JP2000297470A - 骨組構造体ユニットおよびこのユニットを用いた骨組構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 剛性が大で、部品点数を削減し、組立作業を
容易にする。 【解決手段】 フレーム材７とハブ８とでバレルヴォー
ルト型のシングルレイヤーユニット２１を構築する。張
弦部材３３をレイヤーユニット２１の下方に張設し、中
央を真上に位置するハブ８に束部材３６を介してそれぞ
れ連結し、端部をスパン方向端部のハブ８Ａ，８Ｂ，８
Ａ₀ ，８Ｂ₀ に連結する。対角ブレース材３４をレイヤ
ーユニット２１の対角線上に張設する。辺間ブレース材
３５をレイヤーユニット２１の各辺の中央部を連結する
ように張設する。レイヤーユニット２１と台座構造物１
０を吹上げ防止材５０によって連結する。レイヤーユニ
ット２１の一端側を第１の支承構造２２によって回動自
在に支承し、他端側を第２の支承構造２３によって回動
自在にかつスライド自在に支承する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フレームとジョイ
ントとからなる構造材によって構築される骨組構造体ユ
ニットおよびこのユニットを用いた骨組構造体に関し、
特にシングルレイヤー方式を採用したバレルヴォールト
状の建築物・構築物用骨組構造体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】構造物の骨組構造体としては、三角形ま
たは四角形のグリッドを基調としたトラス状骨組構造体
が最も一般的である。このトラス状骨組構造体は、スマ
ートで高い採光性と広い無柱空間が得られるなどの優れ
た特長を有していることから、野外コンサートホール、
ガソリンスタンド、プール、展示場等の屋根、ビルの側
面外壁、植物園用ドーム、寺院ドーム等の構造物に広く
採用されている。このような構造物のトラス状骨組構造
体は、その構造材であるフレーム材をジョイントによっ
て接続することにより構築される。

【０００３】トラス状骨組構造体における構造材のジョ
イント方式としては、 ボールジョイント方式 円柱状、四角柱状、三角柱状等の柱状ジョイント方式 の２方式がある。このうち、後者の柱状ジョイント方式
は、組立てにおいてボルトや溶接による接合を全く必要
としないため組立作業が簡単で、高い継手効率が得られ
るという優れた特長を有している。具体的には外周に複
数の連結溝を有するハブと呼ばれる柱状ジョイント（柱
状ハブ）と、両端部に押し潰しによって形成した接続端
部を有するフレーム材とを使用し、フレーム材の接続端
部とハブの連結溝を利用して両者を互いに嵌合して結合
するものである。

【０００４】トラス状骨組構造体の様式としては、ドー
ム型、モスク型、ピラミッド型、フラットストラクチャ
型、バレルヴォールト型等の各種の形状を呈するものが
あるが、それらが独立した構築物とされる場合および構
築物の一部の構造部分として併設され構造物とされる場
合なども含まれる。また、フラットストラクチャ型とバ
レルヴォールト型は、通常剛性を高めるためにダブルレ
イヤー方式を採用している。

【０００５】図１６（Ａ）、（Ｂ）は従来のダブルレイ
ヤー方式のバレルヴォールト型骨組構造体の概略構成を
示す斜視図および正面図である。同図において、バレル
ヴォールト型骨組構造体（以下、単に骨組構造体とも呼
ぶ）１は、アーチ形に湾曲した表面側レイヤー２と裏面
側レイヤー３を備え、これら両レイヤー２，３の各節点
を斜部材６によって連結することにより構築されてい
る。表面側レイヤー２は、多数のフレーム材７を格子状
に配列し、その隣り合う端部を柱状ハブ（以下、単にハ
ブとも呼ぶ）８によってそれぞれ接続することにより形
成されており、このハブ８が表面側レイヤー２の節点を
構成している。

【０００６】裏面側レイヤー３も表面側レイヤー２と全
く同様に、フレーム材７とハブ８とで形成されている。
両レイヤー２，３の節点の位置は、左右方向（スパンＬ
方向）および前後方向（桁行方向Ｄ）に半ピッチずれて
いる。前記斜部材６は、各節点より対向するレイヤーの
節点４つを連結するようにハブ８どうしの間に配設され
る。このように、ダブルレイヤー方式のバレルヴォール
ト型骨組構造体１においては、表面側レイヤー２、裏面
側レイヤー３および斜部材６によって構築されることに
より、剛性を高め、構造的に安定した構造体を構成して
いる。

【０００７】このような骨組構造体１は主に３つの荷重
ケース、すなわち積雪時の荷重、暴風時の風荷重、
地震時の水平外力（荷重）を考慮して設計される。ま
た、骨組構造体１の支承構造としては、台座構造物１０
上に設置する際、裏面側レイヤー３の両端部を完全に固
定すると、大きな鉛直方向の荷重Ｐにより骨組構造体１
が下方に変形したとき、骨組構造体の支承部である裏面
側レイヤー３の両端部の柱状ハブ８Ａ，８Ｂに鉛直方向
の荷重Ｐ以外に水平方向の力および回転力が加わるため
台座構造物１０に過大な力が作用することが想定され
る。このため、従来は捩れを考慮して台座構造物を設計
する必要があった。

【０００８】そこで、最近ではこのような問題を解決す
る方法として、骨組構造体１の節点部をピンや回転軸で
支承したり、あるいはローラによって水平方向に移動自
在に支承することにより、台座構造物１０に加わる荷重
を鉛直方向の荷重Ｐのみとし、水平方向の荷重および回
転力が加わらないようにしている（特願平９−２７７７
５７号）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
ダブルレイヤー方式のバレルヴォールト型骨組構造体１
においては、表面側レイヤー２と裏面側レイヤー３とが
あり、この両者を多数の斜部材６によって補強している
ため、構造が複雑で斜部材６、フレーム材７、柱状ハブ
８および斜部材６を連結するための連結金具等の部品点
数が多くなり骨組構造体自体の重量が増加するという問
題があった。また、節点の構造も複雑で組立作業に煩わ
しさを伴い骨組構造体の施工期間が長くなるばかりか、
材料費、加工費、施工費等が嵩むという問題があった。
さらに、斜部材６を用いることに加え表面側レイヤー２
と裏面側レイヤー３の位相がずれて配置されることに伴
い美観を損なうという問題もあった。

