JP2018033358A - ハウス構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 覆部材をスムースに張ることができ、しかも強度も向上させたハウス構造を提供する。【解決手段】 アーチ部材であるアーチパイプ１０、１１によって１組のアーチ構造１２が構成されている。このようなアーチ構造１２が複数個並べられている。アーチパイプ１０、１１は、天頂部において最も近接し、地面に向けて徐々にその間隔が広くなるように構成されている。また、アーチパイプ１０、１１は、互いに交差しないように形成されている。したがって、アーチパイプ１０、１１の外側にビニルフィルムをスムースにかつ適切に張ることができる。【選択図】 図１

Description

この発明は、農業用パイプハウスなど組み立て式のハウス構造に関するものである。

図１７に、特許文献１に開示された従来のパイプハウスの構造を示す。パイプハウスの断面形状に沿って曲げられたアーチパイプＡが所定間隔で、配置されている。アーチパイプＡの端部は、地面Ｅに挿入されて固定されている。

アーチパイプＡの内側には、各アーチパイプＡを連結するように、横方向に直管Ｂ、Ｃ、Ｄが設けられている。アーチパイプＡと直管Ｂ、Ｃ、Ｄは、取付金具（図示せず）によって固定されている。アーチパイプＡの外側は、塩化ビニルフィルムやポリエチレンフィルム（ビニルフィルム）によって覆われる。

特許文献１に示すようなパイプハウスは、簡易な構造でありながら、農作物などのための比較的大型の温室を実現することができるという利点がある。しかし、その強度が十分でなく、積雪や暴風によって倒壊することがあった。

このような問題を解決するため、特許文献２や特許文献３に開示されるように、アーチパイプを交差させる構造としたものが提案されている。たとえば、特許文献２には、図１８に示すように、アーチパイプＡ１とＡ２を天頂部で交差させた構造が示されている。このようなトラス構造とすることにより、強度を向上させることができる。

特開２００２−２３８３６５ 特許４６４６３２２ 実開平７−７３７９

しかしながら、特許文献２、特許文献３のようなパイプハウスでは、アーチパイプが交差しているため段差が生じ、外側を覆うビニルフィルムをスムースに張ることができず、痛んだり破れたりするおそれがあった。

この発明は、上記のような問題点を解決して、覆部材をスムースに張ることができ、しかも強度も向上させたハウス構造を提供することを目的とする。

この発明の独立して適用可能ないくつかの特徴を列挙する。

(1)この発明に係るハウス構造体は、複数個並べて設けられ、両端部が地面に固定されるアーチ部材と、複数のアーチ部材を結合するための横結合部材と、アーチ部材の外側を覆うように設けられた被覆部材とを備えたハウス構造であって、前記アーチ部材は、互いに重なり合わないように、アーチ上部において隣接するアーチ部材と近接し、地面部分に向かって隣接するアーチ部材との間隔が徐々に広くなるように構成されていることを特徴としている。

したがって、アーチ部材の重なりがなく、被覆部材を適切に張ることが可能であるとともに、強度の向上したハウス構造体を得ることができる。

(2)この発明に係る骨組構造は、複数個並べて設けられ、両端部が地面に固定されるアーチ部材と、複数のアーチ部材を結合するための横結合部材と、を備えた骨組構造であって、前記アーチ部材は、互いに重なり合わないように、アーチ上部において隣接するアーチ部材と近接し、地面部分に向かって隣接するアーチ部材との間隔が徐々に広くなるように構成されていることを特徴としている。

したがって、アーチ部材の重なりがなく、被覆部材を適切に張ることが可能であるとともに、強度の向上した骨組構造を得ることができる。

(3)この発明に係る取付金具は、第１のパイプと第２のパイプを交差させて連結するための取付金具であって、第１のパイプの外周に沿わせるための中央部と、中央部に連続し、第１のパイプに交差した第２のパイプの外周に少なくとも半周以上沿わせるための両端部とを備えたことを特徴としている。

したがって、第１のパイプと第２のパイプが９０度以外の角度で交差している場合であっても、その角度によらず容易に連結することができる。

(4)この発明に係る取付金具は、第１のパイプと第２のパイプを交差させて連結するため、中央部と側面部とを有するＵ字状の取付金具であって、第１のパイプの外周に沿うように円弧状に形成された中央部と、第１のパイプに対して、第２のパイプが直交以外の角度にて交差するように、第２のパイプを貫通させるための穴が設けられた側面部とを備えたことを特徴としている。

