JP6554316B2 - 屋根架構およびその構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、トラス屋根などの屋根架構およびその構築方法に関する。

従来より、トラス構造のトラス屋根を用いて大スパンの空間を構築する場合がある（特許文献１、２参照）。
例えば、屋根架構は、トラス屋根と、このトラス屋根の両端を支持する支柱と、を備える。トラス屋根は、上方に膨出した上弦材と、この上弦材の直下に設けられた下弦材と、これら上弦材と下弦材とを連結する束柱およびブレースと、を備える。
トラス屋根の上弦材は、支柱の上端に接続されており、下弦材は、支柱の上端から梁せい分だけ下がった位置に接続されている。

Ｗ０２００８／１０２４２９号公報 特開２０１０−１３８７０号公報

しかしながら、豪雪地帯では、想定を上回る積雪量に見舞われることが多く、大量の積雪が屋根面を覆った際には、屋根面が下方側に撓む場合がある。
この場合、特許文献１、２に示されたトラス屋根の構造では、支柱の上端では、上弦材により内側に引っ張られる方向に力が作用するが、支柱の上端から梁せい分だけ下がった位置では、下弦材により外側に押し出される方向に力が加わる。

また、屋根面に積雪する積雪重量は面外荷重として作用するが、トラス屋根は梁せいが高いので、支柱には、この面外荷重に梁せいを乗じた偏心曲げモーメント量が作用する。その結果、支柱の柱頭部またはトラス屋根の端部に、大きな偏心曲げモーメントが加わることで、梁が架設方向と交差する桁行（面外）方向にはらみ出し変形を生じたり、トラス屋根が面外方向にねじれを生じさせたりするおそれがあった。

本発明は、積雪などにより屋根面に大きな荷重が作用しても、屋根面を構成する梁の面外方向へのはらみ出し変形やねじれ変形を低減できる屋根架構およびその構築方法を提供することを目的とする。

第一の発明の屋根架構（例えば、後述の屋根架構１０）は、大梁（例えば、後述の大梁１１）と、当該大梁の両端部を支持する支柱（例えば、後述の支柱１２）と、を有する屋根架構であって、前記大梁は、略水平に直線状に延びる上弦材（例えば、後述の上弦材２０）と、当該上弦材の両端側に設けられて前記支柱に接合される梁側継手部（例えば、後述の梁側継手部２１）と、当該梁側継手部の間を連結しかつ中央部が下方に膨出する円弧状の下弦材（例えば、後述の下弦材２２）と、を備え、前記上弦材および前記下弦材は、Ｉ形状またはＨ形状の鋼材を用いて形成されることを特徴とする。

この発明によれば、略水平に延びる上弦材と、中央部が下方に膨出する円弧状の下弦材と、を含んで大梁を構成した。この構造では、支柱に接合される部分の梁せい高さは低くなり、積雪により屋根面に大きな荷重が作用した場合でも、支柱の柱頭部や屋根架構の端部に作用する曲げモーメントが小さくなって、屋根面を構成する梁の面外方向へのはらみ出し変形やねじれ変形が低減される。さらに、上弦材や下弦材をＩ形状またはＨ形状の構材で構成することで、ケーブルを用いる場合に比べて、優れた剛性を備えた大スパンの屋根架構を実現できる。
また、上弦材および下弦材は、Ｉ形鋼やＨ形鋼などの市場品で形成することが好ましく、市場品を活用できれば、大スパンの屋根架構を低コストで構築できる。

第二の発明の屋根架構は、前記梁側継手部には、前記上弦材および前記下弦材の軸方向と交差する方向に延びて、当該梁側継手部の下端から上端に至る板状の鉛直補剛材（例えば、後述の第１補剛部３２、第２補剛部３３）が複数設けられることを特徴とする。

