JP5590373B2 - Dome structure - Google Patents

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Description

本発明は、多目的ドームやアリーナ等の構造物の屋根架構に採用されるドーム構造に関する。   The present invention relates to a dome structure adopted for a roof frame of a structure such as a multipurpose dome or an arena.

従来、多目的ドームやアリーナ等の構造物の屋根架構として、サスペンション・ケーブルや2ヒンジ・アーチなどの形態抵抗性を利用して、圧縮力を受ける梁と束材と引張を受けるストリングとにより構成される張弦梁構造が知られている。このような張弦梁構造では、とくに水平状、円弧状の梁に対してストリング引張材(ストリング)が下方に配置されている方が力学的に有利である。   Conventionally, as a roof structure for structures such as multi-purpose domes and arenas, it is composed of beams that receive compressive force, bundles, and strings that receive tension, using form resistance such as suspension cables and 2-hinge arches. The string string structure is known. In such a stringed beam structure, it is mechanically advantageous that a string tension member (string) is arranged below the horizontal and arcuate beams.

ところで、ドーム形状は、一般には球形の一部をいうことが多いが、放物線を軸回りに回転させたり円弧や放物線を軸をずらして回転させて形成される尖頭形の回転体などを示すこともある。従来は、連続体のコンクリートシェルによりドームを作っていたが、型枠など生産性の課題により、近年では鉄骨や集成材などにより、球面を分割して構造物とすることが多くなっている。ドーム構造に代表されるシェル形状の構造物の特徴は、外周の支持条件をピン支持としたり、外周に剛なテンション・リングを配置することにより、曲げモーメントの発生が少ない膜応力状態とすることができ、板厚を薄くできたり、鉄骨成を小さくできたりする合理的な構造システムとして知られている(例えば、特許文献1参照)。   By the way, the dome shape generally refers to a part of a sphere, but indicates a pointed rotator formed by rotating a parabola around an axis or rotating an arc or a parabola by shifting the axis. Sometimes. Conventionally, a dome is made of a continuous concrete shell. However, due to productivity issues such as formwork, in recent years, a spherical surface is often divided into a structure by a steel frame or laminated material. The characteristic of shell-shaped structures typified by the dome structure is that the outer peripheral support conditions are pin-supported, and a rigid tension ring is placed on the outer periphery to create a membrane stress state with less bending moment. It is known as a rational structure system that can reduce the plate thickness or reduce the steel frame formation (see, for example, Patent Document 1).

特許第3513734号公報Japanese Patent No. 3513334

しかしながら、従来のドーム構造では、以下のような問題があった。
すなわち、上述したような特徴から、板厚方向の曲げ剛性が小さく、全体、部分、個材座屈の発生の可能性があった。さらに、スパンに対してライズが小さい扁平なドーム構造では、テンションリングの軸力が過大になるうえ、膜応力状態が崩れ、曲げモーメントが大きく発生して、合理性が保てないといった問題があった。
However, the conventional dome structure has the following problems.
That is, due to the above-described features, the bending rigidity in the plate thickness direction is small, and there is a possibility of occurrence of buckling of the whole, parts, and individual materials. In addition, the flat dome structure with a small rise relative to the span has problems that the axial force of the tension ring becomes excessive, the membrane stress state collapses, the bending moment increases, and the rationality cannot be maintained. It was.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ドーム構造に作用する変位・応力を制御することが可能な合理的な構造システムを実現することができるドーム構造を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a dome structure that can realize a rational structure system capable of controlling displacement and stress acting on the dome structure. And

上記目的を達成するため、本発明に係るドーム構造では、構造物の柱材に設けられた屋根架構を構成し、平面視で放射状に梁材を配したドーム構造であって、構造物の中心を通る放射方向に延在する複数の梁材と、これら梁材の下方の位置で長さ方向を放射方向に向けて梁材と同方向に配置され、一端が梁材と柱材との第1交点とに連結されるとともに、他端が平面視で構造物の中心と第1交点の間に位置する第1ストリングと、複数の第1ストリングの他端同士を連結する第2ストリングと、梁材の構造物の中心と梁端との間の任意の位置および第1ストリングの他端と第2ストリングとの第2交点を連結する束材と、梁材の中心から梁端までの間の中間部同士を連結する内周リング梁とを備え、第1ストリングと第2ストリングとには、梁材の曲げモーメントを最小とするように張力算定手法に基づいて算出された最適張力が導入され、張力算定手法は、(1)式〜(3)式の連立方程式より、式中の係数αを設定することで、第1ストリングの第1張力α・PS1と、第2ストリングの第2張力α・PS2とを求める算定方法であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the dome structure according to the present invention is a dome structure in which a roof frame provided on a pillar of a structure is configured and beams are arranged radially in plan view, and the center of the structure Are arranged in the same direction as the beam with the length direction at the position below the beam, and one end of the beam and the column. A first string that is connected to one intersection point, and has the other end located between the center of the structure and the first intersection point in plan view, and a second string that connects the other ends of the plurality of first strings; Bundle material connecting the second intersection of the second string and the other end of the first string and the arbitrary position between the center of the beam material structure and the beam end, and between the beam material center and the beam end of a inner peripheral ring beam for connecting the intermediate portions, in the the first string and the second string, The optimum tension calculated based on the tension calculation method is introduced so as to minimize the bending moment of the material, and the tension calculation method uses the simultaneous equation (1) to (3) to calculate the coefficient α in the equation. by setting a first tension alpha · PS1 of the first string, and wherein the calculation method der Rukoto for obtaining a second tension alpha · PS2 of the second string.

Figure 0005590373
Figure 0005590373

また、本発明に係るドーム構造では、構造物の柱材に設けられた屋根架構を構成し、平面視で放射状に梁材を配したドーム構造であって、構造物の中心を通る放射方向に延在する複数の梁材と、これら梁材の下方の位置で長さ方向を放射方向に向けて梁材と同方向に配置され、一端が梁材と柱材との第1交点とに連結されるとともに、他端が平面視で構造物の中心と第1交点の間に位置する第1ストリングと、複数の第1ストリングの他端同士を連結する第2ストリングと、梁材の構造物の中心と梁端との間の任意の位置および第1ストリングの他端と第2ストリングとの第2交点を連結する束材と、梁材の中心から梁端までの間の中間部同士を連結する内周リング梁と、を備え、第1ストリングと第2ストリングとには、梁材の曲げモーメントを最小とするように張力算定手法に基づいて算出された最適張力が導入され、張力算定手法は、(4)式〜(8)式の連立方程式より、式中の係数αを設定することで、第1ストリングの第1張力α・PS1と、第2ストリングの第2張力α・PS2とを求める算定方法であることを特徴としている。 Further, the dome structure according to the present invention is a dome structure in which a roof frame provided on a pillar of a structure is configured, and beam members are arranged radially in a plan view, in a radial direction passing through the center of the structure. A plurality of extending beam members are arranged in the same direction as the beam members in the radial direction at the positions below these beam members, and one end is connected to the first intersection of the beam member and the column member A first string whose other end is located between the center of the structure and the first intersection in plan view, a second string connecting the other ends of the plurality of first strings, and a beam structure A bundle material connecting the second intersection of the second string and the other end of the first string and an arbitrary position between the center of the beam and the beam end, and an intermediate portion between the center of the beam material and the beam end An inner ring beam connected to each other, and the first string and the second string include a bending moment of the beam material. The optimum tension calculated based on the tension calculation method is introduced so as to minimize the tension, and the tension calculation method sets the coefficient α in the equation from the simultaneous equations of equations (4) to (8). Thus, the calculation method is to obtain the first tension α · PS1 of the first string and the second tension α · PS2 of the second string.

Figure 0005590373
Figure 0005590373

また、本発明に係るドーム構造では、構造物の柱材に設けられた屋根架構を構成し、平面視で放射状に梁材を配したドーム構造であって、構造物の中心を通る放射方向に延在する複数の梁材と、これら梁材の下方の位置で長さ方向を放射方向に向けて梁材と同方向に配置され、一端が梁材と柱材との第1交点とに連結されるとともに、他端が平面視で構造物の中心と第1交点の間に位置する第1ストリングと、複数の第1ストリングの他端同士を連結する第2ストリングと、梁材の構造物の中心と梁端との間の任意の位置および第1ストリングの他端と第2ストリングとの第2交点を連結する束材と、梁材の中心から梁端までの間の中間部同士を連結する内周リング梁と、内周リング梁の中間所定位置下方に第2の束材を設け、内周リング梁の両端間と第2の束材下端にわたって連結する第3ストリングとを備え、第1ストリング、第2ストリング、および第3ストリングには、梁材の曲げモーメントを最小とするように張力算定手法に基づいて算出された最適張力が導入され、張力算定手法は、(9)式〜(14)式の連立方程式より、式中の係数α、βを設定することで、第1ストリングの第1張力α・PS1と、第2ストリングの第2張力α・PS2と、第3ストリングの第3張力β・PS3とを求める算定方法であることを特徴としている。 Further, the dome structure according to the present invention is a dome structure in which a roof frame provided on a pillar of a structure is configured, and beam members are arranged radially in a plan view, in a radial direction passing through the center of the structure. A plurality of extending beam members are arranged in the same direction as the beam members in the radial direction at the positions below these beam members, and one end is connected to the first intersection of the beam member and the column member A first string whose other end is located between the center of the structure and the first intersection in plan view, a second string connecting the other ends of the plurality of first strings, and a beam structure A bundle material connecting the second intersection of the second string and the other end of the first string and an arbitrary position between the center of the beam and the beam end, and an intermediate portion between the center of the beam material and the beam end An inner ring beam to be connected and a second bundle member are provided below a predetermined position between the inner ring beam and the inner ring beam. And a third string which connects over both ends between the second flux material lower end, a first string, the second string and third string, based on the tension calculation method so as to minimize the bending moment of the beam member The optimum tension calculated in the above is introduced, and the tension calculation method is to set the coefficients α and β in the equations from the simultaneous equations of Equations (9) to (14), and thereby the first tension α of the first string. - and PS1, and the second tension alpha-PS2 of the second string, and a third characteristic estimation methods der Rukoto seeking and tension beta-PS3 of the third string.

