JP2020094400A

JP2020094400A - 屋根架構の設計方法および屋根架構

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Publication number: JP2020094400A
Application number: JP2018232790A
Authority: JP
Inventors: 宏樹玉井; Hiroki Tamai
Original assignee: Nikken Sekkei Ltd
Current assignee: Nikken Sekkei Ltd
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-12-12
Also published as: JP6936780B2

Abstract

【課題】簡易に設計できる屋根架構の設計方法および屋根架構を提供すること。【解決手段】屋根架構の設計方法は、正多角形を設定する工程と、正多角形をその各辺に分割する工程と、分割した各辺を独立して平行移動させる工程と、平行移動した各辺またはその延長線が互いに交わる点を頂点とする第１多角形を設定する工程と、第１多角形と同心かつ対応する頂点の内角が第１多角形と等しい第２多角形を設定する工程と、第１多角形および第２多角形のうちの外側の多角形をコンプレッションリングの位置に設定し、第１多角形および第２多角形のうちの内側の多角形をテンションリングの位置に設定し、第１多角形の頂点と第２多角形の頂点とを結ぶ直線を接続ケーブルの位置に設定する工程ととを備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、屋根架構の設計方法および屋根架構に関する。

従来、スタジアムやアリーナ等の建築物の屋根架構として、外側のコンプレッションリングと、内側のテンションリングとを、接続ケーブル（放射状ケーブル）で接続したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１０９７７０号公報

特許文献１に記載されたような従来の屋根架構の設計は、屋根架構の幾何形状や、屋根架構に作用するプレストレスおよび静荷重が、未知の状態で行われている。この場合、屋根架構の力の平衡を保つためには、高度な非線形解析を行わなければならず、設計が複雑になってしまう。

本発明の目的は、簡易に設計できる屋根架構の設計方法および屋根架構を提供することにある。

本発明の屋根架構の設計方法は、コンプレッションリングと、前記コンプレッションリングの内側に配置されるテンションリングとが接続ケーブルで接続される屋根架構の設計方法であって、正多角形を設定する工程と、前記正多角形をその各辺に分割する工程と、分割した各辺を独立して平行移動させる工程と、平行移動した各辺またはその延長線が互いに交わる点を頂点とする第１多角形を設定する工程と、前記第１多角形と同心かつ対応する頂点の内角が前記第１多角形と等しい第２多角形を設定する工程と、前記第１多角形および前記第２多角形のうちの外側の多角形を前記コンプレッションリングの位置に設定し、前記第１多角形および前記第２多角形のうちの内側の多角形を前記テンションリングの位置に設定し、前記第１多角形の頂点と前記第２多角形の頂点とを結ぶ直線を前記接続ケーブルの位置に設定する工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、正多角形の各辺を独立して平行移動させて第１多角形を設定した後、第１多角形と同心かつ対応する頂点の内角が第１多角形と等しい第２多角形を設定する。そして、第１多角形および第２多角形のうちの外側の多角形をコンプレッションリングの位置に設定し、第１多角形および第２多角形のうちの内側の多角形をテンションリングの位置に設定し、第１多角形の頂点と第２多角形の頂点とを結ぶ直線を接続ケーブルの位置に設定する。この場合、コンプレッションリングと接続ケーブルとが互いの接続位置において平面視で成す角度は、各接続位置で同一とされ、テンションリングと接続ケーブルとが互いの接続位置において平面視で成す角度は、各接続位置で同一とされる。この場合、コンプレッションリングの圧縮力やテンションリングの張力が接続位置の両側で等しければ、接続位置におけるコンプレッションリングの圧縮力の合力の方向や、接続位置におけるテンションリングの張力の合力の方向は、平面視における接続ケーブルの延設方向に一致する。このため、コンプレッションリングの圧縮力の大きさと、テンションリングの張力の大きさとを等しくすれば、一意の接続ケーブルの張力によって、各接続位置で力の釣り合いが生じる。したがって、屋根架構の形状のみをプレストレスや静荷重から分離して設計することができるので、屋根架構を簡易に設計することができる。