この発明によれば、上弦材および下弦材の両端側の梁側継手部に、上弦材および前記下弦材の軸方向と交差する方向に延びる板状の鉛直補剛材を設けた。よって、第一の発明の効果に加えて、面外荷重に対する剛性を向上させることができ、屋根架構のねじれを低減できる。

第三の発明の屋根架構は、前記梁側継手部は、前記上弦材に接合される上弦材接合部（例えば、後述の上弦材接合部３０）と、前記下弦材に接合される下弦材接合部（例えば、後述の下弦材接合部３１）と、前記上弦材接合部と前記下弦材接合部との間に設けられて、前記上弦材および前記下弦材の軸方向に延びる板状の水平補剛材（例えば、後述の第３補剛部３４）と、前記上弦材接合部の上フランジに繋がる上フランジ部（例えば、後述の上フランジ部３５）と、前記下弦材接合部の下フランジに繋がる下フランジ部（例えば、後述の下フランジ部３６）と、当該上フランジ部と当該下フランジ部との間に設けられて前記水平補剛材に繋がるウエブ部（例えば、後述のウエブ部３７）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、上弦材および下弦材の両端側の梁側継手部に、上弦材および下弦材の軸方向に延びる板状の水平補剛材を設けた。よって、第一、第二の発明の効果に加えて、面外荷重に対する剛性はさらに向上し、屋根架構のねじれを低減できる。

第四の発明の屋根架構の構築方法は、上述の屋根架構の構築方法であって、前記支柱を建て込む第１工程（例えば、後述のステップＳ１）と、建物内部の床面上に設けられた組立ヤード（例えば、後述の組立ヤード５１）にて、前記大梁を先組みする第２工程（例えば、後述のステップＳ２）と、揚重装置（例えば、後述のクローラークレーン５０）により当該先組みした大梁を揚重して、前記支柱間に配置する第３工程（例えば、後述のステップＳ３）と、前記大梁の梁側継手部を前記支柱に接合する第４工程（例えば、後述のステップＳ４、Ｓ５）と、前記第１工程から前記第４工程を繰り返して、複数の大梁を互いに略平行に架設する第５工程（例えば、後述のステップＳ６）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、建物内部の床面上に設けられた組立ヤードにて、大梁を先組みしておき、この先組みした大梁を揚重して支柱に取り付けた。このように大梁を先組みすることで、第一からの第三の発明の効果に加えて、高所作業を大幅に削減して、屋根架構を安全にかつ短工期で構築できる。また、組立ヤードとして建物内部を使用したので、敷地が狭い場合でも、大スパンの屋根架構を構築できる。

本発明によれば、屋根面に大きな荷重が作用しても、トラス屋根の面外方向に生じるはらみ出し変形やねじれ変形が低減された屋根架構を構築できる。

本発明の一実施形態に係る屋根架構が適用された建物の骨組みの側面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 実施形態に係る建物の屋根架構の一部の模式的な斜視図である。 実施形態に係る屋根架構の大梁の一部の側面図である。 大梁と支柱との接合部分の拡大図（図４の破線で囲んだ部分）である。 図５のＢ−Ｂ断面図およびＣ−Ｃ断面図である。 実施形態に係る屋根架構を構築する手順のフローチャートである。 実施形態に係る屋根架構を構築する手順の説明図（その１）である。 実施形態に係る屋根架構を構築する手順の説明図（その２）である。

本発明者らは、大スパン屋根架構を実現する方法として、下弦材にケーブルを配置して緊張力を導入する張弦梁ではなく、Ｉ形鋼またはＨ形鋼材を上弦材および下弦材に使用して大梁を構成するとともに、大梁の両端部に補剛材を設けることで、屋根架構の面外方向へのねじれ変形を抑制し、かつ曲げ剛性に優れた屋根架構を発明するに至った。

以下、本発明の屋根架構とその構築方法について、図面を参照しながら実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る屋根架構１０が適用された建物１の骨組みの側面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、屋根架構１０の一部の模式的な斜視図である。

