JP3690435B2 - ドーム屋根構造およびその施工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば各種スタジアム、コンサートホール、コンベンションセンター等、ドーム状の施設の屋根に用いて好適なドーム屋根構造およびその施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スタジアム、コンサートホール、コンベンションセンター、アトリウム等の各種施設の屋根を、球面の一部を切り取ったような形状のドーム屋根で構成するものがあった。一般に、ドーム屋根は、鉄骨で組み上げた屋根フレームの上面に、種々の材料からなる屋根材を張設した構成となっている。
このようなドーム屋根を施工するには、施設の基礎や、観客スタンドや外周壁部等からなる施設の下部構造を構築した後、この下部構造の内方に組み上げた足場上でドーム屋根の組立作業を行っていた。
【０００３】
しかしながら、このような施工方法では、足場が大規模なものとなり、その組立・解体に多大なコストと手間がかかるという点が従来より問題とされていた。このような問題を解決するため、例えば特公平５−２７７３３号公報に記載された技術が提案されている。この技術では、ドーム屋根の中央部に中央リング（トラス回転リング）を架設するとともに外周部に外周リング（テンションリング）を架設した後、中央リングを中心とした放射方向に２個の仮設足場（作業ステージ）を設ける。そして、しかる後に屋根フレーム（鉄骨ドーム）を放射状に分割した形状の扇形のブロックを各仮設足場上で組み付ける工程と、このブロックを周方向に回転させる工程とを繰り返すことによって屋根フレームを組み立てるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のドーム屋根構造およびその施工方法には、以下のような問題が存在する。
まず、ドーム屋根の外周部においては、鉛直荷重だけでなく、外方に向けて作用する軸力が作用している。施設の下部構造の外周部に設けられてドーム屋根を支持する柱は、このような外周リングを支持するため、鉛直荷重だけでなく水平方向の軸力をも考慮して強度が設定されており、これによって柱の断面が大きなものとなり、コスト上昇を招いている。
また、上記ドーム屋根は、施設の下部構造と一体に設けられているのが通常であり、特に通風・換気を十分に図るためには、特別に換気設備等を備えなければならず、この点もコスト上昇の一因となっている。
【０００５】
さらに、上記施工方法では、足場の組立・解体の手間を削減するため、扇形のブロックを回転させることによって屋根フレームを組み立てるようになっているが、この方法においても、施設内の２カ所に足場を組み立てなければならず、依然前記問題を完全に解決しているとは言い難かった。
【０００６】
特に、近年では、既設の野球場、サッカー場、陸上競技場、競輪場、総合グラウンド等に、新たにドーム屋根を架設してこれらの施設の全天候化を図ることも行われつつあるが、このような場合には、低コストであるのはもちろんのこと、既設の施設の使用を妨げることなく各種ゲームや競技のシーズンオフ中等に短工期で工事を行うことが要求される。また、このような場合には、周囲の作業スペースに制限があることも多く、施工条件が非常に厳しいものとなっている。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、低コストかつ短工期で施工することができ、また特に既設の施設にも何ら問題なく適用することのできるドーム屋根構造およびその施工方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ドーム屋根のフレームが、前記ドーム屋根の中央部に配設されたリング状の中央リングと、前記ドーム屋根の外周部に前記中央リングと略同心円状に配設されたリング状の外周リングと、これら中央リングと外周リングとの間に架設された中間フレームと、前記外周リングを支持するため地盤上に構築された支持脚とからなり、前記支持脚が、鉛直方向に延びる鉛直支柱と、前記外周リング側からその外周側の前記地盤側に向けて斜めに延在する斜め支柱とを有し、前記中間フレームには、前記ドーム屋根の弦方向に延在して鉛直面内に位置するトラス部材が一体に設けられ、該トラス部材の両端部が前記支持脚に連結されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のドーム屋根構造において、前記中間フレームが、前記中央リングを中心として周方向に分割されてなる複数の略扇状のユニットフレームから形成されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のドーム屋根構造において、前記中央リングと外周リングとの間の前記中間フレーム上には外周屋根材が張設され、前記中央リングの上方には、前記外周屋根材の一定寸法上方に離間して、前記中央リングの上方を覆う内周屋根材が架設されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のドーム屋根構造において、前記外周リングと前記支持脚との間には、これら外周リングと支持脚の水平方向の振動による相対移動を減衰し、かつ上下方向の相対移動を抑制する免震装置が備えられていることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のドーム屋根構造において、前記中間フレームが立断面視略円弧状に形成され、該中間フレームの中央部側の端部と外周部側の端部との間にはケーブルが張設され、該ケーブルの長さが調整可能とされていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６に係る発明は、架設すべきドーム屋根の中央部にリング状の中央リングを設置するとともに、外周部に支持脚を設置して該支持脚上に外周リングを架設し、しかる後に、前記中央リングと外周リングとの間に中間フレームを架設する構成とし、前記中間フレームを架設するに際しては、まず、該中間フレームを周方向に複数に分割してなる略扇状のユニットフレームを地組みする工程と、地組みした前記ユニットフレームを架設すべきドーム屋根の下方に引き込む工程と、前記ユニットフレームを揚重し、これを前記中央リングと外周リングとの間に架け渡す工程と、前記ユニットフレームを前記中央リングと外周リングとに沿って周方向に移動させて定められた位置に固定する工程とを繰り返し、互いに隣接する前記ユニットフレームどうしを接合することとし、架設すべき前記ドーム屋根の弦方向に延在するトラス部材を前記中間フレームと一体に設置するため、前記トラス部材をその長さ方向に沿って複数に分割してなるトラス分割体を、前記ユニットフレームに予め一体に組み込んでおき、該ユニットフレームを定められた位置に固定して、これを隣接する他のユニットフレームに接合するときに、前記トラス部材についても前記他のユニットフレームに組み込まれている他のトラス部材と接合することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るドーム屋根構造およびその施工方法の実施の形態の一例について図１ないし図９を参照して説明する。
【００１８】
図１および図２に示すものは、本発明に係るドーム屋根構造およびその施工方法を適用して、例えば既設の野球用のスタジアムにドーム屋根を架設した状態を示すもので、これらの図において、符号１は既設のスタジアム（既設の施設）、２はスタジアム１のグラウンド部、３はグラウンド部２を囲むように形成された観客スタンド、４は観客スタンド３のバックネット側（ホームベース側）に設けられたビル、５はこのようなスタジアム１に架設されたドーム屋根、をそれぞれ示している。
図１に示すように、スタジアム１の周囲の地盤Ｇは、ホームベース側（図中左方）からバックスクリーン側（図中右方）に向けて、漸次低くなる傾斜面となっている。
【００１９】
このような既設のスタジアム１上に架設すべきドーム屋根５は、平面視略円形で、全体として球面の一部を切り取ったような形状を有しており、その構面を形成するフレーム６と、該フレーム６の外周部に配設されて、これをスタジアム１とは切り離して別体に支持する支持脚７，７，…と、フレーム６の上面側に設けられた屋根材８とから概略構成されている。
【００２０】
図１および図２に示すように、フレーム６は、ドーム屋根５の中央部（頂部）に配設されたリング状の中央リング１０と、ドーム屋根５の外周部に、中央リング１０と略同心円状に配設された外周リング１１と、これら中央リング１０，外周リング１１間に架設された中間フレーム１２と、ビル４の上方位置に配設された水平トラス（トラス部材）１３とから構成されている。
中央リング１０は、水平面内に位置するよう設けられており、例えば断面視三角形あるいは四角形の立体トラス構造によって形成されている。
