JP5524815B2 - 屋根構造 - Google Patents

Description

本発明は屋根構造に関し、主として体育館、スポーツ施設、格納庫などの大スパン構造物の屋根に適用される。

体育館、スポーツ施設、格納庫などの大スパン構造物の屋根は、一般に上弦材、下弦材、ラチス材で構成されるトラス部材が立体的に配置された立体トラスによって構築されている。

例えば、特許文献１には、複数の杆材からなる四角錐体を基本ユニットにして断面三角形状に構築された梁を側方向に間隔をおいて配置する一方、各梁材の互いに対応する四角錐体間に大梁を架け渡し、かつこの大梁間に小梁を架け渡すことにより構築されるトラス構造物が記載されている。

また、特許文献２には、平面視で四角形を構成し、かつ互いに半ピッチ分ずれて上下に間隔を隔てて配置された多数の上弦材と下弦材を四角錐状に配置された複数のラチス材によって連結することにより構築される立体トラスとその組立方法が記載されている。

さらに、出願人は、山形鋼やＣＴ鋼などからなるトラス梁を三角形とこれを組み合わせたひし形としたものによって曲面を構成するトラス構造物を開発している（図１２参照）。

特開平６−２７２３１３号公報 特開２００２−２４２２９８号公報

しかし、トラス構造の屋根は、上弦材や下弦材などのトラス構成部材間の接合や、トラス部材どうしを接合するための接合金物（例えば、ガセットプレート、ボルト等）を多数必要とし、また建設に際しては、トラス部材を一部材一部材建て込み、かつ仮設サポートによって支える必要があるため、作業用の大規模な仮設足場とトラス部材を支えるための多くの仮設サポート、さらにトラス部材を吊り込むための大型クレーン等の建設重機と多くの人手を必要とするため、製作コストと建設コストが共に増大するという課題があった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、部材数が少なく効率的に構築することができ、製作コストと建設コストを共に縮減できるようにした屋根構造を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の屋根構造は、複数の上弦材と下弦材とラチス材と水平材とから平面視で複数の三角形と六角形を組み合わせた構面に構築されてなる屋根構造において、前記上弦材は、平面視で底辺部を軸に対称形をなす複数の三角形が頂点を節点にスパン方向に連続する鎖状に配置され、かつ水平材はスパン方向と直交する方向に隣接する三角形の底辺部間に配置されてなることを特徴とするものであり、平版状の屋根はもとより各節点にて部材を折り曲がった状態で接合することにより山形状や円筒形状などの任意の屋根形状をなす屋根の構築に適用することができる。

本発明によれば、上弦材が平面視で底辺部を軸に対称形をなす複数の三角形が頂点を節点にスパン方向に連続する鎖状に配置され、かつ水平材がスパン方向と直交する方向に隣接する三角形の底辺部間に配置されていることで、スパン方向に連続する鎖状の梁の面外方向の安定が確保される。

また、前記鎖状の梁どうしが水平材によりある間隔をもって連結されていることで、従来の三角網目状骨組と比較した場合、三角網目を構成する部材本数を大幅に削減することができ、これにより部材どうしを接合するための接合金物などの使用量も削減することができ、結果的に製作コストと建設コストを共に縮減することができる。

また、屋根には平面視で複数の三角形と共に六角形の空間部が形成されるため、この空間部直下の地上にクレーンや高所作業車等の建設重機を配置して建て方工事を効率的に行うことができる。なお、上弦材や下弦材などのトラス構成部材には、従来の立体トラスと同様にＨ形鋼や山形鋼などの形鋼や鋼管などを用いることができる。

請求項２記載の屋根構造は、請求項１記載の屋根構造において、下弦材は上弦材の軸心を通る面内に上弦材と間隔をおいて配置され、ラチス材は前記上弦材と下弦材との間に配置されてなることを特徴とするものである。

本発明によれば、下弦材が各上弦材の軸心を通る面内にそれぞれ上弦材と間隔をおいて配置され、かつラチス材が前記上弦材と下弦材との間に配置されていることで、結果的に屋根はスパン方向に連続する複数の平行弦トラス梁によって構築され、かつトラス梁は水平材によってスパン方向と直交する方向に互いに連結されていることで、スパン方向に連続する鎖状の梁の面外方向の安定が確保され、また、スパン方向とスパン方向と直交する方向の両方向にせん断力を伝達することができる。

なお、水平材は、当該水平材の軸心を通る面内に間隔をおいて二段に配置し、上下水平材間にラチス材を配置することもでき、これによりスパン方向と直交する方向に平行弦トラスを配置することができる。