建物１は、大スパンの大空間６が形成された建物であり、平面視で矩形状の鉄筋コンクリート造の基礎２と、基礎２の上に構築された鉄筋コンクリート造の床部３と、床部３の外周に沿って立設された鉄筋コンクリート造の外周柱４および外周壁５と、この外周柱４の上に架設された鉄骨造の屋根架構１０と、を備える。
この建物１では、床部３、外周柱４、外周壁５、屋根架構１０で囲まれた空間が、大空間６となっている。

屋根架構１０は、略平行に配置された複数の大梁１１と、外周柱４の上に設けられて各大梁１１の両端部を支持する支柱１２と、大梁１１同士の間に架設された連結梁１３および水平ブレース１４と、支柱１２の柱脚部と外周に位置する連結梁１３とを連結する鉛直ブレース１５と、を有する。

また、略平行に配置された複数の大梁１１は、大梁１１を構成する下弦材２２同士の間に架設される連結部材２４を有する。連結部材２４は、軽量で曲げ剛性に優れたＩ形鋼材またはＨ形鋼材、あるいは構造用ケーブルで形成されている。屋根架構１０を構成する複数の大梁１１は、連結梁１３、水平ブレース１４、鉛直ブレース１５、および連結部材２４で互いに接合され、面外方向に拘束されていることで、大梁１１の面外方向へのはらみ出し変形やねじれ変形を低減することができる。

図４は、大梁１１の一部の側面図である。
支柱１２には、柱側継手部１６が設けられている。
大梁１１は、略水平に直線状に延びる上弦材２０と、この上弦材２０の両端側に設けられて支柱１２の柱側継手部１６にボルト接合される梁側継手部２１と、梁側継手部２１の間を連結しかつ中央部が下方に膨出する円弧状の下弦材２２と、下弦材２２と上弦材２０とを連結する束柱２３と、備える。
上弦材２０、下弦材２２、および束柱２３は、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼、あるいは板状の鋼材を溶接して形成された、Ｉ形状やＨ形状の鋼材である。

図５は、図４の破線で囲んだ部分の拡大図である。図６（ａ）は、図５のＢ−Ｂ断面図であり、図６（ｂ）は、図５のＣ−Ｃ断面図である。
梁側継手部２１は、上弦材接合部３０、下弦材接合部３１、鉛直補剛材としての第１補剛部３２、鉛直補剛材としての第２補剛部３３、水平補剛材としての第３補剛部３４、上フランジ部３５、下フランジ部３６、およびウエブ部３７を備える。

上弦材接合部３０は、上弦材２０にボルト接合されるものであり、上弦材２０と同一形状で、かつ上弦材２０の軸方向に沿って延びている。
下弦材接合部３１は、下弦材２２にボルト接合および溶接接合されるものであり、下弦材２２と同一形状で、かつ下弦材２２の軸方向に沿って延びている。

第１補剛部３２は、上弦材接合部３０および下弦材接合部３１の長さ方向の中間位置に設けられて、上弦材２０および下弦材２２の軸方向と交差する方向に延びて、下弦材接合部３１の下フランジから上弦材接合部３０の上フランジに至る板材である。
具体的には、第１補剛部３２は、図６（ａ）に示すように、上弦材接合部３０の上フランジ、下フランジ、およびウエブで囲まれた部分に設けられた一対の板材３２１と、下弦材接合部３１の上フランジ、下フランジ、およびウエブで囲まれた部分に設けられた一対の板材３２２と、上弦材接合部３０と下弦材接合部３１との間に設けられて、これら板材３２１、３２２と同一平面上に配置された板材３２３と、を備える。

第２補剛部３３は、上弦材接合部３０および下弦材接合部３１の外端に接合されて、上弦材２０および下弦材２２の軸方向と交差する方向に延びて、下弦材接合部３１の下フランジから上弦材接合部３０の上フランジに至る板材である。

