JP6425491B2 - 開閉式膜屋根構造 - Google Patents

Description

本発明は、競技場などの大空間施設に設けられる開閉式膜屋根構造に関する。

近年、大規模な運動施設や多目的施設などにおいて、屋根が開閉可能となっている建築物が建造されている。膜材を用いた膜屋根は、屋根の軽量化に有効であるため、開閉式の屋根にも採用されている（例えば、特許文献１，２参照）
特許文献１の屋根構造は、アーチ状を呈する一対の案内レールに走行可能に架け渡された屋根ユニットを備えている。屋根ユニットは、横断面視略三角形状を呈する架構フレームと、架構フレームに張設された膜材とから構成されている。架構フレームは、一対の開閉フレームと、各開閉フレームを繋ぐ繋ぎ材とを備えている。繋ぎ材は、開閉フレームの頂部を支点として折畳み可能に連結されている。
特許文献２の屋根構造は、ガイドレールに沿って移動する複数の梁と、梁を支持骨として取り付けられた膜材とを備えていて、梁の移動に従って膜材が展開あるいは畳まれることで膜屋根が開閉する。膜材は、二つの梁に接合されており、二つの梁の間に垂らされている。また二つの梁の間に、端面方向に見ると山形状をなし、その頂部を屈曲回動可能にピン連結された一対の可動フレームが設けられている。さらに、可動フレームの頂部には、ピンからぶら下がる垂直フレームが設けられている。垂直フレームが膜材を下方に押し付けることで、膜材に張力を与えている。
以上のような屋根構造では、膜材は、ピンと張った状態を保持できるので、雪や雨が貯まらず、風でバタつくのを抑制することができる。

特許第３３７３３１４号公報 特許第５０１６１７１号公報 特開２００３−８２８８７号公報

特許文献１，２の開閉式の膜屋根構造では、膜屋根を構成する各屋根ユニットを折り畳んだり、展張して架設するのに、複数の架構フレームが必要であった。また、屋根ユニットの膜材に張力を導入させるには、架構フレームが複雑になるとともに架構フレーム数が増加することで、屋根の重量化を招いていた。
このような観点から、本発明は、少数の鉄骨材を用いた単純な構成によって、膜材に張力を付与することができる開閉式膜屋根構造を提供することを課題とする。

本発明者らは、開閉式の曲面形状を有する膜屋根構造として、複数の屋根骨組ユニットを所定位置まで移動させて屋根骨組を形成させた後、その屋根骨組を覆うように膜材を展張させるのではなく、開閉方向端部の収納部に折り畳まれた状態で収納された複数の膜屋根ユニット（屋根膜材、Ｖ字状フレームおよび張力導入手段）を順次引き出していき、隣り合う屋根骨格材同士が所定の離隔距離に達した段階で緊張力が導入され、曲面形状を有する屋根膜材にも張力が導入されることで屋根膜材が展張される構造を発明した。
前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、固定屋根の一部に設けられる開口部に、膜屋根を備えた開閉式膜屋根構造であって、膜屋根を支持する膜屋根支持架構と、前記膜屋根支持架構に支持される屋根支持レールと、前記屋根支持レールに沿って分割された複数の膜屋根ユニットと、当該膜屋根ユニットを前記屋根支持レールに沿って近接離隔させる近接離隔手段と、を備え、前記膜屋根ユニットは、一対の屋根骨格材と、当該屋根骨格材間に架設される矩形形状、または中央部側に比べて端部側が広い短冊状の小幅の屋根膜材とを備えて構成され、当該膜屋根ユニットが前記屋根支持レールに設置されたローラ支承部の下方に吊り下げされており、前記近接離隔手段にて、前記膜屋根ユニットを膜屋根の開口部の側部側に折り畳んだ収納状態から前記開口部を閉塞する方向に展張する動作を行って、前記屋根膜材を展張することを特徴とする開閉式膜屋根構造である。
膜屋根は、曲面形状を有することを特徴とする。また、膜屋根は、開口部の短辺方向に架設する曲率面と長辺方向に架設する曲率面が其々異なる方向に凸型面形状を有する鞍型形状、或いは、開口部全面に亘り下方側または上方側に凸型面形状を有するドーム型形状、または、フラット型を含む傾斜型形状であることが好ましい。
また、膜屋根ユニットを構成する小幅の屋根膜材は、対向する辺のうち一方の辺長が他方の辺長より短い略台形形状、または、端部側に比べて中央部側が狭い短冊状であることが好ましい。
このような構成にすれば、膜屋根は、一様な曲率面、または平面を有する複数の膜屋根ユニットを連結していき、其々の膜材を展張することで架設できるため、少ない架構フレーム数で膜屋根構造を実現することができる。

