネル１は形成される。

次に、上述してきた三角パネル１を用いて形成される多角形体の説明及び、ドーム型建築物の構築方法について、説明する。

上述したように、本発明に係る三角パネル１は、二等辺三角形状である。例えば、４種類の長さ及び特定の角度θの傾斜を有する主枠材２により構成される。そして、当該４種類の主枠材２により構成された３種類の三角パネル１用いて、２種類の多角形体が形成される。
本発明が目的とする多角形体は、具体的に、１種類の五角形体と、１種類の六角形体である。

以下、多角形体の構成例について説明する。
ここでは、第１の三角パネルを、底辺が第１フレーム２ａ、斜辺が第２フレーム２ｂを有するものとする。同様に、第２の三角パネルを、底辺が第１フレーム２ａ、斜辺が第３フレーム２ｃを有するものとする。第３の三角パネルを、底辺が第４フレーム２ｄ、斜辺が第３フレーム２ｃを有するものとする。

五角形体は、上記第１の三角パネルのみを使用して形成される。つまり、第１フレーム２ａを辺とする五角形が形成されることとなる。
ドーム型建築物の構築の際に、図７において後述するが、本発明に係るドーム構造において、当該五角形体は、必ず六角形体とのみ接する構造を有している。

六角形体は、上記第２の三角パネルと、第３の三角パネルとが交互に配置する構成から成る。つまり、当該六角形の辺は、第１フレーム２ａ、第４フレーム２ｄが交互に現れる形状を有している。
また、図７に例示のように、当該六角形体は、上記五角形体と、六角形体同士の両多角形体と接する構造を有している。

ドームを組み立てる手順としては、まず従来工法により、基礎工事及び腰壁の打設を行い、土台の設置及び固定を行い、建物の壁を作る。この段階で、ドーム構造に付加外力を及ばない構造にする。
次に、図７（ａ）に示すように、三角パネル１を締結手段であるボルトとジベル接合により連結された五角形を形成する五角形体により地組する。この五角形体を５組、組立て土台のうえに立て裏から支える。

そして、図７（ｂ）に示すように、六角形を形成する六角形体を、５組を上記五角形体に組み付ける。最後に、図７（ｃ）に示すように、ドーム頂点の五角形体を、上記六角形体に組み付けていき、完成させる。

また、図１に示すように、異なる多角形体を接する辺では、母屋受け材１１同士の間に、断熱ボード２０を有する。また、野地板１３の厚さ部分に生じる隙間には、シーリング材を挿入する。その際、二次シール構造となるようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る構造の三角パネル１を有することで、ドーム型建築物の構築が容易になる。
また、三角パネル１の構成部材を金属素材及び、耐火部材を使用することで、従来の木造の三角パネルに比べて耐火性、耐蝕性に優れる構造となる。

１ 三角パネル
２ 主枠材
２ａ 第１フレーム
２ｂ 第２フレーム
２ｃ 第３フレーム
２ｄ 第４フレーム
３ 外枠材
４ 上部補助材
５ 下部補助材
６ ガセットプレート
７ 副枠材
８ ボルト
９ ナット
１０ 孔
１１ 母屋受け材
１２ 母屋
１３ 野地板
１３ａ グラスウール裏張り付き
１３ｂ 耐火木毛セメント板
１４ タッピンネジ
１５ ガルバリウム鋼板
１５ａ アスファルトルーフィング下地
１６ 五角形体
１７ 六角形体
１８ ドーム型建築物
１９ 二次シーリング
１９ａ 第１シーリング材
１９ｂ 第２シーリング材
２０ 断熱ボード

Claims (4)

1. 側面を突き合わせていきドームを形成していく構成材としての三角パネルであって、
   三角形の三辺を形成し構築された状態でドーム状に形成させるため、当該三角形の内側に向かって特定の角度で傾斜している外枠材と、
   当該外枠材に固着され、各々平行に設けた二つの補助材と、により形成される金属製の三角フレーム、
   を有することを特徴とする三角パネル。
2. 上記外枠材の各中点を結んだ線上に副枠材を配して、
   上記三角フレーム中に小三角形を形成する位置で、副枠材と三角フレームと固着すること、
   を特徴とする上記請求項１に記載のある三角パネル。
3. 上記請求項１又は２の三角パネルを用いて、
   上記三角パネルの頂点が同一球面上に位置し、各隣接する三角パネルの外枠材間を締結手段で連結して形成された、
   ことを特徴とするドーム。
4. 上記請求項１又は２に記載のある三角パネルを用いて基礎上にドームの構築方法であって、
   当該三角パネル同士を接合して連結させ、切頭２０面体を構成する五角形体または六角形体を形成する多面体を地組しておき、
   上記五角形体の５つを基礎上に連結し、当該五角形体に接する位置に上記六角形体を連結していき、頂点に五角形体を連結させる、
   ことでドームを構築する方法。