本発明の屋根架構の設計方法では、前記正多角形の前記各辺を前記屋根架構の内縁または外縁の予定形状に交わるように平行移動させることが好ましい。

本発明によれば、正多角形の各辺を屋根架構の内縁または外縁の予定形状に交わるように平行移動させることにより、第１多角形を屋根架構の予定形状に合わせて設定することができるので、屋根架構を予定形状に合わせて簡易に設計することができる。

本発明の屋根架構の設計方法は、コンプレッションリングと、前記コンプレッションリングの内側に配置されるテンションリングとが接続ケーブルで接続される屋根架構の設計方法であって、正多角形を設定する工程と、前記正多角形の中心と頂点とを結ぶ線で前記正多角形を複数の二等辺三角形に分割する工程と、前記複数の二等辺三角形を隣接させたままその等辺に沿ってスライドさせる工程と、各二等辺三角形においてその底辺と平行な第１直線を前記複数の二等辺三角形で連続させて第１多角形を設定する工程と、各二等辺三角形の前記第１直線と平行な第２直線を前記複数の二等辺三角形で連続させて第２多角形を設定する工程と、前記第１多角形および前記第２多角形のうちの外側の多角形を前記コンプレッションリングの位置に設定し、前記第１多角形および前記第２多角形のうちの内側の多角形を前記テンションリングの位置に設定し、前記第１多角形の頂点と前記第２多角形の頂点とを結ぶ直線を前記接続ケーブルの位置に設定する工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、正多角形を分割した複数の二等辺三角形を隣接させたままその等辺に沿ってスライドさせて第１多角形を設定した後、各二等辺三角形の底辺と平行な第２直線を複数の二等辺三角形で連続させ、第１多角形と同心かつ対応する頂点の内角が第１多角形と等しい第２多角形を設定する。そして、第１多角形および第２多角形のうちの外側の多角形をコンプレッションリングの位置に設定し、第１多角形および第２多角形のうちの内側の多角形をテンションリングの位置に設定し、第１多角形の頂点と第２多角形の頂点とを結ぶ直線を接続ケーブルの位置に設定する。この場合、コンプレッションリングと接続ケーブルとが互いの接続位置において平面視で成す角度は、各接続位置で同一とされ、テンションリングと接続ケーブルとが互いの接続位置において平面視で成す角度は、各接続位置で同一とされる。この場合、コンプレッションリングの圧縮力やテンションリングの張力が接続位置の両側で等しければ、接続位置におけるコンプレッションリングの圧縮力の合力の方向や、接続位置におけるテンションリングの張力の合力の方向は、平面視における接続ケーブルの延設方向に一致する。このため、コンプレッションリングの圧縮力の大きさと、テンションリングの張力の大きさとを等しくすれば、一意の接続ケーブルの張力によって、各接続位置で力の釣り合いが生じる。したがって、屋根架構の形状のみをプレストレスや静荷重から分離して設計することができるので、屋根架構を簡易に設計することができる。

本発明の屋根架構の設計方法は、各二等辺三角形の前記第１直線が前記屋根架構の内縁または外縁の予定形状に交わるように前記複数の二等辺三角形をその等辺に沿ってスライドさせることが好ましい。

本発明によれば、正多角形を分割した複数の二等辺三角形を、各二等辺三角形の底辺と平行な第１直線が屋根架構の内縁または外縁の予定形状に交わるようにスライドさせることにより、第１多角形を屋根架構の予定形状に合わせることができるので、屋根架構を予定形状に合わせて簡易に設計することができる。

本発明の屋根架構は、コンプレッションリングと、前記コンプレッションリングの内側に配置されるテンションリングと、前記コンプレッションリングと前記テンションリングとを接続する接続ケーブルとを備え、前記コンプレッションリングおよび前記テンションリングは、前記接続ケーブルで区画された領域の長さが各区画で異なり、前記コンプレッションリングと前記接続ケーブルとが互いの接続位置において平面視で成す角度は、各接続位置で同一とされ、前記テンションリングと前記接続ケーブルとが互いの接続位置で成す角度は、各接続位置で同一とされていることを特徴とする。

