JP2545017B2

JP2545017B2 - 緊張力外部支持型複合梁

Info

Publication number: JP2545017B2
Application number: JP4207412A
Authority: JP
Inventors: 邦昭林; 敏夫副島
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-07-11
Filing date: 1992-07-11
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPH0633548A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、緊張力外部支持型複合
梁に関し、特に梁の両端側部分に緊張ケーブルを設けて
これら緊張ケーブルの端部を外部構造物に支持させたも
のに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、トラス梁は、多数の三角形軸
組要素の連結体からなり、剛性が高く応力的にも有利で
あることから、構造物の梁として、一般にトラス梁が多
用されて来たが、最近ではトラス梁にプレストレスを付
加する緊張ケーブルであってトラス梁の全長に亙る緊張
ケーブルを組み込み、緊張ケーブルの端部をトラス梁の
端部に連結し、緊張ケーブルの緊張力をトラス梁の内部
で釣り合わせるようにした複合トラス梁が実用化されつ
つある（例えば、特開昭６２−１８２３４３号公報、特
開平１−１９０８４５号公報参照）。これに対して、四
角形軸組要素の連結体からなる格子梁は、ラチス材がな
いために剛性が低く撓み変形しやすく、応力的に不利で
あることから、実際の構造物には殆ど適用されていない
のが実情であり、特に格子梁に緊張ケーブルによってプ
レストレスを付加する技術は、全く提案されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記緊張ケーブルによ
りプレストレスを付加した複合トラス梁では、一般にト
ラス梁の全長に亙って緊張ケーブルを下方に凸状のパラ
ボラ曲線状に配設するが、トラス梁のスパン中央側の約
７／１０スパン部分では、緊張ケーブルの勾配が非常に
小さくなることから、緊張ケーブルの緊張力の鉛直方向
分力が非常に小さくなって、トラス梁の下方への撓み変
形を抑制する効果に乏しく、緊張ケーブルのうちのスパ
ン中央側の約７／１０スパン部分は、あまり有効に機能
せず、費用対効果の面で極めて不利である。尤も、緊張
ケーブルの勾配が小さくても、トラス梁の下弦材の引張
応力を緩和する作用があるが、元々トラス梁は剛性が高
いために、応力的には厳しくなく、下弦材の引張応力を
緩和する必要性が高くない。

【０００４】本発明の目的は、梁のスパンに比較して短
い緊張ケーブルによって梁の撓み変形を効果的に抑制し
得るような緊張力外部支持型複合梁を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の緊張力外部支
持型複合梁は、１又は複数の上弦材と、１又は複数の下
弦材と、前記上弦材と下弦材とを連結する複数の束材
と、前記上弦材と下弦材とを連結する複数のラチス材と
を主体として構成されたトラス梁と、前記トラス梁の両
端側のγ×Ｌ部分（但し、０．１≦γ≦０．３、Ｌはト
ラス梁のスパン）に亙る２組の緊張ケーブルであって、
一端部においてトラス梁に連結され且つ他端部において
トラス梁の端部を支持する外部構造物に連結され、前記
トラス梁にプレストレスを付加する２組の緊張ケーブル
とを備えたものである。請求項２の緊張力外部支持型複
合梁は、請求項１の複合梁において、前記緊張ケーブル
は、その前記他端部から前記一端部に亙って下り傾斜状
に配設されたものである。

【０００６】請求項３の緊張力外部支持型複合梁は、１
又は複数の上弦材と、１又は複数の下弦材と、前記上弦
材と下弦材とを連結する複数の束材とを主体として構成
された格子梁と、前記格子梁の両端側のγ×Ｌ部分（但
し、０．１≦γ≦０．３、Ｌは格子梁のスパン）に亙る
２組の緊張ケーブルであって、一端部において格子梁に
連結され且つ他端部において格子梁の端部を支持する外
部構造物に連結され、前記格子梁にプレストレスを付加
する２組の緊張ケーブルとを備えたものである。請求項
４の緊張力外部支持型複合梁は、請求項３の複合梁にお
いて、前記緊張ケーブルは、その前記他端部から前記一
端部に亙って下り傾斜状に配設されたものである。請求
項５の緊張力外部支持型複合梁は、請求項４の複合梁に
おいて、前記格子梁の両端付近の部分には、ラチス材を
設けたものである。