また、本発明においては、前記膜屋根ユニットは、前記一対の屋根骨格材に架け渡される少なくとも一対のＶ字状フレームと、前記Ｖ字状フレーム同士を繋いで前記屋根膜材に張力を導入する張力導入手段とを備えており、隣り合う前記屋根骨格材同士が所定の離隔距離に達した状態で、前記Ｖ字状フレームを介して前記張力導入手段により前記屋根膜材に張力が導入されて、前記膜屋根ユニットが展張されることが好ましい。
さらに、前記張力導入手段は、前記一対のＶ字状フレームの交点部を繋ぐ緊張材と、当該緊張材とその上方に位置する前記屋根膜材とを連結する連結材とを備えていることが好ましく、前記屋根膜材の長手方向端部には、Ｖ字状に配置された一対の端部緊張材と、当該端部緊張材と前記屋根膜材とを連結する端部連結材とが設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、張力導入手段が屋根膜材を下方に引っ張るので、屋根膜材に張力を付与することができる。また、従来と比較して大掛かりな架構フレームは不要であるので、単純で且つ軽量な開閉式膜屋根構造を提供できる。

本発明に係る開閉式膜屋根構造によれば、単純で且つ軽量な構成で、膜材に張力を付与することができる。また、曲面形状を有する開閉式膜屋根構造を、少数の鉄骨材を用いた軽量な屋根構造として実現可能である。特に、端部の広がり部分においても、きれいに膜を展張できる構成を提供した。

本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造を示した斜視図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造を下側から見上げた見上図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造を下側から見上げた見上図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造の一部を示した平面図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造の一部を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造の屋根膜材および屋根支持レールの形状を説明するための図であって、（ａ）は一葉双曲線を示した図、（ｂ）は屋根膜材の形状を示した展開図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造の屋根膜材の形状を説明するための図であって、（ａ）は屋根膜材を示した見上図、（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造の膜屋根ユニットと屋根骨格材を示した図であって、（ａ）は下方から見た斜視図、（ｂ）は上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造の膜屋根ユニットを折り畳んだ状態を示した側面図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造の膜屋根ユニットを展開していく状態を示した側面図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造の膜屋根ユニットと屋根骨格材を展張した状態を示した図であって、（ａ）はＶ字状フレームの近傍の展張状態を示した側面図、（ｂ）は屋根膜材の長手方向中央部の展張状態を示した側面図、（ｃ）は展張した状態を示した側面図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造の屋根膜材の展張状態を説明するための斜視図である。 本発明の実施形態に係る開閉式膜屋根構造の屋根膜材の展張状態を説明するための図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。

まず、本発明の特徴となる構成要件を述べた後に、これらの構成要件を備えた屋根構造を一つの実施形態として説明する。
本発明は、開閉式の膜屋根構造として、従来のように屋根骨組を形成させた後、その屋根骨組を覆うように膜材を展張させるのではなく、開閉方向端部の収納部に折り畳まれた状態で収納された複数の膜屋根ユニット（屋根膜材、Ｖ字状フレームおよび張力導入手段）を近接離間手段によって順次引き出していき、各膜屋根ユニットの屋根膜材を展張して、屋根面の一部もしくは全部に膜屋根を架設させるものである。
本発明の第一の特徴は、膜屋根ユニットを展張させるために一対のＶ字状フレームと張力導入手段を配置し、隣り合う屋根骨格材同士の間隔が所定の離隔距離に達した段階にて、Ｖ字状フレームを介して張力導入手段に緊張力が導入することで、屋根膜材にも張力が導入されて膜屋根ユニットが展張される点である。
第二の特徴は、張力導入手段がＶ字状フレーム同士を繋ぐ緊張材と、緊張材と屋根膜材とを連結する連結材とを有しており、緊張材に張力が導入された際には、緊張材が連結材を介して、屋根膜材を下方に引っ張ることで引張応力を生じさせて、屋根膜材に張力が導入される点である。
第三の特徴は、膜屋根ユニットの長辺方向の両端部に位置する屋根膜材に対して一様に張力を導入するために、屋根膜材の長手方向端部に、Ｖ字状に配置された一対の端部緊張材と、端部緊張材と屋根膜材とを連結する端部連結材とを設けた点である。

以下、本発明の特徴を備えた実施形態に係る開閉式膜屋根構造を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１乃至図３に示すように、かかる開閉式膜屋根構造は、競技場等の大空間施設に設置される。本実施形態の膜屋根１は、固定屋根２の内側一部に形成された開口部３を覆うように設けられている。言い換えると屋根膜１を設置する部分が開口部３であり、開閉する膜屋根１の周囲に、開閉しない固定屋根２が形成されている。

開閉式膜屋根構造は、図４および図５に示すように、膜屋根１を支持する支持架構（膜屋根支持架構）５（図５参照）と、屋根支持レール１０と、屋根骨格材２０と、膜屋根ユニット３０と、近接離隔させる近接離隔手段とを備えている。膜屋根１は、二方向に湾曲する三次元形状の屋根である。以下の説明においては、膜屋根１の開閉方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向における屋根面の湾曲方向（屋根骨格材２０の延在方向）をＹ方向、屋根面の法線方向をＺ方向として説明する。膜屋根１は、Ｘ軸とＺ軸を含む平面で切断したときは下に凸の曲面形状、Ｙ軸とＺ軸を含む平面で切断したときは上に凸の曲面形状となっている。

