JPH07324420A - 張弦梁屋根架構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中央に大きな開口部を持つ屋根を、無理な設
計ではなく、経済的にしかも美観や開放感を満足させな
がら実現する。 【構成】 屋根開口部Ｈをその内側に形成するコンプレ
ッションリング２１と、このコンプレッションリング２
１に圧縮応力を導入する剛性確保用ケーブル２２と、コ
ンプレッションリング２１を中心にしてその外側に放射
状に配設され各内端がコンプレッションリング２１に接
合された複数のトラス梁２３と、これらトラス梁２３の
外端が接合され各トラス梁２３から伝達される屋根荷重
を受け止めることで引張応力を発生するテンションリン
グ２４と、前記トラス梁２３のうちの少数のトラス梁２
３の外端の下部をコンプレッションリング２１方向に引
っ張ることでトラス梁２３に所定の応力を導入する張弦
ケーブル２５とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、張弦ケーブルを緊張す
ることによって自立性を助ける所定の応力を導入した張
弦梁屋根架構に関する。

【０００２】

【従来の技術】長大スパン構造の屋根の架構形式の一つ
として張弦梁屋根架構があり、その一例を図８および図
９に示す。これらの図に示す構造の屋根Ａは、複数の大
梁１を環状のリングガーダー２の外周部に、リングガー
ダー２を中心として放射状に接合し、隣接する各大梁１
間に複数の小梁およびブレースを接合してトラス屋根を
構成すると共に、各大梁１の先端部１ａとリングガーダ
ー２の底部のテンションリンググ２ａとの間に張弦ケー
ブル３を張設して、各大梁１に所定の応力を導入して自
立させたものであり、各大梁１の先端部１ａが、別途構
築された側壁部５の上端部により支持されることで、こ
の側壁部５の上方に架設されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
張弦梁屋根架構を、図１０に示すような中央に大きな開
口部Ｈを有した屋根に適用した場合、向かい合う大梁１
毎に通しで張設した張弦ケーブル３が多数、開口部Ｈを
横断する形で存在することになるので、中央開口部Ｈの
有効空間の確保や美観または開放感の確保の上から好ま
しくない。

【０００４】そこで、図１１に示すように、開口部Ｈの
周辺に十分な剛性を持ったコンプレッションリング７を
配設し、張弦ケーブル３の内端をこのコンプレッション
リング７に定着することにより、コンプレッションリン
グ７の底部を横断する張弦ケーブル３を無くすことが考
えられる。しかし、この場合、コンプレッションリング
７の剛性を向上させるために部材強度を大幅にアップさ
せる必要がある等、設計面でかなりの無理が生じ、中央
部の自重も増えて経済性が悪化するという問題がある。

【０００５】本発明は、上記事情を考慮し、中央に大き
な開口部を持つ屋根を、無理な設計をすることなく、経
済的にしかも美観や開放感を満足させながら実現するこ
とのできる張弦梁屋根架構を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、屋根
開口部の周囲に配置されたコンプレッションリングと、
このコンプレッションリングに圧縮応力を導入する剛性
確保用ケーブルと、前記コンプレッションリングを中心
にしてその外側に放射状に配設され各内端が前記コンプ
レッションリングに接合された複数の大梁と、これら大
梁の外端の下部を前記コンプレッションリング方向に引
っ張ることで各大梁に所定の応力を導入する張弦ケーブ
ルとを備えたことを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、前記各大梁の外端は、
各大梁から伝達される屋根荷重を受け止めることで引張
応力を発生するテンションリングに接合され、前記大梁
のうちの少数の大梁の外端の下部が前記張弦ケーブルに
より前記コンプレッションリング方向に引っ張られてい
ることを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、前記剛性確保用ケーブ
ルは、前記コンプレッションリングの対向壁部の一方の
上端から他方の下端に、また、一方の下端から他方の上
端にクロスして張設されていることを特徴とする。

【０００９】請求項４の発明は、前記テンションリング
の下端が屋根支持用下部架構の上端にピン接合されてい
ることを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１の発明では、剛性確保用ケーブルによ
って、コンプレッションリングに圧縮応力が導入される
ことにより、コンプレッションリングの剛性が高められ
る。

【００１１】請求項２の発明では、各大梁の外端がテン
ションリングを介して力学的に結合され、各大梁に加わ
る力（主として屋根荷重）がテンションリングにより受
け止められて、周方向に分散される。また、少数の大梁
に張った張弦ケーブルによる張弦効果が、周方向に力を
分散する作用のあるテンションリングを介して、他の大
梁にも伝わる。

【００１２】請求項３の発明では、剛性確保用ケーブル
が、コンプレッションリングのブレースとして機能する
ようになるので、コンプレッションリングの座屈が防止
される。