Figure 0005590373
Figure 0005590373

また、本発明に係るドーム構造では、張力算定手法は、構造物の柱材に設けられた屋根架構を構成し、平面視で放射状に梁材を配したドーム構造であって、構造物の中心を通る放射方向に延在する複数の梁材と、これら梁材の下方の位置で長さ方向を放射方向に向けて梁材と同方向に配置され、一端が梁材と柱材との第1交点とに連結されるとともに、他端が平面視で構造物の中心と第1交点の間に位置する第1ストリングと、複数の第1ストリングの他端同士を連結する第2ストリングと、梁材の構造物の中心と梁端との間の任意の位置および第1ストリングの他端と第2ストリングとの第2交点を連結する束材と、梁材の中心から梁端までの間の中間部同士を連結する内周リング梁と、内周リング梁の中間所定位置下方に第2の束材を設け、内周リング梁の両端間と第2の束材下端にわたって連結する第3ストリングと、を備え、第1ストリング、第2ストリング、および第3ストリングには、梁材の曲げモーメントを最小とするように張力算定手法に基づいて算出された最適張力が導入され、張力算定手法は、(15)式〜(22)式の連立方程式より、式中の係数α、βを設定することで、第1ストリングの第1張力PS1と、第2ストリングの第2張力PS2と、第3ストリングの第3張力β・PS3とを求める算定方法であることを特徴としている。 Further, in the dome structure according to the present invention, the tension calculation method is a dome structure in which a roof frame provided on a pillar of the structure is configured and beams are arranged radially in plan view, and the center of the structure Are arranged in the same direction as the beam with the length direction at the position below the beam, and one end of the beam and the column. A first string that is connected to one intersection point, and has the other end located between the center of the structure and the first intersection point in plan view, and a second string that connects the other ends of the plurality of first strings; Bundle material connecting the second intersection of the second string and the other end of the first string and the arbitrary position between the center of the beam material structure and the beam end, and between the beam material center and the beam end An inner ring beam that connects the middle parts of the inner ring beam, and a second bundle member is provided below a predetermined middle position of the inner ring beam. A third string connected between both ends of the inner ring beam and the lower end of the second bundle member, and the first string, the second string, and the third string minimize the bending moment of the beam member. Thus, the optimum tension calculated based on the tension calculation method is introduced, and the tension calculation method is based on the simultaneous equations of Equations (15) to (22) by setting the coefficients α and β in the equation. This is a calculation method for obtaining the first tension PS1 of one string, the second tension PS2 of the second string, and the third tension β · PS3 of the third string.

Figure 0005590373
Figure 0005590373

本発明では、第1ストリングおよび第2ストリングがそれぞれ引張材として機能するため、それら第1ストリングおよび第2ストリングに適当な張力を付与することで、束材を介して上方への反力を付与することができ、構造全体として自己釣り合い型の架構となり、屋根架構を支持する下部構造に水平反力が生じることがない構造となっている。すなわち、第2ストリングは、第1ストリングの他端(内周側端部)を挟んだ両側がそれぞれ第1ストリングの延在方向に対して鈍角に交わって配置されているので、半径方向に配される各第1ストリングに張力を導入することで、第1ストリングに作用する張力が第2ストリングに分散されることになる。このとき、第1ストリングと第2ストリングにより構成されるストリング構造体には、中心を通って直径方向に延びる従来のストリング構造の曲げモーメントと同様に上向きの曲げモーメントが作用する。つまり、ストリング構造全体に作用する緊張力によって束材を介して梁材に上向きの力を与えることができる。
そして、逆に、第2ストリングに作用する張力が分かれば、第1ストリングの張力も決まることになる。
In the present invention, since the first string and the second string each function as a tensile material, by applying appropriate tension to the first string and the second string, an upward reaction force is applied through the bundle material. Therefore, the structure as a whole is a self-balancing frame, and a horizontal reaction force is not generated in the lower structure that supports the roof frame. That is, the second string is arranged at an obtuse angle with respect to the extending direction of the first string on both sides of the other end (inner peripheral side end) of the first string. By introducing a tension to each first string to be applied, the tension acting on the first string is distributed to the second string. At this time, an upward bending moment acts on the string structure constituted by the first string and the second string, similarly to the bending moment of the conventional string structure extending in the diameter direction through the center. That is, an upward force can be applied to the beam member via the bundle member by the tension force acting on the entire string structure.
Conversely, if the tension acting on the second string is known, the tension of the first string is also determined.

また、ストリングに導入される張力は、張力算出手法に基づいて算出された最適張力となることから、屋根部材の曲げモーメント、軸力および鉛直変位を小さくすることができ、ドーム構造に作用する応力と変位の制御を行うことができる。そのため、ストリング構造体の上部に位置する梁材の自重による下向きの曲げモーメントとストリング構造体全体に作用する上向きの曲げモーメントとをバランスさせることが可能となる。
さらに、屋根構面が完成した時点、つまり鉄骨建て方、全ての部材の接合部の本締めが終わった後にストリングへの張力導入を行うことから、施工効率が向上するうえ、施工途中に特定の部材の仮締め、本締めを行わずに済むことから、管理が容易になるという効果を奏する。
In addition, since the tension introduced into the string is the optimum tension calculated based on the tension calculation method, the bending moment, axial force and vertical displacement of the roof member can be reduced, and the stress acting on the dome structure And displacement can be controlled. Therefore, it is possible to balance the downward bending moment due to the weight of the beam member located above the string structure and the upward bending moment acting on the entire string structure.
Furthermore, when the roof construction surface is completed, that is, how to build the steel frame, and after the final tightening of the joints of all the members, the tension is introduced to the strings, so that the construction efficiency is improved and a specific part way through the construction. Since it is not necessary to perform temporary fastening and final fastening of the members, there is an effect that management becomes easy.

本発明のドーム構造によれば、張力算定手法に基づいて算出した最適張力をストリングへ導入することで、屋根部材の曲げモーメント、軸力および鉛直変位を小さくすることができることから、ドーム構造に作用する変位・応力を制御することが可能な合理的な構造システムを実現することができる。また、ドーム構造の座屈耐力も向上させることが可能となる利点がある。   According to the dome structure of the present invention, by introducing the optimum tension calculated based on the tension calculation method to the string, the bending moment, the axial force and the vertical displacement of the roof member can be reduced, so that it acts on the dome structure. It is possible to realize a rational structural system capable of controlling displacement and stress. Further, there is an advantage that the buckling strength of the dome structure can be improved.

本発明の第1の実施の形態によるドーム構造を備えた構造物を示す側面図である。It is a side view which shows the structure provided with the dome structure by the 1st Embodiment of this invention. 図1に示すドーム構造の斜視図である。It is a perspective view of the dome structure shown in FIG. (a)、(b)はストリングに導入する最適張力の張力算出手法を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the tension | tensile_strength calculation method of the optimal tension | tensile_strength introduced into a string. 変形例によるドーム構造の構成を示す斜視図であって、図2に対応する図。It is a perspective view which shows the structure of the dome structure by a modification, Comprising: The figure corresponding to FIG. 第2の実施の形態によるストリングに導入する最適張力の張力算出手法を説明する図である。It is a figure explaining the tension | tensile_strength calculation method of the optimal tension | tensile_strength introduce | transduced into the string by 2nd Embodiment. (a)〜(d)は実施例によるドーム構造の応力・変位を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the stress and displacement of the dome structure by an Example. (a)〜(d)は比較例によるドーム構造の応力・変位を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the stress and displacement of the dome structure by a comparative example. (a)、(b)は第3の実施の形態によるストリングに導入する最適張力の張力算出手法を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the tension | tensile_strength calculation method of the optimal tension | tensile_strength introduced into the string by 3rd Embodiment. 同じく第3の実施の形態によるストリングに導入する最適張力の張力算出手法を説明する図である。It is a figure explaining the tension | tensile_strength calculation method of the optimal tension | tensile_strength similarly introduced into the string by 3rd Embodiment. (a)、(b)は第4の実施の形態によるストリングに導入する最適張力の張力算出手法を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the tension | tensile_strength calculation method of the optimal tension | tensile_strength introduced into the string by 4th Embodiment. (a)、(b)は同じく第4の実施の形態によるストリングに導入する最適張力の張力算出手法を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the tension | tensile_strength calculation method of the optimal tension | tensile_strength introduced into the string by 4th Embodiment similarly.