図３に示すように、膜屋根１は、固定屋根（膜屋根支持架構）２の一部に形成された開口部３のＸ方向の中央部で分割されており、両開きする構造となっている。膜屋根１は、一方のみ展張して、他方を折り畳んだ状態として、片側のみを開口することもできる。隣り合う屋根骨格材２０，２０は、膜屋根ユニット３０によって連結されている。開口部３のＸ方向端部の固定屋根２の下方には、折り畳んだ状態の膜屋根１の収容スペース１１（図４および図５参照）が形成されている。

支持架構５は、たとえば、開口部３にメッシュ状に架け渡された複数のワイヤ部材からなる。ワイヤ部材は、開口部３の周縁部に設けられた固定屋根（膜屋根支持架構）２間に架け渡されて、懸垂曲線形状を呈している。ワイヤ部材の交差部分には、交差するワイヤ部材同士を固定する固定部材が設けられている。なお、支持架構の構造は、メッシュ状ワイヤに限定されるものではなく、他の構造であってもよい。其々の膜屋根ユニット３０は、平面視において膜屋根１を多数に分割された短冊状の各片に該当する。

図５に示すように、屋根支持レール１０は、支持架構５の下方に配置されており、前記固定部材に吊下げ支持されている。屋根支持レール１０は、たとえば、所定の曲率で湾曲させた鋼製のレール部材からなる。屋根支持レール１０は、膜屋根１の開閉方向（Ｘ方向）に沿って延在している。つまり、屋根支持レール１０は、下向きに凸の曲線形状を呈している。屋根支持レール１０は、Ｙ方向に所定間隔をあけて複数並列されている。屋根支持レール１０のＸ方向端部は、開口部３の周囲の固定屋根２の下方の収容スペース１１まで延在している。

図３に示すように、屋根骨格材２０は、屋根支持レール１０に対して直交する方向に延在している。屋根骨格材２０は、たとえば、所定の曲線形状に湾曲させた鋼製の長尺部材からなる。屋根骨格材２０は、上向きに凸の曲線形状を呈している。曲線形状は、全ての屋根骨格材２０において同一である。
屋根骨格材２０は、屋根支持レール１０の下方に配置され、複数の屋根支持レール１０に支持されている。屋根骨格材２０は、屋根支持レール１０の長手方向に移動可能に構成されている。具体的には、ローラ支承部１２（図９参照）の下部に屋根骨格材２０が固定されている。ローラ支承部１２は、屋根支持レール１０に吊り下げられており、屋根支持レール１０に走行可能に設けられた複数のローラを備えている。ローラは、屋根支持レール１０の軸方向（Ｘ方向）から見て、１２０度間隔で設けられており、屋根支持レール１０を三方向から囲っている。このような構成によれば、屋根骨格材２０の移動をスムーズに行うことができる。なお、屋根支持レール１０と屋根骨格材２０の連結構造は、前記構成のローラ支承部１２に限定されるものではない。屋根骨格材２０は、Ｘ方向に所定間隔をあけて複数並列されている。屋根骨格材２０は、屋根支持レール１０の中央部（Ｘ方向の中央部）から端部（Ｘ方向の両端部）に向かって移動するに連れて、徐々に高い位置に上がる。
屋根骨格材２０の長さは、開口部３の形状に応じて設定されている。膜屋根１が閉じた状態において、屋根支持レール１０の端部に位置する屋根骨格材２０は、屋根支持レール１０の長手方向中央部に位置する屋根骨格材２０と比較して、短い形状となっている。

隣り合う屋根骨格材２０，２０間には、スパン固定ワイヤ２１（図１１参照）が架け渡されている。スパン固定ワイヤ２１は、屋根骨格材２０，２０同士が所定距離以上離隔しないように制限する。つまり、隣り合う屋根骨格材２０，２０の離隔距離は、スパン固定ワイヤ２１が張った状態のときに最大となる。この最大の離隔距離が請求項での所定の離隔距離となる。膜屋根１が形成された状態では、隣り合う屋根骨格材２０，２０の離隔距離は最大になっている。

図８に示すように、膜屋根ユニット３０は、隣り合う一対の屋根骨格材２０，２０間に架設された屋根膜材３１（請求項の「小幅の屋根膜材」に相当する。以下単に「屋根膜材」という）と、一対の屋根骨格材２０，２０に架け渡された一対のＶ字状フレーム３２と、Ｖ字状フレーム３２，３２同士を繋いで屋根膜材３１に張力を導入する張力導入手段と、を有している。張力導入手段は、隣り合う屋根骨格材２０，２０同士の間隔が所定の離隔距離に達した段階にて、Ｖ字状フレーム２０，２０を介して張力導入手段に緊張力が導入されることで、屋根膜材３１，３１にも張力が導入されて、膜屋根ユニット３０が展張されるように構成されている（第一の特徴）。張力導入手段は、Ｖ字状フレーム３２を繋ぐ緊張材３３と、緊張材３３と屋根膜材３１とを連結する連結材３４とを有していることが好ましい（第二の特徴）。屋根膜材３１は、一対の屋根骨格材間に架設される、対向する辺のうち一方の辺長が他方の辺長より短い略台形形状、または中央部側に比べて端部側が広く短冊状に分割された小幅の屋根膜材であることが好ましい。
なお、張力導入手段として、各々の膜屋根ユニット３０の大きさによっては、Ｖ字状フレーム３２を繋ぐ緊張材３３のみ、または、緊張材３３と屋根膜材３１とを連結する連結材３４であっても良い。
第一の特徴の構成によれば、少ない部材数によって、軽量化された開閉式の膜屋根構造を実現することができる。膜屋根構造が軽量化されることで、膜屋根構造を支持する膜屋根支持架構５を軽量化することができる。
第二の特徴の構成によれば、屋根膜材３１と緊張材３３が連結されることで、屋根膜材３１が風荷重によってバタつく現象を抑制できる。また、膜屋根ユニット３０を広げる際または折り畳む際に、屋根膜材３１にしわや捩れが発生するのを抑止できる。