外周リング１１は、既設のスタジアム１の観客スタンド３やビル４等の最も高い部分よりも上方の位置で水平面内に位置するよう設けられており、例えば所定長の鉄骨材を多数本接続して平面視多角形とすることによって全体として略円形をなしている。
【００２１】
図２に示したように、中間フレーム１２は、これを周方向に沿って放射状に分割、例えば３２分割した形態のユニットフレーム１５，１５，…から構成されている。
【００２２】
図３に示すように、各ユニットフレーム１５は平面視略扇状をなしており、その両側に略鉛直面内に位置する張弦梁１６を備えている。図３（ａ）に示したように、各張弦梁１６は、略円弧状をなして延在する上弦材１７と、該上弦材１７に平行に延在する下弦材１８と、これら上弦材１７，下弦材１８間に架設された束材１９およびラチス材２０と、湾曲した下弦材１８の両端部間に張設されたケーブル２１とから構成されている。このケーブル２１の長さは調整可能となっており、これによって、張弦梁１６の応力および寸法を調整できるようになっている。
図３（ｂ）に示したように、各ユニットフレーム１５は、これら両側の張弦梁１６，１６間に、ドーム屋根５の周方向に延在して両側の張弦梁１６，１６を繋ぐつなぎ材２２と、これら張弦梁１６，１６およびつなぎ材２２間に架設されたラチス材２３とが配設された構成となっている。ここで、図３（ｃ）に示したように、ラチス材２３は、各ユニットフレーム１５において、両側の張弦梁１６，１６の上弦材１７，１７に接続されて、略Ｗ字状に配置されている。これは、この後に説明する屋根材８をサスペンション構造として張設するためである。
【００２３】
図２に示したように、上記ユニットフレーム１５から構成される中間フレーム１２は、ユニットフレーム１５，１５どうしが隣接する部分において、双方の張弦梁１６，１６を図示しないジョイント材で接続することによって一体化されている。
【００２４】
また、前記したようにビル４の上方位置に配設されている水平トラス１３は、平面視するとドーム屋根５の弦方向に延在するよう設けられている。図４に示すように、水平トラス１３は、水平方向に延在する上弦材２６，下弦材２７と、これら上弦材２６，下弦材２７間に架設された束材２８，ラチス材２９とから構成されている。
この水平トラス１３は、３個のユニットフレーム１５，１５，１５に一体に組み込まれている。すなわち、水平トラス１３は、その長さ方向に例えば三つのトラス分割体１３ａ，１３ｂ，１３ｃに分割され、これら３個のユニットフレーム１５に組み込まれている。
図２に示したように、このような水平トラス１３は、その両端部が支持脚７に連結されており、これによって水平トラス１３と支持脚７，７とが、ビル４を跨ぐよう設けられた構成となっている。
【００２５】
図５に示すように、支持脚７は、外周リング１１から鉛直下方に延びる二本一対の鉛直支柱３１，３１と、これら鉛直支柱３１，３１の上端部から斜め下方に向けて延在する二本一対の斜め支柱３２，３２とを有している。斜め支柱３２，３２は、外周リング１１からその外周側に向けて延在しており、これら斜め支柱３２，３２の間隔は上方から下方に行くに従い漸次小さくなり、その下端部が地盤中のコンクリート製の控え基礎３３に固定されている。また、鉛直支柱３１，３１の下端部にも控え基礎３４，３４が設けられており、これら控え基礎３３，３４，３４を連結する地中梁（接続梁）３５，３５，３５が地盤中に設けられている。
さらに、このような支持脚７には、補強材として、鉛直支柱３１，３１間にブレース材３６，３６が設けられ、鉛直支柱３１，３１と斜め支柱３２，３２間に水平面内に位置するつなぎ梁３７，３７，…が設けられている。
【００２６】
図２に示したように、このような支持脚７は、スタジアム１が傾斜地に構築されているため、場所によって高さが異なっているが、図５に示したように、各支持脚７は、その高さＨと控えスタンスＬ（控え基礎３４，３４を結んだ線と控え基礎３３との間隔）とが略等しくなるように設定されている。
【００２７】
図６に示すように、各支持脚７の上端部と外周リング１１との間には免震装置４０が設けられている。
免震装置４０は、積層ゴム４１と、この積層ゴム４１の両側に配置された上下動抑制装置４２，４２とから構成されている。
【００２８】
積層ゴム４１は、外周リング１１に固定された上部プレート４３と支持脚７の上面に固定された下部プレート４４との間に、鋼板４５と、層状に形成された粘弾性体４６とが上下方向に交互に積層された構成となっている。
【００２９】
各上下動抑制装置４２は、外周リング１１の下面に固定された上部プレート４７と、支持脚７の上面に固定された下部プレート４８との間に、水平方向に延在する鋼製の上部レール５０と、該上部レール５０と直交して水平方向に延在する鋼製の下部レール５１と、これら上部レール５０と下部レール５１とをそれぞれの延在する方向にスライド自在に連結するジョイント部材５２とが設けられた構成となっている。ジョイント部材５２の上下端部には側方に突出する爪部５２ａ，５２ｂが形成されており、これらが上部レール５０，下部レール５１のレール溝５０ａ，５１ａに係合した構成となっている。これにより上部レール５０と下部レール５１とは上下方向に変位するのを拘束するようになっている。
【００３０】
また、前記上部レール５０は、上部プレート４７に高さ調整機構５３を介して取り付けられている。高さ調整機構５３は、基端部が上部プレート４７に固定された所定長の調整ボルト５３Ａと、固定ナット５３Ｂとから構成されており、上部レール５０を調整ボルト５３Ａの長さの範囲内の任意の位置に固定ナット５３Ｂで固定することによって、上部レール５０の高さを調整できるようになっている。
【００３１】
このような構成からなる免震装置４０では、地震等によって水平方向の外力がドーム屋根５に入力されると、地盤と一体に振動する支持脚７と、免震装置４０を介して支持された外周リング１１との間で、水平方向の相対変位が生じる。
すると、積層ゴム４１においては、上部プレート４３側と下部プレート４４側とで水平方向に相対変位が生じることになり、この相対変位が、各粘弾性体４６の変形によって減衰されるようになっている。
このとき、積層ゴム４１の両側の各上下動抑制装置４２においても、上部プレート４７側と下部プレート４８側との間で水平方向の相対変位が生じるが、これに追随して上部レール５０と下部レール５１とがジョイント部材５２を介して水平面内で相対移動し、積層ゴム４１における減衰効果を妨げないようになっている。
【００３２】
また、ドーム屋根５に、垂直方向の外力が入力されたときには、上下動抑制装置４２のジョイント部材５２によって、上部レール５０と下部レール５１との上下方向の相対変位が拘束されるようになっている。これにより、ドーム屋根５の支持脚７と、フレーム６との上下方向の相対変位を拘束し、積層ゴム４１にこれを上下方向に引っ張る力が作用しないようになっている。
【００３３】
ところで、図１に示したように、フレーム６上に張設された屋根材８は、フレーム６の中央リング１０と外周リング１１との間に張設された外周屋根材５５と、中央リング１０の内方空間を覆うよう架設された内周屋根材５６とから構成されている。図１および図７に示すように、内周屋根材５６は、図示しない支持材を介して、外周屋根材５５の内周縁部よりも所定寸法上方に架設されており、内周屋根材５６と外周屋根材５５との間には換気用のスペース５７が形成されている。
【００３４】
図１に示したように、このようにして、ドーム屋根５のフレーム６は、支持脚７と水平トラス１３とによって、既設のスタジアム１の観客スタンド３やビル４に一切の荷重を架けることなく架設されている。
そして、ドーム屋根５は、観客スタンド３の外野側に、フレーム６の下方に横方向に開く大開口部６０が形成された構成となっている。
【００３５】
次に、上記構成からなるドーム屋根５を、既設のスタジアム１に架設する方法について説明する。
これにはまず、図８に示すように、スタジアム１の外側のスペースを、資材ヤード６１，搬入ヤード６２とし、搬入ヤード６２に隣接した位置の観客スタンド３を一部撤去して、ここを搬入口６３とする。
【００３６】
そして、図９に示すように、グラウンド部２に仮設構台６５を組み上げ、この仮設構台６５上で中央リング１０を支持する。
また、図８に示したように、これと並行してスタジアム１の周囲の所定位置に支持脚７，７，…を設置し、これら支持脚７上に免震装置４０（図６参照），外周リング１１を設置する。
これら中央リング１０および外周リング１１には、この後に説明するユニットフレーム１５の移動を容易にするため、テフロン（登録商標）等の摩擦低減材や、移動用の台車およびその走行レール等を適宜設置する。
【００３７】
一方、工場等で組み立てられて、資材ヤード６１に運び込まれたフレーム部材６６を、搬入ヤード６２に移送し、このフレーム部材６６からユニットフレーム１５を組み立てる。このとき、各ユニットフレーム１５には、外周屋根材５５（図１参照）も張設しておく。また、ユニットフレーム１５の組立順序は、搬入口６３とは反対側のビル４側に設置されるものから組み立てるようにする。
【００３８】