【００１０】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、部品点
数が少なく、組立作業が容易で、安価に構築することが
できるようにした骨組構造体を提供することにある。ま
た、本発明は、軽量ですっきりした美観の良好な骨組構
造体を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の骨組構造体ユニットは、両端に接続端
部を有しスパン方向に配設された偶数個のスパン方向フ
レーム材と、これらスパン方向フレーム材と直交するよ
うに格子状に配列されたスパン方向フレーム材と同数の
桁行方向フレーム材と、これらのフレーム材の接続端部
が嵌合される複数の連結溝を外周に有する複数個の柱状
ハブとによって形成され複数の四角形グリッドを有する
とともに上方に向かって凸曲面となるように湾曲したバ
レルヴォールト型のシングルレイヤーユニットと、前記
シングルレイヤーユニットの各スパン方向フレーム材の
下方に張設され中間部が真上に位置する柱状ハブに束部
材を介してそれぞれ連結された複数本の張弦部材と、前
記シングルレイヤーユニットの面内でユニットの対角線
上に張設されることにより、端部および中間部がシング
ルレイヤーの角部および対角線上に位置する柱状ハブに
連結された対角ブレース材とを備えたことを特徴とす
る。このような構成において、従来の如き複雑でデザイ
ン上煩雑さを呈するダブルレイヤー構造と異なり、シン
プルでスマートなシングルレイヤー構造が提供できる。
また、フレーム材の節点はフレーム材の接続端部が嵌合
する連結溝を外周に有する柱状ハブにより接合されるの
で、面外方向に強度がある。自重および積雪等の外部荷
重により骨組構造体ユニットに鉛直方向の荷重が加わる
と、骨組構造体ユニットは下方に変形する。このとき、
骨組構造体ユニットの下端は、外側に広がる方向に応力
が発生し、張弦部材を緊張させる。このため、張弦部材
による両端に加わるテンションと中間部に配設される束
部材によりシングルレイヤーユニットの中間部に上向き
に力が加わり自重および外力による下向きの荷重に対す
る耐力が維持される。したがって、シングルレイヤーに
係わらず骨組構造体ユニットは強度が増大し下方への変
形が抑制される。また、スパン方向および桁行方向のフ
レーム材は偶数個で構成されるので、対角ブレース材は
その両端がシングルレイヤーユニットの角部の柱状ハブ
と、また中間部がフレーム材の節点に配設される柱状ハ
ブに連結されるので、地震時にシングルレイヤーユニッ
ト全体に対し加わる水平外力は主として対角ブレース材
に伝えられその引張り耐力により水平外力が受けられ
る。これにより骨組構造体ユニットの変形が抑制され、
安定した形状を保持する。

【００１２】第２の発明の骨組構造体ユニットは、両端
に接続端部を有しスパン方向に配設された偶数個のスパ
ン方向フレーム材と、これらスパン方向フレーム材と直
交するように格子状に配列されたスパン方向フレーム材
と同数の桁行方向フレーム材と、これらのフレーム材の
接続端部が嵌合される複数の連結溝を外周に有する複数
個の柱状ハブとによって形成され複数の四角形グリッド
を有するとともに上方に向かって凸曲面となるように湾
曲したバレルヴォールト型のシングルレイヤーユニット
と、前記シングルレイヤーユニットの各スパン方向フレ
ーム材の下方に張設され中間部が真上に位置する柱状ハ
ブに束部材を介してそれぞれ連結された複数本の張弦部
材と、前記シングルレイヤーユニットの互いに隣り合う
二辺の中央部間を連結し端部および中間部が二辺の中間
部間の線上に位置する柱状ハブに連結された辺間ブレー
ス材とを備えたことを特徴とする。このような構成にお
いて、シングルレイヤーユニットの各辺の中間部を連結
するように辺間ブレース材が配設され、スパン方向およ
び桁行方向のフレーム材は偶数個で構成されるので、辺
間ブレース材の両端および中間部は節点を構成する柱状
ハブに連結される。このため、シングルレイヤーユニッ
トの鉛直方向の外力（例えば、積雪荷重）が作用しても
シングルレイヤーユニットの変形を抑制するように辺間
ブレース材が対抗し変形を妨げる。これにより節点部を
構成するハブを回転させる方向の力を抑え骨組構造体ユ
ニット全体の強度を増大させることができる。

【００１３】第３の発明の骨組構造体ユニットは、両端
に接続端部を有しスパン方向に配設された偶数個のスパ
ン方向フレーム材と、これらスパン方向フレーム材と直
交するように格子状に配列されたスパン方向フレーム材
と同数の桁行方向フレーム材と、これらのフレーム材の
接続端部が嵌合される複数の連結溝を外周に有する複数
個の柱状ハブとによって形成され複数の四角形グリッド
を有するとともに上方に向かって凸曲面となるように湾
曲したバレルヴォールト型のシングルレイヤーユニット
と、前記シングルレイヤーの各スパン方向フレーム材の
下方に張設され中間部が真上に位置する柱状ハブに束部
材を介してそれぞれ連結された複数本の張弦部材と、前
記シングルレイヤーユニットの面内でユニットの対角線
上に張設されることにより、端部および中間部がシング
ルレイヤーユニットの角部および対角線上に位置する柱
状ハブに連結された対角ブレース材と、前記シングルレ
イヤーの互いに隣り合う二辺の中央部間を連結し端部お
よび中間部が二辺の中間部間の線上に位置する柱状ハブ
に連結された辺間ブレース材とを備えたことを特徴とす
る。第３の発明によれば、第１、第２の発明の作用が兼
ね合わさりフレーム材と異なり外観の煩雑さを生じない
ブレース材により有効に骨組構造体ユニットの変形防止
と構造強度の維持が図れる。

【００１４】第４の発明の骨組構造体ユニットは、上記
第１、第２または第３の発明において、柱状ハブのフレ
ーム材との接続部にハブの回転を阻止する回転防止部材
または回転防止部を設けたことを特徴とする。このよう
な構成において、回転防止部材または回転防止部は節点
部の柱状ハブに面内方向の外力が作用しても柱状ハブの
回転を防ぎ、これにより面内方向の剛性を高め、骨組構
造体ユニットの強度を増大させる。したがって、フレー
ム材に圧縮または引張荷重が加わったとき、フレーム材
の面内方向の変形、破壊および柱状ハブの回転が抑制さ
れる。回転防止部材または回転防止部を設けた場合は、
辺間ブレース材を省略することも可能である。

