JP2748149B2 - 角形鋼管を使用した単層ラチスシェル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スポーツや催し物等に使用される多目的
ホールのような大空間構造物用に開発された角形鋼管を
使用した単層ラチスシェルに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、大空間構造物としては、三角形、四角形、六角
形等のグリッドを形成した単層トラスシェルや立体トラ
スシェルが知られており、これらのシェルはグリッドの
構造部材として通常円形鋼管が用いられ、グリッドを形
成する節点には第８図に示すように鋳鋼製のボール10に
シェルの立体形状に応じた角度で円形鋼管11の取付け用
ねじ孔12が多数穿設され、これに前端部を絞ってその先
端にボルト14を取付けた鋳鋼製ボールジョイント15、羽
根プレートジョイントその他複雑な構造の金具を用いた
接合が行われていた。

また、第９図に示すようにトラスの構成部材として角
形鋼管16とそれより横断面積の小さな角形鋼管17a,17b
の断面において直交する２面18,19が水平面と45度の角
度をなすようにし、一方の角形鋼管16の直交する２面1
8,19の略中間部に他方の角形鋼管17a,17bの斜面18,19の
先端を突き合わせて接合されるように接合部の周縁23を
溶接して節点24を形成した継手が知られている（実開昭
62−96403号公報参照）が、ドームの屋根材等として使
用される単層ラチスシェルにおける全ての角形鋼管の横
断面を同一としてラチスシェルを構成することや、45度
に傾斜した直交する２面に同じく２面を傾斜させた角形
鋼管を四方から斜めに交差させ、交差した各角形鋼管の
先端部を、交差を受けた角形鋼管の中心部に集中させて
節点とし、この節点のすべての接合部を溶接による剛接
合としたこの発明の請求項１および請求項２〜請求項４
に記載された単層ラチスシェルのようなものはなかっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の平面状立体トラスは節点数、部材数が多くなり
組立、加工が複雑で面倒であるとともに鉄骨重量が著し
く増大する欠点があり、この欠点を避けるため単層トラ
スシェルとした場合、従来の円形鋼管の節点に鋳鋼製ボ
ールジョイント等を用いたものでは鋳鋼製ボールジョイ
ント等の金具が高価であり、その使用数分だけトラスシ
ェルの価格が割高となり、かつこれらのジョイントの重
量分だけトラスシェル全体として重量が大きい構造とな
る欠点があり、しかもボールジョイントによる接合は小
さな径のボルトの曲げ剛性のみで支持され実質上ピン接
合に近い状態であるため、第10a図に示すように、溶接
による剛接合の場合は角形鋼管1aが軸力により縮んだ場
合にも、接合部23aの固定度が高いため鎖線で示すよう
にラチスシェルの接合部23aのトラスの曲率の角度θａ
が大きい角度θｂになってもその角度θｂを保持するこ
とができ、反転しにくいのに対して、第10b図に示すよ
うにピン接合の場合は、構造部材が縮んだ場合、接合部
の構造部材のトラスの曲率角度θａが点線のように大き
い曲率角度θｃとなり、次には鎖線で示すように反転し
やすくなり十分な座屈耐力を期待できず第10図に示すよ
うにシェル25の節点26に局部座屈を生じやすく、単層ト
ラスシェルであること、およびシェルがドーム形状であ
るため第11図に示すように全体座屈に波及しやすく、屋
根スパンは20m〜30mが限界とされる問題点があった。

また、角形鋼管を溶接して節点を形成した従来の継手
は単に梁としてのトラス構造における継手に関するもの
であって、ドームの屋根材等に使用される単層ラチスシ
ェルのラチス材である角形鋼管の交差角度が立体的で複
雑かつ微妙な関係にある各節点を、その都合面の長さを
最大限長くするとともに正確な角度に溶接すること、お
よびこの節点を剛接合とすることによってシェルの全体
座屈を防ぐという技術的思想については何も開示されて
いないし、これを示唆するところもなく、現在まで何人
も考え及ばないところであった。