次いで、組み立てたユニットフレーム１５は、クレーン６７等で搬入口６３からグラウンド部２内に引き込む。そして、図９に示したように、このユニットフレーム１５を揚重して吊り上げた後、中央リング１０および外周リング１１上に載せる。
続いて、図８に示したように、ユニットフレーム１５を、中央リング１０および外周リング１１の周方向に沿って、これを組み付けるべき所定の位置まで油圧ジャッキ等を用いて移動させる。そして、所定の位置まで移動させたユニットフレーム１５は、図示しないジョイント材等によって中央リング１０および外周リング１１に固定する。
【００３９】
この後は、上記と同様にして、
▲１▼搬入ヤード６２でユニットフレーム１５を地組みする工程、
▲２▼地組みしたユニットフレーム１５をグラウンド部２内に引き込む工程、
▲３▼ユニットフレーム１５を揚重し、これを中央リング１０と外周リング１１上に架け渡す工程、
▲４▼ユニットフレーム１５を中央リング１０および外周リング１１に沿って周方向に移動させて所定の位置に固定する工程、
とを繰り返して、ユニットフレーム１５を順次設置していく。
このとき、各ユニットフレーム１５を所定の位置に固定するには、隣接する位置に、既に固定されている他のユニットフレーム１５に、つなぎ材（図示なし）で接続する。
【００４０】
また、図４（ｂ）に示したように、水平トラス１３を三分割したトラス分割体１３ａ，１３ｂ，１３ｃが組み込まれているユニットフレーム１５を設置するときには、上記▲１▼から▲４▼の工程を行い、先に設置した他のユニットフレーム１５に接合するときに、トラス分割体１３ａ，１３ｂ，１３ｃについても同時に接合するようにする。
【００４１】
そして、図１に示したように、全てのユニットフレーム１５を架設した後、中央リング１０上に内周屋根材５６を張設し、さらに図９に示した仮設構台６５を解体撤去し、搬入口６３の部分に観客スタンド３を復旧させることによって、スタジアム１へのドーム屋根５の架設工事が完了する。
【００４２】
上述したドーム屋根５の構造では、ドーム屋根５のフレーム６が、中央リング１０と外周リング１１と中間フレーム１２と支持脚７とからなる構成となっている。このように、ドーム屋根５のフレーム６は支持脚７上に支持され、既設のスタジアム１とは別体の構造とされている。これにより、スタジアム１には、ドーム屋根５を架設するに当たって補強等を図る必要がなく、材料面，施工面等において、コストを大幅に削減することができる。
そして、支持脚７が、鉛直支柱３１と斜め支柱３２と地中梁３５とが略三角形に組み合わされた構成となっているので安定しており、このような支持脚７で支持するドーム屋根５を安定した架構とすることができる。しかも、ドーム屋根５の垂直荷重は鉛直支柱３１で負担し、軸力は斜め支柱３２で負担する構成となっているので、単に鉛直な柱で支持する従来の構造に比較して、部材断面を小さくすることができ、この点においてもコスト削減を図ることができる。
また、支持脚７を安定した構造とすることにより、施工に際しては、全ての支持脚７の組立が完了する前の段階であっても、外周リング１１の架設等を開始することができ、工期短縮化に結びつけることができる。
【００４３】
また、ドーム屋根５の屋根材８が、外周屋根材５５と内周屋根材５６とからなる２段構造とされ、外周屋根材５５と内周屋根材５６との間にはスペース５７が形成された構成となっている。これにより、ドーム屋根５内の換気を良好に行って、環境を向上させることができる。また、ドーム屋根５内外の温度差を小さくすることもできるので、屋根材８の結露を防止すること、内部を季節感に富んだ環境とすること、万一の火災発生時に排煙を効率よく行うこと等も可能である。さらに、ドーム屋根５がスタジアム１とは別体とされているため、大開口部６０や他の隙間から侵入した風によって、ドーム屋根５には浮力が作用するが、スペース５７から風を逃がすことによって、浮力を低減させることができる。
【００４４】
さらに、外周リング１１と支持脚７との間に、水平方向の相対移動を減衰し、かつ上下方向の相対移動を抑制する免震装置４０が備えられた構成となっている。これにより、地震等が発生した場合に、その水平方向の振動を減衰することができ、ドーム屋根５を免震構造とすることができる。また、例えば夏期と冬期における温度差によるフレーム６の伸縮にも対応することができる。
また、免震装置４０の上下動抑制装置４２によって上下方向の相対移動を抑制することによって、上下方向の振動やドーム屋根５に作用する浮力等に抗することができる。加えて、免震装置４０を構成する積層ゴム４１の粘弾性体４６が、前記振動や浮力等によって破断するのを防止することができる。
【００４５】
さらに加えて、スタジアム１のビル４の上方には、ドーム屋根５の弦方向に延在する水平トラス１３が設けられ、その両端部が支持脚７で支持された構成となっている。これにより、支持脚７を設けることができないビル４を跨ぐようにドーム屋根５を架設することができる。
【００４６】
また、各ユニットフレーム１５には張弦梁１６，１６を備える構成としたので、ケーブル２１の長さを調整することによって、施工時の誤差を吸収することもできる。
【００４７】
さらに、各支持脚７は、その高さＨと控えスタンスＬとが略等しくなるように設定されている。ところで、傾斜地に建てられているスタジアム１にドーム屋根５を水平に架設するには、支持脚７の高さＨがそれぞれ異なったものとなるが、控えスタンスＬをこれに対応させることによって、各支持脚７に作用する軸力を等しくすることができ、ドーム屋根５全体を安定したものとすることができる。
【００４８】
しかも、ドーム屋根５とスタジアム１との間には、大開口部６０が形成された構成となっている。これにより、スタジアム１内に開放的な空間を提供することができ、また換気も良好に行える。
【００４９】
また、上述したドーム屋根５の施工方法によれば、仮設構台６５を仮設して中央リング１０を設置するとともに、外周部に支持脚７，７，…を設置して外周リング１１を架設し、しかる後に中間フレーム１２を架設する構成とし、中間フレーム１２を架設するに際しては、まず、扇状のユニットフレーム１５を地組みする工程と、ユニットフレーム１５をドーム屋根５の下方に引き込む工程と、ユニットフレーム１５を揚重し、これを中央リング１０と外周リング１１との間に架け渡す工程と、ユニットフレーム１５を中央リング１０と外周リング１１とに沿って周方向に移動させて固定する工程とを繰り返していき、互いに隣接するユニットフレーム１５どうしを接合する構成となっている。これにより、既設のスタジアム１にドーム屋根５を架設するに際しては、スタジアム１内には仮設構台６５を設けるのみで済み、従来のように全面に足場を組むことはもちろんのこと、部分的に組む足場も最小限とすることができる。したがって足場組立・解体の手間および高所作業を最小限に留めることが可能となる。
また、スタジアム１外の搬入ヤード６２でユニットフレーム１５を地組みし、これをスタジアム１内に引き込んで設置する構成となっているので、ユニットフレーム１５の組立作業エリアと設置エリアとを分離し、作業を並行して効率よく行うことができる。また、同じ作業サイクルの繰り返しとなるので、架設するドーム屋根５が大規模であるほど、作業効率化のメリットが大きくなる。
このようにして、工事期間が限定される野球用のスタジアム１へのドーム屋根５の施工工事の、大幅な低コスト化および短工期化を図ることができる。
【００５０】
また、水平トラス１３，外周屋根材５５についても、ユニットフレーム１５に一体に組み込んでおくようにしたので、この点においても作業の効率化を図ることができる。
【００５１】
なお、上記実施の形態において、ドーム屋根５を既設の野球用のスタジアム１に架設する構成としたが、ドーム屋根５を架設する施設の種類や、新設、既設を問うものではなく、コンサートホール、コンベンションセンター、アトリウム等にも適用することが可能である。また、ドーム屋根５の平面形状を略円形としたが、長円形状等であっても、同様の構造および施工方法を適用することが可能である。
【００５２】
また、ドーム屋根５とスタジアム１とを別体として、隙間を形成する構成としたが、隙間なくドーム屋根５を架設する構成としてもよい。この場合であっても、屋根材８を外周屋根材５５と内周屋根材５６とからなる２段構造としたり、免震装置４０を設けることにより、上記と同様の効果を奏することは可能である。
【００５３】
さらには、これ以外のドーム屋根５の構造およびその施工方法については、本発明に係るドーム屋根構造およびその施工方法の主旨を逸脱しない範囲であれば、細部を問うものではなく、例えば張弦梁１６を廃した構成などとしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るドーム屋根構造によれば、ドーム屋根のフレームが、中央リングと、外周リングと、これら中央リングと外周リングとの間に架設された中間フレームと、外周リングを支持するための支持脚とからなり、支持脚が、鉛直支柱と斜め支柱と接続梁とを有した構成となっている。このような構成では、ドーム屋根は支持脚上に支持されており、ドーム屋根を架設する各種施設の下部構造と別体構造とすることが可能である。これにより、施設の下部構造には、ドーム屋根を支持するために補強を図る必要がなく、材料面、施工面等において、コストを大幅に削減することができる。また、上記構造は、既設の各種施設にドーム屋根を架設する場合にも適用することができ、施設の稼働を妨げることなく低コストかつ短工期で施工を行うことができる。
