JP2021059908A - 大空間構造物及びその構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、耐震性に優れると共に、コスト低減及び工期短縮が可能な大空間構造物及びその構築方法を提供する。【解決手段】大空間構造物１は、大空間の上方を覆う屋根構造体４と、下部構造体２と、を備える。下部構造体２は、基礎３から立設し、かつ、大空間構造物１の外周に沿って環状に連続するトラス架構２０を備える。屋根構造体４は、中央で上下に延びる支持体４０と、支持体４０の上端からトラス架構２０へ向かって放射状に延びる複数の大梁５０と、支持体４０の下端と大梁５０とを接続する弦材６０と、を備える。大梁５０は、大梁５０の外端５２付近でトラス架構２０の上端２２に支持される。支持体４０の上端は、弦材６０に加えられた張力によってトラス架構２０の上端２２よりも高い位置に維持される。【選択図】図１

Description

本発明は、内部に大空間を有する大空間構造物及びその構築方法に関する。

従来、大空間構造物としては、耐震性に優れるドーム構造物やアーチ構造物などがある。大空間構造物の施工方法として、例えば、アーチ用組立部材を多数の仮設構台で支持しながら連続的に接合する施工方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００４−１５６３８８号公報

しかしながら、従来の構築方法においては、多数の仮設構台を設置・撤去しなければならないため、コスト面でも工期の面でもさらなる改善が求められている。

そこで、本発明は、耐震性に優れると共に、コスト低減及び工期短縮が可能な大空間構造物及びその構築方法を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［１］本発明に係る大空間構造物の一態様は、
内部に大空間を有する大空間構造物であって、
前記大空間構造物は、前記大空間の上方を覆う屋根構造体と、前記屋根構造体を支持する下部構造体と、を備え、
前記下部構造体は、基礎から立設し、かつ、前記大空間構造物の外周に沿って環状に連続するトラス架構を備え、
前記屋根構造体は、前記屋根構造体の中央で上下に延びる支持体と、前記支持体の上端から前記トラス架構へ向かって放射状に延びる複数の大梁と、前記支持体の下端と前記大梁とを接続する弦材と、を備え、
前記大梁は、前記大梁の外端付近で前記トラス架構の上端に支持され、
前記支持体の上端は、前記弦材に加えられた張力によって前記トラス架構の上端よりも高い位置に維持されることを特徴とする。

前記大空間構造物の一態様によれば、中央の支持体から放射状に延びる大梁と弦材による自己釣合型の張弦梁構造を採用することによって、下部構造体の設計の自由度を向上することでコストを低減することができ、また、支持体のために仮設架台を設ければ従来のような多数の仮設構台を準備することがないため工期を短縮することができる。そして、前記大空間構造物の一態様によれば、環状に閉じたトラス架構を下部構造体に採用することによって、地震時にはブレース型の柱として機能するため、耐震性にも優れる。

［２］前記大空間構造物の一態様において、
前記支持体は、前記大梁が固定される環状の第１支持部と、前記弦材が固定される環状の第２支持部と、前記第２支持部上で前記第１支持部を支持する複数の束材と、を備える
ことができる。

前記大空間構造物の一態様によれば、上下に配置された２つの環状の支持部により放射状に配置された大梁と弦材とをそれぞれ固定しているので、束材が圧縮束として機能すると共に束材で大梁と弦材とを所定の間隔に配置することができる。

［３］前記大空間構造物の一態様において、
前記屋根構造体は、隣り合う前記大梁の間に複数の小梁をさらに備え、
複数の前記小梁がトラス構造を構成することができる。

前記大空間構造物の一態様によれば、トラス構造の小梁によって屋根面の剛性を向上すると共に、内部から屋根構造体を見上げた時に屋根構造体が花弁のような美しい印象を利用者に与えることができる。

［４］前記大空間構造物の一態様において、
前記下部構造体は、前記基礎より高い位置において前記トラス架構から外方へ突出する片持ち床と、前記トラス架構よりも外方にある前記大梁の前記外端と前記片持ち床とを接続する複数の連結柱と、をさらに備えることができる。

前記大空間構造物の一態様によれば、連結柱によって片持ち床を屋根構造体のカウンターウェイトととして作用させることで各大梁の中ほどに働く曲げ応力の軽減と、大梁の外端の上方への変形を抑制することができる。

