JP3728552B2 - テンションリングを水平状に配置した空気膜構造物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、最大外径が約１６００ｍ、地上の最高部が約２００ｍにも達する超大スパンの巨大空間を創出すると共に、その内部は閉鎖的な市街、工場、オフィス、農場、競技場、あるいはこれらの複合した広域施設等々として多目的な利用が可能な空気膜構造物の技術分野に属し、特に複数のテンションリングを水平状に配置した空気膜構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、他の構造では実用化が難しい巨大空間も空気膜構造では可能であることから、巨大空間を創出するドーム形状の空気膜構造物が提案されている。
特開昭６３−１６５６６２号公報には、膜材に反力を付与する引張材等の構造材を改良した空気膜構造物が開示されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
従来の空気膜構造物は多く存在するが、一つの閉鎖的な市街地などを建設できるほどに水平方向に広く偏平な超大スパンの空気膜構造物は見聞しない。その理由は、従来の技術では空気膜構造物の形態の保持及び構造的安定性は空気膜に作用する内部圧に依存するが、空気膜に取付けられた補強用ワイヤーロープ等のネットワークがシングルであるに過ぎない。したがって、空気膜構造物を水平方向に広く巨大な空間を創出するべく建設しようとすれば、それだけワイヤーロープが負担する応力が大きくなり、自重量が増えて空気膜の内部圧を高くしなければならず、そうすると空気膜の補強材の強度も必然的に強化しなければならないから、最大外径が１６００ｍ以上にも達する超大スパンの空気膜構造物を建築することは事実上不可能に近いと考えられている。
【０００４】
この発明の目的は、最外周のコンプレッションリングと、その内側に配置した複数のテンションリング、及びこれらの間を放射方向に連結したワイヤーロープとによる外殻フレームを、親ケーブルと子ケーブルのネットワークとして形成し、もって最大外径が約１６００ｍ以上、地上の最高部位が約２００ｍ以上にも達する巨大空間を創出する、テンションリングを水平状に配置した空気膜構造物を提供することである。
【０００５】
本発明の次の目的は、地震や風荷重に対する形態の保持や構造的安定性を保ち、超大スパンの建築物として例えば閉鎖的な市街地、工場、農場、オフィス街、又はこれらを組合わせた広域施設としての実用性を有する超大スパンの空気膜構造物を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する手段として、請求項１に記載した発明に係るテンションリングを水平状に配置した空気膜構造物は、
地面に固定したコンプレッションリング１と同心円状ないしこれに近似の形状で小径である複数のテンションリング２、３が配置され、最外周のコンプレッションリング１とその内側のテンションリング２との間に２本を一組とし内側のテンションリング２の位置に頂角を有する二股状のワイヤーロープ４が各リング１、２の周方向の全長にわたり放射状に複数配置され、更に内側に隣合うテンションリング３と前記テンションリング２との間にも前記２本を一組とするワイヤーロープ４の頂角の位置から内側のテンションリング３まで放射状の配置で各１本ずつのワイヤーロープ５が各リング２、３の周方向の全長にわたり複数配置され、中心部のテンションリング３の面内にも放射状に配置したワイヤーロープ６を連結して、設計荷重に対して、各テンションリング２、３に連結されたワイヤーロープの張力が各テンションリングに対する内向きの力よりも外向きの力の方が大きくテンションリングの応力が引っ張り応力となる外殻フレームが形成され、
前記外殻フレームの内側に、外周をコンプレッションリングへ止着されて下面が開口した袋形状をなす空気膜が設置され内圧が作用させられており、
テンションリング部分には、鉛直方向の力を釣り合わせる重り又はワイヤーロープによるアンカーが設置されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施形態及び実施例】