そして、支持脚が、鉛直支柱と斜め支柱と接続梁とが略三角形に組み合わされた構成となっているので安定しており、このような支持脚に支持されるドーム屋根を安定した架構とすることができる。しかも、ドーム屋根の垂直荷重は支持脚の鉛直支柱で負担し、ドーム屋根の軸力は支持脚の斜め支柱で負担する構成となっているので、従来よりもドーム屋根を支持する部材の断面を小さくすることができる。
また、施工に際しては、前述したように支持脚が安定しているため、全ての支持脚の組立が完了する前の段階であっても、ドーム屋根を部分的に架設し始めることができ、工期短縮化に結びつけることができる。
加えて、請求項１に係るドーム屋根構造によれば、フレームには、ドーム屋根の弦方向に延在して鉛直面内に位置するトラス部材が一体に設けられ、その両端部が支持脚に連結された構成となっている。これにより、このドーム屋根を架設する施設の下部構造に、例えば外周側に張り出す部分等があった場合にも、ここに、両端部が支持脚に支持されたトラス部材を跨ぐように設けることによってドーム屋根の荷重を支持することができるので、外周側に張り出す部分等に荷重をかけることなくドーム屋根を架設することが可能となる。
【００５５】
請求項２に係るドーム屋根構造によれば、中間フレームが複数の略扇状のユニットフレームから形成された構成となっている。これにより、施工に際しては、中間フレームを効率よく組み立てることができ、工期短縮化およびコスト低減化を図ることができる。
【００５６】
請求項３に係るドーム屋根構造によれば、中間フレーム上には外周屋根材が張設され、中央リングの上方には、外周屋根材の一定寸法上方に離間して中央リングの上方を覆う内周屋根材が架設された構成となっている。このようにして、屋根を２段構造とし、外周屋根材と内周屋根材との間に隙間を設けることにより、ドーム内の換気を良好に図ることができる。これにより、施設内の環境を良好なものとすることができる。さらに、ドーム屋根内外の温度差を小さくすることができるので、ドーム屋根面の結露を防止すること、施設内を季節感に富んだ環境とすること、万一の火災発生時に排煙を効率よく行うこと等も可能である。
また、前記したようにドーム屋根を、施設の下部構造と別体としたときに、下部構造とドーム屋根との間から侵入した風によって、ドーム屋根には浮力が作用するが、外周屋根材と内周屋根材との間の隙間から風を逃がすことによって、浮力を低減させることができる。
【００５７】
請求項４に係るドーム屋根構造によれば、外周リングと支持脚との間に、外周リングと支持脚の水平方向の相対移動を減衰し、かつ上下方向の相対移動を抑制する免震装置が備えられた構成となっている。これにより、地震等が発生した場合に、その水平方向の振動を減衰することによって、ドーム屋根を免震構造とすることができる。また、例えば夏期と冬期における温度差によるフレームの伸縮にも対応することができる。
さらに、上下方向の相対移動を抑制することによって、上下方向の振動やドーム屋根に作用する浮力等に抗することができ、さらには積層ゴム等が多用される免震装置において、前記振動や浮力等によって積層ゴムが破断するのを防止することができる。
【００５９】
請求項５に係るドーム屋根構造によれば、中間フレームが立断面視円弧状に形成され、その中央部と外周部との間にはケーブルが、その長さが調整可能に張設された構成となっている。これにより、このケーブルの長さを調節することによって、中間フレームの径方向寸法を調整することができ、施工誤差を吸収して、施工精度を向上させることができる。
【００６０】
請求項６に係るドーム屋根の施工方法によれば、架設すべきドーム屋根の中央部に中央リングを設置するとともに、外周部に支持脚を設置して該支持脚上に外周リングを架設し、しかる後に中間フレームを架設する構成とし、中間フレームを架設するに際しては、まず、扇状のユニットフレームを地組みする工程と、ユニットフレームをドーム屋根の下方に引き込む工程と、ユニットフレームを揚重し、これを中央リングと外周リングとの間に架け渡す工程と、ユニットフレームを中央リングと外周リングとに沿って周方向に移動させて固定する工程とを繰り返していき、互いに隣接するユニットフレームどうしを接合する構成となっている。
これにより、その施工に際して、ドーム屋根を架設すべき施設内には、中央リングを支持するための仮設足場を設けるのみで済み、足場組立・解体の手間および高所作業を最小限に留めることが可能となる。
また、ドーム屋根を架設すべき施設の外でユニットフレームを地組みし、これを施設内に引き込んで設置する作業であるので、組立作業エリアと設置エリアとを分離し、作業を並行して効率よく行うことができる。また、同じ作業サイクルの繰り返しとなるので、架設するドーム屋根が大規模であるほど、作業効率化のメリットが大きくなる。
このようにして、ドーム屋根の施工工事全体の大幅な低コスト化および短工期化を図ることができる。
【００６１】
また、請求項６に係るドーム屋根の施工方法によれば、ドーム屋根の弦方向に延在するトラス部材を中間フレームと一体に設置するため、トラス部材をその長さ方向に沿って複数に分割してなるトラス分割体をユニットフレームに予め一体に組み込んでおき、ユニットフレームを定められた位置に固定し、これを隣接する他のユニットフレームに接合するときに、トラス部材についても他のユニットフレームに組み込まれている他のトラス部材と接合する構成となっている。このようにして、トラス分割体をユニットフレームに一体に組み込んでおくことによって、請求項１に係るドーム屋根構造を実現するに際して、トラス部材についても施工の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るドーム屋根構造およびその施工方法を適用した施設の一例を示す立断面図である。
【図２】 図１の平面図である。
【図３】 前記ドーム屋根構造を構成するユニットフレームを示す図であって、（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側面図である。
【図４】 前記ドーム屋根に設けられたトラス部材を示す斜視図である。
【図５】 同ドーム屋根を構成する支持脚を示す斜視図である。
【図６】 同ドーム屋根に備えた免震装置の一例を示す側断面図である。
【図７】 同ドーム屋根の屋根材を示す立断面図である。
【図８】 同ドーム屋根の施工方法を示す平面図である。
【図９】 図８の側面図である。
【符号の説明】
１ スタジアム（既設の施設）
５ ドーム屋根
６ フレーム
７ 支持脚
１０ 中央リング
１１ 外周リング
１２ 中間フレーム
１３ 水平トラス（トラス部材）
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ トラス分割体
１５ ユニットフレーム
２１ ケーブル
３１ 鉛直支柱
３２ 斜め支柱
３５ 地中梁（接続梁）
４０ 免震装置
５５ 外周屋根材
５６ 内周屋根材
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば各種スタジアム、コンサートホール、コンベンションセンター等、ドーム状の施設の屋根に用いて好適なドーム屋根構造およびその施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スタジアム、コンサートホール、コンベンションセンター、アトリウム等の各種施設の屋根を、球面の一部を切り取ったような形状のドーム屋根で構成するものがあった。一般に、ドーム屋根は、鉄骨で組み上げた屋根フレームの上面に、種々の材料からなる屋根材を張設した構成となっている。
このようなドーム屋根を施工するには、施設の基礎や、観客スタンドや外周壁部等からなる施設の下部構造を構築した後、この下部構造の内方に組み上げた足場上でドーム屋根の組立作業を行っていた。
【０００３】
しかしながら、このような施工方法では、足場が大規模なものとなり、その組立・解体に多大なコストと手間がかかるという点が従来より問題とされていた。このような問題を解決するため、例えば特公平５−２７７３３号公報に記載された技術が提案されている。この技術では、ドーム屋根の中央部に中央リング（トラス回転リング）を架設するとともに外周部に外周リング（テンションリング）を架設した後、中央リングを中心とした放射方向に２個の仮設足場（作業ステージ）を設ける。そして、しかる後に屋根フレーム（鉄骨ドーム）を放射状に分割した形状の扇形のブロックを各仮設足場上で組み付ける工程と、このブロックを周方向に回転させる工程とを繰り返すことによって屋根フレームを組み立てるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のドーム屋根構造およびその施工方法には、以下のような問題が存在する。
