JP4589516B2 - 屋根架構の構築構法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無柱の大空間屋根架構を構成する直線状の屋根構造材を、中心部（内周部）のコンプレッションリング及び外周部のテンションリングを利用して屋根全体を地組みの状態から立ち上げて構築する技術の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無柱の大空間屋根架構としては、ドーム屋根架構、あるいはケーブルネットの吊り屋根架構などが一般的であった。
【０００３】
本出願人らは、前記ドーム屋根架構に比して屋根材の応力負荷、柱脚へのスラスト力（放射方向への水平力）を数分の一に低減でき、また、ケーブルネット状吊り屋根架構などに比して現場施工の技術が容易な山形断面屋根架構を開発して、先の特願平１１−２２０９００号、特願平１１−２７２１０７号、特願平１１−２２０９３４号を初めとする複数の出願に提案している。
【０００４】
山形断面屋根架構の実施形態を図１と図２に例示している。外周縁にテンションリング１が配置され、内周縁（中心部）にコンプレッションリング２が配置され、前記二つのリング１、２は、平面的に見ると同心の相似形配置に設けられている。前記テンションリング１とコンプレッションリング２との間に、屋根架構が図３のように山形断面に組み立てられている。したがって、構造物としてはドーナツ形状をなす。
【０００５】
図１に示したように、山形断面屋根架構は、前記テンションリング１とコンプレッションリング２との間に山形状に組み立てた屋根構造材（トラス構造材）３を、リングの線方向に一定の間隔で平行配置に複数林立させ、水平方向にリング状をなす横繋ぎ材で結構を行い、かくして林立する屋根構造材３…の間の外面に屋根材（膜材）を張って図２の構造物が完成されている。
【０００６】
ところで、無柱の大空間屋根架構の構築構法としては、特公昭５８−３３３４１号公報に記載された「ドーム構築法」が広く知られている。この構法は、ドーム屋根構造材の複数の節点にヒンジを使用して、地面レベルで水平方向に展開した状態に組み立て、同屋根構造材の両端をドーム周辺部と接合し、しかる後に前記ドーム屋根構造材をジャッキアップして立ち上げを行い、所定位置に立ち上げた段階で追加接合、補剛して完成する工程を特徴とする。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
上記特公昭５８−３３３４１号公報に記載された「ドーム構築法」の場合は、屋根架構の断面形状がアーチ形状であり、個々の屋根構造材は基本的にアーチ形状に湾曲している。そのため図１３に例示したように、屋根構造材の各節点に使用した複数のヒンジａ〜ｃのうち、中間の第２ヒンジｂが、図１３に示したように第１ヒンジａと第３ヒンジｃを結ぶ直線Ｐ−Ｑの外側へかなり大きく離れている。したがって、ジャッキアップ時に第２ヒンジｂの展開角度が１８０゜に接近したり、あるいは１８０゜を超えて反転するような心配はない。
【０００８】
つまり、ドーム屋根の場合は、ジャッキアップ時の屋根材荷重は常に外向きの軸圧縮荷重としてのみ作用するので、立ち上げ時の形状保持効果に優れ、ジャッキアップの進捗に従ってドーム屋根の全体が静的に追随する性質があり、安定性、安全性の高いジャッキアップ作業を進めることができる。
【０００９】
ところが、上記山形断面屋根架構の場合は、屋根構造材３が基本的に直線形状であるため、これを地組みに適切な長さの複数部分に区分し、その各節点に使用した複数のヒンジ４、５、６うち、中間の第２ヒンジ５は、図３のように第１ヒンジ４と第３ヒンジ６を結ぶ直線にごく接近した構成となる。その結果、屋根構造材３の立ち上げ作業（ジャッキアップ）が最終段階まで進むと、図５に示したように屋根構造材３の自重Ｗが第２ヒンジ５の内方への展開を加速する作用力として働くところとなり、ひいては同屋根材３の山形頂辺部８を上向きに押し上げる作用力（自然力）を発生し、立ち上げ力（ジャッキアップの力）を超越して屋根架構が上昇する、名付けて「急変現象」を発生し、立ち上げ作業のコントロールを失う危険性のあることが把握された。