本発明によれば、コンプレッションリングと接続ケーブルとが互いの接続位置において平面視で成す角度は、各接続位置で同一とされ、テンションリングと接続ケーブルとが互いの接続位置において平面視で成す角度は、各接続位置で同一とされる。これにより、接続位置におけるコンプレッションリングの圧縮力の合力の方向や、接続位置におけるテンションリングの張力の合力の方向は、平面視における接続ケーブルの延設方向に一致する。このため、コンプレッションリングの圧縮力の大きさと、テンションリングの張力の大きさとを等しくすれば、一意の接続ケーブルの張力によって、各接続位置で力の釣り合いが生じる。したがって、屋根架構の形状のみをプレストレスや静荷重から分離して設計することができるので、屋根架構を簡易に設計することができる。

本発明の一実施形態に係る建築物の側面図。図１の建築物の屋根架構の平面図。図１の建築物の屋根架構の斜視図。屋根架構の第１の設計方法の工程を示すフローチャート。第１の設計方法を説明するための図。第１の設計方法を説明するための図。第１の設計方法を説明するための図。第１の設計方法を説明するための図。第１の設計方法を説明するための図。第１の設計方法を説明するための図。屋根架構の第２の設計方法の工程を示すフローチャート。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。第２の設計方法を説明するための図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、建築物としてのスタジアム１０は、観客席２０、支柱３０、および屋根４０を備えている。
支柱３０は、観客席２０を囲むように複数配置され、屋根４０を支持する。
屋根４０は、中央部が開口した形状とされている。屋根４０は、屋根材５０および屋根架構６０を備えている。
屋根材５０は、樹脂や繊維等で形成された膜材であり、屋根架構６０に支持される。

図２および図３に示すように、屋根架構６０は、いわゆるスポークホイール構造を利用した放射型ケーブル屋根構造を有している。屋根架構６０は、コンプレッションリング６１、一対のテンションリング６２、接続ケーブル６３、およびストラット６４を備えている。

コンプレッションリング６１は、複数の鋼管を環状に接続して構成されている。本実施形態では、コンプレッションリング６１は、複数の直線状の鋼管が接続され、平面視において多角形状とされている。

テンションリング６２は、ケーブルで構成され、コンプレッションリング６１の内側に上下に並んで配置されている。

接続ケーブル６３は、コンプレッションリング６１とテンションリング６２との間に放射状に配置され、コンプレッションリング６１とテンションリング６２とを接続する。接続ケーブル６３の一端は、接続位置Ｐ１でコンプレッションリング６１に接続され、接続ケーブル６３の他端は、接続位置Ｐ２１、Ｐ２２でテンションリング６２に接続されている。

ストラット６４は、鋼管で構成され、その両端で上下のテンションリング６２を接続する。ストラット６４の一端は、上方の接続位置Ｐ２１で上方のテンションリング６２に接続され、ストラット６４の他端は、下方の接続位置Ｐ２２で下方のテンションリング６２に接続されている。すなわち、接続位置Ｐ１には、コンプレッションリング６１および接続ケーブル６３が接続され、接続位置Ｐ２１、Ｐ２２には、テンションリング６２、接続ケーブル６３、およびストラット６４が接続されている。

以上の屋根架構６０では、テンションリング６２または接続ケーブル６３にプレストレスを付与することで、コンプレッションリング６１に圧縮力Ｆ１が、上下のテンションリング６２に張力Ｆ２１、Ｆ２２が、上下の接続ケーブル６３に張力Ｔ３１、Ｔ３２が、それぞれ作用する。なお、圧縮力Ｆ１や張力Ｆ２１、Ｆ２２は、それぞれ接続位置Ｐ２１、Ｐ２２の両側で等しくなっている。