屋根膜材３１は、耐候性を備えた折畳み可能な膜材にて構成されている。屋根膜材３１は、隣り合う屋根骨格材２０，２０間に架け渡されている。屋根膜材３１が折り畳まれて膜屋根収納部（収容スペース１１）に収容されている状態から、膜屋根を展張するために近接離隔手段を用いて引き出していき、隣接する屋根骨格材同士が所定の離隔距離に達した状態で膜屋根ユニット３０が展張される。
屋根膜材３１は、耐候性を備えた折畳み可能な膜材にて構成されている。屋根膜材３１は、隣り合う屋根骨格材２０，２０間に架け渡されており、これら屋根骨格材２０，２０が離反していき所定の離隔距離に達したときに展張される。
屋根膜材３１は、隣り合う屋根骨格材２０，２０間を覆うものであり、長尺の帯状形状を呈している。屋根膜材３１の幅方法（Ｘ方向）端部は、たとえば、紐状部材によって屋根骨格材２０に縛結されている。屋根膜材３１は、長手方向（Ｙ方向）全長に亘って屋根骨格材２０に固定されているが、これに限定されるものではない。屋根膜材３１の長手方向端縁は、Ｘ方向中央部が反対側の端縁に向けて凹む弧状に形成さている。屋根膜材３１の端部には、孤状の端部に沿ってロープが縫い止められている。ロープは、屋根膜材３１の折畳みおよび展張状態に応じて変形可能である。
屋根膜材３１の長さも、屋根骨格材２０と同様に、開口部３の形状に応じて設定されている。つまり、膜屋根１が閉じた状態において、屋根支持レール１０の端部に位置する屋根膜材３１は、屋根支持レール１０の長手方向中央部に位置する屋根膜材３１と比較して、短い形状となっている。

Ｖ字状フレーム３２は、互いにピン結合された一対の斜材３５，３５からなる。Ｖ字状フレーム３２は、屋根骨格材２０の下側に設けられている。一方の斜材３５の上端は、隣り合う屋根骨格材２０の一方にピン結合され、他方の斜材３５の上端は、隣り合う屋根骨格材２０の他方にピン結合されている。Ｖ字状フレーム３２は、屋根骨格材２０，２０の離隔距離に応じて、斜材３５，３５同士が為す角度が変動して、斜材３５，３５同士の連結部分３６の屋根膜材３１からの距離が変動する。つまり、屋根骨格材２０，２０の離隔距離が大きくなるに連れて、連結部分３６と屋根膜材３１との距離が小さくなる。
本実施形態では、Ｖ字状フレーム３２は、屋根骨格材２０の長手方向（Ｙ方向）両端部の近傍の二箇所にそれぞれ設けられている。Ｖ字状フレーム３２は、Ｘ方向から見て、屋根骨格材２０と斜材３５が略直角になるように配置されている。したがって、曲線形状を呈する屋根骨格材２０の両端部に位置するＶ字状フレーム３２，３２はともに、連結部３６側が内側に傾斜している（図１３（ａ）参照）。このような状態で、屋根骨格材２０，２０が離隔すると、両端の連結部分３６，３６は、それぞれ斜材３５の基端部分の屋根膜材３１に近付くことになり、両端の連結部分３６，３６間の距離が大きくなる。

緊張材３３は、ワイヤにて構成されており、Ｖ字状フレーム３２の下端部となる連結部分３６同士を繋ぐように設けられている。緊張材３３は、連結材３４を介して、屋根膜材３１の下面に連結されている。隣り合う屋根骨格材２０，２０同士の間隔が所定の離隔距離になったときには、緊張材３３は、屋根膜材３１に沿って曲線形状に張られた状態となるとともに、連結材３４を介して、屋根膜材３１と連結材３４の接合部５０から屋根膜材３１を引っ張る。このとき、屋根骨格材２０の長手方向（Ｙ方向）中央部における屋根膜材３１と緊張材３３間の距離は、Ｖ字状フレーム３２近傍における屋根膜材３１と緊張材３３間の距離よりも短いことが好ましい。

