JP4024212B2 - 非常に大きいスパン用の平坦な底板格子を備える二重プレストレスされた屋根天井構造体 - Google Patents

Description

この発明は、プレストレスト鉄筋コンクリート及び特に構造体と一体となる鋼鉄部材で作られた工業用の建築物やそれに類する建築物の屋根の構造体に関する。この発明の属する技術分野は、ＩＰＣ分類では、一般的に建築構造や構造要素に関する分類であるＥ０４Ｂ１／００、又は、特にＥ０４Ｃ３／００又は３／２９４で記載されるものである。

この発明は、独創的な概念と形状からなる、独特な屋根天井構造体に関する。この出願において解決すべき技術的課題は、非常に大きなスパン（５０メートル以上）を覆う平坦な底板を備えた屋根を構築するための組立の手法であり、屋根天井構造体は、屋根と完成した平坦な底板の両方を同時に解決するものである。実際、非常に大きなスパンを覆う屋根構造体は、大抵、特別な事業で実現され、通常現場で完全に構築される、独特な構造体である。

この発明の技術的課題は、課題として明らかにするならば、独特な構造体を構築する通例の方法に代えて、非常に大きなスパンを覆い、連続的プレハブ構造に適した屋根天井構造体を構築するための組立の手法を見出すことである。

解決すべき課題は、輸送や取り扱いに適していない巨大な構造体を、予め製造され、輸送され、現場において平坦な底板を備えた非常に大きなスパンの構造体ユニットに組み立てることができる小さな組立部品に分割することである。今回の発明の一部分として、次のような部分的な技術的課題が解決されることとなる。即ち、軽量で組立可能な底板を形成すること、横方向の寸法を大きくして重量を増加させることなく、巨大なスパンを覆う上部長手方向梁を横方向に安定化させること、組立要素の長手方向及び横方向の相互連結を完全なものにすること、である。この発明の一部分である他の全ての解決策は、構造体自体の実用的用途に関係があり、通常の屋根天井構造体と比較した場合にこういった構造体であれば提供するものである、特許文献１に記載された利点を含んでいる。

今回の発明は、「二重プレストレスされた屋根天井複合構造体」の名称による出願（特許文献１参照）に開示された構造体及びプレストレスの原理の基本的概念を含むものである。前記の出願では、大抵利用される３０メートルまでの大きなスパンを覆う、平坦な底板を備えた構造体が開示されている。全板状天井を備えた構造体は、３０メートルより大きいスパンでは、全板状底板が重過ぎるようになり、より小さいスパンにおける構造体の作用の基本原理となっている多くの前提を修正することが必要となり、この構造体を適用できないこととなるため、３０メートルより大きいスパンには適していない。例えば、全長３０メートルまでのスパン用の薄肉な全板状体は、全体で５センチメートルの厚みを有し、その厚みは、底板のコンクリートに固定する相互連結バーにとって、それらをプールアウトすること（pooling-out）から守るのに十分な厚みである。

仮に、全板状で薄肉な底板を大きなスパンに適用するならば、支柱の近くの上部長手方向構造体への底板の連結部が大きな剪断変形に耐えるには強度が弱すぎるため、厚みをさらに厚くすることが必要となる。しかし、非常に大きいスパンにおいては、底板は自重の増加に合せて厚みをより大きくするべきであり、構造体の終端が回転することに従って上方に撓むという軽量底板に基づいた仕組みの概念を変えるべきである。さらに、全板状底板を備えた構造体と、５０メートル以上のスパンとは、輸送するのには大きすぎ、小さめの組立部品を完全な底板に連結する問題が生じる。例え可能であったとしても、このような構造体を実現するには、プレテンションを施すことやコンクリートを現場で固めることが必要となり、不経済である。
クロアチア国特許出願公開第ＨＲ−Ｐ２００００９０６号明細書

今回の発明は、特許文献１に記載された構造体に似た構造体に係るものであり、非常に大きいスパンへの適用可能性を解決し、現場で完全なものに組み立てられる小さめの部品を予め製造することを可能とし、吊り上げられる前の構造体全体の重量を減らして、軽量板を格子状底板の開口部に挿入することによって形成される組立底板を提供するものである。上記のもの以外に、底板を有する構造体で、似たものは認識していない。

本発明に係る非常に大きいスパン用の平坦な底板格子を備える二重プレストレスされた屋根天井構造体は、底板格子１と、中間部が底板格子１から上方に離間した位置に設けられ且つ終端部が底板格子１に固定される上部梁２と、底板格子１及び上部梁２の中間部を相互連結する中間部ロッド３とからなり、底板格子１が中心部をプレストレスされた後、上部梁２がさらにプレストレスされることを特徴とする。