請求項３記載の屋根構造は、請求項１記載の屋根構造において、下弦材は上弦面の三角形の中心と頂点を通る線を含む面内に、上弦材と間隔をおいてスパン方向に配置され、前記ラチス材は前記上弦材と下弦材との間に配置されてなることを特徴とするものである。

本発明は、下弦材は上弦面の三角形の中心と頂点を通る線を含む面内に、上弦材と間隔をおいてスパン方向に配置される。ラチス材および束材は、前記上弦材軸心と、下弦材軸心上で上弦面三角形の頂点のほぼ直下にある節点とで形成される三角形の、上弦材以外の２辺上に、上弦三角形の頂点位置には束材を、他方にはラチス材が配置されている。

これにより、スパン方向に上弦材は三角形が連続した鎖状に配置され、下弦材は平面視で直線状に配置された、立体トラス梁が形成される。また、屋根は複数の前記立体トラス梁を間隔をおいて水平材によって連結することにより構築される。

なお、水平材は、例えば、当該水平材の軸心を通る鉛直面内に間隔をおいて二段に配置し、上下水平材間にラチス材を配置することもでき、こうすることで、スパン方向と直交する方向にもせん断力を伝達することができる。

請求項４記載の屋根構造は、請求項１〜３のいずれかひとつに記載の屋根構造において、スパン方向と直交する方向の端部に水平材は無く、複数の上弦材が平面視で複数の三角形とひし形を組み合わせた構面を構成するように配置されてなることを特徴とするものである。

本発明は、スパン方向と直交する方向の外力、すなわち風荷重、地震荷重に対し、屋根端部において水平材を無くし、屋根の平面剛性を高めたものであり、スパン方向と直交する方向の水平力を側面部に上弦材のブレース効果によりスムーズに伝達することができる。

また、スパン方向に鎖状に連続する三角形複数個分の上弦材、下弦材、ラチスおよび水平材を、平面視で底辺部を軸に対称形をなす複数の三角形が頂点を節点にスパン方向に鎖状に連続する梁ユニットを地組する工程と、当該梁ユニットを設置位置に建て込む工程と、当該梁ユニットを先に建て込んだ梁ユニットと接合する工程とによって構築することができる。

この構築方法によれば、上弦材や下弦材などのトラス構成部材を予め梁状に地組し、ユニット化して建て方を行うことにより、建て方工事をきわめて効率的に行なうことができる。また、トラス部材としての梁ユニットは、スパン方向にある程度の長さに地組することで、梁ユニットを支える仮設サポートはごく少数でよい。

なお、梁ユニットの建て方にはクレーンや高所作業車などを利用することができる。また、梁ユニットの大きさは、三角形４個程度に相当する大きさが適当であるが、この大きさに限定されるものではなく重機の能力や周辺の環境に応じて小さくもでき、またさらに大きくすることもできる。

本発明によれば、複数の上弦材と下弦材とラチス材と水平材とから平面視で複数の三角形と六角形を組み合わせた構面に構築されてなる屋根構造において、上弦材が平面視で底辺部を軸に対称形をなす複数の三角形が頂点を節点にスパン方向に連続する鎖状に配置され、かつ水平材がスパン方向と直交する方向に連続する三角形の底辺部間に配置されていることで、スパン方向に連続する鎖状の梁の面外方向の安定を確保することができる。

また、前記鎖状の梁どうしが水平材により、ある間隔をもって連結されていることで、従来の三角網目状骨組と比較した場合、三角網目を構成する部材本数を大幅に削減することができ、これにより部材どうしを接合するための接合金物の使用量も削減することができ、結果的に製作コストと建設コストを共に縮減することができる。

また、上弦材が平面視で三角形状に配置されていることにより、母屋材などの２次部材の支点間距離ｓが柱間距離より短スパンとなり使用部材を小さくすることができる(図２参照)。

さらに、屋根には平面視で複数の三角形と共に六角形の空間部が形成されるため、この空間部直下の地上にクレーンや高所作業車等の建設重機を配置して建て方工事を効率的に行うことができる。

本発明の一実施形態の屋根の構造を示す平面図である。 図１に図示する屋根の一部拡大平面図である。 図１に図示する屋根の一部斜視図である。 図１に図示する屋根の構造を示す一部拡大斜視図である。 （ａ）は、複数の上弦材と下弦材とラチス材と水平材が平面視で底辺部を軸に対称形をなす複数の三角形が頂点を節点にスパン方向に連続する鎖状に配置された状態を示す平面図、(ｂ)は、複数の上弦材と下弦材とラチス材と水平材が地組されてユニット化された状態を示す平面図である。 本発明の他の実施形態の屋根の構造を示す平面図である。 図６に図示する屋根の一部拡大平面図である。 図６に図示する屋根の一部斜視図である。 図６に図示する屋根の構造を示す一部拡大斜視図である。 （ａ）は、図６および図９におけるイ部拡大平面図、(ｂ)は図６における上弦部のロ−ロ線拡大断面図である。 屋根の構築工法を示す平面図である。 従来技術の菱形を連続させたトラス構造の屋根を示す平面図である。