ここで、図２に示すように、コンプレッションリング６１と接続ケーブル６３とが互いの接続位置Ｐ１において平面視で成す角度θ１は、各接続位置Ｐ１で同一とされている。また、上下のテンションリング６２と接続ケーブル６３とが互いの接続位置Ｐ２１、Ｐ２２において平面視で成す角度θ２は、各接続位置Ｐ２１、Ｐ２２で同一とされている。これにより、図３に示すように、接続位置Ｐ１におけるコンプレッションリング６１の圧縮力Ｆ１の合力Ｔ１の方向は、平面視における接続ケーブル６３の延設方向に一致する。また、接続位置Ｐ２１における上方のテンションリング６２の張力Ｆ２１の合力Ｔ２１の方向や、接続位置Ｐ２２における下方のテンションリング６２の張力Ｆ２２の合力Ｔ２２の方向も、平面視における接続ケーブル６３の延設方向に一致する。このため、コンプレッションリング６１の圧縮力Ｆ１の大きさと、上下のテンションリング６２の張力Ｆ２１、Ｆ２２の和の大きさとを等しくすれば、一意の接続ケーブル６３の張力Ｔ３１、Ｔ３２によって、各接続位置Ｐ１、Ｐ２１、Ｐ２２で力の釣り合いが生じ、屋根架構６０の力の平衡が保たれる。

この場合、接続位置Ｐ１におけるコンプレッションリング６１の圧縮力Ｆ１の合力Ｔ１は、上方の接続ケーブル６３の張力Ｔ３１の水平成分と、下方の接続ケーブル６３の張力Ｔ３２の水平成分との和に等しい。また、上方の接続ケーブル６３の張力Ｔ３１の水平成分は、接続位置Ｐ２１における上方のテンションリング６２の張力Ｆ２１の合力Ｔ２１に等しく、下方の接続ケーブル６３の張力Ｔ３２の水平成分は、接続位置Ｐ２２における下方のテンションリング６２の張力Ｆ２２の合力Ｔ２２に等しい。このため、コンプレッションリング６１の圧縮力Ｆ１の合力Ｔ１が、上方のテンションリング６２の張力Ｆ２１の合力Ｔ２１と、下方のテンションリング６２の張力Ｆ２２の合力Ｔ２２との和に釣り合う。

以下、屋根架構６０の設計方法について説明する。
最初に、図４から図１０に基づいて、第１の設計方法を説明する。なお、第１の設計方法は、屋根架構６０の予定形状が決まっている場合と、予定形状が決まっておらず任意の形状を自由に設計する場合とに適用できるが、ここでは、屋根架構６０の外縁の予定形状Ｍ（図５参照）が決まっている場合について説明する。

図４に示す屋根架構６０の設計手順の最初のステップとして、図５に示すように、正多角形Ｇを設定する（ステップＳＴ１１）。この際、正多角形Ｇを屋根架構６０の予定形状Ｍに近くなるように設定することが好ましい。また、図５では、予定形状Ｍの内側に正多角形Ｇを設定しているが、予定形状Ｍを外側で囲むように正多角形Ｇを設定してもよい。

次に、図６に示すように、正多角形Ｇの各辺Ｇ１を屋根架構６０の予定形状Ｍに交わるように独立して平行移動させる（ステップＳＴ１２）。この際、できるだけ各辺Ｇ１を予定形状Ｍに外接させる。そして、各辺Ｇ１が交差していない場合は、各辺Ｇ１を互いに交差するまで延長し、各辺Ｇ１が交差している場合は、その交点よりも外側の部分を削除することにより、図７に示すように、予定形状Ｍに近似した第１多角形Ｃ１を設定する（ステップＳＴ１３）。

その後、第１多角形Ｃ１の内側に、第１多角形Ｃ１と同心かつ対応する頂点の内角が第１多角形Ｃ１と等しい第２多角形Ｃ２を設定する（ステップＳＴ１４）。この際、例えば、図８に示すように、第１多角形Ｃ１の形状を残したまま、各辺Ｃ１１を内側に同じ距離だけ平行移動させた後、図９に示すように、各辺Ｃ１１における交点よりも外側の部分を削除することにより、第２多角形Ｃ２を設定する。また、図７に示す状態から、図８に示す工程を経ずに、図９に示す第２多角形Ｃ２を直接設定してもよい。