【００１０】
ちなみに図９は、立ち上げ時の上昇揚程（又は残り揚程）における支持反力の大きさの変化を、揚程との関係で測定した結果を示す。残り揚程が０．２ｍ近辺で支持反力の大きさが急降下し、遂にはマイナス荷重（引っ張り）になる「急変現象」が明確に現れている。
【００１１】
よって、本発明の目的は、特には直線形状で複数の節点にヒンジを使用した屋根構造材による無柱の大空間屋根架構の構築における、上記「急変現象」の危険性、弊害を未然に防ぐように改良、工夫した、安全で効率の良い構築構法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る屋根架構の構築構法は、
無柱の大空間屋根架構を構成する直線的な屋根構造材を、地組みに適切な長さの複数部分に区分してその各節点部をそれぞれヒンジにより連結した構造とし、地面レベルで略水平方向に展開した形態に組み立てる段階と、
前記屋根構造材の一端部は、地上の外周側本設位置に設けたテンションリングの柱脚へ回転可能にピン連結し、他端は内周側のテンションリングと連結し、前記ヒンジのうち、立ち上げ時に外隅を形成するヒンジの外側端部には、当該ヒンジが少なくとも１８０゜近傍にまで展開すると相当な回転抵抗力を発揮する抵抗体を設ける段階と、
前記屋根構造材における内周側のテンションリング部分に起立力を加えて屋根構造材の立ち上げを行い、起立姿勢の屋根構造材における各ヒンジを固定化する段階と、から成ることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明に係る山形断面屋根架構の構築構法は、
山形断面の大空間屋根架構を構成する直線的な屋根構造材を、地組みに適切な長さの複数部分に区分してその各節点部をそれぞれヒンジにより連結した構造とし、地面レベルで略水平方向に展開した形態に組み立てる段階と、
前記屋根構造材における山形の両斜辺の下端部は、地上の本設位置に設けた内周側のコンプレッションリング及び外周側のテンションリングの各柱脚へ回転可能にピン連結し、また、前記ヒンジのうち、立ち上げ時に外隅を形成するヒンジの外側端部には、当該ヒンジが少なくとも１８０゜近傍にまで展開すると相当な回転抵抗力を発揮する抵抗体を設ける段階と、
前記屋根構造材における山形頂辺部に起立力を加えて屋根構造材の立ち上げを行い、起立姿勢の屋根構造材における各ヒンジを固定化する段階と、から成ることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載した山形断面屋根架構の構築構法において、
山形断面の両斜辺を形成する屋根構造材の両下端部は、地上の本設位置に設けた内周側のコンプレッションリング及び外周側のテンションリングの各柱脚へ回転可能にピン連結し、中央の山形頂辺部ともヒンジにより連結して、該山形頂辺部及び前記内周側のコンプレッションリング及び外周側のテンションリングの長手方向に並立する屋根構造材の大部分を地面レベルで略水平方向に展開した形態に組み立て、前記山形頂辺部に起立力を加えて屋根構造材の全体を合一に立ち上げることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した屋根架構の構築構法において、