図１〜図５は、本発明の一実施形態を示し、図において符号１は上弦材、２は下弦材、３はラチス材、そして符号４は水平材である。これらのトラス構成部材によって平面視で複数の三角形ａと六角形ｂを組み合わせた構面の屋根Ａが側面視で中央部を棟とする山形状に構築されている。

また、屋根Ａのスパン方向の両端部に屋根Ａの端部を支える下部構造体Ｂが構築され、さらに、スパン方向と直交する方向（以下「桁行き方向」）の両端部には水平材４はなく、複数の上弦材１と下弦材２は平面視で複数の三角形ｃとひし形ｄを組み合わせた構面を構成するように配置されている。

さらに、複数の上弦材１からなる上弦面の上には桁行き方向に連続する複数の母屋材５がスパン方向に一定間隔おきに架け渡され、さらに母屋材５の上に折版などからなる屋根葺き材（図省略）が設置されている。

なお、母屋材５のスパン（支点間距離）ｓが長くなる位置には必要に応じて母屋受け材６が設置されている（図２参照）。

上弦材１は、平面視で底辺部を軸に対称形をなす複数の三角形ａが頂点ｅを節点にスパン方向に連続する鎖状に配置され（図５（ａ）参照）、下弦材２は、各上弦材１の軸心を通る鉛直面内に上弦材１から間隔をおいて配置されている。そして、ラチス材３は各上弦材１と下弦材２間に配置されている（図４参照）。

また、水平材４は、桁行き方向に隣接する三角形ａの底辺部にそれぞれ配置された上弦材１,１間と下弦材２,２間にそれぞれ配置されている。

なお、上弦材１、下弦材２、ラチス材３および水平材４は、スパン方向に連続する三角形ａの複数個に相当する分（実施形態では三角形ａの４個に相当する分）が地上で予め地組みされてユニット化され（図５（ｂ）参照）、クレーン等の重機によって吊り上げられて設置位置に設置される。

また、ユニットの大きさは、実施形態では三角形ａの４個に相当する大きさとなっているが、この大きさに限定されるものではなく、重機の能力や周辺の環境に応じて小さくもでき、またさらに大きくすることもできる。

以上の構成により、屋根Ａのスパン方向には、複数の平行弦トラスからなる、平面視で底辺部を軸に対称形をなす複数の三角形ａが頂点ｅを節点にスパン方向に鎖状に連続する梁Ｘが構築され（図５（ａ）参照）、梁Ｘのスパン方向の両端部は下部構造体Ｂに支持されている。

また、梁Ｘは桁行き方向に一定間隔おきに配置され、かつ各梁Ｘ,Ｘは複数の水平材４を介して桁行き方向に互いに接合されている。そして、このような梁Ｘの配置により、隣接する各梁Ｘ,Ｘ間には複数の上弦材１と水平材４とからなる複数の六角形ｂの空間部が三角形ａの空間部と隣り合って形成されている。

また特に、桁行き方向の両端部には水平材４はなく、複数の上弦材１と下弦材２はそれぞれ平面視で三角形ｃとひし形ｄの空間部を形成するように配置されている（図１参照）。

このような構成において、次に、屋根Ａの構築方法について説明すると、最初に、各梁Ｘのスパン方向に隣接する三角形ａの複数個に相当する分の上弦材１、下弦材２、ラチス材３および水平材４を地上で予め地組して梁ユニットＸ1を構築する(図５(ｂ)参照)。

次に、梁ユニットＸ1を先行施工によりすでに設置されている梁ユニットＸ2の側部にクレーン等の建設重機Ｄによって吊り上げ（図１１参照）、仮設サポートＥによって支持する。そして、水平材４,４と端部の少なくとも３箇所を先に設置した梁ユニットＸ2に接合ボルト等によって連結する。

以下、同様にして地組みした梁ユニットＸ1を順にクレーン等の建設重機Ｄによって吊り上げて建て込み、先行施工の梁ユニットＸ2と接合することにより屋根Ａの全体を構築する。

なお、トラス部材としての梁ユニットＸ1は、スパン方向に、ある程度の大きさに地組されていることで、梁ユニットＸ1を支える仮設サポートＥはごく少数でよい。

図６〜図１０は、本発明の他の実施形態を示し、図において、上弦材１は、図１〜図５に図示する実施形態と同様に、平面視で底辺部を軸に対称形をなす複数の三角形ａが頂点ｅを節点にスパン方向に連続する鎖状に配置されている。