請求項１記載の発明に係る、テンションリングを水平状に配置した空気膜構造物の実施形態及び実施例を図１〜図４に示した。最外周のコンプレッションリング１は地面に固定されている。このコンプレッションリング１の構造の詳細は図３に示した。鋼管を一辺が１．５ｍのトラス状に組み立てた構成である。因みに該コンプレッションリング１の大きさは、半径方向の幅Ｗが約６９ｍ、高さＨは約４０ｍのトラスフレーム構造とされている。このコンプレッションリング１は、全体としては図１に平面図を示したように外径が約１６００ｍの円形に構築されている。コンプレッションリング１の外周面には気密サッシ１０が嵌め込まれて気密性が確保されている。
【００１０】
上記した構造のコンプレッションリング１の内側には、同心円状の配置で直径が約１０００ｍの第１のテンションリング２、及び直径が約４００ｍの第２のテンションリング３がそれぞれ配置され、各々は放射方向に配置したワイヤーロープ（テンションロープ）４、５、６により連結され外殻フレームが形成されている（図１）。即ち、図１に示したように、コンプレッションリング１とその内側に隣合う第１のテンションリング２との間に、直径が１００mm位の鋼製のワイヤーロープ４が２本を一組として内側の第１テンションリング２の位置に頂角を有する二股状の配置で各リング１、２の周方向の全長にわたり放射状に複数配置してそれぞれ連結されている。また、前記第１のテンションリング２と、更にその内側の第２のテンションリング３との間にも、前記２本を一組として内側の第１テンションリング２の位置に頂角を有するワイヤーロープ４を、放射方向に内側の第２のテンションリング３と繋ぐ１本ずつのワイヤーロープ５が配置され連結されている。更に外殻フレームの中心に位置する第２のテンションリング３の面内にも、ワイヤーロープ６がグリッド状配置に連結されている。こうして設計荷重に対して、各テンションリング２、３に連結されたワイヤーロープ４、５の張力が各テンションリングに対する内向きの力よりも外向きの力の方が大きくテンションリング２、３の応力が引っ張り応力となる外殻フレームが形成されている。但し、コンプレッションリング１、及び第１、第２のテンションリング２、３の平面形状は図示した円形の限りではない。楕円形、長円形或いは角形などの形態で実施することができる。
【００１１】
上記のように構成された外殻フレームの内側に、外周をコンプレッションリング１に止着され下面を開口した偏平な袋形状をなし、例えば５０〜８０mmＡｑの内圧を作用させる空気膜７が設置されている。空気膜７には厚さ１mmの構造用四フッ化エチレン樹脂コーティングガラス繊維布が好適に使用される。ただし、空気膜７の材質及び同空気膜に作用させる内圧の大きさは前記した例に限らない。
【００１２】
従って、上記の空気膜７が内圧を受けて膨張すると、図２に示したように、コンプレッションリング１と第１のテンションリング２の間、及び第１と第２のテンションリング２と３の間、並びに第２のテンションリング３の面内でそれぞれ空気膜７が膨らみを形成する超大スパンの空気膜構造物が完成する。その結果、前記コンプレッションリング１とその内側の第１テンションリング２との間を連結したワイヤーロープ４、及び同第１のテンションリング２と更に内側の第２テンションリング３との間を連結したワイヤーロープ５、並びに第２のテンションリング３の内面に連結したワイヤーロープ６にそれぞれ張力を発生して力の平衡を保つ。その際、設計上考慮した各種の外力や内圧（以下、これを設計荷重と呼ぶ）に対して、第１のテンションリング２の内外に連結されたワイヤーロープ４と５から作用する力は、同第１のテンションリング２に対しては内向きの力よりも外向きの力の方が大きくなるようにテンションリング２の位置と空気膜７の膨らみ形状とが決定されている。よって、第１のテンションリング２に発生する応力は引っ張り応力となる。
【００１３】
第２のテンションリング３に対しても全く同様に、その内外に連結したワイヤーロープ５と６から受ける力は、第２のテンションリング２に対しては内向きよりも外向きの引っ張り力が大きくなるようにテンションリング３の位置と空気膜７の膨らみ形状が決定されている。よって、当該第２のテンションリング３に発生する応力も引っ張り応力となる。
【００１４】
