JP3704672B2

JP3704672B2 - ケーブル架構

Info

Publication number: JP3704672B2
Application number: JP12434397A
Authority: JP
Inventors: 康三深尾
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: JPH10317731A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、無柱、大空間の屋根を必要とする競輪場、サッカー場などの屋根の構築に大空間架構形式として採用されるケーブルガーダー、ケーブルネット、サスペンション膜、ケーブルドーム等々のケーブル架構の技術分野に属し、更に言えば、上向き荷重（風荷重）及び下向き荷重（積雪荷重）などに対して、一種のバッフア（バネ機構）により荷重に見合った力を保持して追従し、各ケーブルの張力変動を最小限に抑制するケーブル架構の構法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ケーブル架構は、大空間架構形式として各方面に広く採用されている。図５は直径２００ｍ余のサッカー場屋根のケーブル構造のモデルを示している。屋根を構成するケーブルを内側のテンションリング３で引張り、外側の三角トラス４を介して躯体と一体化されている。
【０００３】
ケーブル架構の原理機構は、図６に例示したように、吊りケーブル１と押さえケーブル２とを交差させ、下向き荷重を吊りケーブル１で支持させ、上向き荷重は押さえケーブル２で支持させて架構の構造安定性を保つ構成である。従って、吊りケーブル１及び押さえケーブル２の双方に常にケーブル張力を存在させることにより成立する構造でもある。必然、ケーブルに初期張力の導入作業を伴い、双方の（又は他の）ケーブルとの同調（平衡）が必要でもある。
【０００４】
図６に吊りケーブル１と押さえケーブル２の初期張力と最大ケーブル張力の設定概念図として例示したように、吊りケーブル１の場合は上向き荷重（風荷重）の増大に概ね反比例してケーブル張力Ｔ₁が低下するから、最大上向き荷重Ｐ₁時にケーブル張力Ｔ₁が零以上の大きさを保ち得る大きさの初期張力Ｔ₁₀を導入しておく必要がある。同様に、押さえケーブル２の場合は下向き荷重（積雪荷重）の増大に概ね反比例してケーブル張力Ｔ₂が低下するから、最大下向き荷重Ｐ₂時にケーブル張力Ｔ₂が零以上の大きさを保ち得る大きさの初期張力Ｔ₂₀を導入しておく必要がある。
【０００５】
図６はまた、吊りケーブル１の場合は、図中の左側半分に示す下向き荷重（積雪荷重）の増大に概ね正比例してケーブル張力Ｔ₁は左肩上がりに増大するから、最大下向き荷重Ｐ₂時のケーブル張力Ｔ_1maxに対して強度上十分な安全性を保てる大きさの断面設計を行う必要がある。同様に、押さえケーブル２の場合は、図６の右側半分に示す上向き荷重（風荷重）の増大に概ね正比例してケーブル張力Ｔ₂は右肩上がりに増大するから、最大上向き荷重Ｐ₂時のケーブル張力Ｔ_2maxに対して強度上十分な安全性を保てる大きさの断面設計を行う必要があることも示している。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
一般に、ケーブル架構は、柔構造であり、軽量構造である。その故に、上向きの風荷重、或いは下向きの積雪荷重が支配的外力となる。そして、ケーブル断面の大きさは、最大上向き荷重時又は最大下向き荷重時に発生するケーブル張力の大きさにより決定される。
【０００７】
しかるに、図６に示した荷重条件を見るかぎり、従来の構法では、吊りケーブル１及び押さえケーブル２にはそれぞれ、最大上向き荷重時又は最大下向き荷重時の双方に常にケーブル張力を存在させ得る大きさの初期張力Ｔ₁₀，Ｔ₂₀を導入しておくことが前提条件となる。そして、この初期張力を基礎として更に、最大上向き荷重時又は最大下向き荷重時の各ケーブルの発生張力（最大のケーブル張力）に対する強度上の安全性を確保するケーブル断面の設計が必要であることが明白である。例えば、吊りケーブル１及び押さえケーブル２に導入する初期張力Ｔ₁₀，Ｔ₂₀の大きさが約４００トンで、最大上向き荷重時又は最大下向き荷重時のケーブル発生張力が更に４００トン増加するとすれば、これに必要なケーブル断面の大きさは直径が１７０ｍｍにも達する。図５に示すリングケーブル３の場合は、最大数１０００トンに及ぶ大きさのケーブル張力になり、数１０本の束ケーブルの使用を余儀なくされるほか、アンカー部分あるいは継手部分が複雑なディテールを要求される等々の設計的問題を抱えている。
【０００８】
その結果、本来は構造を軽量化しコストダウンを図るべきはずのケーブル架構が重量構造となり、高価なものとなるなど、かえって本来の特長を喪失する結果となっている。
