JP3769728B2

JP3769728B2 - 屋根架構

Info

Publication number: JP3769728B2
Application number: JP2002076267A
Authority: JP
Inventors: 起司佐藤
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003268915A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大スパンの剛性梁とケーブル等の引張材からなる複合構造の屋根架構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大スパンの屋根架構として一般的な構造として吊り構造によるものがあるが、ケーブルを吊り材とする従来一般の吊り構造による屋根架構にあっては、ケーブルに生じる大きな引張力に対する水平反力を処理するために大規模なアンカレッジ（通常は巨大なコンクリート塊）ないしそれに代わる頑強な下部構造物を必要とする、付加荷重や偏在荷重に対して変形性状の安定化を確保するための様々な対策が必要となる、水平反力を軽減するためにはサグ（吊り材の垂れ下がり）を大きくする必要があるので大空間の確保や屋根面水勾配の確保がし難い、といった問題があり、建物の屋根に適用する場合には計画上、設計上の制約が多い。
【０００３】
また、ケーブルに代えて曲げ剛性を有する吊り材を用いる半剛性吊り構造による屋根架構も知られており、それによれば変形性状に対する構造安定性は確保しやすいものとはなるが、大きな水平反力の処理に対しては事情は同じであり、必ずしも有効ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑み、本発明は建物の屋根の構造として適用して好適な架構、特に半剛性吊り構造を基本としつつも水平反力を軽減し得る有効な屋根架構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、大スパンの剛性梁が複数並設されて相互に連結されて屋根フレームが形成されるとともに、各剛性梁がそれぞれ下方からケーブル等の引張材により支持されてなる複合構造の屋根架構であって、各剛性梁は下方に凸に湾曲してその両端が柱に対してピン支持されて柱間に架設されることにより吊り材として機能するとともに、剛性梁の下側に複数の束材が間隔をおいて設けられ、各引張材は束材の下端部に支持されて剛性梁の下方に添わされた状態で配設されるとともに、その引張材が緊張されてその両端部が柱と剛性梁との支持点に対して定着されることで剛性梁にプレストレスが導入されてなり、前記引張材によって前記剛性梁に導入されるプレストレスは、屋根自重により生じる水平成分反力が相殺されるように設定されていて、それら剛性梁と引張材とによって半自碇式の半剛性吊り構造による自己釣り合い架構が構成され、かつ、柱の外側には方杖がその上端部を剛性梁と引張材との定着点に対して連結されて設けられていて、それら柱と方杖とによって、剛性梁に作用する積雪時等の付加荷重に相当する水平反力を処理する下部構造が構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、束材には側方への転倒を防止するためのブレース材が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図４に本発明の実施形態を示す。図１は本実施形態の屋根架構を採用した建物（図示例のものは室内プール）の断面図、図２は屋根架構を示す図（平面図と２方向の立面図）である。
【０００９】
本実施形態の屋根架構は、図２（ａ）に示すようにスパン方向の大梁１が複数（図示例のものは７本）並設されてそれら大梁１が桁行方向の大梁２および多数の小梁３により連結され、それらの全体で平面視矩形の屋根フレーム４が構成され、その上面に屋根材５（図１参照）が取り付けられて屋根面を構成するものであり、その屋根面は全体として下方に凸となるように湾曲しかつ傾斜状態で架設されているものである。
【００１０】
本実施形態におけるスパン方向の大梁１は、所定の剛性を有する大スパンの鋼製梁からなるものであるが（以下、このスパン方向の大梁１を剛性梁１と言い換える）、本実施形態の屋根架構は基本的にその剛性梁１が吊り材として機能して屋根面全体を支持する半剛性吊り構造の屋根を構成しており、かつその剛性梁１が下方からケーブル（引張材）６により押し上げられて支持され、そのケーブル６により剛性梁１に対してプレストレスが導入されたものとなっている。
【００１１】