まず、ドーム屋根の外周部においては、鉛直荷重だけでなく、外方に向けて作用する軸力が作用している。施設の下部構造の外周部に設けられてドーム屋根を支持する柱は、このような外周リングを支持するため、鉛直荷重だけでなく水平方向の軸力をも考慮して強度が設定されており、これによって柱の断面が大きなものとなり、コスト上昇を招いている。
また、上記ドーム屋根は、施設の下部構造と一体に設けられているのが通常であり、特に通風・換気を十分に図るためには、特別に換気設備等を備えなければならず、この点もコスト上昇の一因となっている。
【０００５】
さらに、上記施工方法では、足場の組立・解体の手間を削減するため、扇形のブロックを回転させることによって屋根フレームを組み立てるようになっているが、この方法においても、施設内の２カ所に足場を組み立てなければならず、依然前記問題を完全に解決しているとは言い難かった。
【０００６】
特に、近年では、既設の野球場、サッカー場、陸上競技場、競輪場、総合グラウンド等に、新たにドーム屋根を架設してこれらの施設の全天候化を図ることも行われつつあるが、このような場合には、低コストであるのはもちろんのこと、既設の施設の使用を妨げることなく各種ゲームや競技のシーズンオフ中等に短工期で工事を行うことが要求される。また、このような場合には、周囲の作業スペースに制限があることも多く、施工条件が非常に厳しいものとなっている。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、低コストかつ短工期で施工することができ、また特に既設の施設にも何ら問題なく適用することのできるドーム屋根構造およびその施工方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ドーム屋根のフレームが、前記ドーム屋根の中央部に配設されたリング状の中央リングと、前記ドーム屋根の外周部に前記中央リングと略同心円状に配設されたリング状の外周リングと、これら中央リングと外周リングとの間に架設された中間フレームと、前記外周リングを支持するため地盤上に構築された支持脚とからなり、前記支持脚が、鉛直方向に延びる鉛直支柱と、前記外周リング側からその外周側の前記地盤側に向けて斜めに延在する斜め支柱とを有し、前記中間フレームには、前記ドーム屋根の弦方向に延在して鉛直面内に位置するトラス部材が一体に設けられ、該トラス部材の両端部が前記支持脚に連結されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のドーム屋根構造において、前記中間フレームが、前記中央リングを中心として周方向に分割されてなる複数の略扇状のユニットフレームから形成されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のドーム屋根構造において、前記中央リングと外周リングとの間の前記中間フレーム上には外周屋根材が張設され、前記中央リングの上方には、前記外周屋根材の一定寸法上方に離間して、前記中央リングの上方を覆う内周屋根材が架設されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のドーム屋根構造において、前記外周リングと前記支持脚との間には、これら外周リングと支持脚の水平方向の振動による相対移動を減衰し、かつ上下方向の相対移動を抑制する免震装置が備えられていることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のドーム屋根構造において、前記中間フレームが立断面視略円弧状に形成され、該中間フレームの中央部側の端部と外周部側の端部との間にはケーブルが張設され、該ケーブルの長さが調整可能とされていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６に係る発明は、架設すべきドーム屋根の中央部にリング状の中央リングを設置するとともに、外周部に支持脚を設置して該支持脚上に外周リングを架設し、しかる後に、前記中央リングと外周リングとの間に中間フレームを架設する構成とし、前記中間フレームを架設するに際しては、まず、該中間フレームを周方向に複数に分割してなる略扇状のユニットフレームを地組みする工程と、地組みした前記ユニットフレームを架設すべきドーム屋根の下方に引き込む工程と、前記ユニットフレームを揚重し、これを前記中央リングと外周リングとの間に架け渡す工程と、前記ユニットフレームを前記中央リングと外周リングとに沿って周方向に移動させて定められた位置に固定する工程とを繰り返し、互いに隣接する前記ユニットフレームどうしを接合することとし、架設すべき前記ドーム屋根の弦方向に延在するトラス部材を前記中間フレームと一体に設置するため、前記トラス部材をその長さ方向に沿って複数に分割してなるトラス分割体を、前記ユニットフレームに予め一体に組み込んでおき、該ユニットフレームを定められた位置に固定して、これを隣接する他のユニットフレームに接合するときに、前記トラス部材についても前記他のユニットフレームに組み込まれている他のトラス部材と接合することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るドーム屋根構造およびその施工方法の実施の形態の一例について図１ないし図９を参照して説明する。
【００１８】
図１および図２に示すものは、本発明に係るドーム屋根構造およびその施工方法を適用して、例えば既設の野球用のスタジアムにドーム屋根を架設した状態を示すもので、これらの図において、符号１は既設のスタジアム（既設の施設）、２はスタジアム１のグラウンド部、３はグラウンド部２を囲むように形成された観客スタンド、４は観客スタンド３のバックネット側（ホームベース側）に設けられたビル、５はこのようなスタジアム１に架設されたドーム屋根、をそれぞれ示している。
図１に示すように、スタジアム１の周囲の地盤Ｇは、ホームベース側（図中左方）からバックスクリーン側（図中右方）に向けて、漸次低くなる傾斜面となっている。
【００１９】
このような既設のスタジアム１上に架設すべきドーム屋根５は、平面視略円形で、全体として球面の一部を切り取ったような形状を有しており、その構面を形成するフレーム６と、該フレーム６の外周部に配設されて、これをスタジアム１とは切り離して別体に支持する支持脚７，７，…と、フレーム６の上面側に設けられた屋根材８とから概略構成されている。
【００２０】
図１および図２に示すように、フレーム６は、ドーム屋根５の中央部（頂部）に配設されたリング状の中央リング１０と、ドーム屋根５の外周部に、中央リング１０と略同心円状に配設された外周リング１１と、これら中央リング１０，外周リング１１間に架設された中間フレーム１２と、ビル４の上方位置に配設された水平トラス（トラス部材）１３とから構成されている。
中央リング１０は、水平面内に位置するよう設けられており、例えば断面視三角形あるいは四角形の立体トラス構造によって形成されている。
外周リング１１は、既設のスタジアム１の観客スタンド３やビル４等の最も高い部分よりも上方の位置で水平面内に位置するよう設けられており、例えば所定長の鉄骨材を多数本接続して平面視多角形とすることによって全体として略円形をなしている。
【００２１】
図２に示したように、中間フレーム１２は、これを周方向に沿って放射状に分割、例えば３２分割した形態のユニットフレーム１５，１５，…から構成されている。
【００２２】
図３に示すように、各ユニットフレーム１５は平面視略扇状をなしており、その両側に略鉛直面内に位置する張弦梁１６を備えている。図３（ａ）に示したように、各張弦梁１６は、略円弧状をなして延在する上弦材１７と、該上弦材１７に平行に延在する下弦材１８と、これら上弦材１７，下弦材１８間に架設された束材１９およびラチス材２０と、湾曲した下弦材１８の両端部間に張設されたケーブル２１とから構成されている。このケーブル２１の長さは調整可能となっており、これによって、張弦梁１６の応力および寸法を調整できるようになっている。
図３（ｂ）に示したように、各ユニットフレーム１５は、これら両側の張弦梁１６，１６間に、ドーム屋根５の周方向に延在して両側の張弦梁１６，１６を繋ぐつなぎ材２２と、これら張弦梁１６，１６およびつなぎ材２２間に架設されたラチス材２３とが配設された構成となっている。ここで、図３（ｃ）に示したように、ラチス材２３は、各ユニットフレーム１５において、両側の張弦梁１６，１６の上弦材１７，１７に接続されて、略Ｗ字状に配置されている。これは、この後に説明する屋根材８をサスペンション構造として張設するためである。
【００２３】
図２に示したように、上記ユニットフレーム１５から構成される中間フレーム１２は、ユニットフレーム１５，１５どうしが隣接する部分において、双方の張弦梁１６，１６を図示しないジョイント材で接続することによって一体化されている。