従って、本発明の目的は、上向き又は下向きの変動荷重に対して、ある種のバッファにより、荷重に見合った一定のケーブル張力を維持ないし保持したまま追従する張力可変機能を備え、また、屋根の変形をある程度許容する変形吸収機能を備えることによって変動荷重を振動エネルギとして発散（消滅）させる所謂減衰機構を有するケーブル端部の定着装置を用いたケーブル架構の構法を提供することである。
【０００９】
本発明の異なる目的は、初期張力を大幅に引下げて、ケーブルの設計断面を縮小化し、ケーブル接合部を簡素化することによりケーブル架構重量を低減すること、そして、ケーブル長さの施工誤差の吸収機能を備え、初期張力導入時の施工性に優れたケーブル架構の構法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係るケーブル架構は、
初期張力を導入した吊りケーブルと押さえケーブルとを交叉させ下向き荷重を吊りケーブルで支持させ、上向き荷重を押さえケーブルで支持させて安定性を保つケーブル架構において、
各吊りケーブル及び押さえケーブルの端部を、張力可変機能と変形吸収機能を有するパッシブダンパー型の定着装置にて一定の初期張力で支持させ、吊りケーブルについては最大上向き荷重時の張力を零以上の大きさに保ち、逆に最大下向き荷重時の張力の増大を可及的に小さく保ち、押さえケーブルについては最大下向き荷重時の張力を零以上の大きさに保ち、逆に最大上向き荷重時の張力の増大を可及的に小さく保つ構成としたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明に係るケーブル架構の構法は、初期張力を導入した吊りケーブル１と押さえケーブル２との組み合わせを主要部として構成されるケーブル架構の構法として好適に実施される。
本発明の実施形態は、ケーブル架構を構成する各吊りケーブル１及び押さえケーブル２の端部を、図１に例示したように張力可変機能及び変形吸収機能を有するパッシブダンパー型の定着装置１０にて固定系に支持させることを特徴とする。パッシブダンパー型の定着装置１０は、吊りケーブル１については、最大上向き荷重時に初期張力を零以上の大きさに保ち、逆に最大下向き荷重時の張力の増大を可及的に小さく保つ機能を有する。また、押さえケーブル２については、最大下向き荷重時に初期張力を零以上の大きさに保ち、逆に最大上向き荷重時の張力の増大を可及的に小さく保つ機能を有し、もって双方のケーブルに常にケーブル張力を存在させる条件を満たす。
【００１３】
このパッシブダンパー型定着装置１０の具体的構成は、図２に摸式図を示したように、シリンダ１１内を滑動するピストン１２の前室へ圧力ボトル１３内の定圧流体（ガス又は油）が供給され、同ピストン１２は一定大きさの流体圧力ｆで図中左方へ押される。前記ピストン１２のロッド１４に、ピンジョイント１５を介して許容角の範囲内でケーブルの振れを許容するようにケーブルソケット１６が連結され、該ケーブルソケット１６に、上記の吊りケーブル１又は押さえケーブル２の端部が結合され、各ケーブルは前記ピストン１２に作用する流体圧力ｆの総和の力Ｆで図中左方への一定大きさの張力を付与される。前記シリンダ１１は、その後端部を絶対的固定系の基礎梁２０へシリンダブラケット１７により強固に固定されている（図１参照）。図１中の符号１８は減衰機構であり、図２には逆止め弁１８ａと絞り１８ｂとで構成されていることを示している。図１中の符号１９はシリンダ１１の稼働姿勢を調整し維持するシリンダサポートである。
【００１４】
上記したパッシブダンパー型定着装置１０の作用について説明する。圧力ボトル１３に収容された流体圧力ｆがピストン１２へ作用すると、同ピストンの受圧面積との積として明快な総和の力Ｆ（一例として１００トン前後）がケーブル１又は２を図の左方へ引っ張ることになる。このパッシブダンパー型定着装置１０の荷重−変形特性を、張力可変ダンパーのばね定数として示した例が図３Ａである。ケーブル１又は２へ導入する初期張力の大きさを仮に図３ＡのＫ点（１５００ｋｇ／ｃｍ）とした場合に、変動荷重によって前記ケーブル張力が変動する状態を図３が示している。
【００１５】
図３Ａの例では、吊りケーブル１又は押さえケーブル２の張力が変動荷重によって増大する場合はピストン１２の若干の右行き変位に伴う同流体の圧縮抵抗と絞り１８ｂの働きでバッファ効果を奏しつつケーブル張力の急上昇に追従する。逆に、吊りケーブル１又は押さえケーブル２の張力が変動荷重によって減少する時は、ケーブルの緩みをピストン１２の左行き変位として許容しつつ、同ピストン１２の前室に作用している流体圧力の若干の緩慢な低下をバッファ効果として伴いつつ追従する。従って、この時もケーブル張力はさほど急激に低下することはない。もっとも、パッシブダンパー型定着装置１０のバネ定数は図３Ａの限りではなく、図３Ｂ又は図３Ｃの如き特性を種々自由に設定可能であり、ケーブル架構形式に応じて選択し実施することができる。