すなわち、上記の剛性梁１はそれぞれが屋根フレーム４の形状と同様に下方に凸に湾曲したものとされてその両端が柱７に対してピン支持されてそれら柱７間に架設され、かつそれぞれの剛性梁１の下方には構造用スパイラルロープ等のケーブル６が添わされて配設されている。
【００１２】
より具体的には、図１に示すように、剛性梁１の下側には複数（図示例のものは５本）の束材８が間隔をおいて設けられており、それら束材８の下端部に支持されてケーブル６が配設され、そのケーブル６は所定の張力で緊張されてその両端部が剛性梁１の端部に対して定着されている。この場合、ケーブル６の端部を剛性梁１の下端面にガセットプレートを介して連結するとともに、ケーブル６の芯を剛性梁１と柱７との支持点Ｐに合わせることによって、剛性梁１に対するケーブル６の定着点は実質的にその支持点Ｐに合致するように設定され、これにより剛性梁１にはケーブル６の張力によるプレストレスが導入されるようになっている。そして、本実施形態では剛性梁１に導入するプレストレスは屋根自重により生じる水平成分反力を相殺するように設定されている。
【００１３】
また、剛性梁１を支持している柱７の外側には、それぞれ小径の鋼製パイプ等による方杖９（バックステイ）が設けられ、その方杖９の下端部は下部構造ないし地盤に対して連結され、上端部は柱７の頂部に対して連結され、その連結点は実質的に剛性梁１に対するケーブル６の定着点（すなわち上記の支持点Ｐ）に合致するように設定されている。
【００１４】
なお、剛性梁１の下側に設けられてケーブル６の中間部を支持している束材８には、たとえば図３（ａ）に示すように、その下端部と桁行方向の小梁３との間にブレース材１０が設けられて、ケーブル６の緊張力による側方への転倒が確実に防止されるようになっている。あるいは（ｂ）に示すように隣り合う２本の束材８間にブレース材１０を設けたり、（ｃ）に示すようにブレース材１０を隣接する剛性梁１との間に設けることでも良い。図３における符号１２は必要に応じて屋根面の妻側に設けられる間柱である。
【００１５】
上記構造の屋根架構の施工は、図４（ａ）に示すように、仮設構台１３により仮支持しつつ剛性梁１を柱７間に架設して屋根フレーム４を組み立て、屋根材５の取り付け、その他の屋根仕上げを行った後、ケーブル６を緊張し定着することで剛性梁１にプレストレスを導入する、という手順で行う。あるいは１スパンユニットを地組してクレーンにより設置するようにしても良い。なお、プレストレスの導入の際には剛性梁１の変形を吸収するべくその一端を一方の柱７の柱頭に対してローラ支持としておくか、その柱７の柱脚を下部構造に対してピン支持としておく。また、プレストレス導入の際には、柱７には水平力が作用しないので方杖９は後施工とすることでも良く、プレストレスの導入後に柱７の柱脚を根巻きするとともに、方杖９を施工し、剛性梁１の両端を柱７に対してピン支持すれば良い。
【００１６】
上記構造の屋根架構は、剛性梁１を吊り材とする半剛性吊り構造を基本としつつその剛性梁１とそれを下方から支持するケーブル６との複合構造であって、ケーブル６の張力が剛性梁１にプレストレスとして導入されることでそれら剛性梁１とケーブル６とで自己釣り合い架構が構成されており、かつ剛性梁１に導入するプレストレスを屋根自重により生じる水平成分反力を相殺するように設定していることから、これは半自碇式の半剛性吊り構造というべきものとなっている。
【００１７】
すなわち、図４（ｂ）に示すように屋根自重のみが作用する通常時においては、ケーブル６には引張力が作用し剛性梁１には圧縮力が作用した状態でそれらが釣り合って自碇式の架構となっており、したがって屋根架構の支点反力は鉛直方向にのみ発生し、柱７や方杖９に対して水平反力の伝達はない。
【００１８】
また、図４（ｃ）に示すように、積雪時等の付加荷重を受けた際には釣り合いがくずれて剛性梁１およびケーブル６の双方に引張力が作用し、この時点で屋根架構の支点反力は水平方向にも発生して方杖９に水平反力が引張力として伝達され、その方杖９がバックステイとして有効に機能する。
【００１９】
以上のように、上記構造の屋根架構は自重時には自碇式の架構として機能して水平反力が下部構造に伝達されず、積雪時等の付加荷重時にのみその付加荷重に相当する水平反力が下部構造に伝達されるに過ぎない。したがって、通常の吊り構造においては自重を含めて大きな水平反力の処理が必要であることから巨大なアンカレッジや頑強な下部構造が不可欠であるのに対し、上記構造では付加荷重時の水平反力のみを処理すれば良いから小断面の方杖９をバックステイとして設けることのみで十分であり、また柱７を含む下部構造は屋根自重によって生じる水平成分反力を受けないので小断面のもので済み、通常の吊り構造に較べて下部構造を大幅に簡略化することができる。
【００２０】
