JP7510770B2 - ケーブル屋根構造 - Google Patents

Description

本発明は、ケーブル屋根構造に関する。

アリーナ又はスタジアム等の屋根構造として、ケーブル屋根構造が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。

特許文献１，２に開示されたケーブル屋根構造は、コンプレッションリングとテンションリングとに張り渡される上弦材及び下弦材と、上弦材と下弦材とを接続する接続材（ポスト）とを備えている。

特開平７－１０９７７０号公報 特開平７－２１６９９２号公報 特開２００２－３２２８３０号公報

ところで、ケーブル屋根構造では、屋根の面内剛性を高めたいとの要望がある。

本発明は、上記の事実を考慮し、屋根の面内剛性を高めることを目的とする。

第１態様に係るケーブル屋根構造は、互いに対向する一対の支持部材と、一対の前記支持部材に張り渡される第一ケーブルと、前記第一ケーブルよりも下側又は上側に配置され、一対の前記支持部材に張り渡されるとともに、平面視にて前記第一ケーブルの両側に配置される一対の第二ケーブルと、前記第一ケーブルと一対の前記第二ケーブルとを互いに接続し、一対の前記支持部材の対向方向から見てトラスを形成する接続材と、を備える。

第１態様に係るケーブル屋根構造によれば、互いに対向する一対の支持部材には、第一ケーブルが張り渡される。また、一対の支持部材には、一対の第二ケーブルが張り渡される。一対の第二ケーブルは、第一ケーブルよりも下側又は上側に配置される。また、一対の第二ケーブルは、平面視にて第一ケーブルの両側に配置される。

ここで、第一ケーブルと一対の第二ケーブルとは、接続材によって互いに接続される。接続材は、一対の支持部材の対向方向から見て、トラスを形成する。このトラスによって屋根の面内剛性を高めることができる。

また、一対の第二ケーブルは、平面視にて第一ケーブルの両側に配置され、接続材を介して第一ケーブルと接続される。つまり、１本の第一ケーブルに対して２本の第二ケーブルが接続される。これにより、本発明では、１本の第一ケーブルに対して１本の第二ケーブルを接続する場合と比較して、第一ケーブルの本数を削減することができる。

このように本発明では、屋根の面内剛性を高めつつ、第一ケーブルの本数を削減することができる。

第２態様に係るケーブル屋根構造は、第１態様に係るケーブル屋根構造において、一対の前記第二ケーブルは、一方の前記支持部材から他方の前記支持部材に亘って互いに間隔を空けて配置される。

第２態様に係るケーブル屋根構造によれば、一対の第二ケーブルは、一方の支持部材から他方の支持部材に亘って互いに間隔を空けて配置される。これにより、一対の第二ケーブルを、例えば、屋根面材の下地材として利用することができる。したがって、屋根面材の下地材を低減することができる。

第３態様に係るケーブル屋根構造は、第１態様又は第２態様に係るケーブル屋根構造において、前記接続材は、一対の前記第二ケーブルを接続する屋根面材を含む。

第３態様に係るケーブル屋根構造によれば、接続材は、一対の第二ケーブルを接続する屋根面材を含む。つまり、本発明では、屋根面材によってトラスの一部を形成する。これにより、本発明では、屋根面材とは別の接続材によって一対の第二ケーブルを接続する場合と比較して、部品点数を削減することができる。

以上説明したように、本発明によれば、屋根の面内剛性を高めることができる。

一実施形態に係るケーブル屋根構造が適用された構造物の屋根を示す平面図である。 図１に示されるコンプレッションリング及びテンションリングを示す横断面図である。 図１に示される上弦ケーブル、下弦ケーブル、及び一対の接続ケーブルを示す斜視図である。 図１に示される上弦ケーブル及び下弦ケーブルを示す拡大平面図である。 図４の５－５線断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、一実施形態に係るケーブル屋根構造の変形例を示す図５に対応する断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、一実施形態に係るケーブル屋根構造の変形例が適用された屋根を模式的に示す図２に対応する断面図である。

以下、一実施形態に係るケーブル屋根構造について説明する。

（構造物）
図１には、本実施形態に係るケーブル屋根構造が適用された構造物１０の屋根１２が示されている。構造物１０は、例えば、アリーナ又はスタジアム等のように、内部に大空間を有する大空間構造物とされている。この構造物１０の外周部には、中央のフィールドを囲むように、図示しない客席が配置される。