【００１５】第５の発明の骨組構造体ユニットは、上記
第１、第２、第３または第４の発明において、シングル
レイヤーユニットのスパン方向の両端部に位置する桁行
方向の複数のフレーム材に代えて柱状ハブをそれぞれ保
持する一対の梁部材が配設されていることを特徴とす
る。第５の発明は、シングルレイヤーユニットのスパン
方向の両端部に位置する桁行方向の複数のフレーム材に
代えて柱状ハブをそれぞれ保持する一対の梁部材を配設
したので、構造物全体を台座構造物に支承させる場合、
スパン方向両端に位置する柱状ハブ全てを支承させずと
も梁部材の桁方向両端にのみ支承構造を配設すれば支承
できる。

【００１６】第６の発明の骨組構造体は、第１〜第５の
発明のうちのいずれか１つに記載の骨組構造体ユニット
を桁行方向に複数個配設するとともに、隣接部における
スパン方向フレーム材は隣接する骨組構造体ユニットに
対して共通して用いられていることを特徴とする。第６
の発明は、上記第１〜第５の発明のうちのいずれか１つ
により形成される骨組構造体ユニットを連結部分のスパ
ン方向フレーム材を重複しないように省いて複数個連続
して並べた構成の骨組構造体である。これにより桁行方
向に長い骨組構造体が得られる。

【００１７】第７の発明の骨組構造体は、上記第６の発
明において、シングルレイヤーユニットのスパン方向の
一端側が第１の支承構造によってスパン方向と平行な垂
直面内において回動自在に支承され、他端側が第２の支
承構造によってスパン方向に移動自在にかつスパン方向
と平行な垂直面内において回動自在に支承されているこ
とを特徴とする。このような構成においては、積雪等の
垂直荷重、風圧等が加わった場合でも、他端側がスライ
ドすると同時に回動することにより台座構造物には鉛直
方向の力以外の回転力、水平力は作用せず安定した支承
構造が得られる。

【００１８】第８の発明に係る骨組構造体は、上記第６
または第７の発明において、シングルレイヤーユニット
は台座構造物に吹上げ防止材によって連結されているこ
とを特徴とする。第８の発明は、骨組構造体を台座構造
物に吹上げ防止材により連結しているので、風による吹
き上げ荷重が作用した場合、それに対抗する。

【００１９】第９の発明の骨組構造体は、上記第６，７
または第８の発明において、対角ブレース材は隣接する
２つの骨組構造体ユニットの対角線上に配設されている
ことを特徴とする。第１０の発明の骨組構造体は、上記
第６，７，８または第９の発明において、辺間ブレース
材は隣接する２つの骨組構造体ユニットにおける隣り合
う二辺の中間部間に配設されていることを特徴とする。
第９および第１０の発明においては、対角ブレース材ま
たは辺間ブレース材を隣接する２つの骨組構造体ユニッ
トにおける対角線上または隣接する辺の中間部間に配設
されるものである。これによればブレース材と柱状ハブ
との連結可能箇所は減少するが、ブレース材の数は減少
する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る骨
組構造体ユニットの第１の実施の形態を示す概略斜視
図、図２（ａ）、（ｂ）は同ユニットの平面図および正
面図である。なお、図中従来技術の欄で説明した構成部
材または同等部材については同一符号をもって示す。こ
れらの図において、骨組構造体ユニット２０は、平面視
の輪郭形状が正方形を呈するシングルレイヤー方式のバ
レルヴォールト型屋根用骨組構造体ユニットを構成し、
上面全体が図示しないガラス等の外装材によって覆わ
れ、台座構造物１０上に設置されるもので、複数本のフ
レーム材７と、これらのフレーム材７を接続する節点部
材としての複数個の柱状ハブ８との組み合わせによって
アーチ状に構築された複数の四角形グリッドＭを有する
シングルレイヤーユニット２１を備えている。

【００２１】ここで、本発明において、「骨組構造体ユ
ニット」とは、骨組構造体の基本ユニットを構成するも
ので、単体または複数個連結して骨組構造体として用い
る。個々のユニットを単体として示す場合は「骨組構造
体ユニット」と呼び、このユニットを複数個結合して構
築されるものを骨組構造体と呼ぶ。また、以下の説明に
おいてハブ全般を指す場合は、単に柱状ハブ（またはハ
ブ）８と称し、特にスパン方向両端にそれぞれ位置する
ハブについては柱状ハブ（ハブ）８Ａ，８Ｂと称し、さ
らにこれらのハブ８Ａ，８Ｂのうち特に桁行方向両端の
ハブについては柱状ハブ（ハブ）８Ａ₀ ，８Ｂ₀ と称す
る。

【００２２】シングルレイヤーユニット２１のスパンＬ
方向（Ｘ方向）の一端側の最下部に位置する５つのハブ
８Ａのうち桁行方向両端部に位置する２つのハブ８Ａ₀
は、台座構造物１０の上面に設けた第１の支承構造２２
によってスパンＬ方向と平行な垂直面内において回動自
在に支承されている。一方、スパン方向他端側の最下部
に位置する５つのハブ８Ｂのうち桁行方向両端部に位置
する２つのハブ８Ｂ₀は同じく台座構造物１０上に設け
た第２の支承構造２３によってスパンＬ方向に移動自在
にかつスパンＬ方向と平行な垂直面内において回動自在
に支承されている。シングルレイヤーユニット２１の両
端部の節点部Ａ，Ｂにおいては、桁行方向（Ｙ方向）の
フレーム材７の代わりに後述する梁部材５５，７０が設
けられるとともに、前記第１、第２の支承構造２２，２
３はその桁行方向前後端にのみ配置されている。なお、
前記台座構造物１０は、コンクリート壁や支柱、または
梁と支柱等からなり、トラス構造物を支持するに十分な
強度を有している。また、スパン方向両端部の節点部を
構成するハブ、特に桁行方向両端部のハブ８Ａ₀ ，８Ｂ
₀ および第１、第２の支承構造２２，２３については後
述する。なお、グリッドＭとは、図２に示す縦、横４つ
に区切られた個々の四角形のことで、図２においては１
６個形成されている。