また、通常の吊り構造では水平反力を抑制するためにサグを大きくする必要があるのに対し、上記構造では水平反力はさして大きなものとならないのでサグを小さく設定することが可能であり、したがって計画上、設計上の制約が少なく、また屋根面の水勾配を確保しやすいものとなる。
【００２１】
さらに、上記構造の屋根架構は吊り材としての剛性梁１を主体として剛性を有する屋根フレーム４を構成しているので、ケーブルのみを主体とする通常の吊り構造に比較して変形性状に対する構造安定性に優れるものであるし、格別に煩雑な施工を必要とするものではないので工期や工費の点でも有利であり、建物の屋根架構として極めて合理的である。
【００２２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、たとえば以下に列挙するような様々な設計的変更が可能である。
【００２４】
上記実施形態ではケーブル６によりプレストレスを導入するものとしたが、剛性梁１を下方から支持しかつ所望のプレストレスを導入できるものであれば、鋼棒や鋼管等の引張材をケーブル６に代えて採用することも可能である。
【００２５】
勿論、屋根面の形状や規模、屋根フレーム４における剛性梁１の本数や間隔、剛性梁１の曲率やその下方に設けるケーブル６等の引張材の曲率とその本数、剛性梁１に設ける束材８の間隔や位置、建物の用途や下部構造の構成、その他細部の具体的構成は任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明の屋根架構は、下方に凸に湾曲する剛性梁を吊り材とする半剛性吊り構造を基本としつつ、その剛性梁の下方に配設した引張材により剛性梁にプレストレスを導入したから、通常の吊り構造に比較して変形性状に対する構造安定性に優れ、下部構造に作用する水平反力を抑制できるのでその処理が格段に容易となり、サグを小さく設定することが可能であるから設計上の制約が少ないし屋根面の水勾配も確保しやすく、施工も容易で工期や工費の点でも有利であり、極めて合理的であり、有効である。
【００２７】
特に、剛性梁に導入するプレストレスを屋根自重により生じる水平成分反力が相殺されるように設定して、それら剛性梁と引張材とによって半自碇式の半剛性吊り構造による自己釣り合い架構を構成し、かつ、柱の外側には方杖を設けてその上端部を剛性梁と引張材との定着点に対して連結することによって、積雪時等の付加荷重に相当する水平反力を柱と方杖とによる下部構造によって処理する構造であるので、自重時には自碇式の架構として機能して水平反力が下部構造に伝達されず、積雪時等の付加荷重時にのみその付加荷重に相当する水平反力が下部構造に伝達されるに過ぎないから、そのような付加荷重に相当する水平反力は容易に処理でき、したがって柱および方杖によりなる下部構造を通常の吊り構造における下部構造に較べて大幅に簡略化することができる。
【００２８】
請求項２の発明は、束材には側方への転倒を防止するためのブレース材を設けたので、束材の転倒を確実に防止し得て構造安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である屋根架構を採用した建物の断面図である。
【図２】同、屋根架構を示す図である。
【図３】同、部分拡大図である。
【図４】同、施工手順と荷重作用時の挙動を説明するための図である。
【符号の説明】
１剛性梁（スパン方向の大梁）
４屋根フレーム
６ケーブル（引張材）
７柱
８束材
９方杖
１０ブレース材
Ｐ支持点

Claims

大スパンの剛性梁が複数並設されて相互に連結されて屋根フレームが形成されるとともに、各剛性梁がそれぞれ下方からケーブル等の引張材により支持されてなる複合構造の屋根架構であって、
各剛性梁は下方に凸に湾曲してその両端が柱に対してピン支持されて柱間に架設されることにより吊り材として機能するとともに、剛性梁の下側に複数の束材が間隔をおいて設けられ、
各引張材は束材の下端部に支持されて剛性梁の下方に添わされた状態で配設されるとともに、その引張材が緊張されてその両端部が柱と剛性梁との支持点に対して定着されることで剛性梁にプレストレスが導入されてなり、
前記引張材によって前記剛性梁に導入されるプレストレスは屋根自重により生じる水平成分反力が相殺されるように設定されていて、それら剛性梁と引張材とによって半自碇式の半剛性吊り構造による自己釣り合い架構が構成され、
かつ、柱の外側には方杖がその上端部を剛性梁と引張材との定着点に対して連結されて設けられていて、それら柱と方杖とによって、剛性梁に作用する積雪時等の付加荷重に相当する水平反力を処理する下部構造が構成されていることを特徴とする屋根架構。
束材には側方への転倒を防止するためのブレース材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の屋根架構。