第３補剛部３４は、上弦材接合部３０の下フランジ、下弦材接合部３１の上フランジ、第１補剛部３２の板材３２３、および第２補剛部３３で囲まれた空間に設けられ、上弦材２０および下弦材２２の軸方向に沿って延びる板状の部材である。

上フランジ部３５は、第２補剛部３３に接合されて、上弦材接合部３０の上フランジと同一平面上に設けられる板材である。この上フランジ部３５は、第２補剛部３３を介して、上弦材接合部３０の上フランジに繋がっている。
下フランジ部３６は、第２補剛部３３に接合されて、下弦材接合部３１の下フランジと同一平面上に設けられる板材である。この下フランジ部３６は、第２補剛部３３を介して、下弦材接合部３１の下フランジに繋がっている。

ウエブ部３７は、上フランジ部３５と下フランジ部３６との間に設けられて、第２補剛部３３に接合されている。このウエブ部３７は、第３補剛部３４と同一平面上に設けられる板材であり、第２補剛部３３を介して、第３補剛部３４に繋がっている。

柱側継手部１６は、上フランジ部４０、下フランジ部４１、およびウエブ部４２を備える。
上フランジ部４０は、支柱１２の柱頭部に取り付けられた板材であり、梁側継手部２１の上フランジ部３５に接合される。
下フランジ部４１は、支柱１２の柱頭部に取り付けられた板材であり、梁側継手部２１の下フランジ部３６に接合される。
ウエブ部４２は、支柱１２の柱頭部に取り付けられた板材であり、梁側継手部２１のウエブ部３７に接合される。

次に、以上の屋根架構１０を構築する手順について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。
基礎２、床部３、外周柱４、および外周壁５は、既に構築してあるものとする。
ステップＳ１では、図８に示すように、建物１の外側に揚重装置としてのクローラークレーン５０をセットして、外周柱４の上に支柱１２を建て込む。
ステップＳ２では、図８および図９に示すように、建物１の内部の床部３の上を区画して組立ヤード５１を設けて、この組立てヤードに架台５２を構築し、この架台５２に屋根架構１０の大梁１１を先組みする。

ステップＳ３では、図８および図９に示すように、クローラークレーン５０により先組みした大梁１１を揚重して、支柱１２間に配置する。
ステップＳ４では、大梁１１の梁側継手部２１と支柱１２の柱側継手部１６とを接合する。
ステップＳ５では、図９に示すように、今回取り付けた大梁１１と既に取り付けた大梁１１との間に連結梁１３を架設し、さらに水平ブレース１４および鉛直ブレース１５を取り付ける。
ステップＳ６では、ステップＳ１〜Ｓ５を繰り返して、図９中矢印で示すように、一端側から他端側に向かって一方向に建方を行って、屋根架構１０を完成させる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）上弦材２０と下弦材２２とを梁側継手部２１を介して柱材である支柱１２に連結させた柱梁架構は、直接、上弦材および下弦材を柱材に連結した柱梁架構に比べて、柱材間に架設される上弦材および下弦材の実質的なスパン長さを短くできる。また、上弦材２０の両端側に複数の補剛部３２、３３材を備えた梁側継手部２１を配置することで、屋根架構１０に生じる面外方向（図３中白抜き矢印で示す方向）へのはらみ出し変形を低減できる。

（２）建物１の内部の床面上に設けられた組立ヤード５１にて、大梁１１を先組みしておき、この先組みした大梁１１をクローラークレーン５０で揚重して支柱１２に取り付けた。このように大梁１１を先組みすることで、高所作業を大幅に削減して、屋根架構１０を安全にかつ短工期で構築できる。また、組立ヤード５１として建物１の内部を使用したので、敷地が狭い場合でも、大スパンの屋根架構１０を構築できる。