結局、外周のコンプレッションリング１にのみ圧縮応力が発生し、これ以外の第１、第２のテンションリング２、３には引っ張り応力のみが働いて空気膜構造物全体の力の平衡を保ち、ひいては構造物の形態の保持と構造的安定性を確保する。前記のようにテンションリング２、３及びワイヤーロープ４、５、６が引っ張り材として使用されることにより、材料を力学的に有効に使用することができ、超大スパン構造にしても自重量が軽減されて合成的な空気膜構造物が成立する。
【００１５】
但し、空気膜７に作用する空気圧（内圧）に起因する鉛直方向上向きの力（浮力）に対して、テンションリング２、３の部分で力の釣合を保つ手段として、図２に示したように、地盤面に埋め込み設置した施設の重り１２へワイヤーロープ８を結合してアンカーをとる。或いは前記浮力に余裕のある場合は、図４に示したように住宅とか雨水処理施設のような空中施設１１を吊り下げ、これを更にワイヤーロープ８、９で地盤面の施設である重り１２と結合して力の平衡を保つ。
【００１６】
なお、空気膜７に作用する内部圧力によりテンションリング２、３に発生する位置の変化に対して補完的効力を発揮するダンパー（図示は省略）を装備して、多様な荷重に対する構造的安定性を高める構成で実施することもできる。
上述の構成により、空気膜７に作用する内部圧力を外殻フレームが拘束して全体に均衡を保つ柔軟なシェル構造を形成するから、最大外径が１６００ｍ以上にも達する超大スパンの空気膜構造物を、形態上及び構造上の安定性を確保して実現することができる。また、コンプレッションリング１及びテンションリング２及び３の直径、個数等を変更することにより、様々な形状及び規模の空気膜構造物を実現することができる。
【００１７】
【本発明が奏する効果】
この発明に係るテンションリングを水平状に配置した空気膜構造物は、最外周のコンプレッションリングとその内側の複数のテンションリング及びこれらを放射方向に連結したワイヤーロープとの組み合わせによる外殻フレームを親ケーブルと子ケーブルのネットワークとして形成したので、最大外径が約１６００ｍ以上、地上の最高部位が約２００ｍ以上にも達する巨大空間を容易に創出することができる。しかも地震や風荷重に対する形態の保持、構造的安定を保つことができ、超大スパンの建築物として適性を有する空気膜構造体を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気膜構造物の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’矢視の拡大断面図である。
【図３】コンプレッションリングの拡大図である。
【図４】テンションリングを下向きにアンカーする手段の説明図である。
【符号の説明】
１ コンプレッションリング
２ テンションリング
３ テンションリング
４ ワイヤーロープ
５ ワイヤーロープ
６ ワイヤーロープ
７ 空気膜
【発明の属する技術分野】
この発明は、最大外径が約１６００ｍ、地上の最高部が約２００ｍにも達する超大スパンの巨大空間を創出すると共に、その内部は閉鎖的な市街、工場、オフィス、農場、競技場、あるいはこれらの複合した広域施設等々として多目的な利用が可能な空気膜構造物の技術分野に属し、特に複数のテンションリングを水平状に配置した空気膜構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、他の構造では実用化が難しい巨大空間も空気膜構造では可能であることから、巨大空間を創出するドーム形状の空気膜構造物が提案されている。
特開昭６３−１６５６６２号公報には、膜材に反力を付与する引張材等の構造材を改良した空気膜構造物が開示されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
従来の空気膜構造物は多く存在するが、一つの閉鎖的な市街地などを建設できるほどに水平方向に広く偏平な超大スパンの空気膜構造物は見聞しない。その理由は、従来の技術では空気膜構造物の形態の保持及び構造的安定性は空気膜に作用する内部圧に依存するが、空気膜に取付けられた補強用ワイヤーロープ等のネットワークがシングルであるに過ぎない。したがって、空気膜構造物を水平方向に広く巨大な空間を創出するべく建設しようとすれば、それだけワイヤーロープが負担する応力が大きくなり、自重量が増えて空気膜の内部圧を高くしなければならず、そうすると空気膜の補強材の強度も必然的に強化しなければならないから、最大外径が１６００ｍ以上にも達する超大スパンの空気膜構造物を建築することは事実上不可能に近いと考えられている。