［５］本発明に係る大空間構造物の構築方法の一態様は、
大空間構造物の外周に沿って環状に連続するトラス架構を基礎上に立設し、
前記大空間構造物の中央に設置された仮設架台上に支持体を配置し、
前記支持体の上端と前記トラス架構の上端との間に複数の大梁を架け渡し、
前記支持体の下端と前記大梁の外端付近とを接続する弦材に張力を導入し、
前記仮設架台を解体することを特徴とする。

前記大空間構造物の構築方法の一態様によれば、支持体のために仮設架台を設ければ従来のような多数の仮設構台を準備することがないため工期を短縮することができる。また、中央の支持体から放射状に延びる大梁と弦材による自己釣合型の張弦梁構造を採用することによって、下部構造体の設計の自由度を向上することでコストを低減することができる。さらに、環状に閉じたトラス架構を下部構造体に採用することによって、地震時にはブレース型の柱として機能するため、耐震性に優れる大空間構造物を構築することができる。

本発明に係る大空間構造物によれば、耐震性に優れると共に、大空間構造物の構築のためのコストを低減し、かつ工期短縮が可能である。

一実施形態に係る大空間構造物の図３のＡ−Ａ断面図である。 一実施形態に係る大空間構造物の分解斜視図である。 一実施形態に係る大空間構造物の屋根平面図である。 一実施形態に係る大空間構造物の一部を示す斜視図である。 支持体の斜視図である。 一実施形態に係る大空間構造物の構築方法のフローチャートである。 一実施形態に係る大空間構造物の構築方法を説明する図である。 一実施形態に係る大空間構造物の構築方法を説明する図である。 一実施形態に係る大空間構造物の構築方法を説明する図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

本発明の一実施形態に係る大空間構造物は、内部に大空間を有する大空間構造物であって、前記大空間構造物は、前記大空間の上方を覆う屋根構造体と、前記屋根構造体を支持する下部構造体と、を備え、前記下部構造体は、基礎から立設し、かつ、前記大空間構造物の外周に沿って環状に連続するトラス架構を備え、前記屋根構造体は、前記屋根構造体の中央で上下に延びる支持体と、前記支持体の上端から前記トラス架構へ向かって放射状に延びる複数の大梁と、前記支持体の下端と前記大梁とを接続する弦材と、を備え、前記大梁は、前記大梁の外端付近で前記トラス架構の上端に支持され、前記支持体の上端は、前記弦材に加えられた張力によって前記トラス架構の上端よりも高い位置に維持されることを特徴とする。

また、本発明の一実施形態に係る大空間構造物の構築方法は、大空間構造物の外周に沿って環状に連続するトラス架構を基礎上に立設し、前記大空間構造物の中央に設置された仮設架台上に支持体を配置し、前記支持体の上端と前記トラス架構の上端との間に複数の大梁を架け渡し、前記支持体の下端と前記大梁の外端付近とを接続する弦材に張力を導入し、前記仮設架台を解体することを特徴とする。

１．大空間構造物
図１〜図５を用いて一実施形態に係る大空間構造物１について詳細に説明する。図１は一実施形態に係る大空間構造物１の図３のＡ−Ａ断面図であり、図２は一実施形態に係る大空間構造物１の分解斜視図であり、図３は一実施形態に係る大空間構造物１の屋根平面図であり、図４は一実施形態に係る大空間構造物１の一部を示す斜視図であり、図５は支持体４０の斜視図である。図１〜図５における大空間構造物１は、仕上げ材やスラブなどを省略して柱や梁などの構造材で示す。

図１〜図４に示すように、大空間構造物１は、内部に大空間を有する。大空間構造物１は、内部の大空間を例えば野球場、サッカー場、スケート場などのスポーツ施設、コンベンションホール、倉庫などに利用することができる。

大空間構造物１は、大空間の上方を覆う屋根構造体４と、屋根構造体４を支持する下部構造体２と、を備える。

下部構造体２は、大空間構造物１の外周に沿って基礎３上に構築される。下部構造体２は、平面視において環状の構造物である。

下部構造体２は、基礎３から立設するトラス架構２０と、トラス架構２０から大空間構造物１の外方へ突出する片持ち床３０と、トラス架構２０から大空間の内側に延びる客席部３２と、片持ち床３０から上方へ延びる連結柱７０と、を備える。

