JP3709607B2 - Roof frame - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に大スパンのドーム形屋根等に用いて好適な屋根架構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、大スパンのドーム形、楕円放物シェル形あるいはこれらの複合曲線を描く屋根を構築する際の屋根架構として、例えば当該屋根架構の支持部材間にテンションを導入した多数本のケーブルを互いに直交する方向に架設し、これらのケーブルに屋根膜を一重または2重に張設したものが知られている。このような屋根架構にあっては、上記ケーブルが比較的視界の妨げとならないために、明るい空間を実現することができて外観に優れるという利点があるものの、ケーブルのみの強度で屋根形状を保持することは不可能であるために、内部に正圧を付与することによって上記屋根形状を保持する空気膜構造とせざるを得ず、よって内部空間が密閉された建築物に限定されるとともに、屋根膜の全面に均一な圧力が作用するために、屋根形状としても一定の制約がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、この種の他の屋根架構として、多数の鋼管等からなる鋼製の骨組部材を、全体として上記曲面形状となるように互いに交差する方向に格子状に架設して、当該骨組部材上に屋根材を取付けた構造のものも構築されている。この屋根架構によれば、鋼製の骨組部材によって軸方向の力および面外曲げモーメントに抗することができるため、多様な建築物に適用することができるという利点がある。
しかしながら、上記屋根架構にあっては、骨組部材のみで全荷重を支持しているために当該骨組部材が大型化し、しかも骨組部材を格子状に架設しているので、上記格子の対角方向に対する剛性が低くなり、よって安定性に劣るために、各骨組部材として高い剛性のものを用いる必要があり、この結果架構が重厚化して経済性に劣り、さらに外観も悪くなるという問題点があり、特に大スパンの空間に対しては、適用することが困難であった。
【0004】
このため、上記課題を解決するものとして、上記骨組部材のグリッドパターンを3角形にすることにより、架構の剛性を高めたものも提案されているが、上記骨組部材の本数が多くなって不経済であるとともに、さらに骨組部材同士が直線的に配設されないために屋根膜を取付難いという問題点があった。加えて、接合部に集る本数が6本と多くなって接合部の構造が複雑化するため、その施工にも多大の手間を要することになり、この結果屋根架構全体としての製造コストが高騰化するという問題点があった。
【0005】
本発明は、上記従来の屋根架構が有する課題を有効に解決すべくなされたもので、軽量な部材によって高い剛性を得ることができ、よって大スパンのものに適用した場合においても軽快でかつ高い構造安定性が得られるとともに、架設作業が容易で経済性に優れる屋根架構を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の本発明に係る屋根架構は、架構の支持部材間に、互いに交差する方向に架設されて、全体として複数の格子からなる屋根曲面を形成するとともに屋根部材が取付けられる複数本の骨組部材と、これら骨組部材の交差部に配設されて各々の上記格子を構成する骨組部材の両端部が接続された連結部材と、この連結部材間に少なくとも上記格子の対角方向の両方向にそれぞれ架設されてテンションが導入されたケーブルとを有してなり、上記連結部材は、上記骨組部材の端部が接続される本体部と、この本体部から垂下する束材と、この束材の下端部に設けられ、上記対角方向のケーブルを各々独立して把持する少なくとも2組のケーブル支持部材と、これらケーブル支持部材を上記束材に固定する固定手段とを備えてなり、かつ上記少なくとも2組のケーブル支持部材は、各々上記ケーブルの延在する面内において回転自在に設けられていることを特徴とするものである。
【0007】
ここで、請求項2に記載の発明は、上記骨組部材が、両端のフランジ部を上下に位置させたH形鋼からなることを特徴とするものであり、さらに請求項3に記載の発明は、上記請求項1または2に記載のケーブル支持部材が、上記ケーブルを挟持する一対の円板であるとともに、上記固定手段が、上記円板の中央部に挿通されて当該円板を上記束材に固定するボルトであり、さらに上記ケーブルが、各上記対角方向にそれぞれ2本ずつ張設され、かつ上記ボルトを間に挟んで上記円板の対向面間に挟持されていることを特徴とするものである。
【0008】
請求項1ないし3のいずれかに記載の発明によれば、骨組部材によって軸方向の力と面外曲げモーメントとに抗し、かつテンションが導入されて上記骨組部材の両対角方向に張設されたケーブルによって面内の剪断力に抗するため、軽量でかつ構造安定性に優れた架構が構成される。この結果、自重のみならず、地震、風、雪等による偏荷重に対しても充分な耐力および剛性が保持されるとともに、各格子の密度を小さく、すなわち全体の格子数を少なくすることが可能となるために外観にも優れる。しかも、格子状に配設されている結果、骨組部材が直線状に架設されているため、屋根膜の取付けも容易である。
【0009】
また、骨組部材の両端部が接続される連結部材は、部品点数が少ないために、その製作が簡易であるとともに、骨組部材の端部が接続される本体部と、ケーブルを把持するケーブル支持部材との間に、束材を介装しているので、骨組部材の施工とケーブルの張設作業とが互に干渉することがなく、これらの施工が容易になる。
加えて、上記2組のケーブル支持部材が、それぞれ上記ケーブルの延在する面内において回転自在に設けられているので、ケーブルにテンションを導入する際等に上記固定手段を緩めておくことにより、上記ケーブル支持部材を自由に回転させて、それぞれのケーブルの実際上のアライメントに倣って配置させることができ、よって異なるケーブル間において作用するテンションが大幅に相違するといったことがなく、均質な剛性が得られる。また、上記束材やケーブル支持部材に、上記ケーブルのアライメントとの不一致に起因する不要な曲げ応力や剪断応力が発生することも防止される。
【0010】
さらに、束材の下端部に各ケーブルごとに独立したケーブル支持部材を設け、これを固定手段によって上記束材に固定しているので、強度上補強が必要な箇所の骨組部材については、追加のケーブル支持部材を積層状に配設することにより、部分的に上記骨組部材に沿ったケーブルを増設することができる。
【0011】
また特に、請求項2に記載の発明にあっては、骨組部材としてH形鋼を用い、かつこのH形鋼を、強軸を面外方向に、かつ弱軸を面内方向に沿わせて配置しているので、高い曲げ強度を得ることができ、よって一層軽量で、かつ構造安定性に優れた架構を構成することが可能となる。また、上記H形鋼のウエブ面に吸音材を取付ければ、内部空間における残響時間が調整可能となる。