連結材３４は、緊張材３３の全長に亘って、緊張材３３と屋根膜材３１とを連結する。連結材３４は、緊張材３３の長手方向（Ｙ方向）に沿って延在する帯状膜材からなる。連結材３４の上端縁は、屋根膜材３１の幅方向（Ｘ方向）の中央部を繋ぐ仮想線に沿っており、溶着、接着、縫合などの手段によって屋根膜材３１の接合部５０に固定されている。連結材３４の下端縁は、緊張材３３に沿っており、緊張材３３に固定されている。連結材３４と緊張材３３の固定方法は、たとえば連結材３４の下端縁にクリップが設けられており、クリップで緊張材３３を挟持するようになっている。隣り合う屋根骨格材２０，２０同士の間隔が所定の離隔距離になったときには、連結材３４は、緊張材３３と屋根膜材３１との間で張られた状態となる。このとき、屋根骨格材２０の長手方向（Ｙ方向）中央部における連結材３４の高さ寸法（Ｚ方向長さ）は、Ｖ字状フレーム３２近傍における連結材３４の高さ寸法（Ｚ方向長さ）よりも短い。連結材３４の高さ寸法は、屋根膜材３１と緊張材３３間の距離と同等となる。なお、連結材３４は、帯状の膜材に限定されるものではない。緊張材３３の全長に亘って連結する構造であれば、複数の棒状材をトラス状に架設させる、または並列させるなど他の構造であってもよいし、複数の連結材を並列させてもよい。、連結材３４は、帯状の膜材に限定されず、緊張材３３の全長に亘って連結する構造であれば、複数の連結材を並列させる構造であってもよい。

屋根膜材３１の長手方向（Ｙ方向）端部には、Ｖ字状に配置された一対の端部緊張材３７，３７と、端部緊張材３７と屋根膜材３１とを連結する端部連結材３８とが設けられている。一方の端部緊張材３７は、Ｖ字状フレーム３２の連結部分３６から、隣り合う屋根骨格材２０，２０うち一方の屋根骨格材２０の端部に向かって延在している。他方の端部緊張材３７は、Ｖ字状フレーム３２の連結部分３６から、他方の屋根骨格材２０の端部に向かって延在している（第三の特徴）。一対の端部緊張材３７，３７は、下側から見てＶ字状を呈している。
第三の特徴の構成によれば、膜屋根ユニット３０の長辺方向の両端部に位置する屋根膜材に対して略一様に張力を導入することができ、構造安定性に優れた膜屋根構造を実現できる。

端部連結材３８は、端部緊張材３７の全長に亘って、端部緊張材３７と屋根膜材３１とを連結する。端部連結材３８は、連結部分３６から屋根骨格材２０の端部に向かって延在する帯状膜材からなる。端部連結材３８の上端縁は、屋根膜材３１の幅方向（Ｘ方向）の中央部から出隅角部を繋ぐ仮想線に沿っており、溶着、接着、縫合などの手段によって屋根膜材３１に固定されている。端部連結材３８の下端縁は、端部緊張材３７に沿っており、端部緊張材３７に固定されている。端部連結材３８と端部緊張材３７の固定方法は、たとえば端部連結材３８の下端縁にクリップが設けられており、クリップで端部緊張材３７を挟持するようになっている。隣り合う屋根骨格材２０，２０同士の間隔が所定の離隔距離になったときには、端部連結材３８は、端部緊張材３７と屋根膜材３１との間で張られた状態となる。このとき、端部連結材３８の高さ寸法（Ｚ方向長さ）は、連結部分３６から屋根骨格材２０に向かうに連れて順次短くなっている。端部連結材３８の高さ寸法は、屋根膜材３１と端部緊張材３７間の距離と同等となる。なお、端部連結材３８は、帯状の膜材に限定されるものではない。端部緊張材３７の全長に亘って連結する構造であれば、複数の連結材を並列させるなど他の構造であってもよい。
膜屋根ユニット３０の長辺方向端部において、屋根膜材３１の下方側にＶ字形状に沿って端部緊張材３７と端部連結材３８を設置することで、Ｖ字状フレーム３２と緊張材３３を所定位置に固定することができる。また、屋根膜材３１の端部側に生じるせん断しわを抑止し、屋根膜材３１に対して一様に張力を導入することができる。

近接離隔手段は、屋根骨格材２０，２０同士を近接、離隔させる装置で、先頭の屋根骨格材２０を、屋根支持レール１０に沿ってＸ方向に移動させる機構として、各膜屋根ユニット３０の屋根膜材３１を伸縮させる巻取り機構を備えている。巻取り方法は、直接、屋根膜材３１を伸縮させる場合と、複数の屋根膜材３１を貫通させたケーブル材を伸縮させる場合がある。近接離隔手段により、屋根骨格材２０を屋根支持レール１０に沿ってＸ方向中央部側に移動させると、屋根膜材３１およびＶ字状フレーム３２を介して他の屋根骨格材２０が引っ張られ、その結果、隣り合う屋根骨格材２０，２０が離隔する。
一方、離隔された状態のＸ方向中央側端の屋根骨格材２０を、Ｘ方向端部側に移動させると、屋根骨格材２０がＸ方向端部側に順次押されて互いに近接する。屋根骨格材２０を近接、離隔させる機構は、当該屋根骨格材２０を引っ張ってＸ方向中央部側に移動させるものでもよいし、屋根骨格材２０を押し出してＸ方向中央部側に移動させものでもよい。また、その他の構成として、屋根骨格材２０の各々に自走機能を持たせてもよいし、屋根骨格材２０，２０間に配した伸縮ジャッキを備えてもよい。