【００１３】請求項４の発明では、テンションリングの
下端が下部架構にピン接合されていることにより、テン
ションリングで受けた力が有効に下部架構に伝わる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は実施例の張弦梁屋根架構を適用した施設
の側断面図である。図１において、符号１０で示すもの
は中央に開口部Ｈを有した張弦梁屋根架構、１１は中央
の開口部Ｈを覆う開閉式の可動屋根、１２は下部架構、
１３はイベント広場ないしはグランドである。

【００１５】中央の開口部Ｈは、イベント広場ないしは
グランド１３に自然光を大量に導入できるように大きく
開いている。下部架構１２は、長円形をなした広場ない
しはグランド１３の周囲を囲むように構築されており、
断面が、外側に曲がったくの字形をなしている。この下
部架構１２は、例えば鉄骨を主体として構成されてお
り、その断面形状により、所定のバネ性と剛性とを兼ね
備えている。そして、底部周囲の土圧と、地盤に打ち込
んだ基礎等により堅固に支持されている。

【００１６】張弦梁屋根架構１０は、図２に示すよう
に、スパン／ライズ比の小さなオーバル形に形成されて
おり、鉄骨あるいはパイプ軸組による立体トラス構造と
して構成されている。すなわち、張弦梁屋根架構１０
は、中央の長円形の開口部Ｈの周囲に配置された平面視
長円形のコンプレッションリング２１と、このコンプレ
ッションリング２１に圧縮応力を導入する剛性確保用ケ
ーブル２２と、コンプレッションリング２１を中心にし
てその外側に放射状に配設され各内端がコンプレッショ
ンリング２１に接合された複数の側面視円弧状のトラス
梁２３と、各トラス梁２３の外端に接合され各トラス梁
２３から伝達される屋根荷重を受け止めることで引張応
力を発生するテンションリング２４と、トラス梁２３の
うちの少数のトラス梁２３の外端の下部をコンプレッシ
ョンリング方向に引っ張ることで各トラス梁２３に所定
の応力を導入する張弦ケーブル２５とから構成されてい
る。また、隣接するトラス梁２３間には、コンプレッシ
ョンリング２１と同心状に小梁やブレース等が設けられ
ている。

【００１７】コンプレッションリング２１は、一体的な
剛性を持つように長円形の環状に組まれた骨組部分であ
り、剛性確保用ケーブル２２で収縮方向に外力が加えら
れることにより、周方向の圧縮応力（軸力）が導入され
ている。このコンプレッションリング２１は下端に、張
弦ケーブル２５を引っ掛けるための突出部２１ａを有し
ている。一方、テンションリング２４は、トラス梁２３
の外端間を周方向に強固に連結する骨組部分であり、ト
ラス梁２３から伝わるスラスト力を受けて、周方向に引
張応力を発生している。

【００１８】剛性確保用ケーブル２２は、長円形のコン
プレッションリング２１の直線状対向壁部の一方の上端
から他方の下端に、また一方の下端から他方の上端にク
ロスして張設されており、張設後、緊張力が導入される
ことにより、コンプレッションリング２１を収縮方向に
引っ張っている。各剛性確保用ケーブル２２は、直線状
対向壁部の長さ方向中央と両端部のトラス梁２３のある
位置（３か所）に配置されており、コンプレッションリ
ング２１の座屈を防止するブレースの役割を果たすよう
になっている。

【００１９】また、張弦ケーブル２５は、トラス梁２３
に作用するスラスト力を処理するためのもので、剛性確
保用ケーブル２２を張設した位置（３か所）に、コンプ
レッションリング２１の短軸方向に沿って張設されてい
る。また、コンプレッションリング２１の長軸方向に沿
って１本が張設されている。各張弦ケーブル２５は、コ
ンプレッションリング２１を挟んで対向する一方のトラ
ス梁２３の外端の下部から、他方のトラス梁２３の外端
の下部まで通しで張設されており、途中、コンプレッシ
ョンリング２１の突出部２１ａ、２１ａに引っ掛けられ
た状態で緊張され、それによりトラス梁２３の外端をコ
ンプレッションリング２１方向に引っ張り、トラス梁２
３に所定の応力を導入している。

【００２０】また、長軸方向に張設した張弦ケーブル２
５と、短軸方向に張設した両端の張弦ケーブル２５の交
点には、コンプレッションリング２１の半円状部分に接
合したトラス梁２３の外端下部に連結した張弦ケーブル
２５の端部が合流して連結されている。なお、この場
合、張弦ケーブル２５がコンプレッションリング２１を
横断するように通しで設けられていることにより、張弦
ケーブル２５の一部が、コンプレッションリング２１の
剛性確保用ケーブルの役目も果たしている。