その後、図１０に示すように、第１多角形Ｃ１の頂点と、第２多角形Ｃ２の頂点とを直線Ｌで接続する（ステップＳＴ１５）。その結果得られた図１０に示す形状を屋根架構６０の平面形状として採用し、当該形状に従って、コンプレッションリング６１、テンションリング６２、および接続ケーブル６３の位置を設定する（ステップＳＴ１６）。すなわち、第１多角形Ｃ１、第２多角形Ｃ２、および第１多角形Ｃ１と第２多角形Ｃ２とを結ぶ直線Ｌを、コンプレッションリング６１、テンションリング６２、および接続ケーブル６３の位置に設定する。また、テンションリング６２と接続ケーブル６３との接続位置Ｐ２１、Ｐ２２を、ストラット６４の位置に設定する。

ここで、図１０に示す形状は、第１多角形Ｃ１および第２多角形Ｃ２が非正多角形を構成しており、コンプレッションリング６１およびテンションリング６２は、接続ケーブル６３で区画された領域の長さが各区画で異なっている。

以上のような第１の設計方法によれば、屋根架構６０を任意の予定形状Ｍに合わせて簡易に設計することができる。
また、第１の設計方法は、屋根架構６０の予定形状Ｍが決まっていない場合にも適用でき、ステップＳＴ１３で正多角形Ｇの各辺Ｇ１を任意に平行移動させれば、任意の形状の屋根架構６０を簡易に設計することができる。

次に、図１１から図２３に基づいて、屋根架構６０の第２の設計方法を説明する。
先ず、図１１から図１８に基づいて、屋根架構６０の予定形状Ｍが決まっていないときに、第２の設計方法を適用する場合について説明する。

図１１に示す屋根架構６０の設計手順の最初のステップとして、図１２に示すように、任意の正多角形Ｇを設定する（ステップＳＴ２１）。そして、図１３に示すように、正多角形Ｇの中心と頂点とを結ぶ線で正多角形Ｇを複数の均等な二等辺三角形Ｓに分割する（ステップＳＴ２２）。なお、後述する理由により、ステップＳＴ２１およびステップＳＴ２２では、偶数個の頂点を有する正多角形Ｇを設定し、当該正多角形Ｇを偶数個の二等辺三角形Ｓに分割することが好ましい。

次に、図１４に示すように、複数の二等辺三角形Ｓを隣接させたままその等辺Ｓ１に沿ってスライドさせる（ステップＳＴ２３）。ここで、偶数個の二等辺三角形Ｓに分割した場合、半数の二等辺三角形Ｓと、残り半数の二等辺三角形Ｓとの境界が直線Ｄになるように、つまり、元の正多角形Ｇの中心を通る直線Ｄを維持したまま、各二等辺三角形Ｓをスライドさせることが好ましい。次いで、図１５に示すように、任意の二等辺三角形Ｓの等辺Ｓ１上の１点から、各二等辺三角形Ｓの底辺Ｓ２と平行な第１直線Ｓ３を複数の二等辺三角形Ｓで連続させ、第１多角形Ｃ１を設定する（ステップＳＴ２４）。

図１５に示すように、第１多角形Ｃ１の始点と終点とが一致しない場合（ステップＳＴ２５）、各二等辺三角形Ｓの位置を調整し、図１６に示すように、始点と終点とを一致させる（ステップＳＴ２６）。なお、ステップＳＴ２２で偶数個の二等辺三角形Ｓに分割し、ステップＳＴ２３で半数の二等辺三角形Ｓと、残り半数の二等辺三角形Ｓとの境界が直線Ｄになるように各二等辺三角形Ｓをスライドさせると、第１多角形Ｃ１の始点と終点とを一致させやすくなる。そして、図１７に示すように、第１多角形Ｃ１の内側に等間隔離れた位置に、各二等辺三角形Ｓの第１直線Ｓ３と平行な第２直線Ｓ４を複数の二等辺三角形Ｓで連続させ、第１多角形Ｃ１と同心の第２多角形Ｃ２を設定する（ステップＳＴ２７）。

