JP6706070B2

JP6706070B2 - 屋根構造

Info

Publication number: JP6706070B2
Application number: JP2016001173A
Authority: JP
Inventors: 久人奥出
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2016-01-06
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2036-01-06
Also published as: JP2017122334A

Description

本発明は、屋根構造に関する。

下記特許文献１には、分割されたユニットを環状に繋いで立体トラスの屋根を構成することが開示されている。この屋根は、各ユニットが内側に倒れ込もうとして互いに支え合うことにより、ワイヤー等を用いなくても自立することができる。

特開平７−７６９３３号公報

しかし、上記特許文献１によると、屋根を環状の立体トラス構造としなければならず、屋根構造に制約をうける。また、環状でないトラス構造の屋根とする場合、屋根の外端部を段床から立ち上げた支柱で支持し、屋根の外端部から観客席の外側へ張出したアームをワイヤーで引張り、屋根をバランスさせる構造が考えられる。しかし、ワイヤー及びアームが観客席の外側に位置するので、観客席の外観に制約を受ける。

本発明は上記事実を考慮して、屋根構造及び観客席の外観の制約を少なくすることを目的とする。

請求項１の屋根構造は、観客席を構成する段床を備えた構造体と、前記段床から上方へ突出する支柱と、内端部と外端部の間を前記複数の支柱に支持された屋根と、前記屋根の外端部と前記構造体とを繋ぐ繋ぎ部材と、を有し、前記屋根は、端部を持たないリングトラスとして形成され前記複数の支柱に架け渡された立体トラス梁を備えている。

請求項１の屋根構造によると、支柱は、段床から上方へ突出して、屋根の内端部と外端部の間を支持している。つまり、屋根は支柱を支点として、段床の外端部側と内端部側の両側へ張出している。そして、屋根の外端部と段床を備えた構造体とを繋ぎ部材で繋ぎ、屋根のバランスを取っている。

このため、従来のように、屋根の外端部からアームを外側へ張出して、ワイヤーでアームを引っ張り支持する必要がなく、屋根構造の制約が少なくなると共に、観客席の外観の設計自由度が高くなる。

また、支柱に構造体の荷重を負担させない構造とすれば、屋根荷重を支えるだけの支柱構造とすることができる。
請求項２の屋根構造は、請求項１に記載の屋根構造において、前記支柱は、前記段床の外端部より内側から上方へ突出し、前記繋ぎ部材は、前記屋根の外端部と前記段床の外端部とを繋いでいる。

請求項３の屋根構造は、請求項２に記載の屋根構造において、前記段床の外端部が片持とされている。

請求項３の屋根構造によると、構造体の外端部は片持とされているため、構造体の外端部には沈み込もうとする力が作用する。このため、例えば繋ぎ部材としてのワイヤーで屋根の外端部と構造体を繋ぐだけで、浮き上がろうとする屋根の外端部を引き下げる力が作用する。

また、前記屋根は、複数の前記支柱に接合されたトラス梁を備えている。

この屋根構造によると、屋根のトラス梁を複数の支柱に接合することで、トラス梁を用いない場合と比較して、支柱の間隔を広くでき、支柱の本数を減らすことができる。
請求項４の屋根構造は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の屋根構造において、前記屋根は、前記立体トラス梁と交差する方向に架け渡され、前記屋根の内端部及び外端部を形成するトラス梁を備えている、

本発明に係る建物によれば、屋根構造及び観客席の外観の制約を少なくすることができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る屋根構造の、立体トラス梁が支柱に支持されている状態を示した立断面図であり、（Ｂ）は立体トラス梁と支柱の接合構造を示した斜視図であり、（Ｃ）はトラス梁が立体トラス梁に支持されている状態を示した立断面図である。本発明の第１実施形態に係る屋根構造を示した平面図である。（Ａ）は本発明の第２実施形態に係る屋根構造を示した平面図であり、（Ｂ）は部分斜視図である。本発明の変形例に係る屋根構造を示した平面図である。（Ａ）は本発明の比較例に係る屋根構造を示した立断面図であり、屋根が支柱からワイヤーで吊下げ支持されている状態を示し、（Ｂ）は本発明の別の比較例に係る屋根構造を示した平面図であり、屋根を支えるトラス梁を井桁状に組んだ状態を示している。

［第１実施形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態としての屋根構造２０について説明する。図１（Ａ）に示すように、第１実施形態の屋根構造２０は、フィールド１２と、フィールド１２を取り囲むように構成されたすり鉢状の下部構造体１４と、基礎部１６と、を備えた建物１０に適用される。なお、本実施形態では、建物１０はスタンドとされている。

（屋根構造）
第１実施形態に係る屋根構造２０は、下部構造体１４と、建物１０の基礎部１６から立設され、下部構造体１４から上方へ突出する支柱２２と、支柱２２に支持された屋根３０と、屋根３０と下部構造体１４とを繋ぐ繋ぎ部材５０と、を備えている。