以下、本発明の第1の実施の形態によるドーム構造について、図1乃至図3に基づいて説明する。
図1の符号1は、多目的ドームやアリーナ等に採用され、平面視で放射型に梁材11を配した立体張弦梁構造をなすドーム構造10を備えた本第1の実施の形態の構造物を示している。
ここで、構造物1の平面視中心を通る鉛直方向の軸線を中心軸線Oとして以下説明する。
Hereinafter, a dome structure according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes a structure according to the first embodiment including a dome structure 10 that is employed in a multi-purpose dome, an arena, and the like and has a three-dimensional stringed beam structure in which beam members 11 are arranged in a radial form in a plan view. Show.
Here, a vertical axis passing through the center of the structure 1 in plan view will be described below as a central axis O.

図1および図2に示すように、ドーム構造10は、平面視形状が矩形状をなし、基礎3上で構造物1の平面視で外殻部に立設された柱2の上端2aにピン接合或いは剛接合により固定されて下方より支持され、引張材(後述する第1ストリング12、第2ストリング13)に張力を導入することにより、梁材11に上方向の反力を付与し、これにより断面剛性の高い屋根架構を構成するアーチ状の構造体をなしている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the dome structure 10 has a rectangular shape in plan view, and is pinned to the upper end 2 a of the column 2 erected on the outer shell portion in plan view of the structure 1 on the foundation 3. It is fixed by joining or rigid joining and supported from below, and an upward reaction force is applied to the beam member 11 by introducing tension to the tension member (first string 12 and second string 13 described later). Thus, an arch-like structure constituting a roof frame having a high cross-sectional rigidity is formed.

具体的にドーム構造10は、構造物1の中心軸線Oを通るとともにその中心軸線Oを中心とした放射方向に延在する複数の梁材11、11、…と、各梁材11の下方の位置で長さ方向を前記中心軸線Oに対して放射方向に向けて梁材11と同方向に配置され、一端(外周側端部12a)が梁材11と柱材2との第1交点P1とに連結されるとともに、他端(内周側端部12b)が平面視で構造物1の中心軸線Oと第1交点P1の間に位置する第1ストリング12と、複数の第1ストリング12の内周側端部12b同士を連結する第2ストリング13と、対角線方向に配置される梁材11(図2に示す符号11A)における構造物1の中心軸線Oと梁端11aとの間の任意の位置(第3交点P3)および第1ストリング12の内周側端部12bと第2ストリング13との第2交点P2を連結する束材14とを備え、第1ストリング12と第2ストリング13とが緊張された構成となっている。   Specifically, the dome structure 10 passes through the central axis O of the structure 1 and extends in a radial direction around the central axis O, and a plurality of beam members 11, 11,. The longitudinal direction is arranged in the same direction as that of the beam member 11 with the length direction in the radial direction with respect to the central axis O, and one end (outer peripheral side end portion 12a) is the first intersection P1 between the beam member 11 and the column member 2. And the other end (inner peripheral side end portion 12b) is located between the central axis O of the structure 1 and the first intersection P1 in plan view, and a plurality of first strings 12 Between the central string O of the structure 1 and the beam end 11a in the beam material 11 (reference numeral 11A shown in FIG. 2) arranged in the diagonal direction. Arbitrary position (3rd intersection P3) and the inner peripheral side edge part 12b of the 1st string 12 And a Tabazai 14 for connecting the second intersection point P2 between the second string 13, has a structure in which a first string 12 and a second string 13 is tensioned.

梁材11は、凸曲部を上方に向けた状態で梁端11a、11aを図1に示す柱材2の上端2aに固定させ、それぞれの梁材11の中心部同士を構造物1の中心軸線Oの位置で交差させている。   The beam member 11 fixes the beam ends 11 a and 11 a to the upper end 2 a of the column member 2 shown in FIG. 1 with the convex curved portion facing upward, and the center portions of the respective beam members 11 are centered on the structure 1. It intersects at the position of the axis O.

第1ストリング12は、構造物1の中心軸線Oと第1交点P1との間の任意の位置に内周側端部12bを配置させた長さ寸法をなし、外周側端部12aが梁材11の外周側の梁端11aに固定され、内周側端部12bが第2ストリング13と束材14の下端とに連結される第2交点P2を形成している。   The first string 12 has a length dimension in which the inner peripheral end 12b is disposed at an arbitrary position between the central axis O of the structure 1 and the first intersection P1, and the outer peripheral end 12a is a beam member. 11 is fixed to the beam end 11a on the outer peripheral side, and the inner peripheral end portion 12b forms a second intersection point P2 connected to the second string 13 and the lower end of the bundle member 14.

第2ストリング13は、複数の第1ストリング12、12、…のそれぞれの内周側端部12b同士をリング状(ここでは、ドーム構造10の外殻をなす矩形状とほぼ相似形状の矩形状)に連結し、構造物1の中心軸線Oを中心とした周方向に延在している。   The second string 13 has a ring shape (in this case, a rectangular shape that is substantially similar to the rectangular shape that forms the outer shell of the dome structure 10) of the plurality of first strings 12, 12,. ) And extends in the circumferential direction around the central axis O of the structure 1.

束材14は、第1ストリング12の内周側端部12bと、梁材11の前記第3交点P3(ここでは、梁材11の構造物1の中心軸線Oから梁端11aまでの間の略1/2の長さ寸法)とを連結し、鉛直方向に作用する圧縮材として機能する。   The bundle member 14 has an inner peripheral side end 12b of the first string 12 and the third intersection point P3 of the beam member 11 (here, between the center axis O of the structure 1 of the beam member 11 and the beam end 11a). And a compression material acting in the vertical direction.

さらに、図2に示すように、本ドーム構造10には、平面視矩形状の外殻に沿って外周リング梁15が設けられるとともに、梁材11の中心軸線Oから梁端11aまでの略中間部11c、11c同士を連結する内周リング梁16が設けられ、さらにまたこれら梁材11および内周リング梁16により構成される屋根面内に水平ブレース17が配設されている。外周リング梁15は、頂点が対角線上に配置される梁材11、11の両端部に連結している。   Further, as shown in FIG. 2, the dome structure 10 is provided with an outer peripheral ring beam 15 along a rectangular outer shell in plan view, and substantially in the middle from the central axis O of the beam member 11 to the beam end 11a. Inner ring beams 16 that connect the portions 11c and 11c are provided, and further, a horizontal brace 17 is disposed in a roof surface constituted by the beam members 11 and the inner ring beam 16. The outer peripheral ring beam 15 is connected to both ends of the beam members 11 and 11 whose apexes are arranged on a diagonal line.

次に、上述のように構成されるドーム構造10の作用について説明する。
本ドーム構造10では、第2ストリング13が第1ストリング12の内周側端部12b(第2交点P2)を挟んだ両側がそれぞれ第1ストリング12の延在方向に対して鈍角に交わって配置されているので、半径方向に配される各第1ストリング12に張力を導入することで、第1ストリング12に作用する張力が第2ストリング13に分散されその合力が生じることになる。このとき、第1ストリング12と第2ストリング13により構成されるストリング構造体には、中心軸線Oを通って直径方向に延びる従来のストリング構造の曲げモーメントと同様に上向きの曲げモーメントが作用する。つまり、ストリング構造全体に作用する緊張力によって束材14を介して梁材11に上向きの力を与えることができる。
Next, the operation of the dome structure 10 configured as described above will be described.
In the dome structure 10, the second string 13 is arranged so that both sides of the inner end 12 b (second intersection point P 2) of the first string 12 intersect each other at an obtuse angle with respect to the extending direction of the first string 12. Therefore, by introducing a tension to each first string 12 arranged in the radial direction, the tension acting on the first string 12 is distributed to the second string 13 and the resultant force is generated. At this time, an upward bending moment acts on the string structure constituted by the first string 12 and the second string 13 in the same way as the bending moment of the conventional string structure extending in the diameter direction through the central axis O. That is, an upward force can be applied to the beam member 11 through the bundle member 14 by a tension force acting on the entire string structure.

そのため、ストリング構造体の上部に位置する梁材11の自重による下向きの曲げモーメントと、前記ストリング構造体全体に作用する上向きの曲げモーメントとがバランスされることになり、第2ストリング13を周方向に配置した場合であっても、従来のストリング構造と同様に梁材11の応力と変位の制御を行うことができる。
また、内周リング梁16や水平ブレース17が屋根面に配置されて主架構として機能するので、第1ストリング12と第2ストリング13とを緊張することで、屋根面全体の応力、変位制御を行うことができる。
Therefore, the downward bending moment due to the weight of the beam member 11 positioned on the upper portion of the string structure and the upward bending moment acting on the entire string structure are balanced, and the second string 13 is moved in the circumferential direction. Even if it arrange | positions, it can control the stress and displacement of the beam 11 similarly to the conventional string structure.
In addition, since the inner ring beam 16 and the horizontal brace 17 are arranged on the roof surface and function as a main frame, the tension and the first string 12 and the second string 13 can be used to control the stress and displacement of the entire roof surface. It can be carried out.