また、下弦材２は、上弦面の三角形ａの中心と頂点(節点ｅ)を通る線を含む面内に上弦材１と間隔をおいてスパン方向に連続して配置され、さらに各三角形ａの頂点ｅ(節点部)と下弦材２との間に複数の束材７が配置されている。

そして、上弦面における各三角形ａの底辺部と斜辺部にそれぞれ配置された上弦材１どうしの節点部ｆと下弦材２と束材７との節点部ｇとの間に複数のラチス材３が配置されている（図９,１０参照）。ラチス材３は上弦材１の軸心が通る鉛直面内に配置されている。

以上の構成により、平面視で底辺部を軸に対称形をなす複数の三角形ａが頂点ｅを節点にスパン方向に鎖状に連続する梁Ｘ（図５（ａ）参照）が桁行き方向に一定間隔おきに配置され(図６参照)、各梁Ｘのスパン方向の両端部は下部構造体Ｂに支持されている。

また、梁Ｘは桁行き方向に一定間隔おきに配置され、かつ桁行き方向に隣接する各梁Ｘ,Ｘどうしは複数の水平材４を介して互いに接合されている。水平材４は、桁行き方向に隣接する各三角形ａの底辺部に配置された上弦材１,１間に配置されている。

そして、このような梁Ｘの配置により、隣接する各梁Ｘ,Ｘ間には複数の上弦材１と水平材４とからなる複数の六角形ｂが三角形ａと隣り合って形成されている。また、桁行き方向の両端部には水平材４はなく、複数の上弦材１は平面視で三角形ｃとひし形ｄを組み合わせた構面を構成するように配置されている。

このような構成において、次に、屋根Ａの構築工法について説明すると、最初に、各梁Ｘのスパン方向に連続する三角形ａの複数個に相当する分の上弦材１、下弦材２、ラチス材３、水平材４および束材５を地上で予め地組して梁ユニットＸ1を構築する(図５(ｂ)参照)。

次に、梁ユニットＸ1を先行施工によりすでに設置されている梁ユニットＸ2の側部にクレーン等の建設重機Ｄによって吊り上げ、複数の仮設サポートＥによって支える。そして、水平材４,４と端部の少なくとも３箇所を先に設置した梁ユニットＸ2に接合ボルト等によって接合する。

以下、同様にして地組した梁ユニットＸ1を順にクレーン等の建設重機Ｄによって吊り上げて建て込み、先行施工の梁ユニットＸ2と接合することにより屋根Ａの全体を構築する。

本発明は、屋根構成部材の本数を大幅に削減することができ、これにより部材どうしを接合するための接合金物の使用量も削減することができ、結果的に製作コストと建設コストを共に縮減することができる。

１ 上弦材
２ 下弦材
３ ラチス材
４ 水平材
５ 母屋材
６ 母屋受け材
７ 束材
Ａ 屋根
Ｂ 下部構造体
Ｘ 梁
Ｘ1 梁ユニット
Ｘ2 梁ユニット
Ｄ 建設重機
Ｅ 仮設サポート
ａ 三角形
ｂ 六角形
ｃ 三角形
ｄ ひし形
ｅ 頂点
ｆ 節点部
ｇ 節点部
ｓ 支点間距離

Claims (4)

1. 複数の上弦材と下弦材とラチス材と水平材とから平面視で三角形と六角形を組み合わせた構面に構築されてなる屋根構造において、前記上弦材は、平面視で底辺部を軸に対称形をなす複数の三角形が頂点を節点にスパン方向に連続する鎖状に配置され、かつ前記水平材は平面視でスパン方向と直交する方向に隣接する三角形の底辺部間に配置されてなることを特徴とする屋根構造。
2. 請求項１記載の屋根構造において、下弦材は上弦材の軸心を通る面内に上弦材と間隔をおいて配置され、前記ラチス材は前記上弦材と下弦材との間に配置されてなることを特徴とする屋根構造。
3. 請求項１記載の屋根構造において、下弦材は上弦面の三角形の中心と頂点を通る線を含む面内に、上弦材と間隔をおいてスパン方向に配置され、前記ラチス材は前記上弦材と下弦材との間に配置されてなることを特徴とする屋根構造。
4. 請求項１〜３のいずれかひとつに記載の屋根構造において、スパン方向と直交する方向の端部に配置された上弦材は、平面視で三角形とひし形を組み合わせた構面を構成するように配置されてなることを特徴とする屋根構造。

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