したがって、第１のパイプと第２のパイプが９０度以外の角度で交差している場合であっても、容易に連結することができる。

(5)この発明に係る取付金具は、第１のパイプと第２のパイプを交差させて連結するための取付金具であって、第１のパイプの外周に沿うように円弧状に形成された少なくとも二カ所の第１の線状円弧部と、第１のパイプに対して、第２のパイプが直交以外の角度にて交差するように、第２のパイプの外周に沿うように円弧状に形成された少なくとも二カ所の第２の線状円弧部とを備えたことを特徴としている。

したがって、第１のパイプと第２のパイプが９０度以外の角度で交差している場合であっても、容易に連結することができる。

この発明の一実施形態によるハウス構造の斜視図である。 図２Ａはハウス構造の平面図、図２Ｂは正面図、図２Ｃは側面図である。 取付金具４０によって連結されたアーチパイプ１０と直管１８を示す図である。図３Ａは平面図、図３Ｂは正面図、図３Ｃは側面図である。 取付金具４０の詳細図である。図４Ａは正面図、図４Ｂは側面図である。 くさび４２の詳細図である。図５Ａは正面図、図５Ｂは側面図である。 取付金具５０によって連結されたアーチパイプ１０と直管２０を示す図である。図６Ａは平面図、図６Ｂは正面図、図６Ｃは側面図である。 取付金具５０の詳細図である。図７Ａは正面図、図７Ｂは側面図である。 取付金具６０の詳細図である。 取付金具６０によって連結されたアーチパイプ１０と直管１８を示す図である。図９Ａは平面図、図９Ｂは正面図、図９Ｃは側面図である。 取付金具６０によって連結されたアーチパイプ１０と直管１８の他の例を示す図である。図１０Ａは平面図、図１０Ｂは正面図、図１０Ｃは図１０Ａを横から見た図である。 取付金具７０の詳細図である。 取付金具７０によって連結されたアーチパイプ１０と直管１８を示す図である。 アーチパイプの構成例である。 従来のハウス構造の変形シミュレーションである。 本発明の一実施形態によるハウス構造の変形シミュレーションである。 シミュレーション結果である。 従来のハウス構造である。 従来のハウス構造である。

１．実施形態の説明
図１に、この発明の一実施形態によるパイプハウス構造を示す。アーチ部材であるアーチパイプ１０、１１によって１組のアーチ構造１２が構成されている。このようなアーチ構造１２が複数個並べられている。

図２に、アーチ構造１２の詳細を示す。図２Ａが平面図、図２Ｂが側面図、図２Ｃが正面図である。アーチパイプ１０、１１は、天頂部において最も近接し、地面に向けて徐々にその間隔が広くなるように構成されている。

図１に戻って、アーチパイプ１０、１１の両端は、地面に埋め込まれて固定される。なお、この実施形態では、地面に固定されたアーチパイプ１０、１１の間隔Ｔは、等間隔となるようにしている。

図１のように配置されたアーチ構造１２（アーチパイプ１０、１１）の内側には、横方向にこれらアーチ構造１２を連結するための横結合部材である直管１４、１６、１８、２０、２２が設けられている。このように、直管１４、１６、１８、２０、２２をアーチ構造１２の内側に設けているのは、アーチ構造１２の外側にビニルフィルム（図示せず）を張る際に、邪魔にならないようにするためである。

図２に、図１のパイプハウス構造の正面図、平面図、側面図を示す。図２Ａが平面図、図２Ｂが正面図、図２Ｃが側面図である。図２Ａの平面図、図２Ｂの正面図からわかるように、アーチパイプ１０、１１は、天頂部において実質的に当接し、地面に向けて徐々にその間隔が広くなるように構成されている。

また、天頂部において直管１８に連結され、天部３２、３４の中央付近において直管１６、２０に連結され、天部３２と足部３０の屈曲部、天部３４と足部３６の屈曲部において直管１４、２２に連結されている。なお、この実施形態では足部３６に直管１８を連結していないが、足部３６にも直管１８を連結するようにしてもよい。