次に、膜屋根１の曲面形状を説明する。膜屋根１の曲面は、図６に示すように、一葉双曲面（鼓形状の側面）となるように設計されている。膜屋根１を下側から見上げた状態の曲面が、鼓型の外周面に沿っている（図１参照：図１では鼓形を二点鎖線にて示している。なお、図１の鼓型は、屋根面の形状を説明するために仮想的に記載したものである）。具体的には、屋根支持レール１０は、一葉双曲面の中心線Ｌ１を法線とする仮想平面と一葉双曲面との交線Ｌ２（円）に沿った曲線形状（円弧形状）を呈している。屋根骨格材２０の長手方向（Ｙ方向：図６（ａ）の高さ方向）の中央部における円弧と、屋根骨格材２０の端部における円弧とは、同真円の関係になる（図７（ｂ）および（ｃ）参照）。また、この円弧の半径は、屋根骨格材２０の長手方向（Ｙ方向：図６（ａ）の高さ方向）の中央部において一番小さく、屋根骨格材２０の端部に向かうに連れて徐々に大きくなる。曲線形状は、理想的には円弧であるが、厳密な円弧に限定されるものではない。屋根膜材３１にせん断しわを発生させずに屋根骨格材２０を可動できる範囲において、円弧形状に近似するけんすい曲線や楕円曲線などの他の曲線も、前記曲線形状に含む。

屋根骨格材２０の曲線形状は、中心線Ｌ１を含む仮想平面と一葉双曲面との交線Ｌ３に沿った孤形状を呈している。屋根骨格材２０の曲線形状は、屋根支持レール１０の長手方向（Ｘ方向）のどの部分にあっても同一径の円弧である。また、鞍型形状とは、鼓型形状の側面形状を言い、一葉双曲線に沿った曲面形状のことである。

屋根膜材３１は、図６（ｂ）に示すように、一葉双曲面を平面的に展開した形状となる。つまり、屋根膜材３１は、長手方向（Ｙ方向）中央部の幅寸法（Ｘ方向長さ）Ｄ１が小さく、長手方向端部に向かうに連れて幅寸法が徐々に大きくなっている（図６（ｂ）中、Ｄ２にて示す）。言い換えれば、屋根膜材３１の幅は、屋根骨格材２０の端部側の寸法Ｄ２に比べて、中央部側の幅寸法Ｄ１が小さい。図６（ｂ）では、一葉双曲面の展開図であるので、長手方向両端部は外側に凸の孤状となっているが、本実施形態では、内側に凸の孤状となっている。
図７（ａ）に示すように、このような鼓型形状の屋根膜材３１を展張させて形成された膜屋根１の幅は、屋根膜材３１と同様に、屋根骨格材２０の長手方向（Ｙ方向）端部側の寸法Ｄ４に比べて、屋根骨格材２０の長手方向（Ｙ方向）中央部側の寸法Ｄ３が小さい。なお、膜屋根１の幅寸法は、屋根支持レール１０の長さ寸法に等しい。

このような曲面形状の膜屋根１によれば、屋根骨格材２０が屋根支持レール１０に沿って移動する際に、屋根骨格材２０は、一葉双曲面に沿って移動するため、隣り合う屋根骨格材２０，２０間において、その長手方向にずれが発生しない。これによって、屋根膜材３１の全長に亘ってせん断しわが生じず、屋根膜材３１が破損したり、屋根膜材３１の寿命が縮まるのを防止できる。

次に、屋根膜材３１が折り畳まれた状態から展張される過程を説明しながら、屋根膜材３１の展張状態を説明する。
図９に示すように、屋根膜材３１が折り畳まれた状態（屋根骨格材２０，２０が近接した状態）では、Ｖ字状フレーム３２の斜材３５，３５はともに垂直になっており、斜材３５，３５間に屋根膜材３１が折り畳まれている。緊張材３３と連結材３４は弛んだ状態となっている。なお、図９中、下方に図示した二点鎖線は、膜屋根ユニット３０を下側から覆う天井シート４０である。
隣り合う屋根骨格材２０，２０同士の間隔が所定の離隔距離になると、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｖ字状フレーム３２と屋根膜材３１がＸ方向両側に広がって、連結材３４が上下方向（Ｚ方向）に広がって張った状態となる。Ｖ字状フレーム３２の付近（図１１（ａ）参照）では、連結材３４の高さ寸法（Ｚ方向長さ）が、Ｙ方向中央部（図１１（ｂ）参照）の連結材３４の高さ寸法（Ｚ方向長さ）よりも大きい。さらに、Ｖ字状フレーム３２の付近の屋根膜材３１の幅寸法（Ｘ方向長さ）が、Ｙ方向中央部の屋根膜材３１の幅寸法（Ｘ方向長さ）よりも大きい。したがって、Ｙ方向中央部の屋根膜材３１と屋根支持レール１０との距離は、Ｖ字状フレーム３２の付近の屋根膜材３１と屋根支持レール１０との距離よりも短い。そして、Ｖ字状フレーム３２の付近とＹ方向中央部のいずれにおいても、緊張材３３は、ピンと張られており、緊張材３３に接続された連結材３４が屋根膜材３１を下方に引き下げている。