【０００４】
この発明の目的は、最外周のコンプレッションリングと、その内側に配置した複数のテンションリング、及びこれらの間を放射方向に連結したワイヤーロープとによる外殻フレームを、親ケーブルと子ケーブルのネットワークとして形成し、もって最大外径が約１６００ｍ以上、地上の最高部位が約２００ｍ以上にも達する巨大空間を創出する、テンションリングを水平状に配置した空気膜構造物を提供することである。
【０００５】
本発明の次の目的は、地震や風荷重に対する形態の保持や構造的安定性を保ち、超大スパンの建築物として例えば閉鎖的な市街地、工場、農場、オフィス街、又はこれらを組合わせた広域施設としての実用性を有する超大スパンの空気膜構造物を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する手段として、請求項１に記載した発明に係るテンションリングを水平状に配置した空気膜構造物は、
地面に固定したコンプレッションリング１と同心円状ないしこれに近似の形状で小径である複数のテンションリング２、３が配置され、最外周のコンプレッションリング１とその内側のテンションリング２との間に２本を一組とし内側のテンションリング２の位置に頂角を有する二股状のワイヤーロープ４が各リング１、２の周方向の全長にわたり放射状に複数配置され、更に内側に隣合うテンションリング３と前記テンションリング２との間にも前記２本を一組とするワイヤーロープ４の頂角の位置から内側のテンションリング３まで放射状の配置で各１本ずつのワイヤーロープ５が各リング２、３の周方向の全長にわたり複数配置され、中心部のテンションリング３の面内にも放射状に配置したワイヤーロープ６を連結して、設計荷重に対して、各テンションリング２、３に連結されたワイヤーロープの張力が各テンションリングに対する内向きの力よりも外向きの力の方が大きくテンションリングの応力が引っ張り応力となる外殻フレームが形成され、
前記外殻フレームの内側に、外周をコンプレッションリングへ止着されて下面が開口した袋形状をなす空気膜が設置され内圧が作用させられており、
テンションリング部分には、鉛直方向の力を釣り合わせる重り又はワイヤーロープによるアンカーが設置されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施形態及び実施例】
請求項１記載の発明に係る、テンションリングを水平状に配置した空気膜構造物の実施形態及び実施例を図１〜図４に示した。最外周のコンプレッションリング１は地面に固定されている。このコンプレッションリング１の構造の詳細は図３に示した。鋼管を一辺が１．５ｍのトラス状に組み立てた構成である。因みに該コンプレッションリング１の大きさは、半径方向の幅Ｗが約６９ｍ、高さＨは約４０ｍのトラスフレーム構造とされている。このコンプレッションリング１は、全体としては図１に平面図を示したように外径が約１６００ｍの円形に構築されている。コンプレッションリング１の外周面には気密サッシ１０が嵌め込まれて気密性が確保されている。
【００１０】
上記した構造のコンプレッションリング１の内側には、同心円状の配置で直径が約１０００ｍの第１のテンションリング２、及び直径が約４００ｍの第２のテンションリング３がそれぞれ配置され、各々は放射方向に配置したワイヤーロープ（テンションロープ）４、５、６により連結され外殻フレームが形成されている（図１）。即ち、図１に示したように、コンプレッションリング１とその内側に隣合う第１のテンションリング２との間に、直径が１００mm位の鋼製のワイヤーロープ４が２本を一組として内側の第１テンションリング２の位置に頂角を有する二股状の配置で各リング１、２の周方向の全長にわたり放射状に複数配置してそれぞれ連結されている。また、前記第１のテンションリング２と、更にその内側の第２のテンションリング３との間にも、前記２本を一組として内側の第１テンションリング２の位置に頂角を有するワイヤーロープ４を、放射方向に内側の第２のテンションリング３と繋ぐ１本ずつのワイヤーロープ５が配置され連結されている。更に外殻フレームの中心に位置する第２のテンションリング３の面内にも、ワイヤーロープ６がグリッド状配置に連結されている。こうして設計荷重に対して、各テンションリング２、３に連結されたワイヤーロープ４、５の張力が各テンションリングに対する内向きの力よりも外向きの力の方が大きくテンションリング２、３の応力が引っ張り応力となる外殻フレームが形成されている。但し、コンプレッションリング１、及び第１、第２のテンションリング２、３の平面形状は図示した円形の限りではない。楕円形、長円形或いは角形などの形態で実施することができる。