【００２３】図３〜図５において、前記フレーム材７
は、通常アルミニウム合金（例：ＪＩＳ Ａ６０６１，
Ａ６０６３をＴ１ないしＴ４に調質のもの）またはステ
ンレス材のＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６等のパイプを用
い、その両端部をプレス加工等により押し潰すことによ
り柱状ハブ８との接続端部２６とテーパ部２７を形成
し、さらに接続端部２６の両面に複数個のディンプル
（凸部と凹部）からなる係止部２８を設け、その後アル
ミニウム合金の場合Ｔ６等に調質し強度を向上させたも
のを用いている。この係止部２８は前記接続端部２６が
柱状ハブ８の連結溝３０に嵌合されたとき、連結溝３０
の壁面に形成した凸部と凹部からなる係合部３１に係合
することで、フレーム材７の軸線方向に加わる荷重をハ
ブ８に伝える。係止部２８と係合部３１は同一形状に形
成されている。

【００２４】さらに、一般的な柱状ジョイント方式にお
いて、ドーム型、モスク型のトラス状骨組構造体を構築
する場合、フレーム材７には、ハブ８の連結溝３０間の
割り角度θ以外にその配設位置に応じて３つの角度、す
なわちコイン角α、ベンド角β、ツイスト角γが付与さ
れ、これによって任意の球面度を有するドームの構築を
可能にしている。コイン角αは接続端部２６のフレーム
材７の軸線方向に対する切断角度、ベンド角βはフレー
ム材７の軸線と接続端部２６の軸線とのなす角度、ツイ
スト角γはフレーム材７を介して隣合い高さおよびハブ
軸方向の曲率中心位置が異なるハブ８間の連結溝３０を
連結するフレーム材７における接続端部２６間のなす角
度である。なお、四角形グリッドＭのシングルレイヤー
式バレルヴォールト型骨組構造体ユニット２０において
は、接続端部２６のコイン角αが約７５°〜９０°に、
ベンド角βおよびツイスト角γが０°にそれぞれ角度付
けされ、ドーム型においてはコイン角αが８０°〜９０
°に、ベンド角βが０°〜３５°に、ツイスト角γが０
°〜５°にそれぞれ角度付けされる。

【００２５】図４において、前記柱状ハブ８は、通常ア
ルミニウム合金のＡ６０８２−Ｔ６の押出材やステンレ
ス材のＳＣＳ１１やＳＣＳ１３の鋳造品等によって円柱
状に形成され、中心にねじ孔ないし貫通孔３２を有して
いる。また、ハブ８の外周面には、溝壁面に前記係合部
３１を有する４個の連結溝３０が周方向に等間隔をおい
て形成され、これらの連結溝３０に各フレーム材７の接
続端部２６が軸線方向から嵌合されることによりトラス
節点を形成している。

【００２６】ここで、図１および図２に示す本実施の形
態においては、シングルレイヤーユニット２１を１辺の
長さが６ｍの正方形とし、対角線の長さを８．４９ｍ、
ライズ比〔高さｒ（図２（ｂ）とスパンＬの比（ｒ／
Ｌ）〕を０．０５とし、３２本のフレーム材７と２５個
の柱状ハブ８とでシングルレイヤーユニット２１を構築
した例を示している。四角形グリッドＭの一辺の長さＧ
（図２）は１．５ｍである。フレーム材７、ハブ８のサ
イズは、骨組構造体ユニット２０の大きさ、ライズ比等
の形状、規制したい変位量等によって決定される。ここ
では、一般地域において骨組構造体ユニット２０の各グ
リッド内での最大垂直方向変位（１つのグリッド内の角
部３点を通る面に対する残りの角部の点の変位）を６．
７ｍｍ（外被材の厚さ／安全率）程度に抑えるものを必
要なサイズとして算定し、フレーム材７の外径を１００
ｍｍφ、長さを１．５ｍ、肉厚を４ｍｍとし、ハブ８の
外径を１０９ｍｍφ、長さを１５７ｍｍとしている。

【００２７】このような骨組構造体ユニット、すなわち
シングルレイヤー方式のバレルヴォールト型骨組構造体
２０は、図１６に示したダブルレイヤー方式のバレルヴ
ォールト型骨組構造体１に比べて構造的に強度が弱く負
荷荷重に対する変位量が大きいため、補強する必要があ
る。そこで、本発明においては、張弦部材３３を用いて
張弦梁構造とするとともに、対角ブレース材３４、辺間
ブレース材３５、吹上げ防止材５０によって補強してい
る。

【００２８】図１において、前記張弦部材３３として
は、直径が１０ｍｍφ程度のステンレス製ケーブルが用
いられ、シングルレイヤーユニット２１の下方でスパン
Ｌ方向に延在するフレーム材７の真下に位置するように
桁行方向に５本張設され、端部がシングルレイヤーユニ
ット２１のスパン方向両端部の各ハブ８Ａ，８Ｂにそれ
ぞれ連結され、中央部が真上に位置する柱状ハブ８に束
部材３６を介して連結されている。また、各張弦部材３
３の途中には、緊張装置としてのターンバックル４２が
取付けられている。この場合、張弦部材３３は弛みが生
じないように張設されているが、初期張力は付与されて
いない扱いとしている。なお、張弦部材３３としてはケ
ーブル状のものに限らずロッド状（棒状）のものでもよ
い。また、初期張力を付与した状態で張弦部材３３を張
設することもできる。

【００２９】前記束部材３６は、適宜な外径を有するア
ルミニウム合金、ステンレス等のパイプからなり、下端
が骨組構造体ユニット２０より下方に延在して締結部材
４１によって張弦部材３３の中央に連結されている。こ
のため、張弦部材３３は締結部材４１において下向きに
Ｖ字状になる。束部材３６の長さは６００ｍｍ、外径は
２５ｍｍ、肉厚は１．０ｍｍ程度である。骨組構造体ユ
ニット２０のデプス比〔スパンＬと束部材の長ｄさの比
（ｄ／Ｌ）〕は０．１である。

【００３０】このように、束部材３６をハブ８の下面に
垂設してその下端を骨組構造体ユニット２０の下方に延
在させるとともに張弦部材３３を張設しておくことによ
り、骨組構造体ユニット２０に鉛直方向の荷重Ｐが加わ
りスパン方向に両端が広がり、中間部が下方に変形しよ
うとしたとき、張弦部材３３は緊張し張力が付与される
ことから骨組構造体ユニット２０のスパン方向への拡が
りや、中央部が下向きに変形することを防止する。