また、上記発明においては、底板格子１は、鋼鉄のチューブ又はプレストレストコンクリートによって予め製造された部品１．１を現場において組み立て、軽量板を予め製造された部品１．１間の開口部に挿入することによって形成される構成が好ましい。

さらに、上記発明においては、底板格子１が有する予め製造された部品１．１の横方向と長手方向の両方の連結部が、溶接に先立って、隣接する終端１０を互いに突き刺すことによって一時的に固定され、長手方向の連結部はプレストレスによって固くされる構成が好ましい。

さらに、上記発明においては、予め製造された部品１．１の長手方向の相互連結は、天井の防錆保護と断熱を確保すべく硬い膨張発泡体又は軽量コンクリートが後に充填されるチューブの中に位置した案内体８を貫くケーブル７を備えた底板格子１をプレストレスすることによって得られる構成が好ましい。

さらに、上記発明においては、上部梁２と底板格子１とは、中間部ロッド３を溶接することによって構造体の全長に沿って相互連結され、上部梁２は、上部梁２の終端部に作り付けられた終端部ロッド４を通して底板格子１に支持されている構成が好ましい。

さらに、上記発明においては、水平方向の底板格子１に側面に沿って支持される中間部ロッド３は、上部梁２を座屈に対して安定化させる構成が好ましい。

プレストレスされた非常に大きいスパン用屋根天井構造体は、格子状の平坦な底板（底板格子）１と、上部梁２と、空間に整列した多数の安定化ロッド（中間部ロッド）３とからなり、平坦な底板を備えた天井と屋根の両方を同時に解決する非常に大きなスパンを備えた建物を建設するための、一方向に負荷を受ける予め製造された張間構造体である。

この発明の目的は、特注の独特な大きなスパン構造体でできた建物とは反対に、より単純でより経済的であり、組み立てられると吊り上げ可能かつ連続的な平坦な底板を備えた屋根天井に相互連結することが可能な構造体ユニットの大きな部分となる予め製造された要素からなる、非常に大きなスパンを有する建築物を建設するための組立の体系的方法を確立することである。軽量格子と平坦底板の組み立てられた構造体は全板状底板に取って代わり、平坦な底板は、構造体が組み立てられた後に、多数の軽量板を格子要素の内側の開口部に差し込むことによって得られる。

ある意味では、同じ原理を（５０メートル以上の）非常に大きなスパンに無理なく適用することを提供するのは、特許文献１で開示された平坦な底板を備えた適当な構造体を改良することである。

今回の構造体の一部分である補助的な技術的解決手段は、非常に大きなスパンに適用すべく構造体全体の自重を減らす解決手段、構造体断面の横方向の慣性モーメントを増加させることにより、重量を増加させることなく横座屈に対して上部梁２を安定化させる解決手段、格子状構造体（底板格子）１の予め製造された組立部品（予め製造された部品）１．１を単純かつ実用的に相互連結する解決手段（一つの具体例として、格子状構造体は、軽量発泡充填材と内部のケーブル距離を維持するための案内体とを備えた鋼鉄チューブから構成される）、多数の軽量板６を格子状構造体の内側の開口部に挿入することにより、平坦な底板面を形成する解決手段である。

一般的に、非常に大きなスパンに用いられるこのような構造体の固定的な体系的方法における解決手段は、曲げモーメントを上部梁２と底板格子１の間で伝達させず、かなりの軸力を伝達させることを不可能とし、結果として、縦に細長い格子（底板格子）１を曲げることを不可能とする細長いパイプロッド（中間部ロッド）３によって得られ、それによって、パイプロッド（中間部ロッド）３は、上部梁２を横座屈に対して安定化させると同時に、プレストレスの間格子面の安定性を確実にするために利用される。軽量にし、実質的に水平面上で硬い格子（底板格子）１に固定されたパイプロッド（中間部ロッド）３によって支えられた上部梁２を安定させるという上述の機能に適合させる方法によって構築されている変形例１と変形例２の両方ともにおいて、上部梁２の断面は、図２に示すように独特な形状を有している。

＜実施例１＞
図１で等角図法によって示された（同じく図２にも示されている）逆Ｖ字型の上部梁２を備えた好ましい具体例を以下に示す。もう一つの具体例では、（図３に示すように）Ｔ字型断面を有する上部梁２を含み得る。どちらの変形例でも、格子状底板（底板格子）１は、上部梁の断面形状の選択と独立して、鋼鉄チューブ又はプレストレストコンクリートから構成することができる。

後に現場で組み立てられる構造体の張間ユニットの全体を、図１に示す。これは、幅広で格子組立構造体（底板格子）１と、細長いパイプロッド（中間部ロッド）３によって相互連結された断面逆Ｖ字型の上部梁２とからなる。縦方向に細長く水平方向に広がる格子状構造体（底板格子）１には、図４に示す構造部材が容易に現場まで輸送でき、梁間ユニットを完全に組み立てた場合には建物の大部分を一度に覆うことができるような寸法のものを選択している。図１は、断面逆Ｖ字型の上部梁２を備え、鋼鉄格子（底板格子）１を用いた変形例による構造体の等角図法による図面であり、図４は、同構造体の分解図を示す。