屋根構造材に設けた各ヒンジのうち、立ち上げ時に外隅を形成するヒンジの抵抗体として、同ヒンジで連結される屋根構造材の外側端部に、合成樹脂発泡体ブロックを、当該ヒンジが少なくとも１８０゜近傍にまで展開すると突き当たって抵抗を生ずる関係の配置に固定していることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、先ず請求項２〜４に記載した発明の実施形態を説明する。
【００１７】
図１〜図３に示したように構築される山形断面屋根架構の構築構法としては、先ず図４に示したように屋根構造材３の地組みを行うのであるが、その前提として、山形断面屋根架構の主たる荷重処理手段であるテンションリング１及びコンプレッションリング２の構築が行われる。
【００１８】
図１０に示したように、テンションリング１及びコンプレッションリング２はそれぞれ、地中の鉄筋コンクリート造（又は鉄骨鉄筋コンクリート造）基礎梁として構築し、その要所要所に屋根構造材を支持する柱脚７を地上にまで立ち上げた構成とされる。
【００１９】
図４は、図３のように構築される山形断面屋根架構の片側約半分について、ほぼ直線形状をなす屋根構造材３の特に斜辺部分を、地組みに適切な長さの複数部分３ａ、３ｂ、３ｃに区分し、各部分を繋ぐ節点にヒンジ５、６を設け、現場の地面レベルで、地面上に設置した構台（ベント）１０を使用するなどして、ほぼ水平方向に展開した形態に組み立てた段階を示している。
【００２０】
前記屋根構造材３における両斜辺部の下端はそれぞれ、図１０に構造詳細を示したように、現場の本設位置に予め上述した通りに設けた上記の柱脚７へピン４で回転可能に連結する。即ち、柱脚７の上面にヒンジブロック１１が固定され、屋根構造材３（３ａ）の下端に取り付けてあるヒンジ要素をピンボルト４で回転可能に連結している。
【００２１】
なお、屋根構造材３を、図４のように現場の地面レベルで略水平方向に展開した形に組み立てる段階、又はそれ以前の工程として、後で詳しく説明する通り、前記複数のヒンジ５、６のうち、立ち上げ時に外隅を形成する中間位置の第２ヒンジ５の外側端部に、図６又は図７に示すように、当該ヒンジ５が少なくとも１８０゜近傍にまで展開し、上述したように「急変現象」を生ずる際に相当な回転抵抗力を発揮して同「急変現象」を抑制する抵抗体を予め設けておく。
【００２２】
前記抵抗体としては、ダンパー方式、鉄板の折曲げ方式、バネ方式、摩擦スライド方式等々を種々採用して実施することもできるが、実施例としては実施が簡単で効果に優れる合成樹脂発泡体ブロック方式を示している。
【００２３】
図６の実施例では、前記の第２ヒンジ５で連結された屋根構造材３ａの外側端部に、ポリプロピレン等の合成樹脂発泡体ブロック１１を、他方の屋根構造材３ｂの外側端部には突き当たり板１２をそれぞれ固定して設けている（図１１Ａも参照）。特に、両者の関係は当該ヒンジ５が少なくとも１８０゜近傍（屋根構造材３がいわゆる直線状態になる）まで展開すると相互に突き当たり、合成樹脂発泡体ブロック１１の剛性なり圧縮強度の発現として上記「急変現象」を阻止するに相当な抵抗力を発生する配置に固定している（請求項４記載の発明）。
【００２４】
図７の実施例は、前記中間の第２ヒンジ５で連結された屋根構造材３ａ、３ｂそれぞれの外側端部に、合成樹脂発泡体ブロック１１、１１を固定して設けた構成を示している。この実施例の場合にも、双方の合成樹脂発泡体ブロック１１、１１の関係配置はやはり、当該ヒンジ５が少なくとも１８０゜近傍にまで展開すると相互に突き当たり、合成樹脂発泡体ブロック１１の剛性や圧縮強度の発現として上記「急変現象」を阻止するに相当な抵抗力を発生する配置にそれぞれ固定している。
【００２５】
前記の抵抗体が「急変現象」の阻止に寄与する作用効果は、図８に示したように、支点反力（この支点反力とは後記するように起立力を作用させる図３のＳ点における垂直方向の反力を指す。）が、全揚程において零以上の下向き力であることから明解である。よって、後記する屋根構造材３の起立作業は、プッシュアップ装置の押し上げ力の大きさの制御のみで安定に安全に行えるのである。