なお、ここで、図１０を参照しながら各部の長さ関係を説明する。屋根膜材３１の幅寸法の半分Ｍ１と、連結材３４の高さ寸法Ｍ２を加えた値は、斜材３５の長さ寸法Ｍ３より長く（Ｍ１＋Ｍ２＞Ｍ３）、屋根膜材３１の半分と連結材３４と斜材３５とで三角形断面が形成できるようになっている。また、屋根膜材３１の幅寸法Ｍ１×２は、スパン固定ワイヤ２１（図１１参照）の長さＭ４より長く（Ｍ１×２＞Ｍ４）、屋根膜材３１とスパン固定ワイヤ２１とで三角形断面（屋根膜材３１が幅方向中央部で折れて二辺を構成している）が形成できるようになっている。また、屋根膜材３１の幅寸法の半分Ｍ１は、斜材３５の長さ寸法Ｍ３より短い（Ｍ１＜Ｍ３）。

以上のように、隣り合う屋根骨格材２０，２０同士の間隔を所定の離隔距離にすると、図１３（ａ）に示すように、屋根骨格材２０の両端部のＶ字状フレーム３２，３２の連結部３６，３６間の距離が、折畳み状態におけるＶ字状フレーム（図１３（ａ）中、先端部を仮想線にて示す）の連結部３６，３６間の距離よりも長くなる。したがって、円弧状の緊張材３３は外側に引っ張られて、直線状に延びようとするので、連結材３４を介して屋根膜材３１を下方に引っ張ることとなる。なお、Ｙ方向中央部においては、緊張材３３の両端の支持部から離れて、下方への張力が弱くなる傾向がある。しかし、連結材３４のＹ方向中央部の高さ寸法（Ｚ方向長さ）を、連結材３４の両端部（Ｖ字状フレーム３２の付近）の高さ寸法（Ｚ方向長さ）よりも短くしたことによって、Ｙ方向中央部の下向きの張力が大きくなっている。
このとき、屋根膜材３１は、図１２および図１３に示すように、屋根骨格材２０によって、Ｘ方向にも引っ張られている。これによって、屋根膜材３１はＸ方向に広げられるとともに、下方にも引き下げられる（図１３（ａ）参照）ので、屋根膜材３１の長手方向（Ｙ方向）に伸ばされる。したがって、Ｙ軸方向にも張力が作用する。つまり、本実施形態の構成によれば、屋根膜材３１に対して、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のすべてにおいて張力を付与することができる。これによって、屋根膜材３１に弛みが発生しないので、風によるバタツキやしわの発生を防止できる。

屋根膜材３１のＹ方向端部においては、端部緊張材３７がＶ字状になっているので、屋根膜材３１の端部をＹ方向中央寄りに引き寄せることができる。さらに、屋根膜材３１のＹ方向端部を、Ｘ方向中央部が反対側の端縁に向けて凹む弧状に形成して、端部に沿ってロープが縫い止められているので、屋根膜材３１が、屋根骨格材２０によってＸ方向に引っ張られると、ロープが直線状に伸びようとして、屋根膜材３１のＹ方向端部を外側に引っ張る。これによって、屋根膜材３１の端部でも、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のすべてにおいて張力を付与することができる。

連結材３４は、緊張材３３に沿って延在する帯状膜材からなるので、屋根膜材３１がＹ方向において局所的に引っ張られず、帯状膜材の全長に亘って引っ張られる。これによって、屋根膜材３１にバランス良く張力を付与することができる。

また、屋根骨格材２０のＹ方向中央部における屋根膜材３１と緊張材３３間の距離は、Ｖ字状フレーム３２近傍における屋根膜材３１と緊張材３３間の距離よりも短いので、緊張材３３は、屋根骨格材２０のＹ方向中央部においてより多く緊張している。Ｖ字状フレーム３２から離れた位置（Ｙ方向中央部）においても、屋根膜材３１に確実に張力を付与することができる。

さらに、前記構成によれば、折畳み時に、屋根骨格材２０、屋根膜材３１およびＶ字状フレーム３２が干渉することなく折り畳まれる。また、屋根膜材３２の下面が連結材３４に繋がっているので、折畳み時に風を受けても上方にはみ出さない。よって、折畳みがスムーズに行われる。さらに、屋根骨格材２０やＶ字状フレーム３２が軽量化されるので、膜屋根１全体の軽量化が達成される。

また、膜屋根ユニット３０は、予め工場で組み立てて、折り畳んだ状態で施工現場に運搬すれば、現場作業を低減して工期短縮を達成できる。天井シート４０を膜屋根１の下側に取り付けているので、屋根鉄骨材２０やＶ字状フレームが隠れて、美観を向上させることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、前記実施形態では、屋根膜材３１は、隣り合う屋根骨格材２０，２０間に個々に設けられているが、これに限定されるものではない。３つ以上の屋根骨格材に跨るように一枚の屋根膜材を構成してもよい。この場合も、各屋根骨格材は屋根膜材と交わる部分において、それぞれ固定されている。
また、Ｖ字状フレーム３２は、膜屋根ユニット３０の両端部に一対として設けられたが、膜屋根ユニット３０を構成する一対の屋根骨格材と交差する位置に複数設けてもよい。