トラス架構２０は、大空間構造物１の外周に沿って環状に連続する。トラス架構２０は、大空間構造物１の外郭の一部を構成する。トラス架構２０は、多角形（例えば略二十角形）の基礎３の外周の頂部に各斜材の下端が固定され、隣り合う斜材は上端２２で互いに
接合する。トラス架構２０の上弦材となるトラス用大梁２４は、トラス架構２０の斜材を上端２２で連結して環状に構成される。また、隣り合う大梁５０間に配置されたトラス架構２０の上弦材となるトラス用大梁２４は、その両端が当該隣り合う大梁５０にそれぞれ接合する。環状に閉じたトラス架構２０は、地震時には斜材がブレース型の柱として機能するため、水平力に対して効率的に抵抗し、耐震性に優れる。

片持ち床３０は、基礎３より高い位置例えばトラス架構２０の高さの略半分の位置においてトラス架構２０の斜材に接合される。片持ち床３０の構造材は、トラス架構２０の内側まで延在して客席部３２の２階床を構成する。客席部３２は、２階床から大空間の内側へ向かって下方に傾斜して設けられ、その下端が基礎３に固定される。片持ち床３０及び客席部３２は、基礎３から上方へ延びる図示しない複数の柱に支持される。また、片持ち床３０及び客席部３２は、図示しないスラブによって形成された床面を有する。

屋根構造体４は、屋根構造体４の中央にあって上下に延びる支持体４０と、支持体４０の上端からトラス架構２０へ向かって放射状に延びる複数の大梁５０と、支持体４０の下端と大梁５０とを接続する弦材６０と、を備える。

屋根構造体４は、中央の支持体４０から放射状に延びる大梁５０と弦材６０による自己釣合型の張弦梁構造を採用する。支持体４０の上端は、弦材６０に加えられた張力によってトラス架構２０の上端２２よりも高い位置に維持される。屋根構造体４は、大梁５０が大梁５０の外端５２付近でトラス架構２０の上端２２に支持されることで、下部構造体２に支持される。

このように、屋根構造体４が自己釣合型の屋根架構であることで、下部構造体２の応力負担を減らすことができるため、下部構造体２の設計の自由度が向上し、結果として、下部構造体２の省部材化によりコストを低減することができる。また、下部構造体２における応力負担が少ないため、上記のようなシンプルなトラス架構２０を採用することができ、デザイン性も向上する。

図５に示すように、支持体４０は、大梁５０の一部である第１部分５４の外端が固定される環状の第１支持部４２と、弦材６０の一端が固定される環状の第２支持部４４と、第２支持部４４上で第１支持部４２を支持する複数の第１束材４６と、を備える。第１支持部４２と第２支持部４４は、平面視で多角形（例えば略二十角形）であって、各頂部に第１束材４６が固定される。第２支持部４４は、弦材６０の張力に抗する剛性を有し、第１束材４６は、大梁５０を支える軸耐力を有する。第１支持部４２、第２支持部４４及び第１束材４６は、例えば建築構造用の鋼材で構成される。

２つの環状の第１支持部４２及び第２支持部４４によって、放射状に配置された大梁５０と弦材６０とをそれぞれ固定しているので、第１束材４６が圧縮束として機能すると共に、第１束材４６で大梁５０と弦材６０とを上下に所定の間隔で配置することができる。

大梁５０は、第１支持部４２の内側に配置される第１部分５４と、第１支持部４２とトラス架構２０の上端２２との間に延在する第２部分５６と、上端２２から外端５２まで延びる第３部分５７と、を含む。第１部分５４と第２部分５６とは第１支持部４２上で一体に接続され、第２部分５６と第３部分５７とは上端２２上で一体に接続される。

大梁５０の第１部分５４は、屋根構造体４の中央で他の第１部分５４と連結し、他方の端部が第１束材４６上で第１支持部４２に固定される。大梁５０の第２部分５６は、一方の端部が第１束材４６上で第１支持部４２に固定されると共に第１部分５４と一体に接続される。第２部分５６の他方の端部は、外端５２の内側でトラス架構２０の上端２２に固
定・支持される。第３部分５７の一方の端部は第２部分５６の他方の端部に接合され、第３部分５７の他方の端部は大梁５０の外端５２としてトラス架構２０の外側にあって連結柱７０の上端に固定される。大梁５０は、例えばＨ型鋼で構成される。