【００２６】
次に図５は、上記屋根構造材３における山形頂辺部８の直下位置の地面上にジャッキアップ装置１３を用意し、該装置で継ぎ足し方式でジャッキアップする支柱１４の上端を前記山形頂辺部８の下部に連結し、ジャッキアップ装置１３により起立力を加えて屋根構造材の立ち上げを行いつつある途中の段階を示している。最終的には図３に示したように、屋根構造材３は山形の斜辺部がほぼ直線状態となって起立姿勢が完成状態となり、終局する。前記の起立姿勢は、屋根構造材３における各ヒンジ５、６を固定化することによって構造的な安定状態とされる。具体的には図１１Ｂに符号１５で例示したように、屋根構造材３ａ、３ｂの外側部材を高張力ボルトで接合する方法などによって固定化が行われる。この段階で、前記合成樹脂発泡体ブロック１１及び突き当たり板１２等は邪魔物として撤去が行われる。
【００２７】
図１で明らかなように、山形断面屋根架構を構成する多数の屋根構造材３…は、外周側のテンションリング１及び内周側のコンプレッションリング２とピン連結して同テンションリング１及びコンプレッションリング２の長手方向に並立する配置とし、地面レベルで略水平方向に展開した形態に組み立て（地組み）が行われる。そして、前記山形頂辺部８の全周にわたり均等な起立力を加え、その水平レベルを保ちつつ屋根構造材３…の全体を合一に立ち上げる（請求項３記載の発明）。
【００２８】
従ってまた、図１で明らかなように、平面形状が正六角形状をなす屋根架構は、直線的な六辺に位置するもの同士は予め水平方向の横繋ぎ材を配置する結構を行い、版状のトラス構造に組み立てて立ち上げを行う。一方、六辺の角の部分については、立ち上げ作業に支障を来す部分の屋根構造材の地組みを除外し、立ち上げ後に後付けとして取付け作業を行うことになる。
【００２９】
次に、図１３に示した、請求項１記載の発明の実施形態を説明する。
【００３０】
この実施形態は、本発明の技術思想の範囲が上記の山形断面屋根架構の構築構法に限らないことを例証するものである。
【００３１】
即ち、この構築構法は、図１２Ｂのように所謂ドーム型に構築される無柱の大空間屋根架構が直線的な屋根構造材２３で構成され、各屋根構造材３はやはり地組みに適切な長さの複数部分に区分され、その各節点部をヒンジ２５、２６により連結した構造とされ、地面レベルで略水平方向に展開した形態に組み立てる段階を含む。
【００３２】
前記屋根構造材２３の一端部は、現地の外周側本設位置に設けたテンションリング２１の柱脚へ回転可能にピン２４で連結し、他端は内周側のテンションリング２２と連結している。前記複数のヒンジ２５、２６のうち、立ち上げ時に外隅を形成する中間位置の第２ヒンジ２５の外側端部には、やはり当該ヒンジ２５が少なくとも１８０゜近傍にまで展開すると相当な回転抵抗力を発揮する抵抗体を設けることは、上記の実施形態と全く同じである。
【００３３】
前記屋根構造材２３における内周側のテンションリング２２の部分に起立力を加えて屋根構造材全体の立ち上げを行うこと、及び起立姿勢の屋根構造材における各ヒンジは固定化することも同じである。
【００３４】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜４に記載した発明に係る屋根架構の構築構法は、特に直線形状で複数の節点にヒンジを使用した屋根構造材による無柱の大空間屋根架構の構築における、いわゆる「急変現象」の危険性、弊害を未然に防いで、安全で効率の良い構築構法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る山形断面屋根架構の全体を立ち上げ形態として示した斜視図である。
【図２】山形断面屋根架構の構造物を完成状態で示した斜視図である。
【図３】図１のIII−III線矢視の断面図である。