さらに、請求項3に記載の発明によれば、上記ケーブルを各上記対角方向にそれぞれ2本ずつ張設し、かつ上記ボルトを間に挟んで円板の対向面間に挟持しているので、各ケーブルの径を小さくすることができる。この結果、上記円板の薄肉化、延いてはケーブル支持部材の小型化が図られ、かつケーブルが外観上より目立たなくなって架構としての外観が一層向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1〜図4は、本発明に係る屋根架構をドーム形の屋根に適用した一実施形態を示すもので、図4において符号1が、架構の支持部材2間に架設されて全体として緩やかな凸曲面を形成する屋根架構である。
この屋根架構1は、図3に示すように互いに直交する方向に架設されて、全体として複数の正方形の格子からなる上記屋根曲面を形成する複数本の骨組部材3…と、これら骨組部材3…の交差部に配設された連結部材4と、この連結部材4、4間に上記格子の対角方向の両方向にそれぞれ架設されてテンションが導入されたケーブル5…とから構成されたものである。これにより、上記ケーブル5…によって形成される正方形状の格子は、骨組部材3…によって形成される正方形状の格子に対して45゜回転した位相をなしている。
ここで、上記骨組部材3としては、H形鋼が用いられており、そのウエブ両端のフランジ部を上下に位置させて配設されている。また、上記ケーブル5は、各対角方向にそれぞれ2本ずつ張設されている。
【0013】
一方、上記連結部材4は、図1および図2に示すように、各々の格子を構成する上記骨組部材3…の端部3aが接続される本体部6と、この本体部6から垂下する束材7と、この束材7の下端部に配設された2組のケーブル支持部材8と、これらケーブル支持部材8、束材7および本体部6を一体的に連結させるボルト9およびナット10とから概略構成されている。
上記本体部6は、上記骨組部材3の高さよりも幾分長い寸法の鋼管の両端部を円板状の蓋体6a、6bで塞いだもので、当該蓋体6a、6bの中央部には、上記ボルト9が挿通される孔部11が穿設されている。また、上記束材7は、所定の長さ寸法を有し、かつ上記本体部6よりも小径な鋼管であり、上記本体部6と軸線を一致させて配設されている。
【0014】
さらに、上記ケーブル支持部材8は、各々2本のケーブル5を間に挟持する2枚の円板12、12によって構成されており、これら円板12、12の中心には、それぞれ上記ボルト9が挿通される孔部14が穿設されている。また、これら円板12、12の対向面には、上記ケーブル5、5が嵌合する2条の溝部13、13が上記孔部14を間に挟んで形成されている。そして、各溝部13に、ケーブル5が嵌合されることにより、2本の上記ケーブル5が上記円板12、12間に挟持されている。この結果、互に異なる方向に張設された各2本のケーブル5、5は、各々独立したケーブル支持部材8によって挟持されている。
【0015】
そして、上記ケーブル支持部材8および束材7は、上記ボルト9が円板12の孔部14側から束材7を介して本体部6の孔部11に挿入され、頭部にナット10が螺合されることにより、図2に示すように、本体部6に一体的に固定されている。ここで、上記ボルト9およびナット10により、これらケーブル支持部材8、8を上記束材7を介して本体部6に固定する固定手段が構成されている。ちなみに、上記ケーブル支持部材8は、上記ナット10を若干緩めた状態において、それぞれ上記ケーブル5の延在する面内においてボルト9回りに回転自在に設けられている。
そしてさらに、上記屋根架構1の骨組部材3の外周に、複数の格子にわたって帯状の屋根膜が取付けられることにより、ドーム形の屋根が構成されている。
【0016】
以上の構成からなる屋根架構1によれば、骨組部材3…によって軸方向の力と面外曲げモーメントとに抗することができ、かつテンションが導入されて上記骨組部材3…の両対角方向に張設されたケーブル5…によって面内の剪断力に抗することができるうえ、さらに骨組部材3…としてH形鋼を用い、かつこのH形鋼を、強軸を面外方向に、かつ弱軸を面内方向に沿わせて配置しているので、高い曲げ強度を得ることができ、よって極めて軽量で、かつ構造安定性に優れた架構を構成することができる。ちなみに、上記骨組部材3…およびケーブル5…からなる架構によれば、骨組部材3…のみからなる架構と比較して、約3倍の剛性が得られることが確認された。
この結果、自重のみならず、地震、風、雪等による偏荷重に対しても充分な耐力および剛性を保持することができるとともに、さらに各格子の密度を小さく、換言すれば格子数を少なくすることができるため、優れた外観を得ることができ、大スパンの空間に適用した場合においても、構造安定性に優れた均質でかつ明るい空間を実現することができる。
【0017】
また、上記H形鋼のウエブ面に吸音材を取付ければ、内部空間における残響時間の調整を行なうことができるといった効果も得られる。
さらに、上記ケーブル5…を各対角方向にそれぞれ2本ずつ張設し、かつ上記ボルト9を間に挟んで円板12、12の対向面間に挟持しているので、各ケーブル5の径を小さくすることができる。この結果、上記円板12の薄肉化、延いてはケーブル支持部材8の小型化を図ることができるとともに、ケーブル5が外観上より目立たなくなり、よって架構としての外観が一層向上する。
【0018】
また、施工に際しては、骨組部材3の両端部3aが接続される連結部材4として、上記骨組部材3の端部3aが接続される本体部6と、この本体部6から垂下する束材7と、この束材7の下端部に設けられて各対角方向のケーブル5…を独立して把持する2組のケーブル支持部材8、8とをボルト9およびナット10によって一体化させたものを用いているので、部品点数が少なく、よってその製作が簡易であるとともに、施工が容易となる。
さらに、上記骨組部材3の端部3aが接続される本体部6と、ケーブル5を把持するケーブル支持部材8との間に、束材7を介装しているので、骨組部材3の施工とケーブル5の張設作業とが干渉することがなく、これらの架設作業が一層容易となる。
【0019】
加えて、上記ナット10を若干緩めた状態において、2組のケーブル支持部材8、8が、それぞれ上記ケーブル5…の延在する面内において回転自在に設けられているので、ケーブル5…にテンションを導入する際等に、上記ケーブル支持部材8、8を上記ケーブル5の延在方向に自由に回転させることにより、それぞれのケーブル5の実際上のアライメントに倣って配置させることができる。このため、上記束材7やケーブル支持部材8に上記ケーブル5…のアライメントとの不一致に起因する不要な曲げ応力や剪断応力が発生することがなく、しかも異なるケーブル5…間において作用するテンションが大幅に相違するといったこともない。なお、上記ケーブル支持部材8をケーブル5のアライメントと一致させた後は、上記ナット10を強固に締めつけることにより、当該ケーブル支持部材8が回転せず、かつケーブル5が円板12、12間において摺動しないように固定する。