その後、図１８に示すように、各二等辺三角形Ｓにおける第１多角形Ｃ１よりも外側の部分と、第２多角形Ｃ２よりも内側の部分とを削除する（ステップＳＴ２８）。その結果得られた図１８に示す形状を屋根架構６０の平面形状として採用し、第１多角形Ｃ１、第２多角形Ｃ２、および第１多角形Ｃ１と第２多角形Ｃ２とを結ぶ直線Ｌを、コンプレッションリング６１、テンションリング６２、および接続ケーブル６３の位置に設定する（ステップＳＴ２９）。また、テンションリング６２と接続ケーブル６３との接続位置Ｐ２１、Ｐ２２を、ストラット６４の位置に設定する。

図１８に示す形状は、第１多角形Ｃ１および第２多角形Ｃ２が非正多角形を構成しているおり、コンプレッションリング６１およびテンションリング６２は、接続ケーブル６３で区画された領域の長さが各区画で異なっている。また、前述した直線Ｄに対して、非線対称になっている。

以上の方法によれば、任意の形状の屋根架構６０を自由に設計することができる。

続いて、図１１および図１９から図２３に基づいて、屋根架構６０の予定形状Ｍが決まっているときに、第２の設計方法を適用する場合について説明する。

先ず、図１１のステップＳＴ２１およびステップＳＴ２２を実施する。この際、図１９に示すように、屋根架構６０の予定形状Ｍを外側で囲むように正多角形Ｇを設定し（ステップＳＴ２１）、図２０に示すように、正多角形Ｇを複数の二等辺三角形Ｓに分割する（ステップＳＴ２２）。なお、正多角形Ｇは、屋根架構６０の予定形状Ｍになるべく近くなるように設定することが好ましい。

次に、図１１のステップＳＴ２３からステップＳＴ２６を実施する。この際、図２１に示すように、各二等辺三角形Ｓの底辺Ｓ２と平行な第１直線Ｓ３が予定形状Ｍと交わるように、各二等辺三角形Ｓをスライドさせ、互いの位置を調整する。この位置調整にあたっては、図２１に示すように、各二等辺三角形Ｓの第１直線Ｓ３が、できるだけ予定形状Ｍに外接するようにする。

次いで、図１１のステップＳＴ２７からステップＳＴ２９を実施する。すなわち、図２２に示すように、第１多角形Ｃ１の内側に、第１多角形Ｃ１と同心かつ対応する頂点の内角が第１多角形Ｃ１と等しい第２多角形Ｃ２を設定した後（ステップＳＴ２７）、図２３に示すように、各二等辺三角形Ｓにおける第１多角形Ｃ１よりも外側の部分と、第２多角形Ｃ２よりも内側の部分とを削除する（ステップＳＴ２８）。その結果得られた図２３に示す形状を屋根架構６０の平面形状として採用し、第１多角形Ｃ１、第２多角形Ｃ２、および第１多角形Ｃ１と第２多角形Ｃ２とを結ぶ直線Ｌを、コンプレッションリング６１、テンションリング６２、および接続ケーブル６３の位置に設定する（ステップＳＴ２９）。また、テンションリング６２と接続ケーブル６３との接続位置Ｐ２１、Ｐ２２を、ストラット６４の位置に設定する。

図２３に示す形状は、第１多角形Ｃ１および第２多角形Ｃ２が非正多角形を構成しており、コンプレッションリング６１およびテンションリング６２は、接続ケーブル６３で区画された領域の長さが各区画で異なっている。また、前述した直線Ｄに対して、線対称になっている。