この実施形態では、側面からみたときに、図２Ｃに示すように、足部３０が垂直に降ろされているが、これを外側に広げるように構成してもよい。

アーチパイプ１０、１１と、各直管１４、１６、１８、２０、２２は、取付金具によって連結されている。図３に、天頂部におけるアーチパイプ１０と直管１８の接続構造を示す。図３Ａが平面図、図３Ｂが正面図、図３Ｃが側面図である。

取付金具４０の詳細を、図４に示す。図４Ａが正面図、図４Ｂが側面図である。取付金具４０はＵ字状に形成され、円弧部分４０Ｂは、アーチパイプ１０の外径に沿うような内径を有している。したがって、図３Ｂに示すように、この円弧部分４０Ｂにアーチパイプ１０を当接させてしっかりと保持することができる。

図４Ａに示すように、取付金具４０の中央部分には、切欠４０Ａが設けられている。切欠４０Ａには、直管１８の外径に沿うような円弧が形成されている。この円弧の先端部と、Ｕ字状の円弧部分４０Ｂの内側との距離Ｌは、アーチパイプ１０の外径よりも僅かに小さく形成されている。したがって、図３Ｃに示すように、アーチパイプ１０をＵ字状の円弧部分４０Ｂに沿わせ、その下に直交させて直管１８を切欠４０Ａから入れて、当接させることができる。

図３Ｂ、図３Ｃに示すように、アーチパイプ１０、直管１８の下に、くさび４２が挿入されている。くさび４２の詳細を、図５に示す。図５Ａが正面図、図５Ｂが側面図である。図５Ｂに示すように、両端部が曲げられてコ字状に形成され、足部４２Ａが設けられている。また、図５Ａに示すように、右端部から左端部に向けて、徐々にその高さが高くなっている。

図４Ｂに示すように、取付金具４０の両端部には、折返し４０Ｃが設けられている。図３Ｂに示すように、この折返し４０Ｃに、くさび４２の足部４２Ａを挿入して固定する。この際、くさび４２は、薄い方から挿入して、厚い方まで押し込むことで、アーチパイプ１０と直管１８をしっかりと固定することができる。アーチパイプ１１と直管１８の連結部分も、上記と同様である。

図６に、アーチパイプ１０と直管パイプ２０の連結構造を示す。図においては、わかりやすくするために、直管パイプ２０につき灰色を施している。アーチパイプ１０と直管パイプ２０は、取付金具５０によって連結されている。図６Ａが平面図、図６Ｂが正面図、図６Ｃが側面図である。

図７に、取付金具５０の詳細を示す。取付金具５０はＵ字状に形成され、円弧部分５０Ｂは、アーチパイプ１０の外径に沿うような内径を有している。したがって、図６Ａ、図６Ｃに示すように、この円弧部分５０Ｂにアーチパイプ１０を当接させてしっかりと保持することができる。

図７Ａに示すように、取付金具５０の中央部分には、切欠５０Ａが設けられている。この切欠５０Ａは、手前側と奥側でずれている。これにより、図６Ｂに示すように、直管パイプ２０を、取付金具５０（アーチパイプ１０）に対して角度をつけて連結することができる。

切欠５０Ａには、直管２０の外径に沿うような円弧が形成されている。この円弧の先端部と、Ｕ字状の円弧部分５０Ｂの内側との距離Ｌは、アーチパイプ１０の外径よりも僅かに小さく形成されている。したがって、図６Ｃに示すように、アーチパイプ１０をＵ字状の円弧部分５０Ｂに沿わせ、その下に斜めにした直管２０を切欠き５０Ａから入れて、当接させることができる。

図６Ａ、図６Ｃに示すように、アーチパイプ１０、直管２０の下に、くさび４２が挿入されている。図７Ｂに示すように、取付金具５０の両端部には、折返し５０Ｃが設けられている。図６Ａに示すように、この折返し５０Ｃに、くさび４２の足部４２Ａを挿入して固定する。この際、くさび４２は、薄い方から挿入して、厚い方まで押し込むことで、アーチパイプ１０と直管２０をしっかりと固定することができる。