【0020】
なお、上記実施形態の説明においては、束材7の下端部に2組のケーブル支持部材8、8を配設し、これらによって骨組部材3が形成する格子の両対角方向に張設したケーブル5を独立的に支持する場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、本発明に係る屋根架構にあっては、さらに架構全体のうちで強度上補強が必要な箇所の骨組部材3については、束材7の下端部に追加のケーブル支持部材8を積層状に配設して、上記ケーブル5に加えて、さらに当該骨組部材3に沿って張設されたケーブル5を増設することにより、上記骨組部材3の剛性を高めることができ、よって強度上所望の箇所については、容易にその面外曲げ剛性を局部的に高めることができるという利点がある。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1ないし3のいずれかに記載の発明によれば、軽量でかつ構造安定性に優れた架構を得ることができ、よって大スパンの空間に適用した場合においても充分な耐力および剛性を確保することができるとともに、各格子の密度を小さくすることが可能となるために外観にも優れる。しかも、格子状に配設されている結果、骨組部材が直線状に架設されているため、屋根膜の取付けも容易である。また、連結部材は、部品点数が少ないために、その製作が簡易であるとともに、束材によって骨組部材の施工とケーブルの張設作業とが互に干渉することがなく、これらの施工が容易になる。
加えて、独立して各方向のケーブルを支持するケーブル支持部材により、各ケーブルの実際上のアライメントに倣って配置させることができ、よって異なるケーブル間において作用するテンションが大幅に相違するといったことがなく、均質な剛性が得られる。
【0022】
また特に、請求項2に記載の発明によれば、骨組部材としてH形鋼を用いているので、高い曲げ強度を得ることができ、よって一層軽量で、かつ構造安定性に優れた架構を構成することが可能となるとともに、さらに、請求項3に記載の発明によれば、各ケーブルの径を小さくすることができ、よって上記円板の薄肉化、延いてはケーブル支持部材の小型化が図られ、かつケーブルが外観上より目立たなくなって架構としての外観が一層向上するといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る屋根架構の一実施形態における連結部分の構造を示す分解斜視図である。
【図2】上記連結部分を示す斜視図である。
【図3】上記実施形態の屋根架構の要部を示す斜視図である。
【図4】上記屋根架構の全体構成を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
1 屋根架構
2 支持部材
3 骨組部材
3a 端部
4 連結部材
5 ケーブル
6 本体部
7 束材
8 ケーブル支持部材
9 ボルト(固定手段)
10 ナット(固定手段)
12 円板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a roof frame particularly suitable for use in a large-span dome-shaped roof or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a roof frame when constructing a roof having a large span dome shape, an elliptical parabolic shell shape, or a composite curve thereof, for example, multiple cables introduced with tension between support members of the roof frame are mutually connected. It is known that these cables are erected in a direction orthogonal to each other and roof membranes are stretched in a single or double manner. In such a roof frame, the cable does not obstruct the field of view relatively, so there is an advantage that a bright space can be realized and the appearance is excellent, but the roof shape is maintained with the strength of only the cable. Because it is impossible to do so, it must be an air film structure that maintains the roof shape by applying a positive pressure to the inside, so that the interior space is limited to a sealed building, and the roof Since a uniform pressure acts on the entire surface of the membrane, there are certain restrictions on the roof shape.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, as another roof frame of this type, a steel frame member made of a large number of steel pipes or the like is laid in a lattice shape in a direction crossing each other so as to have the curved surface as a whole, and the frame A structure in which a roofing material is mounted on a member is also constructed. According to this roof frame, since the steel frame member can resist the axial force and the out-of-plane bending moment, there is an advantage that it can be applied to various buildings.