以上の方法によれば、屋根架構６０を予定形状Ｍに合わせて簡易に設計することができる。

以上のような実施形態によれば、正多角形Ｇの各辺Ｇ１を独立して平行移動させたり、正多角形Ｇを分割した複数の二等辺三角形Ｓを隣接させたままその等辺Ｓ１に沿ってスライドさせたりして第１多角形Ｃ１を設定した後、第１多角形Ｃ１と同心かつ対応する頂点の内角が第１多角形Ｃ１と等しい第２多角形Ｃ２を設定する。そして、第１多角形Ｃ１および第２多角形Ｃ２のうちの外側の多角形をコンプレッションリング６１の位置に設定し、第１多角形Ｃ１および第２多角形Ｃ２のうちの内側の多角形をテンションリング６２の位置に設定し、第１多角形Ｃ１の頂点と第２多角形Ｃ２の頂点とを結ぶ直線Ｌを接続ケーブル６３の位置に設定する。この場合、コンプレッションリング６１と接続ケーブル６３とが互いの接続位置Ｐ１において平面視で成す角度θ１は、各接続位置Ｐ１で同一とされ、テンションリング６２と接続ケーブル６３とが互いの接続位置Ｐ２１、Ｐ２２において平面視で成す角度θ２は、各接続位置Ｐ２１、Ｐ２２で同一とされる。この場合、コンプレッションリング６１の圧縮力Ｆ１やテンションリング６２の張力Ｆ２１、Ｆ２２が接続位置Ｐ２１、Ｐ２２の両側で等しければ、接続位置Ｐ１におけるコンプレッションリング６１の圧縮力Ｆ１の合力Ｔ１の方向や、接続位置Ｐ２１、Ｐ２２におけるテンションリング６２の張力Ｆ２１、Ｆ２２の合力Ｔ２１、Ｔ２２の方向は、平面視における接続ケーブル６３の延設方向に一致する。このため、コンプレッションリング６１の圧縮力Ｆ１の大きさと、上下のテンションリング６２の張力Ｆ２１、Ｆ２２の和の大きさとを等しくすれば、一意の接続ケーブル６３の張力Ｔ３１、Ｔ３２によって、各接続位置Ｐ１、Ｐ２１、Ｐ２２で力の釣り合いが生じる。このため、屋根架構６０の形状のみをプレストレスや静荷重から分離して設計することができるので、屋根架構６０を簡易に設計することができる。

また、正多角形Ｇの各辺Ｇ１を屋根架構６０の予定形状Ｍに交わるように独立して平行移動させたり、正多角形Ｇを分割した複数の二等辺三角形Ｓを、各二等辺三角形Ｓの底辺Ｓ２と平行な第１直線Ｓ３が屋根架構６０の予定形状Ｍに交わるようにスライドさせたりすることにより、第１多角形Ｃ１を屋根架構６０の予定形状Ｍに合わせることができるので、屋根架構６０を予定形状Ｍに合わせて簡易に設計することができる。

また、正多角形Ｇの各辺Ｇ１を平行移動させたり、正多角形Ｇを分割した複数の二等辺三角形Ｓをその等辺Ｓ１に沿ってスライドさせたりして第１多角形Ｃ１を設定した後、第１多角形Ｃ１と同心かつ対応する頂点の内角が第１多角形Ｃ１と等しい第２多角形Ｃ２を設定するだけで、コンプレッションリング６１、テンションリング６２、接続ケーブル６３、およびストラット６４の位置を設定できる。このため、屋根架構６０の予定形状Ｍが非線形である場合でも、屋根架構６０を簡易に設計することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、建築物は、スタジアム１０に限れず、アリーナ、体育館、競技場、ホール等であってもよい。
観客席２０の形状、座席配置、収容人数等は、特に限定されない。
支柱３０の形状は限定されず、例えば、壁状のものであってもよい。
屋根材５０の材質や形状は限定されず、例えば、軽量金属で構成されてもよい。

屋根架構６０は、３つ以上のテンションリング６２を備えてもよい。また、屋根架構６０は、上下に並んで配置された複数のコンプレッションリング６１と、１つのテンションリング６２とを備えてもよい。
コンプレッションリング６１は、鋼管で構成されるものに限られず、例えば、鋼管以外の鋼材や、鉄筋コンクリートで構成されてもよい。また、コンプレッションリング６１は、の複数の部材を環状に接続した構成に限られず、１つの環状の部材で構成してもよい。
ストラット６４は、鋼管で構成されるものに限られず、例えば、鋼管以外の鋼材や、樹脂材、繊維材で構成されてもよい。