この発明は、角形鋼管の各節点の座屈耐力を著しく増
大させ、単層シェル構造であるにもかかわらず全体座屈
を生ぜず、重量の軽い長スパンの経済的な単層ラチスシ
ェルを得ることを課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記の課題を解決するためこの発明は、グリッドを構
成するラチス材である、横断面が同一の角形鋼管を使用
し、角形鋼管の横断面において直交する２面がグリッド
面に対して45度の角度をなすように直交する２面を傾斜
させ、傾斜した２面に、同じく２面を傾斜させた角形鋼
管を四方から斜めに交差させ、交差した各角形鋼管の先
端部を交差を受けた角形鋼管の幅の中心部に集中させて
節点とし、その節点を構成する全ての接合部を溶接によ
り剛接合とし、角形鋼管の先端部を接合部全体の長さよ
り短い鋳鋼製の接合管の先端部に嵌合し、接合管の他の
先端部に前記角形鋼管と一直線をなすように他の角形鋼
管の先端部を嵌合し、接合管の中間部の両側に各60度の
角度で前部の角形鋼管のＶ形に開口した先端部を接合
し、この接合部と接合管および後側の角形鋼管上に、こ
の両側から角形鋼管のＶ形に開口した先端部を各60度の
角度で接合し、各接合周縁を溶接して節点を構成する
か、または節点を取付けプレートの前後から角形鋼管が
一直線をなすようにその先端部を当接して溶接し、その
前後側からＶ形に開口した各先端部を有する各角形鋼管
を各60度の角度で接合して節点を構成した角形鋼管を使
用した単層ラチスシェルの手段を講じるものである。

〔作用〕

この発明の作用について実施例を参照して説明する。

第１図に示すように、この発明の単層ラチスシェルの
グリッドＡを構成する角形鋼管１の断面において直交す
る２面2,3がグリッドＡ面に対して45度の角度をなし、
横断面が同一の各角形鋼管１が斜めに交差し各角形鋼管
の傾斜した２面2,3の先端部を交差を受けた角形鋼管１
の幅の中心部に集中させて節点４を形成しているので、
節点４における各角形鋼管１の接合面の周囲の長さは、
第9a図に示すように角形鋼管１″ａをグリッドＡ面と平
行に斜めに交差させた場合の角形鋼管１″ａと他の角形
鋼管１″ｂまたは１″ｃの接合部の長さPQまたは（QR＋
QP′）の長さより著しく長い（図面における長さより実
際は鎖線で示す中心線より両側に45度傾斜しているので
約1.4倍位長い）辺（OP＋OS）の長さ、または辺（OP′
＋OS）の長さとなり、その接合部の長さが長くなり、第
12図に示すようにボールジョイントの３倍またはそれ以
上の座屈耐力を有する状態となる。また、第9b図に示す
ようにグリット面Ａに平行な角形鋼管１″ａと角形鋼管
１″ｂとの接合部分は角形鋼管１″ｂに軸力Ｔが作用し
た場合には、接合部にはＭ方向のモーメントが働き接合
部を矢印m,mのように角形鋼管１″ａと１″ｂを内方に
押し込むように作用し、接合部が座屈しやすくなる欠点
があるとともに、第9c図に示すように角形鋼管の横断面
における高さＨが等しい角形鋼管１″ａと１″ｂとをグ
リッドＡ面と平行に斜めに交差させた場合、ラチスシェ
ルの曲率に合わせて側面から見て角度θ′を与えて接合
する必要があるが、傾斜した角形鋼管１″ａの端部と角
形鋼管１″ｂとの間に高さｈだけ差が生じ接合面の熔接
が困難となるので、これを防止するには斜めに交差させ
る角形鋼管の横断面の高さＨを低くする必要があり、ラ
チスシェルの曲率が変わる部分ごとに高さの異なる角形
鋼管を使用しなければならないという欠点が生じたが、
この発明のラチスシェルはこれらの欠点がなく、かつラ
チスシェルが単層であるにもかかわらずラチス材の節点
は十分強固なものとなり150m〜200mにも及ぶ長スパンの
ものとすることができる。