However, in the roof frame, since the full load is supported only by the frame members, the frame members are enlarged, and the frame members are installed in a lattice shape. Since the rigidity is low and therefore inferior in stability, it is necessary to use high rigidity as each frame member.As a result, the frame becomes heavy and inferior in economic efficiency, and further, the appearance also deteriorates, In particular, it was difficult to apply to a large span space.
[0004]
For this reason, as a means for solving the above-mentioned problem, a structure in which the grid pattern of the frame member is made triangular to increase the rigidity of the frame has been proposed. However, the number of the frame members is increased, which is uneconomical. Moreover, since the frame members are not arranged linearly, there is a problem that it is difficult to attach the roof membrane. In addition, the number of joints gathered at the joint increases to 6 and the structure of the joint becomes complicated, requiring a lot of labor for the construction. As a result, the manufacturing cost of the entire roof frame increases. There was a problem of becoming.
[0005]
The present invention has been made to effectively solve the problems of the conventional roof frame, and can obtain high rigidity with a lightweight member. Therefore, even when applied to a large span, it is light and high. An object of the present invention is to provide a roof frame that provides structural stability, is easy to erection, and is economical.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The roof frame according to the first aspect of the present invention includes a plurality of roof frames that are installed between the frame support members in a direction intersecting each other to form a curved roof surface composed of a plurality of lattices as a whole and to which the roof members are attached. A frame member, a connection member disposed at the intersection of the frame members and connected to both ends of the frame members constituting each of the lattices, and at least two diagonal directions of the lattice between the connection members Each of which has a cable introduced with tension, and the connecting member includes a main body to which an end of the frame member is connected, a bundle hanging from the main body, and the bundle provided at the lower portion, and at least two pairs of cable support member to grip each independently of the diagonal direction of the cable, Ri Na these cable supporting members and a fixing means for fixing to the beam member, or It said at least two pairs of cable support member is characterized in that is rotatably provided in each plane of extension of the cable.