【００２４】
また、前記したようにビル４の上方位置に配設されている水平トラス１３は、平面視するとドーム屋根５の弦方向に延在するよう設けられている。図４に示すように、水平トラス１３は、水平方向に延在する上弦材２６，下弦材２７と、これら上弦材２６，下弦材２７間に架設された束材２８，ラチス材２９とから構成されている。
この水平トラス１３は、３個のユニットフレーム１５，１５，１５に一体に組み込まれている。すなわち、水平トラス１３は、その長さ方向に例えば三つのトラス分割体１３ａ，１３ｂ，１３ｃに分割され、これら３個のユニットフレーム１５に組み込まれている。
図２に示したように、このような水平トラス１３は、その両端部が支持脚７に連結されており、これによって水平トラス１３と支持脚７，７とが、ビル４を跨ぐよう設けられた構成となっている。
【００２５】
図５に示すように、支持脚７は、外周リング１１から鉛直下方に延びる二本一対の鉛直支柱３１，３１と、これら鉛直支柱３１，３１の上端部から斜め下方に向けて延在する二本一対の斜め支柱３２，３２とを有している。斜め支柱３２，３２は、外周リング１１からその外周側に向けて延在しており、これら斜め支柱３２，３２の間隔は上方から下方に行くに従い漸次小さくなり、その下端部が地盤中のコンクリート製の控え基礎３３に固定されている。また、鉛直支柱３１，３１の下端部にも控え基礎３４，３４が設けられており、これら控え基礎３３，３４，３４を連結する地中梁（接続梁）３５，３５，３５が地盤中に設けられている。
さらに、このような支持脚７には、補強材として、鉛直支柱３１，３１間にブレース材３６，３６が設けられ、鉛直支柱３１，３１と斜め支柱３２，３２間に水平面内に位置するつなぎ梁３７，３７，…が設けられている。
【００２６】
図２に示したように、このような支持脚７は、スタジアム１が傾斜地に構築されているため、場所によって高さが異なっているが、図５に示したように、各支持脚７は、その高さＨと控えスタンスＬ（控え基礎３４，３４を結んだ線と控え基礎３３との間隔）とが略等しくなるように設定されている。
【００２７】
図６に示すように、各支持脚７の上端部と外周リング１１との間には免震装置４０が設けられている。
免震装置４０は、積層ゴム４１と、この積層ゴム４１の両側に配置された上下動抑制装置４２，４２とから構成されている。
【００２８】
積層ゴム４１は、外周リング１１に固定された上部プレート４３と支持脚７の上面に固定された下部プレート４４との間に、鋼板４５と、層状に形成された粘弾性体４６とが上下方向に交互に積層された構成となっている。
【００２９】
各上下動抑制装置４２は、外周リング１１の下面に固定された上部プレート４７と、支持脚７の上面に固定された下部プレート４８との間に、水平方向に延在する鋼製の上部レール５０と、該上部レール５０と直交して水平方向に延在する鋼製の下部レール５１と、これら上部レール５０と下部レール５１とをそれぞれの延在する方向にスライド自在に連結するジョイント部材５２とが設けられた構成となっている。ジョイント部材５２の上下端部には側方に突出する爪部５２ａ，５２ｂが形成されており、これらが上部レール５０，下部レール５１のレール溝５０ａ，５１ａに係合した構成となっている。これにより上部レール５０と下部レール５１とは上下方向に変位するのを拘束するようになっている。
【００３０】
また、前記上部レール５０は、上部プレート４７に高さ調整機構５３を介して取り付けられている。高さ調整機構５３は、基端部が上部プレート４７に固定された所定長の調整ボルト５３Ａと、固定ナット５３Ｂとから構成されており、上部レール５０を調整ボルト５３Ａの長さの範囲内の任意の位置に固定ナット５３Ｂで固定することによって、上部レール５０の高さを調整できるようになっている。
【００３１】
このような構成からなる免震装置４０では、地震等によって水平方向の外力がドーム屋根５に入力されると、地盤と一体に振動する支持脚７と、免震装置４０を介して支持された外周リング１１との間で、水平方向の相対変位が生じる。
すると、積層ゴム４１においては、上部プレート４３側と下部プレート４４側とで水平方向に相対変位が生じることになり、この相対変位が、各粘弾性体４６の変形によって減衰されるようになっている。
このとき、積層ゴム４１の両側の各上下動抑制装置４２においても、上部プレート４７側と下部プレート４８側との間で水平方向の相対変位が生じるが、これに追随して上部レール５０と下部レール５１とがジョイント部材５２を介して水平面内で相対移動し、積層ゴム４１における減衰効果を妨げないようになっている。
【００３２】
また、ドーム屋根５に、垂直方向の外力が入力されたときには、上下動抑制装置４２のジョイント部材５２によって、上部レール５０と下部レール５１との上下方向の相対変位が拘束されるようになっている。これにより、ドーム屋根５の支持脚７と、フレーム６との上下方向の相対変位を拘束し、積層ゴム４１にこれを上下方向に引っ張る力が作用しないようになっている。
【００３３】
ところで、図１に示したように、フレーム６上に張設された屋根材８は、フレーム６の中央リング１０と外周リング１１との間に張設された外周屋根材５５と、中央リング１０の内方空間を覆うよう架設された内周屋根材５６とから構成されている。図１および図７に示すように、内周屋根材５６は、図示しない支持材を介して、外周屋根材５５の内周縁部よりも所定寸法上方に架設されており、内周屋根材５６と外周屋根材５５との間には換気用のスペース５７が形成されている。
【００３４】
図１に示したように、このようにして、ドーム屋根５のフレーム６は、支持脚７と水平トラス１３とによって、既設のスタジアム１の観客スタンド３やビル４に一切の荷重を架けることなく架設されている。
そして、ドーム屋根５は、観客スタンド３の外野側に、フレーム６の下方に横方向に開く大開口部６０が形成された構成となっている。
【００３５】
次に、上記構成からなるドーム屋根５を、既設のスタジアム１に架設する方法について説明する。
これにはまず、図８に示すように、スタジアム１の外側のスペースを、資材ヤード６１，搬入ヤード６２とし、搬入ヤード６２に隣接した位置の観客スタンド３を一部撤去して、ここを搬入口６３とする。
【００３６】
そして、図９に示すように、グラウンド部２に仮設構台６５を組み上げ、この仮設構台６５上で中央リング１０を支持する。
また、図８に示したように、これと並行してスタジアム１の周囲の所定位置に支持脚７，７，…を設置し、これら支持脚７上に免震装置４０（図６参照），外周リング１１を設置する。
これら中央リング１０および外周リング１１には、この後に説明するユニットフレーム１５の移動を容易にするため、テフロン（登録商標）等の摩擦低減材や、移動用の台車およびその走行レール等を適宜設置する。
【００３７】
一方、工場等で組み立てられて、資材ヤード６１に運び込まれたフレーム部材６６を、搬入ヤード６２に移送し、このフレーム部材６６からユニットフレーム１５を組み立てる。このとき、各ユニットフレーム１５には、外周屋根材５５（図１参照）も張設しておく。また、ユニットフレーム１５の組立順序は、搬入口６３とは反対側のビル４側に設置されるものから組み立てるようにする。
【００３８】
次いで、組み立てたユニットフレーム１５は、クレーン６７等で搬入口６３からグラウンド部２内に引き込む。そして、図９に示したように、このユニットフレーム１５を揚重して吊り上げた後、中央リング１０および外周リング１１上に載せる。
続いて、図８に示したように、ユニットフレーム１５を、中央リング１０および外周リング１１の周方向に沿って、これを組み付けるべき所定の位置まで油圧ジャッキ等を用いて移動させる。そして、所定の位置まで移動させたユニットフレーム１５は、図示しないジョイント材等によって中央リング１０および外周リング１１に固定する。
【００３９】
この後は、上記と同様にして、
▲１▼搬入ヤード６２でユニットフレーム１５を地組みする工程、
▲２▼地組みしたユニットフレーム１５をグラウンド部２内に引き込む工程、
▲３▼ユニットフレーム１５を揚重し、これを中央リング１０と外周リング１１上に架け渡す工程、
▲４▼ユニットフレーム１５を中央リング１０および外周リング１１に沿って周方向に移動させて所定の位置に固定する工程、
とを繰り返して、ユニットフレーム１５を順次設置していく。
このとき、各ユニットフレーム１５を所定の位置に固定するには、隣接する位置に、既に固定されている他のユニットフレーム１５に、つなぎ材（図示なし）で接続する。
【００４０】
また、図４（ｂ）に示したように、水平トラス１３を三分割したトラス分割体１３ａ，１３ｂ，１３ｃが組み込まれているユニットフレーム１５を設置するときには、上記▲１▼から▲４▼の工程を行い、先に設置した他のユニットフレーム１５に接合するときに、トラス分割体１３ａ，１３ｂ，１３ｃについても同時に接合するようにする。
【００４１】