つまり、本ドーム構造10においては、第1ストリング12および第2ストリング13がそれぞれ引張材として機能するため、それら第1ストリング12および第2ストリング13に適当な張力を付与することで、束材14を介して上方への反力を付与することができ、構造全体として自己釣り合い型の架構となり、屋根架構を支持する下部構造に水平反力が生じないようになっている。   That is, in the dome structure 10, the first string 12 and the second string 13 each function as a tensile material. Therefore, by applying an appropriate tension to the first string 12 and the second string 13, the bundle material 14 Thus, an upward reaction force can be applied to the structure, and the entire structure becomes a self-balancing frame, so that no horizontal reaction force is generated in the lower structure that supports the roof frame.

また、本ドーム構造10では、屋根構面が完成した時点、つまり鉄骨建て方、全ての部材の接合部の本締めが終わった後にストリング12、13への張力導入を行うことから、施工効率が向上するうえ、施工途中に特定の部材の仮締め、本締めを行わずに済むことから、管理が容易になるという効果を奏する。   Moreover, in this dome structure 10, since the tension is introduced into the strings 12 and 13 when the roof construction surface is completed, that is, after the steel frame is constructed and after the final fastening of all the joint portions is completed, the construction efficiency is improved. In addition to the improvement, it is not necessary to perform temporary tightening and final tightening of a specific member during the construction, and therefore, it is possible to easily manage.

次に、上述したドーム構造10に適用される最適張力の算定方法について詳細に説明する。
図2に示す第1ストリング12と第2ストリング13とに導入される張力の算定方法は、張力算定手法により算定される。つまり、支配的荷重である自重(後述するドーム構造10の固定荷重DL)を対象として最適張力を求める方法であり、図2に示す外周リング梁15との端部接合条件がピン接合の場合において、梁材11の曲げモーメントが最小となるように導入張力を設定する。
Next, a method for calculating the optimum tension applied to the dome structure 10 described above will be described in detail.
The calculation method of the tension introduced into the first string 12 and the second string 13 shown in FIG. 2 is calculated by a tension calculation method. That is, this is a method for obtaining the optimum tension for the dominant weight (the fixed load DL of the dome structure 10 to be described later), which is the dominant load. In the case where the end joint condition with the outer ring beam 15 shown in FIG. The introduction tension is set so that the bending moment of the beam 11 is minimized.

ここで、図3において、梁材11の構造物1の中心側(中心軸線O側)の曲げモーメントを符号M1、梁材11の束材14上部(図2に示す第3交点P3に相当)の曲げモーメントを符号M2、そして梁材11の外周側端部11aにおける曲げモーメントを符号M3とする。また、ドーム構造10の固定荷重をDLとし、第1ストリング12に導入される張力(第1張力)の仮定値をPS1とし、第1張力の仮定値PS1により生じる第2ストリング13の張力(第2張力)をPS2とする。   Here, in FIG. 3, the bending moment on the center side (center axis O side) of the structure 1 of the beam member 11 is denoted by M1, and the upper part of the bundle member 14 of the beam member 11 (corresponding to the third intersection point P3 shown in FIG. 2). A bending moment at the outer peripheral end 11a of the beam member 11 is denoted by a symbol M3. The fixed load of the dome structure 10 is DL, the assumed value of the tension introduced into the first string 12 (first tension) is PS1, and the tension of the second string 13 generated by the assumed value PS1 of the first tension (first 2 tension) is PS2.

さらに、図3は、ドーム構造10の一部を示しており、(a)はドーム構造10の固定荷重DLによる曲げモーメントを示す第1モデルA、(b)は第1ストリング12に第1張力の仮定値PS1を導入した時の曲げモーメントを示す第2モデルBを表している。
そして、上述した各曲げモーメントM1、M2の関係は、(1)式〜(3)式によって表される。
3A and 3B show a part of the dome structure 10, wherein FIG. 3A shows a first model A showing a bending moment due to the fixed load DL of the dome structure 10, and FIG. 3B shows a first tension on the first string 12. The second model B showing the bending moment when the assumed value PS1 is introduced.
And the relationship of each bending moment M1 and M2 mentioned above is represented by (1) Formula-(3) Formula.

具体的に張力算定手法では、図3(a)、(b)に示す各モデルA、Bにおいて、梁材11の曲げモーメント(M1、M2)が(1)式および(2)式を満足するようにα・PS1と、α・PS2とを設定する。つまり、(1)式〜(3)式の連立方程式を解き、式中の係数αを算出して最適な第1ストリングの第1張力α・PS1と、第2ストリングの張力α・PS2とを求め、これによりドーム構造10に作用する曲げモーメントを低減することができる。   Specifically, in the tension calculation method, the bending moments (M1, M2) of the beam 11 satisfy the expressions (1) and (2) in the models A and B shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). Thus, α · PS1 and α · PS2 are set. That is, by solving the simultaneous equations (1) to (3) and calculating the coefficient α in the equation, the optimal first string α · PS1 of the first string and the string α · PS2 of the second string are obtained. Thus, the bending moment acting on the dome structure 10 can be reduced.

Figure 0005590373
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このように最適張力を算定することで、梁材11の曲げ応力度を最小にし、曲げモーメントの最大値を均等化させることができ、同一部材を合理的に使用することができる。   By calculating the optimum tension in this way, the bending stress degree of the beam material 11 can be minimized, the maximum value of the bending moment can be equalized, and the same member can be rationally used.

上述のように本第1の実施の形態によるドーム構造では、張力算定手法に基づいて算出した最適張力を第1ストリング12および第2ストリング13へ導入することで、屋根部材の曲げモーメント、軸力および鉛直変位を小さくすることができることから、ドーム構造10に作用する変位・応力を制御することが可能な合理的な構造システムを実現することができる。また、ドーム構造10の座屈耐力も向上させることが可能となる利点がある。   As described above, in the dome structure according to the first embodiment, the optimum tension calculated based on the tension calculation method is introduced into the first string 12 and the second string 13, so that the bending moment and axial force of the roof member are increased. Since the vertical displacement can be reduced, a rational structural system capable of controlling the displacement / stress acting on the dome structure 10 can be realized. Moreover, there is an advantage that the buckling strength of the dome structure 10 can be improved.

次に、本発明の他の実施の形態および変形例について図面に基づいて説明するが、上述の第1の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、異なる構成について説明する。   Next, other embodiments and modifications of the present invention will be described with reference to the drawings, but the same or similar members and parts as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Different configurations will be described.

図4に示すように、変形例によるドーム構造20は、平面視形状が円形をなすものであり、構造物の中心軸線Oを通る放射方向に延在する複数の梁材21、21、…と、各梁材21の下方の位置で長さ方向を放射方向に向けて梁材21と同方向に配置され、一端(外周側端部22a)が梁材21と柱材22との第1交点P1とに連結されるとともに、他端(内周側端部22b)が平面視で構造物1の中心軸線Oと第1交点P1の間に位置する第1ストリング22と、複数の第1ストリング22の内周側端部22b同士を連結する第2ストリング23と、梁材21の構造物の中心軸線Oと梁端21aとの間の任意の位置(第3交点P3)および第1ストリング22の内周側端部22bと第2ストリング23との第2交点P2を連結する束材24とを備え、第1ストリング22と第2ストリング23とが緊張された構成となっている。   As shown in FIG. 4, the dome structure 20 according to the modification has a circular shape in plan view, and a plurality of beam members 21, 21,... Extending in a radial direction passing through the central axis O of the structure. The beam member 21 is arranged in the same direction as the beam member 21 with the length direction in the radial direction at a position below each beam member 21, and one end (outer peripheral side end 22 a) is the first intersection of the beam member 21 and the column member 22. A first string 22 coupled to P1 and having the other end (inner peripheral side end 22b) positioned between the central axis O of the structure 1 and the first intersection P1 in plan view, and a plurality of first strings 22, the second string 23 that connects the inner peripheral side end portions 22 b, the arbitrary position (third intersection point P 3) between the central axis O of the structure of the beam member 21 and the beam end 21 a, and the first string 22. Bundle material 24 that connects the second intersection point P2 between the inner circumferential side end 22b of the second string 23 and the second string 23. It includes a first string 22 and a second string 23 is in the configurations tension.

また、ドーム構造20には、第1交点P1同士を連結する外周リング梁25と、第3交点P3同士を連結する内周リング梁26と、外周リング梁25および内周リング梁26の間の位置に配置される中間リング梁27と、外周リング梁25、内周リング梁26、および中間リング梁27によって囲まれる面内に設けられる水平ブレース28とを備えた構成となっている。   Further, the dome structure 20 includes an outer ring beam 25 that connects the first intersection points P1, an inner ring beam 26 that connects the third intersection points P3, and a space between the outer ring beam 25 and the inner ring beam 26. An intermediate ring beam 27 disposed at a position, and an outer peripheral ring beam 25, an inner peripheral ring beam 26, and a horizontal brace 28 provided in a plane surrounded by the intermediate ring beam 27 are provided.

本変形例によるドーム構造20においても、上述した第1の実施の形態と同様に張力算定手法に基づいて算出した最適張力を第1ストリング22および第2ストリング23へ導入することができるので、屋根部材の曲げモーメント、軸力および鉛直変位を小さくすることができ、ドーム構造20に作用する変位・応力を制御することが可能な合理的な構造システムを実現することができる。   Also in the dome structure 20 according to this modification, the optimum tension calculated based on the tension calculation method can be introduced to the first string 22 and the second string 23 as in the first embodiment described above, so that the roof A rational structural system capable of reducing the bending moment, axial force and vertical displacement of the member and controlling the displacement / stress acting on the dome structure 20 can be realized.