（屋根）
構造物１０の屋根１２は、平面視にて、８角形状に形成されている。また、屋根１２の中央部には、楕円形状の開口１４が形成されている。この開口１４から構造物１０内に日射や風が導入される。なお、開口１４は、楕円形状に限らず、円形状又は多角形状等であっても良い。

屋根１２は、コンプレッションリング２０と、テンションリング４０と、複数の上弦ケーブル５０と、複数の下弦ケーブル５２と、複数の接続ケーブル６０と、屋根面材６２とを有している。

なお、コンプレッションリング２０及びテンションリング４０は、一対の支持部材の一例である。また、上弦ケーブル５０は、第一ケーブルの一例であり、下弦ケーブル５２は、第二ケーブルの一例である。さらに、接続ケーブル６０及び屋根面材６２は、接続材の一例である。

（コンプレッションリング）
コンプレッションリング（圧縮環状部材）２０は、平面視にて、環状に形成されており、屋根１２の外周部に沿って配置されている。また、コンプレッションリング２０は、平面視にて、８角形状に形成されている。

なお、コンプレッションリング２０は、平面視にて８角形状に限らず、多角形状であっても良いし、円形状又は楕円形状等であっても良い。

コンプレッションリング２０は、例えば、鉄骨造とされている。図２及び図３に示されるように、コンプレッションリング２０は、立体トラス構造とされており、上弦リング２２、下弦リング２４、中弦リング２６、及び斜材２８を有している。

図２に示されるように、上弦リング２２及び下弦リング２４は、コンプレッションリング２０の内周に沿って配置されている。また、上弦リング２２及び下弦リング２４は、上下方向に間隔を空けて配置されている。

一方、中弦リング２６は、コンプレッションリング２０の外周に沿って配置されている。この中弦リング２６は、上弦リング２２よりも下側で、かつ、下弦リング２４よりも上側に配置される。これらの上弦リング２２、下弦リング２４、及び中弦リング２６を複数の斜材２８を介して互いに接続することにより、図３に示されるように、立体トラス構造が構成されている。

なお、中弦リング２６の配置は、上記したものに限らず、中弦リング２６は、上弦リング２２よりも上側に配置されても良いし、下弦リング２４よりも下側に配置されても良い。

また、コンプレッションリング２０は、立体トラス構造に限らず、他の構造であっても良い。例えば、コンプレッションリングの断面は、三角形状に限らず、矩形状であっても良い。また、中弦リングを省略し、上弦リング２２（上弦材）及び下弦リング２４（下弦材）によってコンプレッションリングを構成しても良い。

（テンションリング）
テンションリング（引張環状部材）４０は、例えば、鋼管によって形成され、コンプレッションリング２０の内側に配置されている。また、テンションリング４０は、平面視にて、楕円形状に形成されており、開口１４に沿って配置されている。このテンションリング４０とコンプレッションリング２０とは、屋根１２の径方向（矢印Ｒ方向）に互いに対向している。

なお、テンションリング４０は、楕円形状に限らず、例えば、円形状（新円）であっても良いし、放物線、双曲線、又はカテナリー等の曲線形状、又はこれらの曲線を適宜組み合わせた曲線形状にしても良い。

（上弦ケーブル、下弦ケーブル）
コンプレッションリング２０とテンションリング４０とには、複数の上弦ケーブル５０及び下弦ケーブル５２が張り渡されている。複数の上弦ケーブル５０は、屋根１２（コンプレッションリング２０及びテンションリング４０）の周方向（矢印Ｃ方向）に間隔を空けて配置されている。これと同様に、複数の下弦ケーブル５２は、屋根１２の周方向に間隔を空けて配置されている。

なお、下弦ケーブル５２の本数は、上弦ケーブル５０の本数よりも多く、隣り合う下弦ケーブル５２の間隔（ピッチ）が隣り合う上弦ケーブル５０の間隔（ピッチ）よりも狭くなっている。

なお、下弦ケーブル５２の本数と上弦ケーブル５０の本数は同じであっても良い。また、隣り合う下弦ケーブル５２の間隔（ピッチ）は、隣り合う上弦ケーブル５０の間隔（ピッチ）と同じであっても良い。