上記では、アーチパイプ１０と直管パイプ２０との連結部分について説明したが、直管パイプ１４、１６、２２との連結部分についても同様である。また、アーチパイプ１１も、同様にして、直管パイプ１４、１６、２０、２２と連結される。

このようにして組み立てられた骨組構造の外側に、ビニルフィルムを張り、端部を固定する。

２．他の実施形態
(1)上記実施形態では、図４、図７に示すような取付金具４０、５０を用いて連結するようにしている。しかし、図８に示すような、線材によって構成した取付金具６０を用いてもよい。取付金具６０の中央部分は、パイプの外径に沿う線状円弧部６０ａとなっている。また、これと直交するようにパイプの外径に沿う線状円弧部６０ｂが設けられている。先端部には、線状円弧部６０ａと並行に線状円弧部６０ｃが設けられている。線状円弧部６０ｃの先端は、引掛部６０ｄとなっており、リング状６０ｅに挿入して固定できるようになっている。

この取付金具６０によって、アーチパイプ１０と直管１８を連結させた状態を、図９に示す。図９Ａが平面図、図９Ｂが正面図、図９Ｃが側面図である。図９Ｂに示すように、線状円弧部６０ｂによってアーチパイプ１０が保持される。また、図９Ｃに示すように、線状円弧部６０ａ、６０ｃによって、直管パイプ１８が保持される。図９Ａに示すように、リング６０ｅに引掛部６０ｄを挿入して、固定するようにしている。

なお、アーチパイプ１０と直管２０の連結部のように、両者が直角に交わらない場合には、図８の線状円弧部６０ａ、６０ｃを結ぶ直線と、線状円弧部６０ｂと６０ｂを結ぶ直線が、所定の角度になるように構成すればよい。他の直管１４、１６、２２との連結部についても同様である。

また、図１０に示すように連結してもよい。図１０Ａが平面図、図１０Ｂが正面図、図１０Ｃが図１０Ａを横から見た図である。図１０に示す構造によれば、引掛部６０ｄの先端によって、ビニルフィルムが破れることを防止することができる。

さらに、同一箇所に対し、図９に示す取付金具と、図１０に示す取付金具の双方を用いるようにしてもよい。これにより、連結強度を向上させることができる。

上記のような取付金具に代えて、図１１に示すような板状の取付金具７０によって連結するようにしてもよい。この取付金具７０は、中央部７０ａが細く、両端部７０ｂが太く形成されている。両端部７０ｂの幅Ｍは、パイプの半周以上を覆うことのできる長さであることが好ましい。

取付金具７０によって、アーチパイプ１０と直管１８を連結した状態を、図１２に示す。中央部７０ａをアーチパイプ１０に沿って曲げ、両端部７０ｂを直管１８に沿って曲げることで、両者を連結している。

なお、この実施形態では、パイプに沿って板材７０を曲げるようにしている。したがって、アーチパイプ１０と直管１４、１６、２０、２２のように、直角以外の角度で交わる場合であっても、容易に連結をすることができる。

(2)上記実施形態では、農業用のパイプハウスについて説明したが、工業用などその他のパイプハウスについても適用することができる。また、骨組みとしてパイプを用いない構造についても適用可能である。

(3)上記実施形態では、直管を５本設けている。しかし、４本以下、６本以上としてもよい。また、直管を斜めに配置してもよい。

(4)上記実施形態では、覆部材としてビニルフィルムを用いている。しかし、用途に応じて、布など他の覆部材を用いてもよい。

本発明の効果を確認するため、従来のパイプハウス構造との比較を行った。従来のパイプハウスのアーチパイプを図１３に示す。このアーチパイプを５００ｍｍ間隔で２０個並べ、直管パイプ５本で連結した構造とした。図１４に、その立体構造を示す。パイプの材質は、亜鉛メッキスチール（ヤング率２１００００ＭＰａ、ポアソン比０．２８）とし、パイプの外径φ２２．２ｍｍ、厚み１．２ｍｍとした。

本発明の実施形態によるパイプハウス構造を、図１５に示す。アーチパイプ２本を１組として、地面埋め込み部の間隔を５００ｍｍとした。これを５００ｍｍ間隔で１０組並べ、直管パイプ５本で連結した構造とした。パイプの材質は従来と同じものとした。