【００３１】ここで、本実施の形態においては、スパン
Ｌ方向の中央に位置する５個の柱状ハブ８に対して束部
材３６をそれぞれ垂設し、各張弦部材３３の中央を支持
するようにした例を示したが、これに限らず骨組構造体
２０の大きさ、グリッドＭの大きさ等によって束部材３
６の数を増減することができる。例えば、スパン方向両
端部のハブ８Ａ，８Ｂを除く他の全てのハブ８に対して
束部材３６を垂設して張弦部材３３の中央および中間部
を支持するようにしてもよい。その場合、張弦部材３３
の張力が有効に作用するように束部材３６の長さを設定
するとよい。

【００３２】前記対角ブレース材３４は、前記シングル
レイヤーユニット２１の面内で各対角線上に位置するよ
うに張設されている。このため、対角ブレース材３４
は、前記フレーム材７に対して略４５°の角度でＸ字状
に交差しており、端部と中間部がシングルレイヤーユニ
ット２１の角部および対角線上に位置するハブ８の上面
に連結固定されている。対角ブレース材３４としては、
直径が４ｍｍφ程度のステンレス製ケーブルが用いられ
る。この場合、対角ブレース材３４は弛みが生じないよ
うに張設されているが、初期張力は付与されていない。
なお、張設時の緩みを防止するために、対角ブレース材
３４の隣り合うハブ間のケーブル部分にターンバックル
を設けておくことが望ましい。

【００３３】このように対角ブレース材３４をＸ字状に
張設しておくと、地震時に水平方向外力（特に桁行方向
の力）が加わったとき、対角ブレース材３４の半分は緊
張して張力が付与されることから、フレーム材７に作用
する力が低減される。このため、骨組構造体ユニット２
０の剛性が高まり、水平外力による変形が抑制される。
すなわち、対角ブレース材３４は、主として地震時に特
に桁行方向の水平外力が加わったときに骨組構造体ユニ
ット２０が変形して不安定になるのを防止するために用
いられるものである。ただし、桁行方向の水平外力のみ
に限らず、スパンＬ方向の水平外力に対しても機能する
ことにより骨組構造体ユニット２０の剛性を高め、変形
を抑制する役割を果たすことはいうまでもない。なお、
上記本実施の形態として対角部間を結ぶ連続したケーブ
ルを対角ブレース材３４として用いたが、角部に配設さ
れるハブ８と対角線上に配設される各ハブ間をそれぞれ
連結し角部間にわたっては連続しないケーブルとしても
よい。さらに、ケーブルに代えて棒状のロッド材として
もよい。

【００３４】前記辺間ブレース材３５は、図１に示すよ
うにシングルレイヤーユニット２１の面内にシングルレ
イヤーユニット２１の隣り合う二辺の中央部に位置する
ハブ８を結ぶように配設され、この線上に配設される各
柱状ハブ８にもそれぞれ連結固定される。図１にあって
は、シングルレイヤーユニット２１に内接する四角形を
形成するように張設されている。

【００３５】辺間ブレース材３５としては、直径が４ｍ
ｍφ程度のステンレス製ケーブルが用いられる。この場
合、辺間ブレース材３５は、張弦部材３３および対角ブ
レース材３４と同様に弛みが生じないように張設されて
いるが、初期張力は付与されていない扱いとしている。
なお、張設時の緩みを防止するために、辺間ブレース材
３５の隣り合うハブ間のケーブル部分にターンバックル
等の緊張装置を設けておくことが望ましい。

【００３６】このように辺間ブレース材３５をシングル
レイヤーユニット２１に内接する四角形を形成するよう
に張設しておくと、シングルレイヤーユニット２１に各
フレーム材７に形成されるグリッドＭを変形させる鉛直
方向の外力が加わったとき、その外力は辺間ブレース材
３５に加わり辺間ブレース材３５には張力が付与される
ことになり、辺間ブレース材３５が外力を受けてフレー
ム材７に作用する力が低減される。このため、骨組構造
体ユニット２０の面内剛性が高まり、変形が抑制され
る。すなわち、辺間ブレース材３５は、主としてシング
ルレイヤーユニット２１に鉛直方向の外力が加わったと
きに骨組構造体ユニット２０が変形して不安定になるの
を防止するために用いられるもので、これによってフレ
ーム材７の接続端部２６の折れ曲がり、ハブ８の回転等
が防止される。ただし、シングルレイヤーユニット２１
の面内方向の外力のみならず、水平外力に対しても機能
することにより骨組構造体ユニット２０の剛性を高め、
変形を抑制する役割を果たすことはいうまでもない。な
お、辺間ブレース材３５は地震時に桁行方向の水平外力
が加わったときにもシングルレイヤーユニット２１の変
形を防止する作用も有する。

【００３７】また、本実施の形態においては、辺間ブレ
ース材３５として隣接する辺の中央部のハブ８を結ぶ連
続したケーブルを辺間ブレース材として用いたが、辺の
中央部に配設されるハブと隣接する辺の中央部に配設さ
れるハブ間を通して連続せず、ケーブルの長さをこれが
連結されるハブ部までの長さのケーブルとし、個々のケ
ーブルがハブを介して連続する形態としてもよい。さら
に、ケーブルに代えて棒状のロッド材としてもよい。

【００３８】図５において、前記対角ブレース材３４と
辺間ブレース材３５は、それぞれ上下一対の締結具４
４，４４によって挟持され、これらの締結具４４をハブ
８の上面に積み重ねて設置し、ボルト４５によって共締
め固定することによりハブ８に連結される。各締結具４
４には、溝４６とボルト挿通孔４７が形成されており、
溝４６に前記対角ブレース材３４または辺間ブレース材
３５が係入される。そして、締結具４４は、ハブ８の上
面に固定され連結溝３０の上端側開放部を覆うことで、
フレーム材７の接続端部２６がハブ８の上方に抜けるの
を防止する機能をも有している。なお、４８はワッシャ
である。

【００３９】ここで、図５においては、シングルレイヤ
ーユニット２１の各対角線に対して２本の対角ブレース
材３４を張設し、辺間ブレース材３５を２本一組として
張設する場合を想定して各締結具４４の挟持面に溝４６
を２つ形成した例を示したが、各対角線に対して１本の
対角ブレース材３４を張設し、１本の辺間ブレース材３
５を張設する場合は締結具４４に溝４６を１つ形成すれ
ばよい。