第１多角形Ｃ１を設定する際、正多角形Ｇの各辺Ｇ１を屋根架構６０の内縁の予定形状に交わるように平行移動させてもよいし、各二等辺三角形Ｓの第１直線Ｓ３が屋根架構６０の内縁の予定形状と交わるように各二等辺三角形Ｓをスライドさせてもよい。この場合、第１多角形Ｃ１の外側に第２多角形Ｃ２を設定し、第２多角形Ｃ２をコンプレッションリング６１の位置に設定するとともに、第１多角形Ｃ１をテンションリング６２の位置に設定する。
コンプレッションリング６１およびテンションリング６２は、接続ケーブル６３で区画された領域の長さが各区画で同じであってもよい。
正多角形Ｇの頂点の数は、特に限定されないが、数を多くするほど屋根架構６０の内縁または外縁の予定形状に近付けることができる。

６０…屋根架構、６１…コンプレッションリング、６２…テンションリング、６３…接続ケーブル、Ｃ１…第１多角形、Ｃ２…第２多角形、Ｇ…正多角形、Ｇ１…辺、Ｌ…直線、Ｍ…予定形状、Ｓ…二等辺三角形、Ｓ１…等辺、Ｓ２…底辺、Ｓ３…第１直線、Ｓ４…第２直線、Ｐ１、Ｐ２１、Ｐ２２…接続位置、θ１、θ２…角度。

Claims

コンプレッションリングと、前記コンプレッションリングの内側に配置されるテンションリングとが接続ケーブルで接続される屋根架構の設計方法であって、
正多角形を設定する工程と、
前記正多角形をその各辺に分割する工程と、
分割した各辺を独立して平行移動させる工程と、
平行移動した各辺またはその延長線が互いに交わる点を頂点とする第１多角形を設定する工程と、
前記第１多角形と同心かつ対応する頂点の内角が前記第１多角形と等しい第２多角形を設定する工程と、
前記第１多角形および前記第２多角形のうちの外側の多角形を前記コンプレッションリングの位置に設定し、前記第１多角形および前記第２多角形のうちの内側の多角形を前記テンションリングの位置に設定し、前記第１多角形の頂点と前記第２多角形の頂点とを結ぶ直線を前記接続ケーブルの位置に設定する工程とを備えていることを特徴とする屋根架構の設計方法。
前記正多角形の前記各辺を前記屋根架構の内縁または外縁の予定形状に交わるように平行移動させることを特徴とする請求項１に記載の屋根架構の設計方法。
コンプレッションリングと、前記コンプレッションリングの内側に配置されるテンションリングとが接続ケーブルで接続される屋根架構の設計方法であって、
正多角形を設定する工程と、
前記正多角形の中心と頂点とを結ぶ線で前記正多角形を複数の二等辺三角形に分割する工程と、
前記複数の二等辺三角形を隣接させたままその等辺に沿ってスライドさせる工程と、
各二等辺三角形においてその底辺と平行な第１直線を前記複数の二等辺三角形で連続させて第１多角形を設定する工程と、
各二等辺三角形の前記第１直線と平行な第２直線を前記複数の二等辺三角形で連続させて第２多角形を設定する工程と、
前記第１多角形および前記第２多角形のうちの外側の多角形を前記コンプレッションリングの位置に設定し、前記第１多角形および前記第２多角形のうちの内側の多角形を前記テンションリングの位置に設定し、前記第１多角形の頂点と前記第２多角形の頂点とを結ぶ直線を前記接続ケーブルの位置に設定する工程とを備えていることを特徴とする屋根架構の設計方法。
各二等辺三角形の前記第１直線が前記屋根架構の内縁または外縁の予定形状に交わるように前記複数の二等辺三角形をその等辺に沿ってスライドさせることを特徴とする請求項３に記載の屋根架構の設計方法。
コンプレッションリングと、
前記コンプレッションリングの内側に配置されるテンションリングと、
前記コンプレッションリングと前記テンションリングとを接続する接続ケーブルとを備え、
前記コンプレッションリングおよび前記テンションリングは、前記接続ケーブルで区画された領域の長さが各区画で異なり、
前記コンプレッションリングと前記接続ケーブルとが互いの接続位置において平面視で成す角度は、各接続位置で同一とされ、
前記テンションリングと前記接続ケーブルとが互いの接続位置で成す角度は、各接続位置で同一とされていることを特徴とする屋根架構。