次に、第2の実施の形態による最適張力の算定方法について説明する。
図5(a)に示すように、第2の実施の形態によるドーム構造は、上述した第1の実施の形態のドーム構造10に加えて、内周リング梁16の中間所定位置下方に束材18(第2の束材に相当)を設け、内周リング梁16の両端間と前記束材18の下端にわたって連結する第3ストリング19を備えた構造になっている。
この場合において、第1ストリング12と第2ストリング13とに導入される張力の算定方法は、張力算定手法により算定される。本張力算定手法においても、支配的荷重である自重(固定荷重DL)を対象として最適張力を求める方法であり、外周リング梁15との端部接合条件がピン接合の場合において、梁材11の曲げモーメントが最小となるように導入張力を設定する。
Next, an optimum tension calculation method according to the second embodiment will be described.
As shown in FIG. 5A, in the dome structure according to the second embodiment, the bundle material is provided below the inner ring beam 16 at a predetermined intermediate position in addition to the dome structure 10 of the first embodiment described above. 18 (corresponding to the second bundle member) is provided, and the third string 19 is connected between both ends of the inner ring beam 16 and the lower end of the bundle member 18.
In this case, the calculation method of the tension introduced into the first string 12 and the second string 13 is calculated by a tension calculation method. This tension calculation method is also a method for obtaining the optimum tension with respect to the dominant weight (fixed load DL) as a dominant load. When the end joint condition with the outer ring beam 15 is pin joint, the beam material 11 Set the introduction tension so that the bending moment is minimized.

ここで、図5(a)〜(c)において、梁材11の構造物1の中心側(中心軸線O側)の曲げモーメントを符号M1、梁材11の束材14上部(図2に示す第3交点P3に相当)の曲げモーメントを符号M2、内周リング梁16の中央部(長さ方向の中間位置)の曲げモーメントを符号M1´、内周リング梁16の支持点間の中間部の最大曲げモーメントを符号M2´、そして梁材11の外周側端部11aにおける曲げモーメントを符号M3とする。また、ドーム構造10の固定荷重をDLとし、第1ストリング12に導入される張力(第1張力)の仮定値をPS1とし、第1張力の仮定値PS1により生じる第2ストリング13の張力(第2張力)をPS2とする。第3ストリングに導入される張力(第3張力)の仮定値をPS3とする。   Here, in FIGS. 5A to 5C, the bending moment on the center side (center axis O side) of the structure 1 of the beam member 11 is denoted by M1, and the upper portion of the bundle member 14 of the beam member 11 (shown in FIG. 2). The bending moment at the third intersection point P3) is denoted by M2, the bending moment at the center portion (intermediate position in the length direction) of the inner ring beam 16 is denoted by M1 ', and the intermediate portion between the support points of the inner ring beam 16 The maximum bending moment is denoted by M2 ′, and the bending moment at the outer end 11a of the beam member 11 is denoted by M3. The fixed load of the dome structure 10 is DL, the assumed value of the tension introduced into the first string 12 (first tension) is PS1, and the tension of the second string 13 generated by the assumed value PS1 of the first tension (first 2 tension) is PS2. An assumed value of the tension (third tension) introduced into the third string is PS3.

さらに、図5は、ドーム構造10の一部を示しており、(a)はドーム構造10の固定荷重DLによる曲げモーメントを示す第1モデルA、(b)は第1ストリング12に第1張力の仮定値PS1を導入した時の曲げモーメントを示す第2モデルB、(c)は第3ストリング19に第3張力の仮定値PS3を導入した時の曲げモーメントを示す第3モデルCを表している。
そして、上述した各曲げモーメントM1、M2、M1´、M2´の関係は、(9)式〜(14)式によって表される。
5A and 5B show a part of the dome structure 10, wherein FIG. 5A is a first model A showing a bending moment due to the fixed load DL of the dome structure 10, and FIG. 5B is a first tension applied to the first string 12. The second model B showing the bending moment when the assumed value PS1 is introduced, and (c) shows the third model C showing the bending moment when the assumed value PS3 of the third tension is introduced into the third string 19. Yes.
And the relationship of each bending moment M1, M2, M1 ', M2' mentioned above is represented by (9) Formula-(14) Formula.

具体的に張力算定手法では、図5(a)〜(c)に示す各モデルA〜Cにおいて、梁材11の曲げモーメント(M1、M2、M1´、M2´)が(9)式および(10)式を満足するようにα・PS1と、β・PS3とを設定する。つまり、(9)式〜(14)式の連立方程式を解き、式中の係数α、βを算出して最適な第1ストリングの第1張力α・PS1と、第2ストリングの張力α・PS2と、第3ストリングの第3張力β・PS3とを求め、これによりドーム構造10に作用する曲げモーメントを低減することができる。   Specifically, in the tension calculation method, the bending moments (M1, M2, M1 ′, M2 ′) of the beam member 11 are expressed by the equations (9) and (9) in the models A to C shown in FIGS. 10) α · PS1 and β · PS3 are set so as to satisfy the equation. That is, the simultaneous equations of the equations (9) to (14) are solved and the coefficients α and β in the equations are calculated to obtain the optimal first string α · PS1 of the first string and the tension α · PS2 of the second string. And the third tension β · PS3 of the third string is obtained, and thereby the bending moment acting on the dome structure 10 can be reduced.

Figure 0005590373
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このように張力算定手法に基づいて算出した最適張力を第1ストリング12あるいは第2ストリング13、および第3ストリング19へ導入することで、梁材11の曲げ応力度を最小にし、曲げモーメントの最大値を均等化させることができ、同一部材を合理的に使用することができる。   By introducing the optimum tension calculated based on the tension calculation method to the first string 12, the second string 13, and the third string 19 in this way, the bending stress degree of the beam material 11 is minimized and the bending moment is maximized. The values can be equalized and the same member can be used reasonably.

次に、上述した実施の形態によるドーム構造の効果を裏付けるため、上述した算出方法を用いて張力を導入した実施例について以下説明する。   Next, in order to support the effect of the dome structure according to the above-described embodiment, an example in which tension is introduced using the above-described calculation method will be described below.

本実施例では、上述した第2の実施の形態によるドーム構造において、上記張力算定手法により算出した最適張力を第1ストリングST1あるいは第2ストリングST2、および第3ストリングST3とに導入した実施例(図6)と、第1ストリングST1と第2ストリングST2と第3ストリングST3とを備えていない比較例(図7)について、それぞれ梁材、外周リング梁、水平ブレース等の鉛直支持部材の断面に対する支配的荷重である自重(ドーム構造の固定荷重)を対象とし、各部における応力、変位を確認した。ここで、ドーム構造の屋根の寸法は、スパン(縦横の長さ寸法)が47m×47mであり、高さ寸法(ライズ)が3.1mである。   In this example, in the dome structure according to the second embodiment described above, the optimum tension calculated by the above-described tension calculation method is introduced into the first string ST1, the second string ST2, and the third string ST3 ( 6) and a comparative example (FIG. 7) that does not include the first string ST1, the second string ST2, and the third string ST3, respectively, with respect to a cross section of a vertical support member such as a beam member, an outer ring beam, or a horizontal brace. Targeting the dominant weight (self-loading of the dome structure), the stress and displacement at each part were confirmed. Here, the dimensions of the roof of the dome structure are a span (vertical and horizontal length dimensions) of 47 m × 47 m and a height dimension (rise) of 3.1 m.

すなわち、実施例と比較例のそれぞれにおいて、中央鉛直変位、梁材と外周リング梁の軸力、および梁材の曲げモーメントの項目について比較した。このときのドーム構造の固定荷重(上述した図3に示すDLに相当)は、1.3kN/mである。
なお、図6(b)〜(d)は図6(a)に示すR1の領域を示し、図7(b)〜(d)は図7(a)に示すR0の領域を示している。
That is, in each of the example and the comparative example, the items of the central vertical displacement, the axial force of the beam material and the outer ring beam, and the bending moment of the beam material were compared. The fixed load of the dome structure at this time (corresponding to DL shown in FIG. 3 described above) is 1.3 kN / m 2 .
6B to 6D show the region R1 shown in FIG. 6A, and FIGS. 7B to 7D show the region R0 shown in FIG. 7A.

図6に示す実施例では、ドーム構造を構成する各部材として、梁材にSN90、HY−1000mm×300mm×16mm×28mmの高張力鋼を使用し、内外周リング梁にH−700mm×300mm×13mm×24mmの鋼材を使用し、小梁(水平ブレース材)にH−600mm×200mm〜346mm×174mmの鋼材を使用し、束材にP−φ190.7mm×5.3mmを使用した。   In the embodiment shown in FIG. 6, SN90, HY-1000 mm × 300 mm × 16 mm × 28 mm high-tensile steel is used as a beam material, and H-700 mm × 300 mm × A steel material of 13 mm × 24 mm was used, a steel material of H-600 mm × 200 mm to 346 mm × 174 mm was used for the small beam (horizontal brace material), and P-φ190.7 mm × 5.3 mm was used for the bundle material.