【００４０】図６に連続しないブレース材３４（３５）
を利用した例を示す。ハブ８Ｘとブレース材３４（３
５）との締結方法として、ハブ８Ｘにはブレース材締結
用の連結溝３０Ｘを予め形成しておき、ブレース材３４
（３５）の端部にはハブ８Ｘの連結溝３０Ｘに係合する
接続部４４Ｙを有する締結具４４Ｘを用いてブレース材
３４（３５）をハブ８Ｘに締結固定している。この例に
あっては、フレーム材７の配設方向とブレース材３４
（３５）の配設方向は相違するので、締結具４４Ｘのた
めの連結溝３０Ｘをハブ８Ｘに形成することに支障はな
い。

【００４１】さらに、骨組構造体ユニット２０は複数本
のケーブル状吹上げ防止材５０によって補強されてい
る。この吹上げ防止材５０は、暴風時の風の吹上げ力や
屋根に加わる負圧力によって骨組構造体ユニット２０が
台座構造物１０から浮き上がるのを防止するために用い
られるもので、下端がシングルレイヤーユニット２１よ
り下方に位置して台座構造物１０の内面に接続され、上
端がシングルレイヤーユニット２１の中間部に位置する
ハブ８にそれぞれ連結されている。また、各吹上げ防止
材５０には、緊張装置としてのターンバックル５１が取
付けられている。この場合、吹上げ防止材５０は、弛み
が生じないように張設されているが、初期張力は付与さ
れていない。吹上げ防止材５０としては、直径が６ｍｍ
φ程度のステンレス製ケーブルが用いられる。また、吹
上げ防止材５０はケーブル状のものに代えて棒状のロッ
ド材を用いることができる。

【００４２】次に、シングルレイヤーユニット２１のス
パン方向の両端でかつ桁行方向の両端に位置するハブハ
ブ８Ａ₀ ，８Ｂ₀ を支承する第１、第２の支承構造２
２，２３について詳述する。図７はシングルレイヤーユ
ニット２１のスパン方向の片側を支承する第１の支承構
造の一部を破断して示す側面図、図８は図７のVIII−VI
II線断面図である。この第１の支承構造２２は、前記ス
パン方向片側端の桁行方向端部のハブ８Ａ₀の位置で梁
部材５５を支承するもので、前後一対の支承体５６を備
えている。シングルレイヤーユニット２１のスパン方向
片側端の５個のハブ８Ａを支持する前記梁部材５５は、
その両端部のハブ８Ａ₀ ，８Ｂ₀ の位置において前記一
対の支承体５６によって回動自在に支持されている。

【００４３】前記支承体５６は、回動体５７と固定体５
８とで構成されている。回動体５７は、ボルト５９によ
って互いに固定された上部回動体５７Ａと下部回動体５
７Ｂよりなるが、一体に形成されたものであってもよ
い。梁部材５５は、本例においてはボルト６０を介して
上部回動体５７Ａに固定されている。なお、張弦部材３
３は締結板６１を介してハブ８Ａに連結されている。

【００４４】前記下部回動体５７Ｂの下面には、前記ハ
ブハブ８Ａ₀ の中心Ｏを中心とする半径Ｒ1 の円弧状摺
動面６２が形成され、さらにこの摺動面６２には四フッ
化エチレン等の摩擦係数の小さい部材６３が貼着、溶
着、アウトサート成形等の適宜な方法によって設けられ
ている。

【００４５】前記固定体５８は、前記台座構造物１０の
上面に基台６４を介して固定されており、上面には円弧
状に湾曲した案内溝６５が形成され、この案内溝６５の
底面が前記回動体５７の摺動面６６を形成している。摺
動面６６は、前記ハブ８Ａ₀の中心Ｏを中心とする半径
Ｒ（Ｒ＞Ｒ1 ）でもって円弧状に形成され、さらにこの
摺動面６６には四フッ化エチレン等の摩擦係数の小さい
部材６７が貼着、溶着等によって設けられている。

【００４６】また、固定体５８の上面周縁部には、平面
視コ字状のストッパ６８が一体に突設されており、この
ストッパ６８によって前記梁部材５５が鉛直方向の荷重
を受けて変形したときの回動体５７の回動（特に、図７
において時計方向の回動）を一定範囲内に制限するとと
もに前記案内溝６５と相俟って回動体５７が骨組構造体
ユニット２０の桁行方向に移動するのを規制している。
さらに、前記案内溝６５の両側壁には、浮き上がり防止
部としての溝７０がそれぞれ形成され、この溝７０に前
記下部回動体５７Ｂの下端部両側面に一体に突設した突
状体７２をそれぞれ摺動自在に係入することにより前記
回動体５７の浮き上がりを防止している。

【００４７】図９はシングルレイヤーユニット２１のス
パン方向の他の片側を支承する第２の支承構造２３の一
部を破断して示す側面図である。この第２の支承構造２
３は、前記スパン方向他端側の桁行方向両端部のハブ８
Ｂ₀ の位置で梁部材７０を支承するもので、前後一対の
支承体７５を備えている。シングルレイヤーユニット２
１のスパン方向片側端の５個のハブ８Ｂを回転自在に支
持する前記梁部材７０は、両端部が前記一対の支承体７
５によって回動自在にかつスライド自在に支持されてい
る。

【００４８】前記支承体７５は、回動体７６とスライド
体７７と固定体７８とで構成されている。回動体７６
は、上部回動体７６Ａと下部回動体７６Ｂとからなりボ
ルト８０によって一体化されているが、上部回動体７６
Ａと下部回動体７６Ｂは一体に形成してもよい。梁部材
７０は、本例においてはボルト７９によって上部回動体
７６Ａに固定されている。なお、張弦部材３３は締結板
８１を介してハブ８Ｂ₀に連結されている。

【００４９】前記下部回動体７６Ｂの下面には、前記ハ
ブ８Ｂ₀ の中心Ｏを中心とする半径Ｒ3 の円弧状摺動面
８２が形成され、さらにこの摺動面８２には四フッ化エ
チレン等の摩擦係数の小さい部材８３が貼着、溶着等に
よって設けられている。

【００５０】前記スライド体７７は、上面に円弧状に湾
曲した案内溝１０４が形成され、この案内溝１０４の底
面が前記回動体７６の円弧状摺動面８５を形成してい
る。摺動面８５は、前記ハブ８Ｂ₀ の中心Ｏを中心とす
る半径Ｒ2 （Ｒ2 ＞Ｒ3 ）の円弧状に形成され、さらに
この摺動面８５には四フッ化エチレン等の摩擦係数の小
さい部材８６が貼着、溶着等によって設けられている。
そして、スライド体７７の下部のスライド面８７は、前
記固定体７８上にスパンＬ方向に移動自在に設置され、
骨組構造体ユニット２０が鉛直方向の荷重を受けて変形
したとき、固定体７８に沿ってスパンＬが長くなる方向
（図９において右方）へ移動される。なお、スライド体
７７は、後述する浮き上がり防止部８８によって固定体
７８からの浮き上がりが防止されるとともにスライド体
７７の案内溝１０４に形成される図示しないストッパに
よって図９において反時計方向への回動が一定範囲内に
制限されている。