上弦ケーブル５０及び下弦ケーブル５２には、張力（初期張力）が導入されている。これにより、コンプレッションリング２０に径方向内側へ向かう圧縮力が作用するとともに、テンションリング４０に径方向外側へ向かう引張力が作用する。

図２に示されるように、上弦ケーブル５０は、コンプレッションリング２０の上弦リング２２とテンションリング４０とに張り渡されている。一方、下弦ケーブル５２は、コンプレッションリング２０の下弦リング２４とテンションリング４０とに張り渡されている。これにより、屋根１２の周方向から見て、上弦ケーブル５０と下弦ケーブル５２との上下方向の間隔が、コンプレッションリング２０からテンションリング４０に向かうに従って狭くなっている。

より具体的には、下弦ケーブル５２におけるコンプレッションリング２０側の一端部（外周側端部）５２Ａは、上弦ケーブル５０におけるコンプレッションリング２０側の一端部（外周側端部）５０Ａよりも下側に配置されている。これに対して上弦ケーブル５０及び下弦ケーブル５２におけるテンションリング４０側の他端部（内周側端部）５０Ｂ，５２Ｂは、同じ又は略同じ高さで、テンションリング４０に接続されている。

なお、本実施形態において、上弦ケーブル５０よりも下側（又は上側）に配置される一対の下弦ケーブル５２とは、一対の下弦ケーブル５２の両端部のうち、少なくとも一方の端部が上弦ケーブル５０よりも下側（又は上側）に配置されることに意味し、他方の端部は、上弦ケーブル５０と同じ高さに配置されても良い。

図４に示されるように、平面視にて、１本の上弦ケーブル５０の両側には、下弦ケーブル５２がそれぞれ配置されている。換言すると、平面視にて、一対の下弦ケーブル５２の間に１本の上弦ケーブル５０が配置されている。

なお、上記実施形態において、平面視にて、上弦ケーブル５０の両側に配置される一対の下弦ケーブル５２とは、一対の下弦ケーブル５２の両端部のうち、少なくとも一方の端部が上弦ケーブル５０の両側に配置されることを意味し、他方の端部は、上弦ケーブル５０と同じ位置に配置されても良い。

一対の下弦ケーブル５２は、コンプレッションリング２０からテンションリング４０に亘って互いに間隔Ｓを空けて配置されている。つまり、一対の下弦ケーブル５２は、平面視にて互いに交差せず、各々の一端部５２Ａが互いに離間するとともに、各々の他端部５２Ｂ同士が互いに離間している。

（接続ケーブル）
上弦ケーブル５０と一対の下弦ケーブル５２とは、複数組の接続ケーブル６０を介して接続されている。複数組の接続ケーブル６０は、コンプレッションリング２０とテンションリング４０との対向方向（矢印Ｒ方向）に間隔を空けて複数組（本実施形態では３組）配置されている。

図２に示されるように、一対の接続ケーブル６０の一端部（上端部）は、図示しないブラケット等を介して上弦ケーブル５０の接続部に接続されている。これと同様に、一対の接続ケーブル６０の他端部（下端部）は、図示しないブラケットを介して一対の下弦ケーブル５２の接続部にそれぞれ接続されている。これらの接続ケーブル６０によって上弦ケーブル５０と一対の下弦ケーブル５２とを接続することにより、上弦ケーブル５０が下向きに凸状に湾曲するとともに、一対の下弦ケーブル５２が上向きに凸状に湾曲されている。

（屋根面材）
一対の下弦ケーブル５２は、屋根面材６２を介して接続されている。屋根面材６２は、膜材とされており、図示しない取付具を介して一対の下弦ケーブル５２にそれぞれ取り付けられている。なお、屋根面材６２は、コンプレッションリング２０の下面にも取り付けられている。

ここで、コンプレッションリング２０とテンションリング４０との対向方向から見て、図５に示されるように、一対の接続ケーブル６０及び屋根面材６２は、トラス６４を形成している。このトラス６４によって、屋根１２の面内剛性（矢印Ｃ方向の剛性）が高められている。また、隣り合うトラス６４は、屋根面材６２によって接続されている。これにより、屋根１２の面内剛性（矢印Ｃ方向の剛性）がさらに高められている。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。