[0007]
Here, the invention described in
[0008]
According to the invention of any one of claims 1 to 3, the frame member resists axial force and out-of-plane bending moment, and tension is introduced to stretch the frame member in both diagonal directions. In order to resist the in-plane shearing force by the formed cable, a lightweight and excellent structural stability is constructed. As a result, not only its own weight, but also sufficient proof stress and rigidity against unbalanced loads due to earthquakes, winds, snow, etc. are maintained, and the density of each grid can be reduced, that is, the total number of grids can be reduced. Therefore, the appearance is also excellent. In addition, as a result of being arranged in a lattice shape, the frame members are installed in a straight line, so that the roof membrane can be easily attached.
[0009]
In addition, the connecting member to which both ends of the frame member are connected has a small number of parts, so that the production thereof is simple, and the main body unit to which the end of the frame member is connected and the cable support member that holds the cable Since the bundle material is interposed between the two, the construction of the frame member and the cable tensioning operation do not interfere with each other, and the construction is facilitated.
In addition, since the two sets of cable support members are each rotatably provided in the plane in which the cable extends, by loosening the fixing means when introducing tension into the cable, The cable support member can be freely rotated and placed in accordance with the actual alignment of each cable, so that the tension acting between different cables is not significantly different, and a uniform rigidity is achieved. can get. Further, it is possible to prevent unnecessary bending stress and shear stress from being generated in the bundle member and the cable support member due to the mismatch with the cable alignment.
[0010]
Furthermore, since an independent cable support member is provided for each cable at the lower end of the bundle member, and this is fixed to the bundle member by the fixing means, the frame member at a location where reinforcement is required for strength is added. By arranging the cable support members in a stacked form, it is possible to add cables partially along the frame members.
[0011]
In particular, in the invention described in
Further, according to the invention described in
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 4 show an embodiment in which the roof frame according to the present invention is applied to a dome-shaped roof. In FIG. 4, reference numeral 1 is installed between
As shown in FIG. 3, the roof frame 1 is constructed in a direction orthogonal to each other, and a plurality of
Here, H-shaped steel is used as the
[0013]
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, the connecting
The
[0014]
Further, the
[0015]
In the
Furthermore, a dome-shaped roof is formed by attaching a belt-like roof membrane over a plurality of lattices on the outer periphery of the
[0016]
According to the roof frame 1 having the above configuration, the
As a result, not only its own weight, but also sufficient proof stress and rigidity can be maintained against uneven loads due to earthquakes, winds, snow, etc., and the density of each grid is further reduced, in other words, the number of grids is reduced. Therefore, an excellent appearance can be obtained, and even when applied to a large span space, a homogeneous and bright space with excellent structural stability can be realized.
[0017]
In addition, if a sound absorbing material is attached to the H-shaped steel web surface, the effect of adjusting the reverberation time in the internal space can be obtained.
Further, two
[0018]
In construction, as a connecting
Furthermore, since the bundle member 7 is interposed between the
[0019]
In addition, in the state where the
[0020]
In the description of the above embodiment, two sets of
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in any one of claims 1 to 3, it is possible to obtain a frame that is light in weight and excellent in structural stability, and is therefore sufficient even when applied to a large span space. In addition, it is possible to ensure a sufficient proof stress and rigidity, and it is possible to reduce the density of each lattice, so that the appearance is also excellent. In addition, as a result of being arranged in a lattice shape, the frame members are installed in a straight line, so that the roof membrane can be easily attached. In addition, since the connecting member has a small number of parts, it is easy to manufacture, and the bundle member does not interfere with the construction of the frame member and the cable tensioning operation, and these constructions are easy. Become.
In addition, the cable support members that independently support the cables in each direction can be arranged following the actual alignment of each cable, so that the tension acting between different cables is greatly different. And uniform rigidity is obtained.
[0022]
In particular, according to the invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a structure of a connecting portion in an embodiment of a roof frame according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing the connecting portion.
FIG. 3 is a perspective view showing a main part of the roof frame according to the embodiment.
FIG. 4 is a schematic perspective view showing an overall configuration of the roof frame.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
10 Nut (fixing means)
12 disc
Claims (3)
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