【００５１】前記固定体７８は、前記台座構造物１０の
上面に基台９０を介して骨組構造体ユニット２０のスパ
ン方向と平行に固定され、上面が前記スライド体７７の
スライド面９１を形成している。また、このスライド面
９１には、摩擦係数の小さい部材９２が設けられてい
る。さらに、固定体７８の両端には、スライド体７７の
移動を一定範囲内に制限するとともに上方への浮き上が
りを防止する逆Ｌ字形の前記ストッパ８８が一体に突設
されている。

【００５２】このような第１、第２の支承構造２２，２
３によって骨組構造体ユニット２０のスパン方向両端部
の桁行方向前後端を支承すると、骨組構造体ユニット２
０が鉛直方向の荷重Ｐを受けて変形したとき、台座構造
物１０に加わる水平方向の力および回転力を確実に吸収
することができる。すなわち、骨組構造体ユニット２０
が鉛直方向の荷重Ｐを受けて変形すると、梁部材５５は
回動体５７とともにハブ８Ａ₀ の中心Ｏを回動中心とし
て支承体５６の摺動面６６に沿って図７において時計方
向に回動するので、梁部材５５およびこれに固定された
ハブ８Ａ₀ の回転力を吸収する。一方、他端側の梁部材
７０は回動体７６とともにハブ８Ｂ₀ の中心Ｏを回動中
心として図９において反時計方向に回動し、スライド体
７７は固定体７８に沿って右方へ水平移動するので、梁
部材７０に固定されたハブ８Ｂ₀の回転力および水平方
向の力を吸収する。したがって、骨組構造体ユニット２
０のスパン方向両端で桁行方向両端に位置するハブ８Ａ
₀ ，８Ｂ₀ に過大な力が加わらず、また台座構造物１０
の構造を簡略化することができる。

【００５３】ここで、本実施の形態においては、骨組構
造体２０のスパン方向両端にはハブ間にフレーム材７を
配設する代わりに梁部材５５，７０を配設し、これらの
梁部材５５，７０の両端部のハブ８Ａ₀ ，８Ｂ₀ 部分の
みを第１、第２の支承構造２２，２３によって支承した
例を示したが、各隣接するハブ８Ａどうしおよびハブ８
Ｂどうしにフレーム材７を配設するとともに各ハブ８
Ａ，８Ｂに対応する箇所をそれぞれ支承体によって支承
してもよい。また、骨組構造体ユニット２０の支承構造
としては、上記した第１、第２の支承構造２２，２３に
何等特定されるものではなく、例えばピンによる支承構
造と、ピンとローラを用いた支承構造であってもよい。
要は骨組構造体ユニット２０のスパン方向の一端側を回
動自在に支承し、他端側をスライド自在にかつ回動自在
に支承できるものであればよい。

【００５４】このような構造からなる骨組構造体ユニッ
ト２０においては、張弦部材３３、対角ブレース材３
４、辺間ブレース材３５および吹上げ防止材５０によっ
て補強しているので斜部材を全く必要とせず、シングル
レイヤー方式のバレルヴォールト型骨組構造体ユニット
にも拘わらず大きな面内、面外剛性を確保することがで
き、鉛直方向の荷重Ｐ、面内外力および水平方向の外力
に対して耐力を増大させることができる。したがって、
骨組構造体ユニット２０の変形が抑制、防止され、フレ
ーム材７の端部が折れ曲がったり、ハブ８が回転したり
することがない。

【００５５】また、図１６に示したダブルレイヤー方式
のバレルヴォールト型骨組構造体１に比べてフレーム材
７およびハブ８の数を削減することができるため、構造
がすっきりして外観がよく、材料費、加工費、施工費等
の低減、軽量化および工期の短縮化を達成することがで
きる。因みに、本発明においては後に実施例により記載
するように、図１６に示したダブルレイヤー方式のバレ
ルヴォールト型骨組構造体１と比較して数量において、
フレーム材７で略１／６、ハブ８で１／２．４に削減す
ることができる。

【００５６】また、骨組構造体ユニット２０は、鉛直方
向の荷重Ｐを受けたときスパン方向両端部において片側
は第１の支承構造２２によって回動し、他端側は第２の
支承構造２３によってスライドすると同時に回動するこ
とにより、水平方向の力および回転力を吸収する。した
がって、台座構造物１０には鉛直方向の荷重のみが作用
し、台座構造物１０や骨組構造体ユニットのスパン方向
両側でかつ桁行方向両端のハブ８Ａ₀ ，８Ｂ₀ が破壊し
たり、トラス構造物全体が崩壊したりすることがない。

【００５７】さらに、骨組構造体ユニット２０は圧縮力
に対する座屈耐力を増すように外径の比較的大きなフレ
ーム材７を用いるが、フレーム材７は四角形グリッドＭ
に用いており、一方ブレース材３４，３５および吹上げ
防止材５０は張力のみを受ければよいため細径材でよい
ので、従来の骨組構造体と較べてすっきりした斬新なデ
ザインとすることができる。また四角形グリッドＭを採
用しているので、三角形グリッドに比べて骨組構造体ユ
ニットに取付けられる屋根用部材等の外装材の歩留りを
向上させることができる。

【００５８】図１０（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実
施の形態を示す骨組構造体ユニットの概略平面図および
正面図、図１１はこれに用いる回転防止式柱状ハブの平
面図である。この実施の形態における骨組構造体ユニッ
ト１００は、複数本のフレーム材７と複数個の柱状ハブ
１０１とでシングルレイヤーユニット１０２を形成し、
このシングルレイヤーユニット１０２を複数本の張弦部
材３３と、対角ブレース材３４と、吹上げ防止材５０お
よびハブ１０１によって補強した点が上記した第１の実
施の形態における骨組構造体ユニット２０と相違し、そ
の他の構成は全く同一である。したがって、同一部材に
ついては同一符号をもって示し、その説明を省略する。