（下部構造体）
下部構造体１４は、観客席を構成する段床１４Ａを備えた鉄筋コンクリート製の構造体で、基礎部１６から立設された支持部１４Ｂによって支持されている。段床１４Ａは下部構造体１４のスラブであり、下部構造体１４の外端部（段床１４Ａの外端部）１４Ｃは支持部１４Ｅを備えない片持ち構造とされ、下向きに沈み込もうとする力が作用している。
外端部１４Ｃよりも内側には貫通孔１４Ｄが形成されており、支柱２２が貫通している。なお、実施形態において、支持部１４Ｂは基礎部１６に固定されているが、支持部１４Ｂと基礎部１６との間に免震装置を設け、下部構造体１４を免震支持してもよい。

（支柱）
支柱２２は基礎部１６から立設された鉄筋コンクリート製の柱とされ、下部構造体１４の貫通孔１４Ｄを貫通して、段床１４Ａの上方へ突出している。支柱２２の上端部には接合部２２Ａが形成され、屋根３０を構成する立体トラス梁４０がピン接合されている。これにより、支柱２２は屋根３０の荷重を支持しているが、下部構造体１４の荷重は支持していない。

（屋根）
図２に示すように、屋根３０は、フィールド１２を取り囲むように配置され、下部構造体１４を覆っている。屋根３０の骨組みは、支柱２２に架け渡された立体トラス梁４０と、立体トラス梁４０と交差する方向に架け渡されたトラス梁３２と、トラス梁３２に架設された小梁３３と、を備えている。

（立体トラス梁）
図１（Ａ）には、図２におけるＡ−Ａ線断面図が示されている。図１（Ａ）に示すように、立体トラス梁４０は、上弦材４２、４４及び下弦材４６が斜材４８で結合された断面三角形の立体トラスとされている。図１（Ｂ）に示すように、下弦材４６が、支柱２２の上端部に形成された接合部２２Ａとピン接合されて、支柱２２に支持されている。また、立体トラス梁４０は、図２に示すように、フィールド１２を取り囲むように架設されている。すなわち、立体トラス梁４０は、端部を持たないリングトラスとされている。なお、立体トラス梁４０は本発明におけるトラス梁の一例である。

（トラス梁）
図１（Ｃ）には、図２におけるＢ−Ｂ線断面図が示されている。なお、構成を分かり易くするため、立体トラス梁４０の斜材４８は省略している。図１（Ｃ）に示すように、トラス梁３２は、上弦材３４と下弦材３６が斜材３８で結合されている。上弦材３４は立体トラス梁４０の上弦材４２及び上弦材４４に結合され、下弦材３６は立体トラス梁４０の下弦材４６に結合されている。また、斜材３８は、上弦材４２及び上弦材４４と下弦材４６も結合している。これにより、トラス梁３２は、立体トラス梁４０と一体化され、立体トラス梁４０によって支持されている。

また、トラス梁３２は、立体トラス梁４０よりも内側（フィールド１２寄り）に内端部３２Ａを備え、立体トラス梁４０よりも外側に外端部３２Ｂを備えている。なお、トラス梁３２の内端部３２Ａ及び外端部３２Ｂは、それぞれ屋根３０の内端部及び外端部と一致する。

また、トラス梁３２に架設された小梁３３の上部には、図示しない板材又は膜材が架け渡されて、屋根面が形成されている。屋根面は、雨水がフィールド１２と反対側に流れるように１／１００程度の水勾配がつけられているが、概ね水平な構成とされている。また、屋根３０の立体トラス梁４０よりも内側の重量は、立体トラス梁４０よりも外側の重量よりも大きい。このため、屋根３０の内端部（トラス梁３２の内端部３２Ａ）は、立体トラス梁４０を支点として下方へ沈み込もうとし、屋根３０の外端部（トラス梁３２の外端部３２Ｂ）は、立体トラス梁４０を支点として上方へ浮き上がろうとする。

（繋ぎ部材）
繋ぎ部材５０は、トラス梁３２の外端部３２Ｂと、下部構造体１４の外端部１４Ｃとを連結している連結部材であり、丸鋼管５２と、丸鋼管５２の下端部に溶接されたベースプレート５４と、で形成されている。丸鋼管５２の上端部はトラス梁３２の外端部３２Ｂに溶接され、ベースプレート５４は下部構造体１４にボルト固定されている。これにより、繋ぎ部材５０は上方へ浮き上がろうとするトラス梁３２を引張り支持することができる。