また、本実施例では、内周リング梁が大きくなるので、図6(a)の符号ST3に示す第3ストリングを配置している。この第3ストリングST3は、内周リング梁のスパンが大きいときに応力、変位を制御できる点で効果的であるが、これも張弦ドーム構造との併用とする構造が可能である。なお、ドームタイプように、内周リング梁のスパンが小さいときには、省略することが可能である。つまり、実施例のドーム構造は、下弦面に第1ストリングST1、第2ストリングST2、第3ストリングST3を配置し、下弦面の第1ストリングST1および第3ストリングST3に張力を導入した構造となっている。
ここで、各ストリングの部材として、第1ストリングST1にφ90mmの高張力鋼のタイロッドを使用し、第2ストリングST2にφ53mmの構造用ストランドロープを使用し、第3ストリングST3にφ53mm×2本の構造用ストランドロープを使用した。
そして、上述した張力算定手法により算定され、第1ストリングST1、第3ストリングST3に導入する最適張力は、第1ストリングST1が約1200kNであり、第3ストリングST3が約250kNである。
Further, in this embodiment, since the inner ring beam becomes large, the third string indicated by the symbol ST3 in FIG. 6A is arranged. This third string ST3 is effective in that stress and displacement can be controlled when the span of the inner ring beam is large, but this can also be used in combination with a stringed dome structure. In addition, when the span of the inner ring beam is small as in the dome type, it can be omitted. That is, the dome structure of the embodiment has a structure in which the first string ST1, the second string ST2, and the third string ST3 are arranged on the lower chord surface, and tension is introduced into the first string ST1 and the third string ST3 on the lower chord surface. ing.
Here, as a member of each string, a high-strength steel tie rod of φ90 mm is used for the first string ST1, a structural strand rope of φ53 mm is used for the second string ST2, and φ53 mm × 2 pieces are used for the third string ST3. A structural strand rope was used.
The optimum tensions calculated by the above-described tension calculation method and introduced into the first string ST1 and the third string ST3 are about 1200 kN for the first string ST1 and about 250 kN for the third string ST3.

一方、図7に示す比較例では、上述したようにストリングを備えない構造であり、ドーム構造を構成する各部材(梁材、内外周リング梁、小梁、束材)は、図6の実施例と同様である。   On the other hand, in the comparative example shown in FIG. 7, the structure does not include a string as described above, and each member (beam material, inner / outer ring ring beam, small beam, bundle material) constituting the dome structure is the same as that shown in FIG. Similar to the example.

先ず、実施例では、図6(b)に示す中央鉛直変位T11が64mmであり、図6(c)に示す梁材の軸力T12が1485kNであり、外周リング梁の軸力T13が246kNであり、図6(d)に示す梁材の曲げモーメントT14が150kN・mとなった。
一方、比較例では、図7(b)に示す中央鉛直変位T01が160mmであり、図7(c)に示す梁材の軸力T02が2356kNであり、外周リング梁の軸力T03が2256kNであり、図7(d)に示す梁材の曲げモーメントT04が1013kN・mとなった。
このような結果により、上述した張力算定手法を用いて最適な張力をストリングに導入した実施例は、ストリングを備えない比較例に比べてドーム構造が受ける応力・変位が小さくなっていることが確認された。
First, in the embodiment, the central vertical displacement T11 shown in FIG. 6B is 64 mm, the axial force T12 of the beam shown in FIG. 6C is 1485 kN, and the axial force T13 of the outer ring beam is 246 kN. The bending moment T14 of the beam shown in FIG. 6 (d) was 150 kN · m.
On the other hand, in the comparative example, the central vertical displacement T01 shown in FIG. 7B is 160 mm, the axial force T02 of the beam shown in FIG. 7C is 2356 kN, and the axial force T03 of the outer ring beam is 2256 kN. The bending moment T04 of the beam shown in FIG. 7 (d) was 1013 kN · m.
Based on these results, it was confirmed that the example in which the optimum tension was introduced into the string using the above-described tension calculation method had a smaller stress and displacement applied to the dome structure than the comparative example without the string. It was done.

次に、第3の実施の形態では、上述した第1の実施の形態によるドーム構造に適用される最適張力の算定方法とは異なる他の算定方法について説明する。
図8および図9に示す本第3の実施の形態による最適張力の算定方法は、第1の実施の形態と同様に支配的荷重である自重(ドーム構造10の固定荷重DL)を対象として最適張力を求める方法であり、外周リング梁15との端部接合条件が剛接合の場合において、梁材11の曲げモーメントが最小となるように導入張力を設定する。
Next, in the third embodiment, another calculation method different from the calculation method of the optimum tension applied to the dome structure according to the above-described first embodiment will be described.
The optimum tension calculation method according to the third embodiment shown in FIGS. 8 and 9 is optimal for the self-weight (fixed load DL of the dome structure 10), which is the dominant load, as in the first embodiment. This is a method for obtaining the tension, and the introduction tension is set so that the bending moment of the beam member 11 is minimized when the end joint condition with the outer ring beam 15 is a rigid joint.

ここで、図8および図9において、梁材11の構造物1の中心側(中心軸線側)の曲げモーメントを符号M1、梁材11の束材14上部の曲げモーメントを符号M2、そして梁材11の外周側端部11a(図2参照)における曲げモーメントを符号M3とする。また、ドーム構造10の固定荷重をDLとし、剛接合前の固定荷重をDL1とし、剛接合後に加えられる固定荷重をDL2とし、第1ストリング12に導入される張力(第1張力)の仮定値をPS1とし、第1張力PS1の仮定値に生じる第2ストリング13の張力(第2張力)をPS2とする。なお、固定荷重DLは、構造材、屋根材、屋根材の下地、天井材、天井材の下地、設備配管、機器などの荷重である。   8 and 9, the bending moment on the center side (center axis side) of the structure 1 of the beam member 11 is denoted by reference symbol M1, the bending moment of the upper portion of the bundle member 14 of the beam member 11 is denoted by reference symbol M2, and the beam member. The bending moment at the outer peripheral end 11a (see FIG. 2) 11 is denoted by M3. Further, the fixed load of the dome structure 10 is DL, the fixed load before the rigid joint is DL1, the fixed load applied after the rigid joint is DL2, and the assumed value of the tension introduced into the first string 12 (first tension). Is PS1, and the tension (second tension) of the second string 13 generated in the assumed value of the first tension PS1 is PS2. The fixed load DL is a load of a structural material, a roof material, a roof material base, a ceiling material, a ceiling material base, equipment piping, equipment, or the like.

さらに、図8および図9は、ドーム構造10の一部を示しており、図8(a)はドーム構造10の固定荷重DLによる曲げモーメントを示す第1モデルA、図8(b)は剛接合後に加えられる固定荷重DL2のときの曲げモーメントを示す第2モデルB、図9は第1ストリング12に第1張力の仮定値SP1を導入した時の曲げモーメントを示す第3モデルCを表している。
そして、上述した各曲げモーメントM1、M2の関係、および固定荷重DLの関係式は、(4)式〜(8)式によって表される。
8 and 9 show a part of the dome structure 10. FIG. 8A shows the first model A showing the bending moment of the dome structure 10 due to the fixed load DL, and FIG. 8B shows the rigid structure. FIG. 9 shows a third model C showing the bending moment when the assumed value SP1 of the first tension is introduced into the first string 12. The second model B shows the bending moment when the fixed load DL2 is applied after joining. Yes.
And the relationship of each bending moment M1 and M2 mentioned above and the relational expression of fixed load DL are represented by (4) Formula-(8) Formula.

具体的に張力算定手法では、図8(a)、(b)、および図9に示す各モデルA〜Cにおいて、梁材11の曲げモーメント(M1、M2)が(4)式および(5)式を満足するようにα・PS1と、α・PS2とを設定する。つまり、(4)式〜(8)式の連立方程式を解き、式中の係数αを算出して最適な第1ストリングの第1張力の仮定値PS1と、第2ストリングの張力α・PS2とを求め、これによりドーム構造10に作用する曲げモーメントを低減することができる。
なお、本算定方法にあっては、剛接合前の固定荷重DL1のときに、第1張力の仮定値PS1、第2張力PS2を導入し、外周リング梁15を剛接合とし、残りの剛接合後に加えられる固定荷重DL2を載荷する手順により、外周リング梁15の端部の曲げモーメントが過大にならないように制御している。
Specifically, in the tension calculation method, in each of the models A to C shown in FIGS. 8A, 8B, and 9, the bending moments (M1, M2) of the beam material 11 are expressed by equations (4) and (5). Α · PS1 and α · PS2 are set so as to satisfy the equation. That is, by solving the simultaneous equations (4) to (8) and calculating the coefficient α in the equations, the optimal first tension assumed value PS1 of the first string and the tension α · PS2 of the second string Thus, the bending moment acting on the dome structure 10 can be reduced.
In this calculation method, when the fixed load DL1 before the rigid connection is applied, the assumed value PS1 and the second tension PS2 of the first tension are introduced, the outer ring beam 15 is set as the rigid connection, and the remaining rigid connections are performed. Control is performed so that the bending moment at the end of the outer ring beam 15 does not become excessive by the procedure of loading the fixed load DL2 applied later.