また、角形鋼管1aの先端部5aおよび角形鋼管1dの先端
部5dをその中央部からラチスシェルの曲率と同一の角度
に曲げた鋳鋼製接合管６の両端に嵌合して溶接したの
で、角形鋼管1aと他の角形鋼管1dとの取付け角度を正確
に取付ける場合のように取付け精度を考えなくても、単
に鋳鋼製接合管に取付けるだけで、第３図に示すように
角形鋼管1a,1d間のラチスシェルの曲率に合う微妙な角
度θを精度よく確保できて節点4aの精度が向上する。

そして、前側の斜の角形鋼管1b,1cの先端部5b,5cと接
合管６との接合部上から接合管６および後側の角形鋼管
1dの先端5dに後部両側の斜の角形鋼管1e,1fの先端部5e,
5fを接合して節点4aを構成したので接合管６の長さを短
かくでき、したがって重量を軽減でき、価格を低減でき
る。

さらに、第５図に示すように他の節点4bについてみる
と、前側の角形鋼管１′ａの先端部５′ａと後側の角形
鋼管１′ｄの先端部５′ｄを正面からみて取付けプレー
ト８に直角に当接して溶接するとともに前側の角形鋼管
１′ａと後側の角形鋼管１′ｄを側面からみてラチスシ
ェルの曲率と同一の角度をなすようにし、前方の斜めの
角形鋼管１′b,1′ｃおよび後方の斜めの角形鋼管１′
e,1′ｆの先端部５′b,5′c,5′e,5′ｆの取付け角度を
精度よくカッテング加工して取付けプレート８に当接し
て溶着するので、取付けプレート８を基準として施工精
度よく節点4bを正確に構成できる。

〔実施例〕

この発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は、この発明の角形鋼管を使用した単層ラチス
シェルの１例を示すもので、三角形グリッドＡの集合体
で構成され、各グリッドＡはラチス材として角形鋼管１
を使用し、その断面四角形の直交する２面2,3がグリッ
ドＡ面に対して45度の角度をなすように配置され、各ラ
チス材の交差する節点４は各種の接合構造によって構成
されるが、いずれも溶接により剛接合とされたものであ
る。

第２図〜第４図は節点の一例を示すもので、節点4aは
ラチス材である角形鋼管1aの長手方向に直角をなす先端
部5aを角形鋼管1aと略同形で接合部全体の長さより短い
長さでその中間部を側面からみてラチスシェルの曲率と
同一の角度となるように折曲げた鋳鋼製接合管６の前側
の長手方向に直角をなし角形鋼管1aの厚さだけ小径とし
た先端部6aに嵌合してその接合周縁7aを溶接し、つぎに
接合管６の中間部の左右両側に60度の角度で角形鋼管1
b,1cの水平方向にＶ形に開口した先端部5b,5cを接合し
その接合周縁7b,7cを溶接し、その後、接合管６の後側
の先端部6aと同様の先端部6dに後側の角形鋼管1dの先端
部5aと同様の先端部5dを前後の角形鋼管1a,1dが一直線
をなすように嵌合してその接合周縁7dを溶接した後、前
側の先端部5b,5cの接合部上および接合管６ならびに後
側の角形鋼管1dの先端部5dに後部両側に60度の角度で角
形鋼管1e,1fの水平方向にＶ形に開口した先端部5e,5fを
接合しその接合周縁7e,7fを溶接したものである。