なお、繋ぎ部材５０の固定方法は上述の方法に限られない。例えばベースプレート５４を設けず、丸鋼管５２の下端部を下部構造体１４に埋め込んだ根巻柱脚としてもよいし、丸鋼管５２の上端部をトラス梁３２の外端部３２Ｂにボルト固定してもよい。さらに、繋ぎ部材５０を固定するのは段床１４Ａの外端部１４Ｃに限られず、外端部１４Ｃよりも内側の部分であってもよいし、段床１４Ａを支える梁でもよい。あるいは、繋ぎ部材５０は段床１４Ａの外端部１４Ｃの外側、すなわち基礎部１６に設置したアンカー部材に固定してもよい。このように、繋ぎ部材５０の固定箇所は適宜選択可能である。なお、下部構造体１４及び基礎部１６は本発明における構造体の一例である。

（作用及び効果）
第１実施形態の屋根構造２０においては、支柱２２の上端部と、屋根３０を構成する立体トラス梁４０とがピン接合されている。また、屋根３０の立体トラス梁４０よりも内側の重量は、立体トラス梁４０よりも外側の重量よりも大きい。このため、屋根３０には、トラス梁３２の内端部３２Ａが下方に沈み込み、外端部３２Ｂが上方に浮き上がろうとする力が作用している。

一方で、下部構造体１４の外端部１４Ｃは片持ち構造とされており、下向きに沈み込もうとする力が作用している。

さらに、上方に浮き上がろうとするトラス梁３２の外端部３２Ｂと、下向きに沈み込もうとする下部構造体１４の外端部１４Ｃとが、繋ぎ部材５０によって連結されている。これにより、浮き上がろうとする力と沈み込もうとする力が相殺されて、屋根３０及び下部構造体１４が支持されバランスが保たれている。

さらに、繋ぎ部材５０は丸鋼管で形成されているため、屋根３０にフィールド１２側から吹き上げ力が作用した場合に、外端部３２Ｂが下方に沈みこもうとする圧縮力に耐えることができる。なお、繋ぎ部材５０の内部は空洞としてもよいが、コンクリートを充填して圧縮強度を大きくしてもよい。

第１実施形態の屋根構造２０においては、屋根３０は、支柱２２、繋ぎ部材５０を用いて下方から支持される構成とされており、上方から吊下される構成ではない。このため、屋根３０の上面には吊下のための支持部材などが不要であり、納まりが単純なので雨仕舞がよい。これに対して、繋ぎ部材５０を用いない場合は、例えば図５（Ａ）の比較例に示すように、支柱２２０を屋根３００の上方へ高く立ち上げ、支柱２２０の頂部からワイヤー４００を用いて屋根３００を吊下げ支持する必要がある。この場合、屋根３００の上部にワイヤー４００との接合部４１０を形成する必要があり、雨仕舞が困難となる。

また、第１実施形態においては、支柱２２は屋根３０の荷重のみを負担すればよいので、下部構造体１４の荷重も負担する場合と比較して、断面寸法を小さくすることができる。

なお、第１実施形態においては、立体トラス梁４０はフィールド１２を取り囲むリングトラスとされ、屋根３０もフィールド１２を取り囲むように配置されているが、本発明の実施形態はこれに限られない。例えばフィールド１２の１側面に沿って支柱２２を複数立設し、この支柱２２にトラス梁を直線状に架け渡し、屋根３０をフィールド１２の片側のみに設けるものとしてもよい。立体トラス梁４０がリングトラスとされていなくても、トラス梁３２の外端部３２Ｂが下部構造体１４の外端部１４Ｃと接合されているので、屋根３０を保持することができる。

また、立体トラス梁４０を設けない構成とすることもできる。この場合、立体トラス梁４０に代えて平面トラスを用い、トラス梁３２を直接支柱で支持すればよい。このように構成すれば、支柱のピッチが細かくなるので、支柱１本当たりの断面積を小さくすることができる。

さらに、立体トラス梁４０は支柱２２の接合部２２Ａにピン接合されているものとしたが接合方法はこれに限られない。例えばトラス梁３２の外端部３２Ｂが上方に浮き上がろうとする力を小さくするために半剛接等としてもよく、接合強度は適宜調整することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態としての屋根構造６０について説明する。なお、第１実施の形態に係る屋根構造２０と同様の部分には、同じ符号を付して説明を省略する。

図３（Ａ）に示すように、屋根構造６０は、下部構造体１４と、支柱２２と、支柱２２に支持された屋根７０と、屋根７０と下部構造体１４とを繋ぐ繋ぎ部材５０と、を備えている。さらに、屋根７０は、トラス梁８０、８２、８４、トラス梁３２を備えている。

図３（Ｂ）に示すように、トラス梁８０は台形とされ、下部構造体１４の隅角部から突出した２本の支柱２２に架け渡されている。トラス梁８２は平行弦トラスとされ、２本のトラス梁８０に架け渡されている。トラス梁８４は三角形トラスとされ、トラス梁８０、８２の接合部から、下部構造体１４の隅角部に向かって架け渡され、支柱２２に支持されている。