【０００７】

【作用】請求項１の緊張力外部支持型複合梁において
は、前記トラス梁の両端側のγ×Ｌ部分（但し、０．１
≦γ≦０．３、Ｌはトラス梁のスパン）に亙る２組の緊
張ケーブルを設けるため、緊張ケーブルの勾配を極力大
きく設定でき、トラス梁のスパンに比較して短い緊張ケ
ーブルにより、トラス梁の下方への撓み変形を効果的に
抑制できる。請求項２の緊張力外部支持型複合梁におい
ては、請求項１において、前記緊張ケーブルは、その前
記他端部から前記一端部に亙って下り傾斜状に配設する
ため、請求項１と同様に、トラス梁の下方への撓み変形
を効果的に抑制できる。

【０００８】請求項３の緊張力外部支持型複合梁におい
ては、前記格子梁の両端側のγ×Ｌ部分（但し、０．１
≦γ≦０．３、Ｌは格子梁のスパン）に亙る２組の緊張
ケーブルを設けるため、緊張ケーブルの勾配を極力大き
く設定でき、格子梁のスパンに比較して短い緊張ケーブ
ルにより、格子梁の下方への撓み変形を効果的に抑制で
きる。請求項４の緊張力外部支持型複合梁においては、
請求項３において、前記緊張ケーブルは、その前記他端
部から前記一端部に亙って下り傾斜状に配設するため、
請求項３と同様に、格子梁の下方への撓み変形を効果的
に抑制できる。請求項５の緊張力外部支持型複合梁にお
いては、請求項４の複合梁において、前記格子梁の両端
付近の部分には、ラチス材を設けるため、少数の部材に
より格子梁の両端付近の部分の剛性を効率よく高めるこ
とが出来る。

【０００９】

【発明の効果】前記作用の欄で説明したように、本発明
によれば次の効果が得られる。請求項１の緊張力外部支
持型複合梁によれば、前記トラス梁の両端側のγ×Ｌ部
分（但し、０．１≦γ≦０．３、Ｌはトラス梁のスパ
ン）に亙る２組の緊張ケーブルを設けるため、緊張ケー
ブルの勾配を極力大きく設定でき、トラス梁のスパンに
比較して短い緊張ケーブルにより、トラス梁の下方への
撓み変形を効果的に抑制できる。それ故、緊張ケーブル
に関連するコストを大幅に低減できる。請求項２の緊張
力外部支持型複合梁によれば、請求項１において、前記
緊張ケーブルは、その前記他端部から前記一端部に亙っ
て下り傾斜状に配設するため、請求項１と同様に、トラ
ス梁の下方への撓み変形を効果的に抑制できる。