【図４】山形断面屋根架構の地組み状態で示した立面図である。
【図５】山形断面屋根架構の立ち上げ途中の形態を示した立面図である。
【図６】屋根構造材の外隅を形成するヒンジ部分を示す正面図である。
【図７】屋根構造材の外隅を形成するヒンジ部分の異なる例を示した正面図である。
【図８】「急変現象」の改善効果を示すグラフである。
【図９】「急変現象」の発生を示すグラフである。
【図１０】屋根構造材と柱脚のピン連結構造を示す正面図である。
【図１１】Ａ、Ｂは屋根構造材の外隅を形成するヒンジ部分の展開前と、展開後の固定化構造を示した正面図である。
【図１２】Ａ、Ｂは本発明の異なる実施形態を地組み状態と立ち上げ状態で示した斜視図である。
【図１３】従来のドーム屋根の構築法を説明する図である。
【符号の説明】
３ 屋根構造材
５、６ ヒンジ
１ テンションリング
２ コンプレッションリング
１１ 合成樹脂発泡体ブロック（抵抗体）
７ 柱脚

Claims (4)

1. 無柱の大空間屋根架構を構成する直線的な屋根構造材を、地組みに適切な長さの複数部分に区分してその各節点部をそれぞれヒンジにより連結した構造とし、地面レベルで略水平方向に展開した形態に組み立てる段階と、
   前記屋根構造材の一端部は、地上の外周側本設位置に設けたテンションリングの柱脚へ回転可能にピン連結し、他端は内周側のテンションリングと連結し、前記ヒンジのうち、立ち上げ時に外隅を形成するヒンジの外側端部には、当該ヒンジが少なくとも１８０゜近傍にまで展開すると相当な回転抵抗力を発揮する抵抗体を設ける段階と、
   前記屋根構造材における内周側のテンションリング部分に起立力を加えて屋根構造材の立ち上げを行い、起立姿勢の屋根構造材における各ヒンジを固定化する段階と、
   から成ることを特徴とする、屋根架構の構築構法。
2. 山形断面の大空間屋根架構を構成する直線的な屋根構造材を、地組みに適切な長さの複数部分に区分してその各節点部をそれぞれヒンジにより連結した構造とし、地面レベルで略水平方向に展開した形態に組み立てる段階と、
   前記屋根構造材における山形の両斜辺の下端部は、地上の本設位置に設けた内周側のコンプレッションリング及び外周側のテンションリングの各柱脚へ回転可能にピン連結し、また、前記ヒンジのうち、立ち上げ時に外隅を形成するヒンジの外側端部には、当該ヒンジが少なくとも１８０゜近傍にまで展開すると相当な回転抵抗力を発揮する抵抗体を設ける段階と、
   前記屋根構造材における山形頂辺部に起立力を加えて屋根構造材の立ち上げを行い、起立姿勢の屋根構造材における各ヒンジを固定化する段階と、
   から成ることを特徴とする、山形断面屋根架構の構築構法。
3. 山形断面の両斜辺を形成する屋根構造材の両下端部は、地上の本設位置に設けた内周側のコンプレッションリング及び外周側のテンションリングの各柱脚へ回転可能にピン連結し、中央の山形頂辺部ともヒンジにより連結して、該山形頂辺部及び前記内周側のコンプレッションリング及び外周側のテンションリングの長手方向に並立する屋根構造材の大部分を地面レベルで略水平方向に展開した形態に組み立て、前記山形頂辺部に起立力を加えて屋根構造材の全体を合一に立ち上げることを特徴とする、請求項２に記載した山形断面屋根架構の構築構法。
4. 屋根構造材に設けた各ヒンジのうち、立ち上げ時に外隅を形成するヒンジの抵抗体として、同ヒンジで連結される屋根構造材の外側端部に、合成樹脂発泡体ブロックを、当該ヒンジが少なくとも１８０゜近傍にまで展開すると突き当たって抵抗を生ずる関係の配置に固定していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した屋根架構の構築構法。

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