【００１１】
上記のように構成された外殻フレームの内側に、外周をコンプレッションリング１に止着され下面を開口した偏平な袋形状をなし、例えば５０〜８０mmＡｑの内圧を作用させる空気膜７が設置されている。空気膜７には厚さ１mmの構造用四フッ化エチレン樹脂コーティングガラス繊維布が好適に使用される。ただし、空気膜７の材質及び同空気膜に作用させる内圧の大きさは前記した例に限らない。
【００１２】
従って、上記の空気膜７が内圧を受けて膨張すると、図２に示したように、コンプレッションリング１と第１のテンションリング２の間、及び第１と第２のテンションリング２と３の間、並びに第２のテンションリング３の面内でそれぞれ空気膜７が膨らみを形成する超大スパンの空気膜構造物が完成する。その結果、前記コンプレッションリング１とその内側の第１テンションリング２との間を連結したワイヤーロープ４、及び同第１のテンションリング２と更に内側の第２テンションリング３との間を連結したワイヤーロープ５、並びに第２のテンションリング３の内面に連結したワイヤーロープ６にそれぞれ張力を発生して力の平衡を保つ。その際、設計上考慮した各種の外力や内圧（以下、これを設計荷重と呼ぶ）に対して、第１のテンションリング２の内外に連結されたワイヤーロープ４と５から作用する力は、同第１のテンションリング２に対しては内向きの力よりも外向きの力の方が大きくなるようにテンションリング２の位置と空気膜７の膨らみ形状とが決定されている。よって、第１のテンションリング２に発生する応力は引っ張り応力となる。
【００１３】
第２のテンションリング３に対しても全く同様に、その内外に連結したワイヤーロープ５と６から受ける力は、第２のテンションリング２に対しては内向きよりも外向きの引っ張り力が大きくなるようにテンションリング３の位置と空気膜７の膨らみ形状が決定されている。よって、当該第２のテンションリング３に発生する応力も引っ張り応力となる。
【００１４】
結局、外周のコンプレッションリング１にのみ圧縮応力が発生し、これ以外の第１、第２のテンションリング２、３には引っ張り応力のみが働いて空気膜構造物全体の力の平衡を保ち、ひいては構造物の形態の保持と構造的安定性を確保する。前記のようにテンションリング２、３及びワイヤーロープ４、５、６が引っ張り材として使用されることにより、材料を力学的に有効に使用することができ、超大スパン構造にしても自重量が軽減されて合成的な空気膜構造物が成立する。
【００１５】
但し、空気膜７に作用する空気圧（内圧）に起因する鉛直方向上向きの力（浮力）に対して、テンションリング２、３の部分で力の釣合を保つ手段として、図２に示したように、地盤面に埋め込み設置した施設の重り１２へワイヤーロープ８を結合してアンカーをとる。或いは前記浮力に余裕のある場合は、図４に示したように住宅とか雨水処理施設のような空中施設１１を吊り下げ、これを更にワイヤーロープ８、９で地盤面の施設である重り１２と結合して力の平衡を保つ。
【００１６】
なお、空気膜７に作用する内部圧力によりテンションリング２、３に発生する位置の変化に対して補完的効力を発揮するダンパー（図示は省略）を装備して、多様な荷重に対する構造的安定性を高める構成で実施することもできる。
上述の構成により、空気膜７に作用する内部圧力を外殻フレームが拘束して全体に均衡を保つ柔軟なシェル構造を形成するから、最大外径が１６００ｍ以上にも達する超大スパンの空気膜構造物を、形態上及び構造上の安定性を確保して実現することができる。また、コンプレッションリング１及びテンションリング２及び３の直径、個数等を変更することにより、様々な形状及び規模の空気膜構造物を実現することができる。
【００１７】
【本発明が奏する効果】