図３（Ａ）に示すように、トラス梁３２は、トラス梁８０、８２と交差する方向に架けられており、外端部３２Ｂが繋ぎ部材５０によって下部構造体１４の外端部１４Ｃと繋がれている。なお、図３（Ｂ）では、構成をわかりやすくするため、トラス梁３２は省略されている。

（作用及び効果）
第２実施形態の屋根構造６０は、支柱２２にトラス梁８０を架け渡し、トラス梁８０に更にトラス梁８２を架け渡す構造とされ、トラス梁８２は柱によって支持されていない。したがって、第１実施形態の屋根構造２０と比較して、支柱２２の数を削減することができる。また、図５（Ｂ）の比較例に示すように、トラス梁を長辺方向と短辺方向の２方向に井桁状に配置した場合のトラス梁の支持スパンＬ２と比較して、トラス梁８０の支持スパンＬ１を小さくすることができる。このためトラス梁８０が撓みにくいので、トラス梁８０を構成する鉄骨の剛性を小さくしてトラス梁を軽量化することができる。さらに、トラス梁８０を支持する支柱２２の断面積を小さくすることができる。

［変形例］
次に、上述した実施形態の変形例について説明する。第１実施形態においては、支柱２２は基礎部１６から立設され、下部構造体１４の貫通孔１４Ｄを貫通するものとしたが本発明の実施形態はこれに限られない。例えば下部構造体１４と一体化して、下部構造体の荷重を支持させることもできる。

また、第１実施形態においては、下部構造体１４の外端部１４Ｃが片持ち構造とされているが、本発明の実施形態はこれに限られない。例えば図１に２点鎖線で示すように、外端部１４Ｃを基礎部１６から立ち上げた支持部１４Ｅで支持してもよい。この場合でも、トラス梁３２の外端部３２Ｂが上方に浮き上がることを抑制できる。さらに、例えば屋根３０に、フィールド１２側から吹き上げ力が作用した場合に、屋根３０の外端部３２Ｂは下方に沈み込もうとするが、その力は繋ぎ部材５０、支持部１４Ｅを介して、基礎部１６に伝達される。これにより、強風時などにおける屋根構造２０の耐久性を向上させることができる。

また、第１実施形態においては、繋ぎ部材５０として丸鋼管５２を用いているが、本発明の実施形態はこれに限られない。例えば角型鋼管としてもよいし、Ｈ形鋼などとしてもよい。あるいは、普段はトラス梁３２及び下部構造体１４から受ける引張力に対抗すればよいので、丸鋼管５２を一部ワイヤーに換えてもよい。あるいは丸鋼管５２を全てワイヤーとして、トラス梁３２の内端部３２Ａと下部構造体１４の内端部とを別のワイヤーで繋いで吹き上げ力に対抗するものとしてもよい。

また、第２実施形態における、支柱２２に支持されたトラス梁８０に、さらにトラス梁８２を架け渡す構造としては、図４に示した構成を用いることもできる。図４に示した構成は、基本的な構成は第２実施例の屋根構造６０と等しいが、支柱２２に架け渡されたトラス梁９０の支持スパンはトラス梁８０（図３（Ａ）参照）と比較して長い。このため、トラス梁９０に架け渡されたトラス梁９２の支持スパンが短くなり、各トラス梁の支持スパンが平均化されている。また、トラス梁９０、９２の接合部から、下部構造体１４の隅角部に向かって架け渡されるトラス梁９４は、２本が一本の支柱２２に架け渡されている。このため、支柱２２の本数が削減されている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものではなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。

１４下部構造体（構造体）
１４Ａ段床
１６基礎部（構造体）
２０、６０屋根構造
２２支柱
３０、７０屋根
３２Ａ内端部
３２Ｂ外端部
４０立体トラス梁（トラス梁）
５０繋ぎ部材
８０、９０トラス梁

Claims

観客席を構成する段床を備えた構造体と、
前記段床から上方へ突出する複数の支柱と、
内端部と外端部の間を前記複数の支柱に支持された屋根と、
前記屋根の外端部と前記構造体とを繋ぐ繋ぎ部材と、
を有し、
前記屋根は、端部を持たないリングトラスとして形成され前記複数の支柱に架け渡された立体トラス梁を備えている、
屋根構造。
前記支柱は、前記段床の外端部より内側から上方へ突出し、
前記繋ぎ部材は、前記屋根の外端部と前記段床の外端部とを繋いでいる、
請求項１に記載の屋根構造。
前記段床の外端部が片持とされている、請求項２に記載の屋根構造。
前記屋根は、前記立体トラス梁と交差する方向に架け渡され、前記屋根の内端部及び外端部を形成するトラス梁を備えている、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の屋根構造。