Figure 0005590373
Figure 0005590373

このように、第3の実施の形態による算定方法によって最適張力を算定することで、梁材11の曲げ応力度を最小にし、曲げモーメントの最大値を均等化させることができ、同一部材を合理的に使用することができる。   Thus, by calculating the optimum tension by the calculation method according to the third embodiment, the bending stress degree of the beam material 11 can be minimized, the maximum value of the bending moment can be equalized, and the same member can be rationalized. Can be used.

次に、第4の実施の形態では、上述した第2の実施の形態によるドーム構造に適用される最適張力の算定方法とは異なる他の算定方法について説明する。
図10および図11に示す本第4の実施の形態による最適張力の算定方法は、上述した第2の実施の形態と同様に支配的荷重である自重(ドーム構造10の固定荷重DL)を対象として最適張力を求める方法であり、外周リング梁15との端部接合条件が剛接合の場合において、梁材11の曲げモーメントが最小となるように導入張力を設定する。
Next, in the fourth embodiment, another calculation method different from the calculation method of the optimum tension applied to the dome structure according to the second embodiment will be described.
The calculation method of the optimum tension according to the fourth embodiment shown in FIGS. 10 and 11 applies to the own weight (fixed load DL of the dome structure 10), which is the dominant load, as in the second embodiment described above. In the case where the end joint condition with the outer ring beam 15 is rigid joint, the introduction tension is set so that the bending moment of the beam member 11 is minimized.

ここで、図10および図11において、梁材11の構造物1の中心側(中心軸線O側)の曲げモーメントを符号M1、梁材11の束材14上部(図2に示す第3交点P3に相当)の曲げモーメントを符号M2、内周リング梁16の中央部(長さ方向の中間位置)の曲げモーメントを符号M1´、内周リング梁16の支持点間の中間部の最大曲げモーメントを符号M2´、そして梁材11の外周側端部11aにおける曲げモーメントを符号M3とする。また、ドーム構造10の固定荷重をDLとし、剛接合前の固定荷重をDL1とし、剛接合後に加えられる固定荷重をDL2とし、第1ストリング12に導入される張力(第1張力)の仮定値をPS1とし、第1張力PS1の仮定値に生じる第2ストリング13の張力(第2張力)をPS2とし、第3ストリング19に導入される張力(第3張力)の仮定値をする。なお、固定荷重DLは、構造材、屋根材、屋根材の下地、天井材、天井材の下地、設備配管、機器などの荷重である。   10 and 11, the bending moment on the center side (center axis O side) of the structure 1 of the beam member 11 is denoted by M1, and the upper part of the bundle member 14 of the beam member 11 (the third intersection point P3 shown in FIG. 2). The bending moment at the center of the inner ring beam 16 (middle position in the length direction) is the symbol M1 ′, and the maximum bending moment at the intermediate portion between the support points of the inner ring beam 16 Is a symbol M2 ′, and a bending moment at the outer end 11a of the beam member 11 is a symbol M3. Further, the fixed load of the dome structure 10 is DL, the fixed load before the rigid joining is DL1, the fixed load applied after the rigid joining is DL2, and the assumed value of the tension introduced into the first string 12 (first tension). Is PS1, and the tension (second tension) of the second string 13 generated in the assumed value of the first tension PS1 is PS2, and the assumed value of the tension (third tension) introduced into the third string 19 is assumed. The fixed load DL is a load of a structural material, a roof material, a roof material base, a ceiling material, a ceiling material base, equipment piping, equipment, or the like.

さらに、図10および図11は、ドーム構造10の一部を示しており、図10(a)はドーム構造10の固定荷重DLによる曲げモーメントを示す第1モデルA、図10(b)は剛接合後に加えられる固定荷重DL2のときの曲げモーメントを示す第2モデルB、図11(a)は第1ストリング12に第1張力の仮定値SP1を導入した時の曲げモーメントを示す第3モデルC、図11(b)は第3ストリング19に第3張力の仮定値SP3を導入した時の曲げモーメントを示す第4モデルDを表している。
そして、上述した各曲げモーメントM1、M2、M1´、M2´の関係、および固定荷重DLの関係式は、(15)式〜(20)式によって表される。
10 and 11 show a part of the dome structure 10. FIG. 10A shows the first model A showing the bending moment of the dome structure 10 due to the fixed load DL, and FIG. 10B shows the rigid structure. The second model B showing the bending moment when the fixed load DL2 is applied after joining, FIG. 11A shows the third model C showing the bending moment when the assumed value SP1 of the first tension is introduced into the first string 12. FIG. 11B shows a fourth model D showing the bending moment when the assumed value SP3 of the third tension is introduced into the third string 19.
And the relationship of each bending moment M1, M2, M1 ', M2' mentioned above, and the relational expression of fixed load DL are represented by (15) Formula-(20) Formula.

具体的に張力算定手法では、図10(a)、(b)、および図11(a)、(b)に示す各モデルA〜Dにおいて、梁材11の曲げモーメント(M1、M2、M1´、M2´)が(15)式および(16)式を満足するようにα・PS1と、β・PS3とを設定する。つまり、(15)式〜(22)式の連立方程式を解き、式中の係数α、βを算出して最適な第1ストリングの第1張力の仮定値PS1と、第2ストリングの張力α・PS2と、第3ストリングの張力β・PS3とを求め、これによりドーム構造10に作用する曲げモーメントを低減することができる。
なお、本算定方法にあっては、剛接合前の固定荷重DL1のときに、第1張力の仮定値PS1、第3張力の仮定値PS3を導入し、外周リング梁15を剛接合とし、残りの剛接合後に加えられる固定荷重DL2を載荷する手順により、外周リング梁15の端部の曲げモーメントが過大にならないように制御している。
Specifically, in the tension calculation method, the bending moment (M1, M2, M1 ′) of the beam member 11 in each of the models A to D shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b) and FIGS. 11 (a) and 11 (b). , M2 ′) sets α · PS1 and β · PS3 so that the equations (15) and (16) are satisfied. That is, by solving the simultaneous equations of Equations (15) to (22) and calculating the coefficients α and β in the equations, the optimum first string first tension PS1 and the second string tension α · PS2 and the tension β · PS3 of the third string are obtained, whereby the bending moment acting on the dome structure 10 can be reduced.
In this calculation method, when the fixed load DL1 before rigid joining is used, the assumed value PS1 of the first tension and the assumed value PS3 of the third tension are introduced, and the outer peripheral ring beam 15 is made rigid, and the rest The bending moment at the end of the outer ring beam 15 is controlled so as not to become excessive by the procedure of loading the fixed load DL2 applied after the rigid joining of the outer ring.

Figure 0005590373
Figure 0005590373

このように、第4の実施の形態による算定方法によって最適張力を算定することで、梁材11の曲げ応力度を最小にし、曲げモーメントの最大値を均等化させることができ、同一部材を合理的に使用することができる。   Thus, by calculating the optimum tension by the calculation method according to the fourth embodiment, the bending stress degree of the beam material 11 can be minimized, the maximum value of the bending moment can be equalized, and the same member can be rationalized. Can be used.

以上、本発明によるドーム構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   As mentioned above, although embodiment of the dome structure by this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, In the range which does not deviate from the meaning, it can change suitably.

また、本願発明で対象とするドーム構造は、第1の実施の形態や変形例のようなドーム形状のみならず、凸曲面全てを含む円筒、HPおよび平板などを対象とすることができる。
さらに、梁材、第1ストリング、第2ストリング、第3ストリング、束材等の長さ寸法、配置本数、固定位置などの構成は構造物、ドーム構造の形状、大きさ等に応じて適宜設定することが可能である。
Further, the dome structure targeted by the present invention can be applied not only to the dome shape as in the first embodiment and the modified example, but also to a cylinder, HP, flat plate, etc. including all convex curved surfaces.
In addition, the length, number of arrangement, fixed position, etc. of the beam material, first string, second string, third string, bundle material, etc. are appropriately set according to the shape and size of the structure and dome structure. Is possible.

1 構造物
2 柱材
10、20 ドーム構造
11、21 梁材
11a 21a 梁端
12、22 第1ストリング
12a、22a 外周側端部(一端)
12b、22b 内周側端部(他端)
13、23 第2ストリング
14、24 束材
15、25 外周リング梁
16、26 内周リング梁
17、28 水平ブレース
18 束材(第2の束材)
19 第3ストリング
O 構造物1の中心軸線(構造物の中心)
P1 第1交点
P2 第2交点
P3 第3交点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Structure 2 Column material 10, 20 Dome structure 11, 21 Beam material 11a 21a Beam end 12, 22 1st string 12a, 22a Outer peripheral side end (one end)
12b, 22b Inner peripheral side end (other end)
13, 23 Second string 14, 24 Bundling material 15, 25 Outer ring beam 16, 26 Inner ring beam 17, 28 Horizontal brace 18 Bundling material (second bundling material)
19 Third string O Center axis of structure 1 (center of structure)
P1 1st intersection P2 2nd intersection P3 3rd intersection

Claims (4)