上部梁２は、二つの鉄筋コンクリート部材、要素２．１から構成されており、建築物用要素を製造する工場で予め製造され、建築現場に輸送される。同じく、溶接された鋼鉄チューブからなる格子（底板格子）１の要素は、要素を容易に建設現場まで輸送できるように、工場で、小さめの寸法の部品（予め製造された部品）１．１に製造される。格子（底板格子）１と上部梁２を相互連結するために支柱のように用いられる短く剛性を有するパイプロッド（終端部ロッド）４は、一体的な部品として上部梁２の終端に作り付けられる。相互連結用鋼鉄パイプロッド（中間部ロッド）３は、これらとは別の要素である。

建設現場では、完全格子（底板格子）１に組み立てられる前に、格子の小さめの部品（予め製造された部品）１．１がもたせかけられる水平面は多数の土台で準備され、ユニットは、図４及び図５に示されるように、組み立てられた上部梁２の張間の範囲に合せた幅と長さを有する。梁の要素は、図６によって示される詳細に基づき、長手方向および横方向のどちらの方向にも、全体格子（底板格子）１に相互連結される。図７は、鋼鉄チューブ１０の一端が、隣接する隣接チューブ１２に挿入されるのに用いられる他端の内部溶接された小チューブ１１を包含しており、しかる後、チューブ１０及び１１は、接触部の周辺を溶接物１３によって溶接されるのが分かるところからの、同じ連結詳細部の縦方向の切断部を示す。そのようにして、底板格子の全体は、以下のように、構造体全体が形成される場所で組み立てられる。

中間位置には、一時的支持フレーム９が置かれる。上部梁の分割体２．１は、格子上に置かれ、かつ、中間位置で支持フレーム９上に持たせ掛けられ連結されるそれぞれの終端が互いを向くように回転させられ、硬質な鋼鉄パイプ脚（終端部ロッド）４が合体したそれらの反対側は、図５及び図６に示されるように、格子要素上に置かれる。そのようにして持たせ掛けられ固定される上部梁分割体２．１は、その後、ロッド（中間部ロッド）３とロッド（終端部ロッド）４を格子要素に溶接することによって、格子（底板格子）１に連結される。上部梁２に相互連結された短く硬質な脚（終端部ロッド）４は、溶接された後、予め製造される際に、コンクリートで固められ、固定端を格子に連結された上部梁２のトラスのようなコンソール支柱となる。構造体は依然として上部梁２の中間部分において連結されていないが、一時的支持フレームは取り除くことができる。

格子要素内に高い張力が存在することにより、格子（底板格子）１は、構造体の長手方向である張間方向に、図８に示す如く縦方向に格子要素の中を通って案内されるケーブル７によって、中心部をプレストレスされる。鋼鉄チューブによって構成される長手方向の格子要素は、ケーブルの中心をチューブ内側の断面の重心に位置させるべく用いられる作り付けの案内体８によって補充されている。内側にあるケーブルでプレストレスされた後、中空の長手方向の格子要素は、プレストレスの度合いとプレストレスされている間の安定性に信頼性を持たせるべく、膨張する発泡体又は非常に軽量なコンクリートによって充填され、充填用の材料は、ケーブルを錆から保護し、ケーブルとチューブの接着の連続性を確保するために用いられる。中心部をプレストレスする間の格子状構造体自体の安定性は、適切な計算によって制御されなければならず、自重と、格子の上方への曲がりに対する構造体の抑制作用とを考慮に入れることが必要となる。

格子要素（底板格子）１のプレストレスの間、上部梁２は中間位置で連結されず、分離している分割体２．１は、格子（底板格子）１に溶接されるそれ自身の脚（中間部ロッド）３及び（終端部ロッド）４によって立っている。格子（底板格子）１のプレストレスが終わった後、分離した二つの分割体の間にある細部箇所に打ち込まれたくさびを用いて、「二重プレストレスされた、平坦な底板を有する屋根天井構造体」の名称による出願（特許文献１参照）に開示された手法により、上部梁２はもう一つのプレストレスを受ける。格子（底板格子）１をプレストレスすることにより、完全な格子（底板格子）１に相互連結され結合した格子部材（予め製造された部品）１．１だけでなく、かけられる全ての負荷の下であっても、その長手方向の要素の内部に恒久的な圧縮が確保される。

もう一つの具体例では、同様の鋼鉄チューブ格子とともに、断面Ｔ字型の上部梁２が用いられる。その場合でも、実行される工程は同様である。仮に、これら二つの変形例において、鋼鉄チューブ格子をコンクリートのものに置き換えたならば、二つのさらなる変形例が出現する。