１ 膜屋根
２ 固定屋根（膜屋根支持架構）
３ 開口部（膜屋根を設置する部分）
５ 支持架構（膜屋根支持架構）
１０ 屋根支持レール
１２ ローラ支承部
２０ 屋根骨格材
３０ 膜屋根ユニット
３１ 屋根膜材
３２ Ｖ字状フレーム
３３ 緊張材（張力導入手段）
３４ 連結材（張力導入手段）
３６ 連結部分
４０ 天井シート
３７ 端部緊張材
３８ 端部連結材
５０ 屋根膜材と連結材の接合部

Claims (3)

1. 固定屋根の一部に膜屋根を備えた開閉式膜屋根構造であって、
   膜屋根を支持する膜屋根支持架構と、前記膜屋根支持架構に支持される屋根支持レールと、前記屋根支持レールに沿って分割された複数の膜屋根ユニットと、当該膜屋根ユニットを前記屋根支持レールに沿って近接離隔させる近接離隔手段と、を備え、
   前記膜屋根ユニットは、一対の屋根骨格材と、当該屋根骨格材間に架設される矩形形状、または中央部側に比べて端部側の幅が広い短冊状の小幅の屋根膜材とを備えて構成され、当該膜屋根ユニットが前記屋根支持レールに設置されたローラ支承部の下方に吊り下げされており、
   前記近接離隔手段にて、前記膜屋根ユニットを膜屋根の開口部の側部側に折り畳んだ収納状態から前記開口部を閉塞する方向に展張する動作を行って、前記屋根膜材を展張することを特徴とする開閉式膜屋根構造。
2. 固定屋根の一部に膜屋根を備えた開閉式膜屋根構造であって、
   膜屋根を支持する膜屋根支持架構と、前記膜屋根支持架構に支持される屋根支持レールと、前記屋根支持レールに沿って分割された複数の膜屋根ユニットと、当該膜屋根ユニットを前記屋根支持レールに沿って近接離隔させる近接離隔手段と、を備え、
   前記膜屋根ユニットは、一対の屋根骨格材と、当該屋根骨格材間に架設される矩形形状、または中央部側に比べて端部側の幅が広い短冊状の小幅の屋根膜材とを備えて構成されており、
   前記近接離隔手段にて、前記膜屋根ユニットを膜屋根の開口部の側部側に折り畳んだ収納状態から前記開口部を閉塞する方向に展張する動作を行って、前記屋根膜材を展張し、
   前記膜屋根ユニットは、前記一対の屋根骨格材に架け渡される少なくとも一対のＶ字状フレームと、前記Ｖ字状フレーム同士を繋いで前記屋根膜材に張力を導入する張力導入手段と、備えており、
   隣り合う前記屋根骨格材同士が所定の離隔距離に達した状態で、前記Ｖ字状フレームを介して前記張力導入手段により前記屋根膜材に張力が導入されて、前記膜屋根ユニットが展張されており、
   前記屋根膜材の長手方向端部には、Ｖ字状に配置された一対の端部緊張材と、当該端部緊張材と前記屋根膜材とを連結する端部連結材とが設けられていることを特徴とする開閉式膜屋根構造。
3. 固定屋根の一部に鼓型形状の膜屋根を備えた開閉式膜屋根構造であって、
   膜屋根を支持する膜屋根支持架構と、前記膜屋根支持架構に支持される屋根支持レールと、前記屋根支持レールに沿って分割された複数の膜屋根ユニットと、当該膜屋根ユニットを前記屋根支持レールに沿って近接離隔させる近接離隔手段と、を備え、
   前記膜屋根ユニットは、一対の屋根骨格材と、当該屋根骨格材間に架設される矩形形状、または中央部側に比べて端部側の幅が広い短冊状の小幅の屋根膜材とを備えて構成されており、
   前記近接離隔手段にて、前記膜屋根ユニットを膜屋根の開口部の側部側に折り畳んだ収納状態から前記開口部を閉塞する方向に展張する動作を行って、前記屋根膜材を展張し、
   前記膜屋根ユニットは、前記一対の屋根骨格材に架け渡される少なくとも一対のＶ字状フレームと、前記Ｖ字状フレーム同士を繋いで前記屋根膜材に張力を導入する張力導入手段と、備えており、
   隣り合う前記屋根骨格材同士が所定の離隔距離に達した状態で、前記Ｖ字状フレームを介して前記張力導入手段により前記屋根膜材に張力が導入されて、前記膜屋根ユニットが展張されており、
   前記屋根膜材の長手方向端部には、Ｖ字状に配置された一対の端部緊張材と、当該端部緊張材と前記屋根膜材とを連結する端部連結材とが設けられていることを特徴とする開閉式膜屋根構造。
   

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