図３及び図４に示されるように、本実施形態に係るケーブル屋根構造によれば、上弦ケーブル５０及び一対の下弦ケーブル５２は、張力（初期張力）が導入された状態で、コンプレッションリング２０とテンションリング４０とに張り渡されている。また、上弦ケーブル５０と一対の下弦ケーブル５２とは、一対の接続ケーブル６０によって互いに接続されている。

これにより、一対の接続ケーブル６０を介して上弦ケーブル５０と一対の下弦ケーブル５２との間で応力が伝達されるため、例えば、上下の風荷重Ｆ（図２参照）に対して上弦ケーブル５０及び一対の下弦ケーブル５２が協同して抵抗可能になる。したがって、上弦ケーブル５０及び一対の下弦ケーブル５２の緩みが抑制される。この結果、上弦ケーブル５０及び一対の下弦ケーブル５２に導入された張力（初期張力）が抜けることが抑制されるため、屋根１２の面外剛性（上下方向の剛性）の低下が抑制される。

また、図５に示されるように、一対の下弦ケーブル５２は、屋根面材６２によって互いに接続されている。これにより、コンプレッションリング２０及びテンションリング４０の対向方向から見て、一対の接続ケーブル６０及び屋根面材６２によってトラス６４が形成されている。このトラス６４によって屋根１２の面内剛性（矢印Ｃ方向の剛性）が高められる。

さらに、一対の下弦ケーブル５２は、平面視にて上弦ケーブル５０の両側に配置され、一対の接続ケーブル６０を介して上弦ケーブル５０と接続されている。つまり、１本の上弦ケーブル５０に対して２本の下弦ケーブル５２が接続されている。これにより、本実施形態では、１本の上弦ケーブル５０に対して１本の下弦ケーブル５２を接続する場合と比較して、上弦ケーブル５０の本数を削減することができる。したがって、上弦ケーブル５０のコストが削減されるとともに、屋根１２の施工性が向上する。

このように本実施形態では、屋根１２の面内剛性を高めつつ、上弦ケーブル５０の本数を削減することができる。

また、一対の下弦ケーブル５２は、屋根面材６２によって接続されている。つまり、本実施形態では、トラス６４の一部が屋根面材６２によって形成されている。これにより、本実施形態では、屋根面材６２とは別の接続材によって一対の下弦ケーブル５２を接続する場合と比較して、部品点数を削減することができる。

さらに、隣り合うトラス６４は、屋根面材６２によって接続されている。これにより、屋根１２の面内剛性がさらに高められる。

また、図４に示されるように、一対の下弦ケーブル５２は、コンプレッションリング２０からテンションリング４０に亘って互いに間隔Ｓを空けて配置されている。この一対の下弦ケーブル５２には、屋根面材６２が取り付けられている。

ここで、比較例として、一対の下弦ケーブル５２の他端部５２Ｂを離間させずに、一対の下弦ケーブル５２の他端部５２Ｂ及び上弦ケーブル５０の他端部５０Ｂをテンションリング４０の所定部に収束させることが考えられる。しかしながら、この場合、テンションリング４０側において、隣り合う下弦ケーブル５２の間隔（ピッチ）が狭くなり、屋根面材６２の支持ピッチ（取付ピッチ）が狭くなる。

これに対して本実施形態では、前述したように、一対の下弦ケーブル５２は、コンプレッションリング２０からテンションリング４０に亘って互いに間隔Ｓを空けて配置されている。これにより、コンプレッションリング２０からテンションリング４０に亘って、屋根面材６２の所定の支持ピッチを確保することができる。

（変形例）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、図５に示されるように、トラス６４が連続していないが、例えば、図６（Ａ）に示される変形例のように、トラス６４を連続させても良い。これにより、屋根１２の面内剛性がさらに高められる。

また、上記実施形態では、図５に示されるように、一対の下弦ケーブル５２が屋根面材６２によって接続されている。しかし、図６（Ｂ）に示される変形例のように、一対の下弦ケーブル５２は、例えば、ロッドや形鋼等の接続材７０によって接続しても良い。