【００２１】そして、このように構成された張弦梁屋根
架構１０は、テンションリング２４の下端が、トラス梁
２３のある位置で、屋根支持用下部架構１２の上端にピ
ン３０によって接合されることで、下部架構１２の上方
に架設されている。この張弦梁屋根架構１０の上面に
は、屋根ふき材が貼られ、防水仕上げ加工が施されてい
る。また、可動屋根１１は、張弦梁屋根架構１０に設備
した可動機構により支持され、駆動されるようになって
いる。

【００２２】上記張弦梁屋根架構１０を用いた屋根で
は、剛性確保用ケーブル２２によってコンプレッション
リング２１に圧縮応力が導入されていることにより、コ
ンプレッションリング２１の剛性が高められている。従
って、コンプレッションリング２１の部材強度を高めて
剛性の増大を図らなくても、十分な剛性が確保され、開
口部Ｈの周辺の荷重の増大が抑えられ、経済的な構造と
なっている。

【００２３】また、各トラス梁２３の外端がテンション
リング２４を介して周方向に力学的に結合されているの
で、各トラス梁２３に加わる力（主として屋根荷重）が
テンションリング２４により受け止められ、その荷重が
周方向に分散されている。また、トラス梁２３に張った
張弦ケーブル２５による張弦効果が、テンションリング
２４を介して他のトラス梁２３にも伝えられ、全部のト
ラス梁２３に張弦ケーブル２５を張設しなくても、張弦
効果が全体に及んでいる。よって、張弦ケーブル２５の
本数を少なくでき、中央の開口部Ｈの美観や開放感が確
保される。

【００２４】また、剛性確保用ケーブル２２がコンプレ
ッションリング２１のブレースとして機能するので、コ
ンプレッションリング２１の座屈が防止される。さら
に、テンションリング２４の下端が下部架構１２にピン
３０で接合されているので、テンションリング２４で受
けた力が有効に下部架構１２に伝わる。

【００２５】図３は力の伝達の様子を示している。白抜
き矢印Ｗで示す屋根荷重が、トラス梁２３を介して矢印
Ｓ１方向に伝達され、矢印Ｓで示すスラスト力がテンシ
ョンリング２４に作用する。この力は、下部機構１２に
矢印Ｓ２、Ｓ２と伝達され、地盤に伝達される。

【００２６】図４は、上記張弦梁屋根架構１０を図５に
示すようにモデル化した場合の各応力のコンピュータ分
析結果を示す。ここでは、コンプレッションリング２１
の最大圧縮応力（ｍａｘ軸力Ｎ１）と、最大スラスト力
（ｍａｘ軸力Ｒ）と、テンションリング２４の最大張力
（ｍａｘ軸力Ｔ１）が、下部架構１２のバネ剛性Ｋ（ｔ
ｏｎ／ｃｍ）に応じてどのように変化するかを調べた結
果を示す。この結果から、コンプレッションリング２１
の軸力Ｎ１は、下部架構１２の剛性に関係なく、屋根の
形態のみに依存するものであることが推測できる。ま
た、スラスト力Ｒとテンションリング２４の張力Ｔ１
は、下部架構１２のバネ剛性Ｋに大きく依存することが
分かる。従って、設計者は、任意のＫ（下部架構の形態
や柱梁の剛性）を設定することで、スラスト力Ｒや張力
Ｔ１を決定することができるようになり、それに応じて
テンションリング２４の強度を設定することができるよ
うになる。

【００２７】また、図６は、図５のモデルを用いて振動
解析を行った結果を示し、固有振動モード（逆対称モー
ド）を短軸方向から見た状態を示す。この結果から、中
央部にクロスケーブルがある場合（実施例のように剛性
確保用ケーブル２２をブレースとして交差させた場合）
では、無い場合と比較して、剛性（固有振動数）が１０
〜２０％上昇することが分かった。

【００２８】なお、剛性確保用ケーブル２２および張弦
ケーブル２５の張設の仕方は、上記実施例のものに限定
されない。図７は剛性確保用ケーブル２２および張弦ケ
ーブル２５の張設の仕方の例を示している。（ａ）は上
記実施例の場合であり、短軸方向に沿って３か所に剛性
確保用ケーブル２２、張弦ケーブル２５が張られ、長軸
方向に沿って１か所に張弦ケーブル２５が張られ、半円
状部分の長軸と４５度傾いた位置に半径方向に沿って張
弦ケーブル２５が張られている。（ｂ）は４５度傾いた
位置の張弦ケーブルを省略した場合を示している。
（ｃ）は全部のトラス梁を１つの中心に向かって放射状
に配した場合の例であり、この場合は、剛性確保用ケー
ブル２２、張弦ケーブル２５をその中心を通る直線に沿
って放射状に張っている。これ以外の張り方をとっても
勿論よい。