複数の小梁５８は、隣り合う大梁５０の間に配置されて大梁５０同士を連結する。複数の小梁５８は、トラス構造を構成する。小梁５８によるトラス構造は、図３に示すように、中央から外周に向けて多段（例えば３段）のトラス構造を備え、大梁５０と合わせて花弁様に形成される。そのため、トラス構造の小梁５８による屋根面の剛性を向上すると共に、内部から屋根構造体４を見上げた時に屋根構造体４が花弁のような美しい印象を利用者に与えることができる。

弦材６０は、その一端が支持体４０の第２支持部４４に固定され、他端が大梁５０のトラス架構２０との連結部分に固定される。弦材６０には張力が付与されており、支持体４０を圧縮束とする張弦梁構造とすることで、支持体４０と大梁５０とを所定位置に保持する。弦材６０としては、建築物の張弦梁構造に採用される構造用ワイヤロープなどを用いることができる。

大梁５０と弦材６０との間には、第２束材４８をさらに備えてもよい。第２束材４８は、大梁５０における第１支持部４２とトラス架構２０の上端２２との間の所定位置（例えば第２部分５６の中点）から弦材６０に向かって垂下する。第２束材４８は、圧縮束として機能し、弦材６０の張力により第２束材４８に圧縮力が加わるように、その下端が弦材６０をわずかに下方に押し下げる長さに設定される。

複数の連結柱７０は、トラス架構２０よりも外方にある大梁５０の外端５２と片持ち床３０とを接続する。連結柱７０の下端は、片持ち床３０の外周端部に固定される。大梁５０の中ほどでは鉛直荷重により下方へ湾曲する応力が発生し、大梁５０の外端５２には上方へ反る応力が発生するが、片持ち床３０が屋根構造体４のカウンターウェイトとして作用する。この作用によって、各大梁５０の中ほどに働く曲げ応力の軽減と、大梁５０の外端５２の上方への変形を抑制することができる。

２．大空間構造物の構築方法
図６〜図９を用いて一実施形態に係る大空間構造物１の構築方法について詳細に説明する。図６は一実施形態に係る大空間構造物１の構築方法のフローチャートであり、図７〜図９は一実施形態に係る大空間構造物１の構築方法を説明する図である。図７〜図９では各構造材の端面を簡略化して示す。

図６に示すように、大空間構造物１の構築方法は、基礎梁の構築工程（Ｓ１０）、外郭トラス架構鉄骨建方工程（Ｓ２０）、仮設架台８０の設置工程（Ｓ３０）、大梁５０の設置工程（Ｓ４０）、弦材６０に張力を導入する工程（Ｓ５０）、仮設架台８０を解体する工程（Ｓ６０）を含む。

以下、各工程を図７〜図９を用いて説明する。まず、図７を用いてＳ１０〜Ｓ３０について説明する。

Ｓ１０：基礎梁の構築工程は、基礎梁として基礎３を構築する。基礎３の構築に先立って複数の杭を打設してもよい。

Ｓ２０：外郭トラス架構鉄骨建方工程は、大空間構造物１の外周に沿って環状に連続するトラス架構２０を基礎３上に立設する。環状に閉じたトラス架構２０を下部構造体２に採用することによって、地震時には斜材がブレース型の柱として機能するため、耐震性に
優れる大空間構造物１を構築することができる。

Ｓ３０：仮設架台８０の設置工程は、大空間構造物１の中央に仮設架台８０を設置する。そして、仮設架台８０上に支持体４０を所定位置に配置して仮固定する。支持体４０には仮設架台８０上への設置に先立ってあらかじめ第１支持部４２上に大梁５０の第１部分５４が固定される。Ｓ３０は、Ｓ１０またはＳ２０と並行して施工してもよい。