【００１０】請求項３の緊張力外部支持型複合梁によれ
ば、前記格子梁の両端側のγ×Ｌ部分（但し、０．１≦
γ≦０．３、Ｌは格子梁のスパン）に亙る２組の緊張ケ
ーブルを設けるため、緊張ケーブルの勾配を極力大きく
設定でき、格子梁のスパンに比較して短い緊張ケーブル
により、格子梁の下方への撓み変形を効果的に抑制でき
る。それ故、請求項１と同様に、緊張ケーブルに関連す
るコストを大幅に低減できる。請求項４の緊張力外部支
持型複合梁によれば、請求項３において、前記緊張ケー
ブルは、その前記他端部から前記一端部に亙って下り傾
斜状に配設するため、請求項３と同様に、格子梁の下方
への撓み変形を効果的に抑制できる。請求項５の緊張力
外部支持型複合梁によれば、請求項４の複合梁におい
て、前記格子梁の両端付近の部分には、ラチス材を設け
るため、少数の部材により格子梁の両端付近の部分の剛
性を効率よく高めることが出来る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基いて
説明する。本実施例は、航空機等の格納庫の屋根構造の
緊張力外部支持型複合梁に本発明を適用した場合の一例
であるが、本発明の複合梁は、前記以外に、運動施設等
の移動屋根、工場建屋、イベント施設等の種々の大スパ
ン構造物の梁構造に好適のものである。図１に示すよう
に、格納庫１は、約１００ｍ乃至それ以上の幅を有する
大スパン構造物であり、この格納庫１は、基本的に屋根
構造２と、屋根構造２の左右両端部を支持する左右１対
の側壁構造３とからなる。前記屋根構造２には、左右方
向に延びる例えば４本の緊張力外部支持型複合梁１０
（以下、複合梁１０という）が設けられ、各側壁構造３
には複合梁１０と同一構面に含まれる柱部材４が設けら
れ、各複合梁１０の左右の両端部は、対応する柱部材４
の上端部に連結され、柱部材４で支持されている。

【００１２】前記複合梁１０について説明する。この複
合梁１０は、図２に示すように、基本的に、緩い勾配の
山形状のトラス梁２０と、このトラス梁２０にプレスト
レスを付加する２組の緊張ケーブル４０であってトラス
梁２０の両端側の約１／４スパン部分に亙る２組の緊張
ケーブル４０とからなる。前記トラス梁２０は、上弦材
２１と、下弦材２２と、これら上弦材２１と下弦材２２
とを連結する複数の束材２３であってスパン方向所定間
隔おきに配設された複数の束材２３と、複数のラチス材
２４とを主体として構成されている。

【００１３】前記トラス梁２０は、夫々１条の上弦材２
１及び下弦材２２を有する平面トラス梁に構成すること
もあるし、１条の上弦材２１及び２条の下弦材２２を有
する立体トラス梁に構成することもあるし、２条の上弦
材２１及び１条の下弦材２２を有する立体トラス梁に構
成することもあるし、夫々２条の上弦材２１及び下弦材
２２を有する立体トラス梁に構成することもある。ま
た、トラス梁２０としては、山形トラス梁に限らず、平
行弦トラス梁、勾配付きの平行弦トラス梁等種々のトラ
ス梁を適用可能である。前記上弦材２１や下弦材２２や
束材２３やラチス材２４の為の鋼材としては、パイプ
材、矩形状パイプ材、Ｈ型鋼材、アングル材、チャンネ
ル材等種々適用可能である。

【００１４】前記緊張ケーブル４０は、細い鋼線を多数
より合わせた太径のワイヤに必要に応じて合成樹脂製被
覆材を被覆した構造であり、各緊張ケーブル４０の外側
端部は、柱部材４（これが、外部構造物に相当する）の
上端部の定着板部材２５連結され、各緊張ケーブル４０
の内側端部は、束材２３の下端近傍位置においてトラス
梁２０に連結されている。つまり、緊張ケーブル４０の
緊張力は柱部材４に支持されているので、トラス梁２０
に強力な引張り方向のプレストレスを付加し、トラス梁
２０の撓み変形を効果的に抑制することが出来る。緊張
ケーブル４０は、トラス梁２０のスパン中央側程低くな
るように部分放物線状又は部分パラボラ曲線状に配設さ
れ、緊張ケーブル４０は、必要に応じてスパン方向所定
間隔おきに支圧板（図示略）で上下方向に位置規制され
る。