【００２９】また、上記実施例では、平面形状が長円形
の屋根の場合を説明したが、円形の屋根の場合にも本発
明は適用できるし、矩形の屋根の場合にも本発明は適用
可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、開口部周辺に剛性の高いコンプレッションリン
グを設けたことにより、中央に大きな開口部を有する屋
根を構築することができる。また、剛性確保用ケーブル
で圧縮応力を導入することによりコンプレッションリン
グの剛性を高めたので、コンプレッションリングの部材
強度を高めて剛性の増大を図らなくても、十分な剛性を
確保でき、開口部周辺の荷重の増大を抑えて、経済的な
設計ができるようになる。また、コンプレッションリン
グの剛性増大により、張弦ケーブルの定着をコンプレッ
ションリングにすればよくなるので、たとえ大梁毎に張
弦ケーブルを設けた場合でも、中央開口部の美観や開放
感を張弦ケーブルによって損なうことがなくなる。よっ
て、美観や開放感を満足させながら、経済的に中央に大
きな開口を有する屋根が構築できるようになる。

【００３１】請求項２の発明によれば、テンションリン
グに大梁の外端を接合しているので、従来のように全部
の大梁に張弦ケーブルを張設しなくても、少数の大梁に
張設した張弦ケーブルによる張弦効果を、他の大梁にも
伝えることができる。従って、張弦ケーブルの本数を少
なくすることができ、張弦ケーブルを、大梁の端部から
別の大梁の端部まで通しで設けた場合（コンプレッショ
ンリングの底部を横断する形で設けた場合）にも、中央
の開口部の美観や開放感をあまり損なわなくなる。

【００３２】請求項３の発明によれば、クロスに張設し
た剛性確保用ケーブルにより、コンプレッションリング
の座屈耐力を向上させることができ、強度的に一層安定
した屋根を提供できる。

【００３３】請求項４の発明によれば、テンションリン
グの下端が下部架構にピン接合されているので、テンシ
ョンリングから下部架構への力の伝達が有効に行われ
る。従って、下部架構のバネ性に応じてテンションリン
グの強度等を設定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の張弦梁屋根架構を備えた施
設の側断面図である。

【図２】同張弦梁屋根架構の斜視図である。

【図３】同張弦梁屋根架構における力の伝達状況を示す
図である。

【図４】同張弦梁屋根架構における各部応力を示す特性
図である。

【図５】同張弦梁屋根架構の力学解析モデルを示す斜視
図である。

【図６】同張弦梁屋根架構の振動解析結果を示す特性図
である。

【図７】同張弦梁屋根架構におけるコンプレッションリ
ングの剛性確保用ケーブルの架設例を示す平面図であ
る。

【図８】従来の張弦梁屋根架構を備えた施設の側断面図
である。

【図９】従来の張弦梁屋根架構の斜視図である。

【図１０】従来の張弦梁屋根架構を、中央に大きな開口
部を有する屋根に適用した場合の一例を示す概略側断面
図である。

【図１１】同他の例を示す概略側断面図である。

【符号の説明】

１０ 張弦梁屋根架構 ２１ コンプレッションリング ２２ 剛性確保用ケーブル ２３ トラス梁（大梁） ２４ テンションリング ２５ 張弦ケーブル Ｈ 開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 尚範 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屋根開口部の周囲に配置されたコンプレ
   ッションリングと、このコンプレッションリングに圧縮
   応力を導入する剛性確保用ケーブルと、前記コンプレッ
   ションリングを中心にしてその外側に放射状に配設され
   各内端が前記コンプレッションリングに接合された複数
   の大梁と、これら大梁の外端の下部を前記コンプレッシ
   ョンリング方向に引っ張ることで各大梁に所定の応力を
   導入する張弦ケーブルとを備えたことを特徴とする張弦
   梁屋根架構。
2. 【請求項２】 前記各大梁の外端は、各大梁から伝達さ
   れる屋根荷重を受け止めることで引張応力を発生するテ
   ンションリングに接合され、前記大梁のうちの少数の大
   梁の外端の下部が前記張弦ケーブルにより前記コンプレ
   ッションリング方向に引っ張られていることを特徴とす
   る請求項１記載の張弦梁屋根架構。
3. 【請求項３】 前記剛性確保用ケーブルが、前記コンプ
   レッションリングの対向壁部の一方の上端から他方の下
   端に、また、一方の下端から他方の上端にクロスして張
   設されていることを特徴とする請求項１または２記載の
   張弦梁屋根架構。
4. 【請求項４】 前記テンションリングの下端が屋根支持
   用下部架構の上端にピン接合されていることを特徴とす
   る請求項２記載の張弦梁屋根架構。