次に、図８を用いてＳ４０について説明する。

Ｓ４０：大梁５０の設置工程は、仮設架台８０上に設置された支持体４０の上端（第１支持部４２）とトラス架構２０の上端２２との間に複数の大梁５０の第２部分５６を架け渡す。大梁５０の第１部分５４はすでに第１支持部４２に固定されているので、第２部分５６を第１部分５４及び第１支持部４２に固定し、かつ、トラス架構２０の上端２２と固定する。そして、大梁５０の第３部分５７の一方の端部を上端２２で第２部分５６に固定する。

次に、図９を用いてＳ５０及びＳ６０について説明する。

Ｓ５０：弦材６０に張力を導入する工程は、支持体４０の下端（第２支持部４４）と大梁５０の外端５２付近とを接続する弦材６０に張力を導入する。弦材６０への張力の導入は、弦材６０の一方の端部を支持体４０の第２支持部４４または大梁５０との接続部（上端２２）に固定した後、弦材６０の他端を図示しない張力導入機器により弦材６０を緊張することで行う。なお、張力の導入は、複数の弦材６０に対して段階的にバランスよく行うことが望ましい。弦材６０に張力を導入することで、支持体４０が圧縮束として作用し、支持体４０及び大梁５０を上方へ持ち上げる力が働き、支持体４０を所定高さに保持することができる。このように、支持体４０のための仮設架台８０を設ければ従来のような多数の仮設構台を準備することがないため工期を短縮することができる。また、中央の支持体４０から放射状に延びる大梁５０と弦材６０による自己釣合型の張弦梁構造を採用することによって、下部構造体２の設計の自由度を向上することでコストを低減することができる。

Ｓ６０：仮設架台８０を解体する工程は、支持体４０を支持している仮設架台８０を解体する。Ｓ５０で弦材６０に張力が導入されているので、仮設架台８０を解体しても、支持体４０の第１支持部４２はトラス架構２０の上端２２よりも高い位置に維持される。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…大空間構造物、２…下部構造体、２０…トラス架構、２２…上端、２４…トラス用大梁、３…基礎、３０…片持ち床、３２…客席部、４…屋根構造体、４０…支持体、４２…第１支持部、４４…第２支持部、４６…第１束材、４８…第２束材、５０…大梁、５２…外端、５４…第１部分、５６…第２部分、５７…第３部分、５８…小梁、６０…弦材、７０…連結柱、８０…仮設架台

Claims (5)

1. 内部に大空間を有する大空間構造物であって、
   前記大空間構造物は、前記大空間の上方を覆う屋根構造体と、前記屋根構造体を支持する下部構造体と、を備え、
   前記下部構造体は、基礎から立設し、かつ、前記大空間構造物の外周に沿って環状に連続するトラス架構を備え、
   前記屋根構造体は、前記屋根構造体の中央で上下に延びる支持体と、前記支持体の上端から前記トラス架構へ向かって放射状に延びる複数の大梁と、前記支持体の下端と前記大梁とを接続する弦材と、を備え、
   前記大梁は、前記大梁の外端付近で前記トラス架構の上端に支持され、
   前記支持体の上端は、前記弦材に加えられた張力によって前記トラス架構の上端よりも高い位置に維持されることを特徴とする、大空間構造物。
2. 請求項１において、
   前記支持体は、前記大梁が固定される環状の第１支持部と、前記弦材が固定される環状の第２支持部と、前記第２支持部上で前記第１支持部を支持する複数の束材と、を備えることを特徴とする、大空間構造物。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記屋根構造体は、隣り合う前記大梁の間に複数の小梁をさらに備え、
   複数の前記小梁がトラス構造を構成することを特徴とする、大空間構造物。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項において、
   前記下部構造体は、前記基礎より高い位置において前記トラス架構から外方へ突出する片持ち床と、前記トラス架構よりも外方にある前記大梁の前記外端と前記片持ち床とを接続する複数の連結柱と、をさらに備えることを特徴とする、大空間構造物。
5. 大空間構造物の外周に沿って環状に連続するトラス架構を基礎上に立設し、
   前記大空間構造物の中央に設置された仮設架台上に支持体を配置し、
   前記支持体の上端と前記トラス架構の上端との間に複数の大梁を架け渡し、
   前記支持体の下端と前記大梁の外端付近とを接続する弦材に張力を導入し、
   前記仮設架台を解体することを特徴とする、大空間構造物の構築方法。

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