使用する部材数は、図１４の従来のパイプハウス構造と同じであるため、材料コストは同等となり、直管パイプとの連結部数も同じとなるため、施工性も同等であると考えられる。

上記構造について、シミュレーションにより強度を解析した。解析には、Solid Works Standard 2015（ダッソー・システムズ・ソリッドワークス社）を用いた。解析モデルは、外径φ２２．２ｍｍ、厚み１．２ｍｍの円管断面を持つ梁要素を用いて要素分析を行った。

加重条件は、風荷重がパイプハウスの一部に局所的に作用すると想定して、図１４、図１５に示すように、３方向にそれぞれトータルで１８００Ｎとなるように、風荷重が作用する領域にある節点に均等に設定した。さらに、自重を考慮して、重力加速度９．８１ｍ／ｓおよび材料密度７．７０ｇ／ｃｍ³を設定した。拘束条件は、地面埋め込み部に相当する節点の３方向変位をゼロとした。

従来構造の変形図に曲げ応力分布を示したものを図１６(a)(b)(c)に、本発明構造の変形図に曲げ応力分布を示したものを図１６(d)(e)(f)に示す。変形表示は等倍で表示した。

最大応力に着目すると、従来構造では４６２ＭＰａ、本発明構造では４１７ＭＰａであり、本発明構造を採用することで９．７％低減することがわかった。

変形状態に着目すると、従来構造では、図１６(a)(b)からわかるように、荷重が作用している領域のアーチパイプはX軸方向に大きく変形しているが、荷重が作用していない領域のアーチパイプはほとんど変形していない。

一方で、本発明構造では、図１６(d)(e)からわかるように、荷重が作用しているアーチパイプのＸ軸方向の変形量の方が、荷重が作用していないアーチパイプのＸ軸方向の変形量よりも小さいものの、全てのアーチパイプが変形しており、加重を全体で分担できていると考えられる。

さらに、図１６(c)(f)を比較すると、Ｚ軸方向の変形は、従来構造では全体的に変形量が大きいが、本発明構造ではほとんど変形していないことがわかる。

以上より、本発明構造のパイプハウスは、従来構造と比較して応力も変形も抑制されることから、三次元構造全体の剛性が高くなっており、台風や積雪による倒壊対策として有効な構造である。

Claims (5)

1. 複数個並べて設けられ、両端部が地面に固定されるアーチ部材と、
   複数のアーチ部材を結合するための横結合部材と、
   アーチ部材の外側を覆うように設けられた被覆部材と、
   を備えたハウス構造であって、
   前記アーチ部材は、互いに重なり合わないように、アーチ上部において隣接するアーチ部材と近接し、地面部分に向かって隣接するアーチ部材との間隔が徐々に広くなるように構成されていることを特徴とするハウス構造体。
2. 複数個並べて設けられ、両端部が地面に固定されるアーチ部材と、
   複数のアーチ部材を結合するための横結合部材と、
   を備えた骨組構造であって、
   前記アーチ部材は、互いに重なり合わないように、アーチ上部において隣接するアーチ部材と近接し、地面部分に向かって隣接するアーチ部材との間隔が徐々に広くなるように構成されていることを特徴とする骨組構造。
3. 第１のパイプと第２のパイプを交差させて連結するための取付金具であって、
   第１のパイプの外周に沿わせるための中央部と、
   中央部に連続し、第１のパイプに交差した第２のパイプの外周に少なくとも半周以上沿わせるための両端部と、
   を備えた取付金具。
4. 第１のパイプと第２のパイプを交差させて連結するため、中央部と側面部とを有するＵ字状の取付金具であって、
   第１のパイプの外周に沿うように円弧状に形成された中央部と、
   第１のパイプに対して、第２のパイプが直交以外の角度にて交差するように、第２のパイプを貫通させるための穴が設けられた側面部と、
   を備えた取付金具。
5. 第１のパイプと第２のパイプを交差させて連結するための取付金具であって、
   第１のパイプの外周に沿うように円弧状に形成された少なくとも二カ所の第１の線状円弧部と、
   第１のパイプに対して、第２のパイプが直交以外の角度にて交差するように、第２のパイプの外周に沿うように円弧状に形成された少なくとも二カ所の第２の線状円弧部と、
   を備えた取付金具。
   
   
   

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