この発明に係るテンションリングを水平状に配置した空気膜構造物は、最外周のコンプレッションリングとその内側の複数のテンションリング及びこれらを放射方向に連結したワイヤーロープとの組み合わせによる外殻フレームを親ケーブルと子ケーブルのネットワークとして形成したので、最大外径が約１６００ｍ以上、地上の最高部位が約２００ｍ以上にも達する巨大空間を容易に創出することができる。しかも地震や風荷重に対する形態の保持、構造的安定を保つことができ、超大スパンの建築物として適性を有する空気膜構造体を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気膜構造物の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’矢視の拡大断面図である。
【図３】コンプレッションリングの拡大図である。
【図４】テンションリングを下向きにアンカーする手段の説明図である。
【符号の説明】
１ コンプレッションリング
２ テンションリング
３ テンションリング
４ ワイヤーロープ
５ ワイヤーロープ
６ ワイヤーロープ
７ 空気膜
Claims (1)
- 地面に固定したコンプレッションリングと同心円状ないしこれに近似の形状で小径である複数のテンションリングが配置され、最外周のコンプレッションリングとその内側のテンションリングとの間に２本を一組とし内側のテンションリングの位置に頂角を有する二股状のワイヤーロープが各リングの周方向の全長にわたり放射状に複数配置され、更に内側に隣合うテンションリングと前記テンションリングとの間にも前記２本を一組とするワイヤーロープの頂角の位置から内側のテンションリングまで放射状の配置で各１本ずつのワイヤーロープが各リングの周方向の全長にわたり複数配置され、中心部のテンションリングの面内にも放射状に配置したワイヤーロープを連結して、設計荷重に対して、各テンションリングに連結されたワイヤーロープの張力が各テンションリングに対する内向きの力よりも外向きの力の方が大きくテンションリングの応力が引っ張り応力となる外殻フレームが形成され、
前記外殻フレームの内側に、外周をコンプレッションリングへ止着されて下面が開口した袋形状をなす空気膜が設置され内圧が作用させられており、
テンションリング部分には、鉛直方向の力を釣り合わせる重り又はワイヤーロープによるアンカーが設置されていることを特徴とする、テンションリングを水平状に配置した空気膜構造物。
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| JP09452898A JP3728552B2 (ja) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | テンションリングを水平状に配置した空気膜構造物 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11293961A JPH11293961A (ja) | 1999-10-26 |
| JP3728552B2 true JP3728552B2 (ja) | 2005-12-21 |
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Family Applications (1)
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| JP09452898A Expired - Fee Related JP3728552B2 (ja) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | テンションリングを水平状に配置した空気膜構造物 |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN102261128B (zh) * | 2011-05-10 | 2014-07-30 | 唐戍鸣 | 节点式气网架结构 |
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1998
- 1998-04-07 JP JP09452898A patent/JP3728552B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11293961A (ja) | 1999-10-26 |
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