第５図〜第７図は節点の他の例を示すもので、節点4b
はラチス材である角形鋼管１′ａの長手方向に直角をな
す先端部５′ａを取付けプレート８の前側に当接しその
接合周縁７′ａを溶接し、つぎにその両側に60度の角度
で角形鋼管１′b,1′ｃの水平方向にＶ形に開口した先
端部５′b,5′ｃを取付けプレート８の前面に当接する
とともに角形鋼管１′ａに接合し、その接合周縁７′b,
7′ｃを溶接し、つぎに角形鋼管１′ｄの長手方向と直
角をなす先端部５′ｄを後側の角形鋼管１′ｄが前側の
角形鋼管１′ａと一直線をなすように取付けプレート８
の後面に当接してその接合周縁７′ｄを溶接した後、角
形鋼管１′ｄの両側に60度の角度で角形鋼管１′e,1′
ｆの水平方向にＶ形に開口した先端部５′e,5′ｆを取
付けプレート８に当接するとともに角形鋼管１′ｄに接
合しその接合周縁７′e,7′ｆを溶接したものである。

〔発明の効果〕

請求項１の発明は、グリッドを構成するラチス材であ
る横断面が同一の角形鋼管を、その横断面において直交
する２面が、グリッド面に対して45度の角度をなすよう
に直交する２面を傾斜させ、この２面に、同じく２面を
傾斜させた角形鋼管を四方から斜めに交差させ、この各
角形鋼管の先端部を交差を受けた角形鋼管の幅の中心部
に集中させて節点とし、節点の全ての接合部を溶接によ
り剛接合としたので、角型鋼管をグリッド面に平行に
したラチスシェルにおいては、接合される角形鋼管と斜
めに交差して接合する角形鋼管とは、第9c図に示すよう
に、ラチスシェルの曲率が変わるごとに接合部に食い違
いが生じて溶接が困難となるが、請求項１の発明は、角
形鋼管をグリッド面に対して45度の角度で接合するの
で、第３図に示すように、接合部に食い違いを生じるこ
とがないので溶接が容易であるばかりでなく、同じ大
きさの角形鋼管を使用することができるので、大きさの
違った角形鋼管を用意する必要がなく施工が容易であ
り、角形鋼管の断面が45度であるとともに、斜めに交
差した角形鋼管の先端部を交差を受けた角形鋼管の幅の
中心部に集中させたので、各角形鋼管の接合面の長さ
が、グリッド面と平行な角度で交差させたものの接合部
の長さより、第9a図の鎖線で示すように、著しく長いの
でボールジョイントによる接合の３倍またはそれ以上の
座屈耐力を有し（第12図参照）、斜めに交差させた角
形鋼管に軸力が作用することによって、第9b図に示すよ
うに、接合部が座屈しやすくなる欠点も生じなくなり
単層ラチスシェルであるにもかかわらず全体座屈を生じ
ることがなく、そのため従来の数倍にも及ぶ長スパンの
単層ラチスシェルが得られ、重量の大きな鋳鋼製ボー
ルジョイントを使用しないこと、および座屈強度が増大
したことによりラチス材に断面積の小さい部材を使用で
きるためシェル全体の重量を軽減することができ、かつ
安価に建造でき経済的な単層ラチスシェルを得ることが
できる。

請求項２の発明は、節点に中央部を必要な角度に折曲
した鋳鋼製の接合管を使用しているのでラチスシェルの
曲率に合う微妙な角度を精度よく製作でき、節点の精度
が向上する。