【００１５】緊張ケーブル４０には、トラス梁２０の自
重及びトラス梁２０が分担する屋根構造２の部分の自重
や、積雪等による外部荷重や、トラス梁２０のスパン等
に応じて適宜設定される緊張力（例えば、数１００ト
ン）が付与され、この緊張ケーブル４０でトラス梁２０
の下方への撓み変形を抑制するプレストレスをトラス梁
２０に付加するように構成してある。前記片側の各１組
の緊張ケーブル４０としては、少なくとも、２条の緊張
ケーブルを設けることが望ましいが、２条以上の緊張ケ
ーブル４０を設ける場合もあり、また、１条の緊張ケー
ブル４０を設けることも不可能ではない。更に、前記実
施例では、緊張ケーブル４０がトラス梁２０の両端側の
約１／４スパン部分に亙って設けたが、後述の解析結果
からも判るように、緊張ケーブル４０は、トラス梁２０
の両端側のγ×Ｌ部分（但し、０．１≦γ≦０．３、Ｌ
はトラス梁のスパン）に亙って設けてもよい。前記緊張
ケーブル４０を付設する際、図３に示すように、トラス
梁２０の端部所定長さ部分の端部上弦材２１ａと端部下
弦材２２ａとを外した状態において、トラス梁２０に連
結した緊張ケーブル４０に所定の大きさの緊張力を付加
し、その緊張力を付加した状態で、端部上弦材２１ａ
と端部下弦材２２ａとを連結することとする。

【００１６】次に、別実施例に係る緊張力外部支持型複
合梁１０Ａでは、図４に示すように、前記トラス梁２０
の代わりに格子梁２０Ａが設けられる。前記格子梁２０
Ａは、上弦材２１と、下弦材２２と、上弦材２１と下弦
材２２とを連結する複数の束材２３とを主体として構成
される一般的な構成の格子梁であり、必要に応じて適所
に支圧板２６を設けて支圧板２６を介して緊張ケーブル
４０の上下方向に位置規制してもよいし、格子梁２０Ａ
の両端付近の部分には、必要に応じてラチス材２７を設
けてもよい。尚、緊張ケーブル４０は、前記緊張ケーブ
ル４０と同様の構成であるので、説明を省略する。前記
格子梁２０Ａは、前記トラス梁２０の場合と同様に、夫
々１条の上弦材２１及び下弦材２２を有する平面格子梁
に構成することもあるし、１条の上弦材２１及び２条の
下弦材２２を有する立体格子梁に構成することもある
し、２条の上弦材２１及び１条の下弦材２２を有する立
体格子梁に構成することもあるし、夫々２条の上弦材２
１及び下弦材２２を有する立体格子梁に構成することも
ある。

【００１７】次に、前記緊張ケーブル４０の有効性を証
明する為に行った構造解析結果について説明する。図５
に示すように等分布荷重が作用するときの梁の曲げモー
メントＭ_Wと、図６に示すように集中荷重Ｐが作用する
ときの曲げモーメントＭ_Pは、梁／柱部材の剛度をＫ_bc
、作用点の距離をαＬ（但し、Ｌは梁のスパン）とす
ると、次式のようになる。

【数１】

【数２】前記より等分布荷重ｗが作用する状態でプレストレスを
左右対称な位置に作用させると、その時の曲げモーメン
トＭは、次式のようになる。

【数３】ここで、導入する緊張力をＴ_P、張力比をκとすると、
等分布荷重ｗＬと集中荷重Ｐとの関係は、次式のように
なる。

【数４】

【００１８】プレストレス作用時の曲げモーメントを無
次元化する為に、梁中央と梁端部の無張力時のモーメン
トに対する比をβ＝Ｍ／Ｍ_Wとすると、このモーメント
比βは、次式のようになる。

【数５】上式から、梁の端部では、モーメント比βが柱梁の剛度
Ｋ_bcとは無関係になることが判る。次に、モーメント比
βを一定にした時に作用させるべき緊張力は、張力比κ
を用いて、次式のように無次元化して表すことが出来
る。