（３）大梁１１の端部に設けた梁側継手部２１と、支柱１２から延びる柱側継手部１６とを接合することで、大梁１１を支柱１２に取り付けた。したがって、屋根架構１０の接合構造を簡易かつ強固にできるうえに、屋根架構１０の構築作業の安全性が向上する。
また、大梁１１の長さを対向する支柱１２間の距離よりも短くできるので、建物１の内部に設けた組立ヤード５１を利用して、大梁１１を先組みできる。

（４）梁側継手部２１には、上弦材２０と下弦材２２とが接合されているので、梁側継手部２１を用いることで、上弦材２０および下弦材２２を柱側継手部１６に一箇所で接合でき、高所作業となる接合作業が安全に容易に実施できる。これに対し、例えば、特許文献１、２に開示されたトラス梁は上下２個所で接合することになる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。また、上記実施形態では、上弦材２０および下弦材２２は、梁側継手部２１内まで延長され、断面形状はＩ形またはＨ形であるが、これに限らず、第１補剛部３２を境にして、梁側継手部内では上弦材を上フランジとウエブとを備えたＴ形断面形状とし、下弦材を下フランジとウエブとを備えたＴ形断面形状として、双方のＴ形断面のウエブ同士を溶接で接合させる構成としてもよい。

１…建物 ２…基礎 ３…床部 ４…外周柱 ５…外周壁 ６…大空間
１０…屋根架構 １１…大梁 １２…支柱 １３…連結梁 １４…水平ブレース
１５…鉛直ブレース １６…柱側継手部
２０…上弦材 ２１…梁側継手部 ２２…下弦材 ２３…束柱 ２４…連結部材
３０…上弦材接合部 ３１…下弦材接合部 ３２…第１補剛部（鉛直補剛材）
３３…第２補剛部（鉛直補剛材） ３４…第３補剛部（水平補剛材）
３５…上フランジ部 ３６…下フランジ部 ３７…ウエブ部
４０…上フランジ部 ４１…下フランジ部 ４２…ウエブ部
５０…クローラークレーン（揚重装置） ５１…組立ヤード ５２…架台
３２１…板材 ３２２…板材 ３２３…板材

Claims (3)

1. 大梁と、当該大梁の両端部を支持する支柱と、を有する屋根架構であって、
   前記大梁は、略水平に直線状に延びる上弦材と、当該上弦材の両端側に設けられて前記支柱に接合される梁側継手部と、当該梁側継手部の間を連結しかつ中央部が下方に膨出する円弧状の下弦材と、を備え、
   前記上弦材および前記下弦材は、Ｉ形状またはＨ形状の鋼材を用いて形成され、
   前記梁側継手部は、前記上弦材に接合される上弦材接合部と、
   前記下弦材に接合される下弦材接合部と、
   前記上弦材接合部と前記下弦材接合部との間に設けられて、前記上弦材および前記下弦材の軸方向に延びる板状の水平補剛材と、
   前記上弦材接合部の上フランジに繋がる上フランジ部と、
   前記下弦材接合部の下フランジに繋がる下フランジ部と、
   当該上フランジ部と当該下フランジ部との間に設けられて前記水平補剛材に繋がるウエブ部と、を備えることを特徴とする屋根架構。
2. 前記梁側継手部には、前記上弦材および前記下弦材の軸方向と交差する方向に延びて、当該梁側継手部の下端から上端に至る板状の鉛直補剛材が複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の屋根架構。
3. 請求項１または２に記載の屋根架構の構築方法であって、
   前記支柱を建て込む第１工程と、
   建物内部の床面上に設けられた組立ヤードにて、前記大梁を先組みする第２工程と、
   揚重装置により当該先組みした大梁を揚重して、前記支柱間に配置する第３工程と、
   前記大梁の梁側継手部を前記支柱に接合する第４工程と、
   前記第１工程から前記第４工程を繰り返して、複数の大梁を互いに略平行に架設する第５工程と、を備えることを特徴とする屋根架構の構築方法。

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