＜実施例２＞
第二の具体例では、プレストレストコンクリート要素からなる格子（底板格子）１とともに、Ｔ字型又は断面逆Ｖ字型の上部梁２を備えた変形例が採用される。格子状底板（底板格子）１の組立部品としての要素（予め製造された部品）１．１は、建築現場で、前記の変形例と同様の方法、かつ、同様の一時連結の方法により、組み立てられ、全体に連結される。

コンクリートを用いた変形例における格子要素は、中心で合体した案内体８を備え、一時的に格子を組み立てるために、その終端で同じチューブ連結部によって供給されているので、頑丈なものである。コンクリートと鋼鉄からなる変形例における結合部の差は、結合されるべき要素の終端で合体したチューブをコンクリートに適合させる詳細な事項にあるのみである。コンクリートの変形例は、それ自体に新しい事項を含んでいないため、強調しておらず、また、記載していない。

すべての変形例において、現場で屋根天井構造体の大規模なユニットが完成され、プレストレスされた後、その構造体は吊り上げられ、連続的な格子状底板を形成するように隣接したものと繋ぎ合わされる。構造体の大規模なユニットは、小さめの部品２．１が格子状大型ユニット（底板格子）１に相互連結されたのと同じ方法により、他のユニットと相互連結される。

最後に、底板面は、連続した大きい平坦な底板を得るべく、格子要素の内側の開口部に軽量板６を挿入することにより、閉塞される。

等角図法によって、上部梁が断面逆Ｖ字型の形状をしている構造体を示す。 断面逆Ｖ字型の形状をした構造体の断面を示す。 断面Ｔ字型を用いた具体例の代替案である構造体の断面を示す。 構造体の組立部品を示しつつ、等角図法によって、構造体の分解図を示す。 分解された構造体と、組み立てる手法を示す。 鋼鉄格子を用いた場合の、格子要素が連結している詳細な図を示す。 鋼鉄格子要素が結合している詳細な図を示す。 鋼鉄格子を用いた場合の、格子要素の連結部に長手方向にポストテンションを施すためのケーブルを案内する詳細な図を示す。

符号の説明

１…底板格子、１．１…予め製造された部品、２…上部梁、２．１…分割体、３…中間部ロッド、４…終端部ロッド、５…くさび、６…軽量板、７…ケーブル、８…案内体

Claims (6)

1. 底板格子（１）と、中間部が底板格子（１）から上方に離間した位置に設けられ且つ終端部が底板格子（１）に固定される上部梁（２）と、底板格子（１）及び上部梁（２）の中間部を相互連結する中間部ロッド（３）とからなり、底板格子（１）が中心部をプレストレスされた後、上部梁（２）がさらにプレストレスされることを特徴とする、非常に大きいスパン用の平坦な底板格子を備える二重プレストレスされた屋根天井構造体。
2. 底板格子（１）は、鋼鉄のチューブ又はプレストレストコンクリートによって予め製造された部品（１．１）を現場において組み立て、軽量板を予め製造された部品（１．１）間の開口部に挿入することによって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の、非常に大きいスパン用の平坦な底板格子を備える二重プレストレスされた屋根天井構造体。
3. 底板格子（１）が有する予め製造された部品（１．１）の横方向と長手方向の両方の連結部が、溶接に先立って、隣接する終端（１０）を互いに突き刺すことによって一時的に固定され、長手方向の連結部はプレストレスによって固くされることを特徴とする、請求項１又は２に記載の、非常に大きいスパン用の平坦な底板格子を備える二重プレストレスされた屋根天井構造体。
4. 予め製造された部品（１．１）の長手方向の相互連結は、天井の防錆保護と断熱を確保すべく硬い膨張発泡体又は軽量コンクリートが後に充填されるチューブの中に位置した案内体（８）を貫くケーブル（７）を備えた底板格子（１）をプレストレスすることによって得られることを特徴とする、請求項２又は３に記載の、非常に大きいスパン用の平坦な底板格子を備える二重プレストレスされた屋根天井構造体。
5. 上部梁（２）と底板格子（１）とは、中間部ロッド（３）を溶接することによって構造体の全長に沿って相互連結され、上部梁（２）は、上部梁（２）の終端部に作り付けられた終端部ロッド（４）を通して底板格子（１）に支持されていることを特徴とする、請求項１に記載の、非常に大きいスパン用の平坦な底板格子を備える二重プレストレスされた屋根天井構造体。
6. 水平方向の底板格子（１）に側面に沿って支持される中間部ロッド（３）は、上部梁（２）を座屈に対して安定化させることを特徴とする、請求項１に記載の、非常に大きいスパン用の平坦な底板格子を備える二重プレストレスされた屋根天井構造体。

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