また、図６（Ｂ）に二点鎖線で示されるように、隣り合うトラス６４は、接続材７０によって接続しても良い。なお、図６（Ｂ）に示される変形例では、屋根面材６２は、下弦ケーブル５２に取り付けても良いし、上弦ケーブル５０に取り付けても良い。この際、屋根面材は、膜材に限らず、他の屋根材を用いても良い。

また、上記実施形態では、上弦ケーブル５０よりも下側に一対の下弦ケーブル５２が配置されている。しかし、図６（Ｃ）に示される変形例のように、下弦ケーブル５２よりも上側に一対の上弦ケーブル５０を配置しても良い。この場合、下弦ケーブル５２と一対の上弦ケーブル５０とを一対の接続ケーブル６０によって接続するとともに、一対の上弦ケーブル５０を屋根面材６２によって接続することにより、トラス６６が形成される。

また、上記実施形態では、屋根１２の中央部に開口１４が形成されている。しかし、図７（Ａ）に示される変形例のように、屋根１２の開口１４は省略可能である。なお、図７（Ａ）では、コンプレッションリング２０と、非リング状のテンション部材８０とに上弦ケーブル５０及び下弦ケーブル５２が張り渡されている。

また、上下実施形態では、屋根１２の周方向から見て、上弦ケーブル５０と下弦ケーブル５２との上下方向の間隔が、コンプレッションリング２０からテンションリング４０に向かうに従って狭くなっている。しかし、図７（Ｂ）に示される変形例のように、屋根１２の周方向から見て、上弦ケーブル５０と下弦ケーブル５２との上下方向の間隔は、テンションリング４０からコンプレッションリング２０に向かうに従って狭くなるように構成しても良い。この場合、図７（Ｃ）に示される変形例のように、開口１４は省略しても良い。

また、上記実施形態では、一対の下弦ケーブル５２が、コンプレッションリング２０からテンションリング４０に亘って互いに間隔Ｓ（図４参照）を空けて配置されている。しかし、例えば、一対の下弦ケーブル５２の一端部５２Ａを離間させる一方で、一対の下弦ケーブル５２の他端部５２Ｂは離間させずに、上弦ケーブル５０の他端部５０Ｂと共にテンションリング４０の所定部に収束させても良い。

また、上記実施形態では、上弦ケーブル５０及び下弦ケーブル５２が、リング状のコンプレッションリング２０とテンションリング４０とに張り渡されている。しかし、上弦ケーブル５０及び下弦ケーブル５２は、リング状に限らず、互いに対向する一対の支持部材に張り渡しても良い。

また、上記実施形態に係るケーブル屋根構造は、野球場、サッカー場、陸上競技場、又はホール等の種々の構造物の屋根に適用可能である。

以上、本発明の一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ことは勿論である。

２０ コンプレッションリング（支持部材）
４０ テンションリング（支持部材）
５０ 上弦ケーブル（第一ケーブル）
５２ 下弦ケーブル（第二ケーブル）
６０ 接続ケーブル（接続材）
６２ 屋根面材（接続材）
６４ トラス
６６ トラス
７０ 接続材
８０ テンション部材（支持部材）
矢印Ｒ コンプレッションリングとテンションリングとの対向方向
（一対の支持部材の対向方向）

Claims (2)

1. 互いに対向する一対の支持部材と、
   一対の前記支持部材に、張力が導入されて張り渡される第一ケーブルと、
   前記第一ケーブルよりも下側又は上側に配置され、一対の前記支持部材に、張力が導入されて張り渡されるとともに、平面視にて前記第一ケーブルの両側に配置される一対の第二ケーブルと、
   一対の前記支持部材の対向方向に間隔を空けて配置され、前記第一ケーブルと一対の前記第二ケーブルとを互いに接続する複数組の接続ケーブルと、
   一対の前記第二ケーブルを接続する屋根面材と、
   を備え、
   一対の前記支持部材の対向方向から見て、前記第一ケーブル及び一対の前記第二ケーブルを頂点とし、前記接続ケーブル及び前記屋根面材を辺とする三角形状を成すように構成された、
   ケーブル屋根構造。
2. 一対の前記第二ケーブルは、一方の前記支持部材から他方の前記支持部材に亘って互いに間隔を空けて配置される、
   請求項１に記載のケーブル屋根構造。