そして、図１に示したように、全てのユニットフレーム１５を架設した後、中央リング１０上に内周屋根材５６を張設し、さらに図９に示した仮設構台６５を解体撤去し、搬入口６３の部分に観客スタンド３を復旧させることによって、スタジアム１へのドーム屋根５の架設工事が完了する。
【００４２】
上述したドーム屋根５の構造では、ドーム屋根５のフレーム６が、中央リング１０と外周リング１１と中間フレーム１２と支持脚７とからなる構成となっている。このように、ドーム屋根５のフレーム６は支持脚７上に支持され、既設のスタジアム１とは別体の構造とされている。これにより、スタジアム１には、ドーム屋根５を架設するに当たって補強等を図る必要がなく、材料面，施工面等において、コストを大幅に削減することができる。
そして、支持脚７が、鉛直支柱３１と斜め支柱３２と地中梁３５とが略三角形に組み合わされた構成となっているので安定しており、このような支持脚７で支持するドーム屋根５を安定した架構とすることができる。しかも、ドーム屋根５の垂直荷重は鉛直支柱３１で負担し、軸力は斜め支柱３２で負担する構成となっているので、単に鉛直な柱で支持する従来の構造に比較して、部材断面を小さくすることができ、この点においてもコスト削減を図ることができる。
また、支持脚７を安定した構造とすることにより、施工に際しては、全ての支持脚７の組立が完了する前の段階であっても、外周リング１１の架設等を開始することができ、工期短縮化に結びつけることができる。
【００４３】
また、ドーム屋根５の屋根材８が、外周屋根材５５と内周屋根材５６とからなる２段構造とされ、外周屋根材５５と内周屋根材５６との間にはスペース５７が形成された構成となっている。これにより、ドーム屋根５内の換気を良好に行って、環境を向上させることができる。また、ドーム屋根５内外の温度差を小さくすることもできるので、屋根材８の結露を防止すること、内部を季節感に富んだ環境とすること、万一の火災発生時に排煙を効率よく行うこと等も可能である。さらに、ドーム屋根５がスタジアム１とは別体とされているため、大開口部６０や他の隙間から侵入した風によって、ドーム屋根５には浮力が作用するが、スペース５７から風を逃がすことによって、浮力を低減させることができる。
【００４４】
さらに、外周リング１１と支持脚７との間に、水平方向の相対移動を減衰し、かつ上下方向の相対移動を抑制する免震装置４０が備えられた構成となっている。これにより、地震等が発生した場合に、その水平方向の振動を減衰することができ、ドーム屋根５を免震構造とすることができる。また、例えば夏期と冬期における温度差によるフレーム６の伸縮にも対応することができる。
また、免震装置４０の上下動抑制装置４２によって上下方向の相対移動を抑制することによって、上下方向の振動やドーム屋根５に作用する浮力等に抗することができる。加えて、免震装置４０を構成する積層ゴム４１の粘弾性体４６が、前記振動や浮力等によって破断するのを防止することができる。
【００４５】
さらに加えて、スタジアム１のビル４の上方には、ドーム屋根５の弦方向に延在する水平トラス１３が設けられ、その両端部が支持脚７で支持された構成となっている。これにより、支持脚７を設けることができないビル４を跨ぐようにドーム屋根５を架設することができる。
【００４６】
また、各ユニットフレーム１５には張弦梁１６，１６を備える構成としたので、ケーブル２１の長さを調整することによって、施工時の誤差を吸収することもできる。
【００４７】
さらに、各支持脚７は、その高さＨと控えスタンスＬとが略等しくなるように設定されている。ところで、傾斜地に建てられているスタジアム１にドーム屋根５を水平に架設するには、支持脚７の高さＨがそれぞれ異なったものとなるが、控えスタンスＬをこれに対応させることによって、各支持脚７に作用する軸力を等しくすることができ、ドーム屋根５全体を安定したものとすることができる。
【００４８】
しかも、ドーム屋根５とスタジアム１との間には、大開口部６０が形成された構成となっている。これにより、スタジアム１内に開放的な空間を提供することができ、また換気も良好に行える。
【００４９】
また、上述したドーム屋根５の施工方法によれば、仮設構台６５を仮設して中央リング１０を設置するとともに、外周部に支持脚７，７，…を設置して外周リング１１を架設し、しかる後に中間フレーム１２を架設する構成とし、中間フレーム１２を架設するに際しては、まず、扇状のユニットフレーム１５を地組みする工程と、ユニットフレーム１５をドーム屋根５の下方に引き込む工程と、ユニットフレーム１５を揚重し、これを中央リング１０と外周リング１１との間に架け渡す工程と、ユニットフレーム１５を中央リング１０と外周リング１１とに沿って周方向に移動させて固定する工程とを繰り返していき、互いに隣接するユニットフレーム１５どうしを接合する構成となっている。これにより、既設のスタジアム１にドーム屋根５を架設するに際しては、スタジアム１内には仮設構台６５を設けるのみで済み、従来のように全面に足場を組むことはもちろんのこと、部分的に組む足場も最小限とすることができる。したがって足場組立・解体の手間および高所作業を最小限に留めることが可能となる。
また、スタジアム１外の搬入ヤード６２でユニットフレーム１５を地組みし、これをスタジアム１内に引き込んで設置する構成となっているので、ユニットフレーム１５の組立作業エリアと設置エリアとを分離し、作業を並行して効率よく行うことができる。また、同じ作業サイクルの繰り返しとなるので、架設するドーム屋根５が大規模であるほど、作業効率化のメリットが大きくなる。
このようにして、工事期間が限定される野球用のスタジアム１へのドーム屋根５の施工工事の、大幅な低コスト化および短工期化を図ることができる。
【００５０】
また、水平トラス１３，外周屋根材５５についても、ユニットフレーム１５に一体に組み込んでおくようにしたので、この点においても作業の効率化を図ることができる。
【００５１】
なお、上記実施の形態において、ドーム屋根５を既設の野球用のスタジアム１に架設する構成としたが、ドーム屋根５を架設する施設の種類や、新設、既設を問うものではなく、コンサートホール、コンベンションセンター、アトリウム等にも適用することが可能である。また、ドーム屋根５の平面形状を略円形としたが、長円形状等であっても、同様の構造および施工方法を適用することが可能である。
【００５２】
また、ドーム屋根５とスタジアム１とを別体として、隙間を形成する構成としたが、隙間なくドーム屋根５を架設する構成としてもよい。この場合であっても、屋根材８を外周屋根材５５と内周屋根材５６とからなる２段構造としたり、免震装置４０を設けることにより、上記と同様の効果を奏することは可能である。
【００５３】
さらには、これ以外のドーム屋根５の構造およびその施工方法については、本発明に係るドーム屋根構造およびその施工方法の主旨を逸脱しない範囲であれば、細部を問うものではなく、例えば張弦梁１６を廃した構成などとしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るドーム屋根構造によれば、ドーム屋根のフレームが、中央リングと、外周リングと、これら中央リングと外周リングとの間に架設された中間フレームと、外周リングを支持するための支持脚とからなり、支持脚が、鉛直支柱と斜め支柱と接続梁とを有した構成となっている。このような構成では、ドーム屋根は支持脚上に支持されており、ドーム屋根を架設する各種施設の下部構造と別体構造とすることが可能である。これにより、施設の下部構造には、ドーム屋根を支持するために補強を図る必要がなく、材料面、施工面等において、コストを大幅に削減することができる。また、上記構造は、既設の各種施設にドーム屋根を架設する場合にも適用することができ、施設の稼働を妨げることなく低コストかつ短工期で施工を行うことができる。
そして、支持脚が、鉛直支柱と斜め支柱と接続梁とが略三角形に組み合わされた構成となっているので安定しており、このような支持脚に支持されるドーム屋根を安定した架構とすることができる。しかも、ドーム屋根の垂直荷重は支持脚の鉛直支柱で負担し、ドーム屋根の軸力は支持脚の斜め支柱で負担する構成となっているので、従来よりもドーム屋根を支持する部材の断面を小さくすることができる。
また、施工に際しては、前述したように支持脚が安定しているため、全ての支持脚の組立が完了する前の段階であっても、ドーム屋根を部分的に架設し始めることができ、工期短縮化に結びつけることができる。
加えて、請求項１に係るドーム屋根構造によれば、フレームには、ドーム屋根の弦方向に延在して鉛直面内に位置するトラス部材が一体に設けられ、その両端部が支持脚に連結された構成となっている。これにより、このドーム屋根を架設する施設の下部構造に、例えば外周側に張り出す部分等があった場合にも、ここに、両端部が支持脚に支持されたトラス部材を跨ぐように設けることによってドーム屋根の荷重を支持することができるので、外周側に張り出す部分等に荷重をかけることなくドーム屋根を架設することが可能となる。
【００５５】