請求項３の発明は、節点に使用された鋳鋼製の接合管
を短くして重量を軽減し価格の低減を図ることができ
る。

請求項４の発明は、ラチス材の取付け角度を精度よく
加工できるので三角グリッドを正確に構成でき施工精度
よく組立てることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図はこの発明の実施例を示すもので、第１
図は平面図、第２図は節点部分の平面図、第３図は第２
図のIII−III線における切断側面図、第４図は接合管の
切断側面図、第５図は他の節点の平面図、第６図は第５
図のVI−VI線における切断側面図、第７図は第５図のVI
I−VII線における切断正面図、第８図および第９図は従
来例を示すもので、第８図は中心線の右半分を切断した
正面図、第９図は平面図、第9a図、第9b図、第9c図は角
形鋼管をグリッド面と平行に接合したラチスシェルを示
すもので、第9a図は節点部分の第２図に対応する平面
図、第9b図はその一部の斜視図、第9c図は一部の正面
図、第10図、第10a図、第10b図および第11図はそれぞれ
説明図、第12図は荷重に対する変形を示すグラフであ
る。 1,1a,1b,1c,1d,1e,1f,1′a,1′b,1′c,1′d,1′e,1′ｆ
…角形鋼管、2,3…直交する面、4,4a,4b…節点、６…接
合管、6a,6d…先端部、5a,5b,5c,5d,5e,5f,5′a,5′b,
5′c,5′d,5′e,5′ｆ…先端部、7a,7b,7c,7d,7e,7f…
接合周縁、８…取付けプレート、Ａ…グリッド。

フロントページの続き (72)発明者 真柄 栄毅 東京都江東区南砂２丁目５番14号 株式 会社竹中工務店技術研究所内 (56)参考文献 特開 平２−54038（ＪＰ，Ａ) 実公 昭41−10363（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】グリッド（Ａ）を構成するラチス材であ
   る、横断面が同一の角形鋼管（１）を使用し、角形鋼管
   （１）の横断面において直交する２面（２），（３）が
   グリッド（Ａ）面に対して45度の角度をなすように直交
   する２面（２），（３）を傾斜させ、傾斜した２面
   （２），（３）に、同じく２面（２），（３）を傾斜さ
   せた角形鋼管（１）を四方から斜めに交差させ、交差し
   た各角形鋼管（１）の先端部を交差を受けた角形鋼管
   （１）の幅の中心部に集中させて節点（４）とし、その
   節点（４）を構成する全ての接合部を溶接により剛接合
   とした角形鋼管を使用した単層ラチスシェル。
2. 【請求項２】角形鋼管（1a）の先端部（5a）を、その中
   央部をグリッド（Ａ）面の曲率に適合する角度（θ）に
   折曲した鋳鋼製の接合管（６）の先端部（6a）に嵌合
   し、接合管（６）の他の先端部（6d）に前記角形鋼管
   （1a）と平面から見て一直線をなすように他の角形鋼管
   （1d）の先端部（5d）を嵌合し、接合管（６）の中間部
   には前後の両側から斜めに各角形鋼管（1b），（1c），
   （1e），（1f）の先端部（5b），（5c），（5e），（5
   f）を接合し、各接合周縁（7a），（7b），（7c），（7
   d），（7e），（7f）を溶接して節点（4a）を構成した
   請求項１記載の角形鋼管を使用した単層ラチスシェル。
3. 【請求項３】前後に角形鋼管（1a），（1d）を嵌合した
   接合部全体の長さより短い接合管（６）の中間部の両側
   に各60度の角度で前部の角形鋼管（1b），（1c）のＶ形
   に開口した先端部（5b），（5c）を接合し、この接合部
   上および接合管（６）ならびに後側の角形鋼管（1d）の
   先端部（5d）に後部両側の斜めの角形鋼管（1e），（1
   f）のＶ形に開口した先端部（5e），（5f）を各60度の
   角度で接合して節点（4a）を構成した請求項２記載の角
   形鋼管を使用した単層ラチスシェル。
4. 【請求項４】取付けプレート（８）の前後から角形鋼管
   （１′ａ），（１′ｄ）が一直線をなすようにその先端
   部（５′ａ），（５′ｄ）を当接して溶接し、その前後
   側からＶ形に開口した各先端部（５′ｂ），（５′
   ｃ），（５′ｅ），（５′ｆ）を有する各角形鋼管
   （１′ｂ），（１′ｃ），（１′ｅ），（１′ｆ）を各
   60度の角度で接合して節点（4b）を構成した請求項１記
   載の角形鋼管を使用した単層ラチスシェル。