【数６】

【００１９】前記実施例における複合梁を前提として、
張力作用点αと、張力比κとをパラメータとして、種々
の条件で構造解析を行って、モーメント比βを求め、図
７〜図１４のような結果を得た。図７〜図１２は、緊張
力作用時の梁中央の無次元化応力（モーメント比β）を
示し、また図１３と図１４は緊張力作用時の梁端部の無
次元化応力（モーメント比β）を示すものである。これ
らの図の曲線はモーメント比β、つまり梁の撓みを反映
するものであるが、張力作用点αがγ（但し、０．１≦
γ≦０．３）以上になると、モーメント比βはサチュレ
ート状態となる。このことから、緊張ケーブルは、トラ
ス梁や格子梁の両端側のγ×Ｌ（但し、Ｌは梁のスパ
ン）の範囲に設ければ、十分な撓み変形抑制機能が得ら
れることが判る。前記複合梁は、前記列挙した構造物以
外に橋梁等にも適用できるが、このような場合には、緊
張ケーブルの外側端部を複合梁の両端部を支持する外部
構造物に連結して緊張力を支持させることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る格納庫の斜視図である。

【図２】図１の格納庫の複合梁及び柱部材の構成図であ
る。

【図３】図２の複合梁の架設途中状態の要部構成図であ
る。

【図４】別実施例に係る複合梁及び柱部材の構成図であ
る。

【図５】構造解析用の等分布荷重説明図である。

【図６】構造解析用の集中荷重説明図である。

【図７】構造解析の結果のモーメント比の線図である。

【図８】構造解析の結果のモーメント比の線図である。

【図９】構造解析の結果のモーメント比の線図である。

【図１０】構造解析の結果のモーメント比の線図であ
る。

【図１１】構造解析の結果のモーメント比の線図であ
る。

【図１２】構造解析の結果のモーメント比の線図であ
る。

【図１３】構造解析の結果のモーメント比の線図であ
る。

【図１４】構造解析の結果のモーメント比の線図であ
る。

【符号の説明】

４柱部材１０複合梁２０トラス梁２０Ａ格子梁２１上弦材２２下弦材２３束材２４ラチス材４０緊張ケーブル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１又は複数の上弦材と、１又は複数の下
弦材と、前記上弦材と下弦材とを連結する複数の束材
と、前記上弦材と下弦材とを連結する複数のラチス材と
を主体として構成されたトラス梁と、前記トラス梁の両端側のγ×Ｌ部分（但し、０．１≦γ
≦０．３、Ｌはトラス梁のスパン）に亙る２組の緊張ケ
ーブルであって、一端部においてトラス梁に連結され且
つ他端部においてトラス梁の端部を支持する外部構造物
に連結され、前記トラス梁にプレストレスを付加する２
組の緊張ケーブルと、を備えたことを特徴とする緊張力外部支持型複合梁。
【請求項２】前記緊張ケーブルは、その前記他端部か
ら前記一端部に亙って下り傾斜状に配設されたことを特
徴とする請求項１に記載の緊張力外部支持型複合梁。
【請求項３】１又は複数の上弦材と、１又は複数の下
弦材と、前記上弦材と下弦材とを連結する複数の束材と
を主体として構成された格子梁と、前記格子梁の両端側のγ×Ｌ部分（但し、０．１≦γ≦
０．３、Ｌは格子梁のスパン）に亙る２組の緊張ケーブ
ルであって、一端部において格子梁に連結され且つ他端
部において格子梁の端部を支持する外部構造物に連結さ
れ、前記格子梁にプレストレスを付加する２組の緊張ケ
ーブルと、を備えたことを特徴とする緊張力外部支持型複合梁。
【請求項４】前記緊張ケーブルは、その前記他端部か
ら前記一端部に亙って下り傾斜状に配設されたことを特
徴とする請求項３に記載の緊張力外部支持型複合梁。
【請求項５】前記格子梁の両端付近の部分には、ラチ
ス材を設けたことを特徴とする請求項４に記載の緊張力
外部支持型複合梁。