【００１６】
以上要するに、本発明のケーブル架構によれば、ケーブル架構の張力条件を図４Ａ、Ｂにおいて、従来のケーブル架構を点線で示し（これは図６に実線で示した概念図の転写である。）、本発明のケーブル架構によるものを実線で示して対比したように、本発明のケーブル架構によれば、初期張力の大きさを図中の落差Ｈ相当分だけ大幅に引き下げて、Ｔ_１０、Ｔ_２０を例えば５トン以下にしても、吊りケーブル１又は押さえケーブル２の双方に常にケーブル張力を存在させることができる。その結果、風又は積雪に起因する最大変動荷重時の最大発生ケーブル張力も相対的に前記の落差Ｈ相当だけ低減できることを示している。そして、図３の荷重−変形特性の応用により、図４Ｂ中に示した減衰効果Ｄを加味した設計を行うと、最大ケーブル張力をかなり低減することが可能で、ケーブルの断面設計を更に有利に行える。少なくとも、従来のケーブル架構の初期張力の大きさ程度を最大発生ケーブル張力として設計することすら可能であることを図４Ａ、Ｂが示している。その結果、ケーブル架構の重量は５０％以下にまで半減させることも可能であり、必然、コストの削減も１０％以上は可能であり、ケーブル架構本来の特長を発揮するものとなる。当然のことながら、各ケーブルの端部が定着する下部構造体の設計においても、ケーブル張力が小さくなることにより施工コストを大幅に低減できることになる。なお、図４Ｃは、図４Ａ、Ｂを分離して表示する以前の図６に相当するケーブル張力の変動特性図を概略示している。
【００１７】
その他、パッシブダンパー型定着装置１０を使用すると、ケーブルの端部の支持を兼ねて、必要な初期張力の導入を行うことができるから、従来のように定着手段とは別個に初期張力導入手段を採用する構法に比して、面倒がなく、初期張力導入時の調整時間を５０％以上も半減できる。その上、ピストン１２のストロークの大きさの範囲で、ケーブル長さの施工誤差の吸収も容易に可能であるのである。
【００１８】
なお、パッシブダンパー型定着装置１０の構造原理などは、上記の各機能と作用、効果が奏される限り、上記した図１、図２の構成には限らない。
【００１９】
【本発明が奏する効果】
本発明に係るケーブル架構によれば、へーブルの初期張力及び変動荷重によるケーブル発生張力を小さく抑制できる。その結果、ケーブルの設計断面の縮小化と、ケーブル接合部の簡易化が達成される、ケーブル架構の重量を半減可能である。ひいてはケーブル架構のコストを大幅に低減でき、もってケーブルの架構本来の特徴である軽量、低コスト屋根の実現に寄与する。
【００２０】
また、ケーブル長さの施工誤差に対する吸収効果により施工性が大きく向上するほか、ケーブルの初期張力の導入作業の簡素化と工期の短縮を図ることもできる。
更に、ケーブル端部を定着する下部構造体の施工コストの大幅な低減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のケーブル架構に使用するパッシブダンパー型定着装置の側面図である。
【図２】前記パッシブダンパー型定着装置の構造の模式図である。
【図３】Ａは前記パッシブダンパー型定着装置の荷重ー変位特性図、Ｂ、Ｃは異なる特性図である。
【図４】Ａは積雪等による下向き荷重側、Ｂは風荷重による上向き荷重側に分離して吊りケーブル及び押さえケーブルの張力変動特性を、本発明のケーブル架構を実線で示し、従来のケーブル架構を点線で示した。Ｃは前記Ａ、Ｂ図に示す下向き荷重側と上向き荷重側を図６と同様一つにまとめたケーブル張力の変動特性図である。
【図５】ケーブル架構屋根の一例を示した平面図である。
【図６】従来一般のケーブル架構におけるケーブル張力の初期張力及び変動荷重による変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１吊りケーブル
２押さえケーブル
１０パッシブダンパー型定着装置

Claims

初期張力を導入した吊りケーブルと押さえケーブルとを交叉させ下向き荷重を吊りケーブルで支持させ、上向き荷重を押さえケーブルで支持させて安定性を保つケーブル架構において、
各吊りケーブル及び押さえケーブルの端部を、張力可変機能と変形吸収機能を有するパッシブダンパー型の定着装置にて一定の初期張力で支持させ、吊りケーブルについては最大上向き荷重時の張力を零以上の大きさに保ち、逆に最大下向き荷重時の張力の増大を可及的に小さく保ち、押さえケーブルについては最大下向き荷重時の張力を零以上の大きさに保ち、逆に最大上向き荷重時の張力の増大を可及的に小さく保つ構成としたことを特徴とする、ケーブル架構。