構造物の柱材に設けられた屋根架構を構成し、平面視で放射状に梁材を配したドーム構造であって、
前記構造物の中心を通る放射方向に延在する複数の梁材と、
これら梁材の下方の位置で長さ方向を前記放射方向に向けて前記梁材と同方向に配置され、一端が前記梁材と前記柱材との第1交点とに連結されるとともに、他端が平面視で前記構造物の中心と前記第1交点の間に位置する第1ストリングと、
複数の前記第1ストリングの他端同士を連結する第2ストリングと、
前記梁材の前記構造物の中心と梁端との間の任意の位置および前記第1ストリングの他端と前記第2ストリングとの第2交点を連結する束材と、
前記梁材の前記中心から梁端までの間の中間部同士を連結する内周リング梁と、
を備え
前記第1ストリングと前記第2ストリングとには、前記梁材の曲げモーメントを最小とするように張力算定手法に基づいて算出された最適張力が導入され、
前記張力算定手法は、(1)式〜(3)式の連立方程式より、式中の係数αを設定することで、前記第1ストリングの第1張力α・PS1と、前記第2ストリングの第2張力α・PS2とを求める算定方法であることを特徴とするドーム構造。
Figure 0005590373
It is a dome structure that constitutes the roof frame provided on the pillar of the structure, and arranges beam members radially in plan view,
A plurality of beam members extending in a radial direction passing through the center of the structure;
These beams are arranged in the same direction as the beam with the length direction in the radial direction at a position below the beam, and one end is connected to the first intersection of the beam and the column. A first string having an end located between the center of the structure and the first intersection in plan view;
A second string connecting the other ends of the plurality of first strings;
A bundling material connecting an arbitrary position between the center of the structure of the beam material and the beam end and a second intersection of the other end of the first string and the second string;
An inner ring beam connecting intermediate portions between the center of the beam material and the beam end; and
Equipped with a,
In the first string and the second string, the optimum tension calculated based on the tension calculation method so as to minimize the bending moment of the beam material is introduced,
The tension calculation method is based on the simultaneous equations (1) to (3), and by setting the coefficient α in the expression, the first tension α · PS1 of the first string and the second string dome structure, wherein the method for calculating der Rukoto seeking and 2 tension alpha · PS2.
Figure 0005590373
構造物の柱材に設けられた屋根架構を構成し、平面視で放射状に梁材を配したドーム構造であって、
前記構造物の中心を通る放射方向に延在する複数の梁材と、
これら梁材の下方の位置で長さ方向を前記放射方向に向けて前記梁材と同方向に配置され、一端が前記梁材と前記柱材との第1交点とに連結されるとともに、他端が平面視で前記構造物の中心と前記第1交点の間に位置する第1ストリングと、
複数の前記第1ストリングの他端同士を連結する第2ストリングと、
前記梁材の前記構造物の中心と梁端との間の任意の位置および前記第1ストリングの他端と前記第2ストリングとの第2交点を連結する束材と、
前記梁材の前記中心から梁端までの間の中間部同士を連結する内周リング梁と、
を備え、
前記第1ストリングと前記第2ストリングとには、前記梁材の曲げモーメントを最小とするように張力算定手法に基づいて算出された最適張力が導入され、
前記張力算定手法は、(4)式〜(8)式の連立方程式より、式中の係数αを設定することで、前記第1ストリングの第1張力α・PS1と、前記第2ストリングの第2張力α・PS2とを求める算定方法であることを特徴とするドーム構造。
Figure 0005590373
It is a dome structure that constitutes the roof frame provided on the pillar of the structure, and arranges beam members radially in plan view,
A plurality of beam members extending in a radial direction passing through the center of the structure;
These beams are arranged in the same direction as the beam with the length direction in the radial direction at a position below the beam, and one end is connected to the first intersection of the beam and the column. A first string having an end located between the center of the structure and the first intersection in plan view;
A second string connecting the other ends of the plurality of first strings;
A bundling material connecting an arbitrary position between the center of the structure of the beam material and the beam end and a second intersection of the other end of the first string and the second string;
An inner ring beam connecting intermediate portions between the center of the beam material and the beam end; and
With
In the first string and the second string, the optimum tension calculated based on the tension calculation method so as to minimize the bending moment of the beam material is introduced,
The tension calculation method is based on simultaneous equations (4) to (8), and by setting a coefficient α in the equation, the first tension α · PS1 of the first string and the second string A dome structure characterized by being a calculation method for obtaining 2 tension α · PS2 .
Figure 0005590373
構造物の柱材に設けられた屋根架構を構成し、平面視で放射状に梁材を配したドーム構造であって、
前記構造物の中心を通る放射方向に延在する複数の梁材と、
これら梁材の下方の位置で長さ方向を前記放射方向に向けて前記梁材と同方向に配置され、一端が前記梁材と前記柱材との第1交点とに連結されるとともに、他端が平面視で前記構造物の中心と前記第1交点の間に位置する第1ストリングと、
複数の前記第1ストリングの他端同士を連結する第2ストリングと、
前記梁材の前記構造物の中心と梁端との間の任意の位置および前記第1ストリングの他端と前記第2ストリングとの第2交点を連結する束材と、
前記梁材の前記中心から梁端までの間の中間部同士を連結する内周リング梁と、
該内周リング梁の中間所定位置下方に第2の束材を設け、前記内周リング梁の両端間と前記第2の束材下端にわたって連結する第3ストリングと、
を備え、
前記第1ストリング、前記第2ストリング、および前記第3ストリングには、前記梁材の曲げモーメントを最小とするように張力算定手法に基づいて算出された最適張力が導入され、
前記張力算定手法は、(9)式〜(14)式の連立方程式より、式中の係数α、βを設定することで、前記第1ストリングの第1張力α・PS1と、前記第2ストリングの第2張力α・PS2と、前記第3ストリングの第3張力β・PS3とを求める算定方法であることを特徴とするドーム構造。
Figure 0005590373
It is a dome structure that constitutes the roof frame provided on the pillar of the structure, and arranges beam members radially in plan view,
A plurality of beam members extending in a radial direction passing through the center of the structure;
These beams are arranged in the same direction as the beam with the length direction in the radial direction at a position below the beam, and one end is connected to the first intersection of the beam and the column. A first string having an end located between the center of the structure and the first intersection in plan view;
A second string connecting the other ends of the plurality of first strings;
A bundling material connecting an arbitrary position between the center of the structure of the beam material and the beam end and a second intersection of the other end of the first string and the second string;
An inner ring beam connecting intermediate portions between the center of the beam material and the beam end; and
A third string provided below the intermediate ring beam at a predetermined intermediate position and connected between both ends of the inner ring beam and the lower end of the second bundle;
With
In the first string, the second string, and the third string, the optimum tension calculated based on the tension calculation method so as to minimize the bending moment of the beam material is introduced,
In the tension calculation method, by setting the coefficients α and β in the equations from the simultaneous equations (9) to (14), the first tension α · PS1 of the first string and the second string The dome structure is a calculation method for obtaining the second tension α · PS2 of the third string and the third tension β · PS3 of the third string .
Figure 0005590373
構造物の柱材に設けられた屋根架構を構成し、平面視で放射状に梁材を配したドーム構造であって、
前記構造物の中心を通る放射方向に延在する複数の梁材と、
これら梁材の下方の位置で長さ方向を前記放射方向に向けて前記梁材と同方向に配置され、一端が前記梁材と前記柱材との第1交点とに連結されるとともに、他端が平面視で前記構造物の中心と前記第1交点の間に位置する第1ストリングと、
複数の前記第1ストリングの他端同士を連結する第2ストリングと、
前記梁材の前記構造物の中心と梁端との間の任意の位置および前記第1ストリングの他端と前記第2ストリングとの第2交点を連結する束材と、
前記梁材の前記中心から梁端までの間の中間部同士を連結する内周リング梁と、
該内周リング梁の中間所定位置下方に第2の束材を設け、前記内周リング梁の両端間と前記第2の束材下端にわたって連結する第3ストリングと、
を備え、
前記第1ストリング、前記第2ストリング、および前記第3ストリングには、前記梁材の曲げモーメントを最小とするように張力算定手法に基づいて算出された最適張力が導入され、
前記張力算定手法は、(15)式〜(22)式の連立方程式より、式中の係数α、βを設定することで、前記第1ストリングの第1張力PS1と、前記第2ストリングの第2張力PS2と、前記第3ストリングの第3張力β・PS3とを求める算定方法であることを特徴とするドーム構造。
Figure 0005590373
It is a dome structure that constitutes the roof frame provided on the pillar of the structure, and arranges beam members radially in plan view,
A plurality of beam members extending in a radial direction passing through the center of the structure;
These beams are arranged in the same direction as the beam with the length direction in the radial direction at a position below the beam, and one end is connected to the first intersection of the beam and the column. A first string having an end located between the center of the structure and the first intersection in plan view;
A second string connecting the other ends of the plurality of first strings;
A bundling material connecting an arbitrary position between the center of the structure of the beam material and the beam end and a second intersection of the other end of the first string and the second string;
An inner ring beam connecting intermediate portions between the center of the beam material and the beam end; and
A third string provided below the intermediate ring beam at a predetermined intermediate position and connected between both ends of the inner ring beam and the lower end of the second bundle;
With
In the first string, the second string, and the third string, the optimum tension calculated based on the tension calculation method so as to minimize the bending moment of the beam material is introduced,
In the tension calculation method, by setting the coefficients α and β in the equations from the simultaneous equations (15) to (22), the first tension PS1 of the first string and the first tension PS1 of the second string are set. A dome structure characterized by being a calculation method for obtaining a second tension PS2 and a third tension β · PS3 of the third string .
Figure 0005590373
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