請求項２に係るドーム屋根構造によれば、中間フレームが複数の略扇状のユニットフレームから形成された構成となっている。これにより、施工に際しては、中間フレームを効率よく組み立てることができ、工期短縮化およびコスト低減化を図ることができる。
【００５６】
請求項３に係るドーム屋根構造によれば、中間フレーム上には外周屋根材が張設され、中央リングの上方には、外周屋根材の一定寸法上方に離間して中央リングの上方を覆う内周屋根材が架設された構成となっている。このようにして、屋根を２段構造とし、外周屋根材と内周屋根材との間に隙間を設けることにより、ドーム内の換気を良好に図ることができる。これにより、施設内の環境を良好なものとすることができる。さらに、ドーム屋根内外の温度差を小さくすることができるので、ドーム屋根面の結露を防止すること、施設内を季節感に富んだ環境とすること、万一の火災発生時に排煙を効率よく行うこと等も可能である。
また、前記したようにドーム屋根を、施設の下部構造と別体としたときに、下部構造とドーム屋根との間から侵入した風によって、ドーム屋根には浮力が作用するが、外周屋根材と内周屋根材との間の隙間から風を逃がすことによって、浮力を低減させることができる。
【００５７】
請求項４に係るドーム屋根構造によれば、外周リングと支持脚との間に、外周リングと支持脚の水平方向の相対移動を減衰し、かつ上下方向の相対移動を抑制する免震装置が備えられた構成となっている。これにより、地震等が発生した場合に、その水平方向の振動を減衰することによって、ドーム屋根を免震構造とすることができる。また、例えば夏期と冬期における温度差によるフレームの伸縮にも対応することができる。
さらに、上下方向の相対移動を抑制することによって、上下方向の振動やドーム屋根に作用する浮力等に抗することができ、さらには積層ゴム等が多用される免震装置において、前記振動や浮力等によって積層ゴムが破断するのを防止することができる。
【００５９】
請求項５に係るドーム屋根構造によれば、中間フレームが立断面視円弧状に形成され、その中央部と外周部との間にはケーブルが、その長さが調整可能に張設された構成となっている。これにより、このケーブルの長さを調節することによって、中間フレームの径方向寸法を調整することができ、施工誤差を吸収して、施工精度を向上させることができる。
【００６０】
請求項６に係るドーム屋根の施工方法によれば、架設すべきドーム屋根の中央部に中央リングを設置するとともに、外周部に支持脚を設置して該支持脚上に外周リングを架設し、しかる後に中間フレームを架設する構成とし、中間フレームを架設するに際しては、まず、扇状のユニットフレームを地組みする工程と、ユニットフレームをドーム屋根の下方に引き込む工程と、ユニットフレームを揚重し、これを中央リングと外周リングとの間に架け渡す工程と、ユニットフレームを中央リングと外周リングとに沿って周方向に移動させて固定する工程とを繰り返していき、互いに隣接するユニットフレームどうしを接合する構成となっている。
これにより、その施工に際して、ドーム屋根を架設すべき施設内には、中央リングを支持するための仮設足場を設けるのみで済み、足場組立・解体の手間および高所作業を最小限に留めることが可能となる。
また、ドーム屋根を架設すべき施設の外でユニットフレームを地組みし、これを施設内に引き込んで設置する作業であるので、組立作業エリアと設置エリアとを分離し、作業を並行して効率よく行うことができる。また、同じ作業サイクルの繰り返しとなるので、架設するドーム屋根が大規模であるほど、作業効率化のメリットが大きくなる。
このようにして、ドーム屋根の施工工事全体の大幅な低コスト化および短工期化を図ることができる。
【００６１】
また、請求項６に係るドーム屋根の施工方法によれば、ドーム屋根の弦方向に延在するトラス部材を中間フレームと一体に設置するため、トラス部材をその長さ方向に沿って複数に分割してなるトラス分割体をユニットフレームに予め一体に組み込んでおき、ユニットフレームを定められた位置に固定し、これを隣接する他のユニットフレームに接合するときに、トラス部材についても他のユニットフレームに組み込まれている他のトラス部材と接合する構成となっている。このようにして、トラス分割体をユニットフレームに一体に組み込んでおくことによって、請求項１に係るドーム屋根構造を実現するに際して、トラス部材についても施工の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るドーム屋根構造およびその施工方法を適用した施設の一例を示す立断面図である。
【図２】 図１の平面図である。
【図３】 前記ドーム屋根構造を構成するユニットフレームを示す図であって、（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側面図である。
【図４】 前記ドーム屋根に設けられたトラス部材を示す斜視図である。
【図５】 同ドーム屋根を構成する支持脚を示す斜視図である。
【図６】 同ドーム屋根に備えた免震装置の一例を示す側断面図である。
【図７】 同ドーム屋根の屋根材を示す立断面図である。
【図８】 同ドーム屋根の施工方法を示す平面図である。
【図９】 図８の側面図である。
【符号の説明】
１ スタジアム（既設の施設）
５ ドーム屋根
６ フレーム
７ 支持脚
１０ 中央リング
１１ 外周リング
１２ 中間フレーム
１３ 水平トラス（トラス部材）
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ トラス分割体
１５ ユニットフレーム
２１ ケーブル
３１ 鉛直支柱
３２ 斜め支柱
３５ 地中梁（接続梁）
４０ 免震装置
５５ 外周屋根材
５６ 内周屋根材
Claims (6)
- ドーム屋根のフレームが、前記ドーム屋根の中央部に配設されたリング状の中央リングと、前記ドーム屋根の外周部に前記中央リングと略同心円状に配設されたリング状の外周リングと、これら中央リングと外周リングとの間に架設された中間フレームと、前記外周リングを支持するため地盤上に構築された支持脚とからなり、
前記支持脚が、鉛直方向に延びる鉛直支柱と、該鉛直支柱の上端部からその外周側の前記地盤に向けて斜めに延在する斜め支柱と、前記鉛直支柱の下端部と前記斜め支柱の下端部とを接続する接続梁とを有し、
前記中間フレームには、前記ドーム屋根の弦方向に延在して鉛直面内に位置するトラス部材が一体に設けられ、該トラス部材の両端部が前記支持脚に連結されてなることを特徴とするドーム屋根構造。 - 請求項１記載のドーム屋根構造において、前記中間フレームが、前記中央リングを中心として周方向に分割されてなる複数の略扇状のユニットフレームから形成されていることを特徴とするドーム屋根構造。
- 請求項１または２記載のドーム屋根構造において、前記中央リングと外周リングとの間の前記中間フレーム上には外周屋根材が張設され、前記中央リングの上方には、前記外周屋根材の一定寸法上方に離間して、前記中央リングの上方を覆う内周屋根材が架設されていることを特徴とするドーム屋根構造。
- 請求項１ないし３のいずれかに記載のドーム屋根構造において、前記外周リングと前記支持脚との間には、これら外周リングと支持脚の水平方向の振動による相対移動を減衰し、かつ上下方向の相対移動を抑制する免震装置が備えられていることを特徴とするドーム屋根構造。
- 請求項１ないし４のいずれかに記載のドーム屋根構造において、前記中間フレームが立断面視略円弧状に形成され、該中間フレームの中央部側の端部と外周部側の端部との間にはケーブルが張設され、該ケーブルの長さが調整可能とされていることを特徴とするドーム屋根構造。
- 架設すべきドーム屋根の中央部にリング状の中央リングを設置するとともに、外周部に支持脚を設置して該支持脚上に外周リングを架設し、しかる後に、前記中央リングと外周リングとの間に中間フレームを架設する構成とし、
前記中間フレームを架設するに際しては、まず、該中間フレームを周方向に複数に分割してなる略扇状のユニットフレームを地組みする工程と、地組みした前記ユニットフレームを架設すべきドーム屋根の下方に引き込む工程と、前記ユニットフレームを揚重し、これを前記中央リングと外周リングとの間に架け渡す工程と、前記ユニットフレームを前記中央リングと外周リングとに沿って周方向に移動させて定められた位置に固定する工程とを繰り返し、互いに隣接する前記ユニットフレームどうしを接合することとし、
架設すべき前記ドーム屋根の弦方向に延在するトラス部材を前記中間フレームと一体に設置するため、前記トラス部材をその長さ方向に沿って複数に分割してなるトラス分割体を、前記ユニットフレームに予め一体に組み込んでおき、該ユニットフレームを定められた位置に固定して、これを隣接する他のユニットフレームに接合するときに、前記トラス部材についても前記他のユニットフレームに組み込まれている他のトラス部材と接合することを特徴とするドーム屋根の施工方法。
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