【００５９】前記回転防止式柱状ハブ１０１は、アルミ
ニウム合金ＪＩＳ Ａ６０８２−Ｔ６の押出材、ステン
レス材のＳＣＳ１１やＳＣＳ１３の鋳造品等によって筒
状に形成され、中心にボルト４５（図５参照）が螺合さ
れるねじ孔ないし貫通孔３２を有している。また、回転
防止式柱状ハブ１０１の外周面には、溝壁面に凹凸から
なる係合部３１を有する連結溝３０が周方向に等間隔を
おいて４個形成されるとともに、前記各連結溝３０に連
通するＶ字状の溝１０４を有する回転防止部１０３が一
体に突設されている。回転防止部１０３の長さは、フレ
ーム材７のテーパ部２７の略半分の長さに設定されてい
る。Ｖ字状の溝１０４は、フレーム材７のテーパ部２７
の角度と略同一角度で、連結溝３０に向かって幅が漸次
減少するように形成されている。前記連結溝３０および
Ｖ字状の溝１０４に前記フレーム材７の接続端部２６と
テーパ部２７を回転防止式ハブ１０１の軸線方向から圧
入することによりフレーム材７が互いに接続され、シン
グルレイヤーユニット１０２のトラス節点が形成され
る。

【００６０】このような構造においては、Ｖ字状の溝１
０４にフレーム材７のテーパ部２７を嵌合させているの
で、これら両部材の接続が半剛性の接続構造となり、骨
組構造体ユニット１００の面内剛性を高めることができ
る。したがって、骨組構造体ユニット１００に鉛直方向
の荷重が加わったとき、フレーム材７と回転防止式柱状
ハブ１０１の節点部の面内方向の剛性が大きいので、ハ
ブの面内方向の変形を抑制、防止することができ、辺間
ブレース材３５を用いた上記第１の実施の形態における
骨組構造体ユニット２０と同等の効果が得られる。ま
た、回転防止部１０３はハブ１０１に一体に設けられて
いるので、別部材を設ける必要がなく、上記した第１の
実施の形態の骨組構造体ユニット２０に比べて一層構造
が簡単で部品点数を削減でき、据付けが容易である。

【００６１】図１２は本発明に係る骨組構造体のモデル
を示す平面図である。本発明に係る骨組構造体１１０〜
１１７は、上記したシングルレイヤーユニット２１を基
本ユニットとして用い桁行方向に複数個連結して大型の
骨組構造体を構築した例を示す。

【００６２】図１２に示す各例において、シングルレイ
ヤーユニットからなる基本ユニットの連結部は、連結す
るユニットの桁行方向端部のフレーム材は重複せずに連
続される。この場合、何れのパターンも骨組構造体とし
て利用可能であるが、張弦部材３３および対角ブレース
材３４、辺間ブレース材３５の配置が強度に影響を与え
ることが考えられる。そこで、図１２に示す実施の形態
例において対角ブレース材３４および辺間ブレース材３
５の配設方法が異なる各種の骨組構造体１１０〜１１７
について、有限要素法解析プログラム（ＭＡＲＣ）によ
って積雪時と桁行方向の地震時の強度、変位、応力を計
算した。

【００６３】Ａグループの骨組構造体１１０〜１１４
は、スパンＬ＝６ｍ、桁行Ｄ＝１２ｍ、グリッド長さＧ
＝１．５ｍとし、Ｂグループの骨組構造体１１５〜１１
７はスパンＬ＝６ｍ、桁行Ｄ＝１２ｍ、グリッド長さＧ
＝１．０ｍとした例を示す。ライズ比はＡ，Ｂグループ
ともに同じ０．０５である。全ての骨組構造体１１０〜
１１７の桁行方向に沿う２辺を梁部材１２０によって保
持している。全ての骨組構造体１１０〜１１７の支承構
造は、一方の梁部材１２０の桁行方向前後の両端部と中
央の３箇所をピン方式によってスパンＬ方向と平行な垂
直面内で回動自在に支承し、他方の梁部材１２０の両端
部と中央の３箇所をピンとローラ方式によりスパンＬ方
向にスライド自在にかつスパンＬ方向と平行な垂直面内
で回動自在に支承している。さらに、Ａ，Ｂグループに
おいて、いずれの骨組構造体１１０〜１１７も基本ユニ
ットどうしの接合部におけるフレーム材７と柱状ハブ８
は両ユニットに対して共通に用いている。

【００６４】Ａグループにおいて、 （１）の骨組構造体１１０は、図１に示したシングルレ
イヤーユニット２１を桁行方向に２個並設した例を示
す。 （２）の骨組構造体１１１は、図１に示したシングルレ
イヤーユニット２１を２個並設し中央部分における辺間
ブレース材３５を省略した例を示す。 （３）の骨組構造体１１２は２つのシングルレイヤーユ
ニットを合体した状態におけるレイヤー１３０の対角線
と各辺の中間部にわたって対角ブレース材３４と辺間ブ
レース材３５を張設した例を示す。 （４）の骨組構造体１１３は辺間ブレース材３５のみを
有するシングルレイヤーユニットを桁行方向に２個並設
した例を示す。 （５）の骨組構造体１１４は対角ブレース材３４のみを
有するシングルレイヤーを２個並設した例を示す。

【００６５】Ａグループの柱状ハブとして図４に示した
ハブ８を用いた。フレーム材７の形状を同じにした場合
において、骨組構造体１１０〜１１４の積雪荷重負荷時
の変位を解析した。その結果、各骨組構造体における最
大変位発生箇所における変位量およびフレーム材に生じ
る最大応力はともに骨組構造体１１０が最も小さく、骨
組構造体１１１，１１２，１１３，１１４のこの順番で
変位、応力が大きくなることが判った。

【００６６】Ｂグループにおいて、２つの骨組構造体ユ
ニットにより構成される（１）の骨組構造体１１５、
（２）の骨組構造体１１６、（３）の骨組構造体１１７
は、Ａグループの（１）の骨組構造体１１０、（２）の
骨組構造体１１１、（４）骨組構造体１１３とそれぞれ
同一の配置で、対角ブレース材３４および辺間ブレース
材３５が配設されている。

【００６７】Ｂグループの骨組構造体１１５〜１１７
は、（１）、（２）、（３）の順番で変位、応力が大き
くなることが判った。また、対角ブレース材３４を用い
ない骨組構造体１１７においては、地震時に辺間ブレー
ス材３５の引張力がやや大きくなる。したがって、骨組
構造体１１５，１１６よりも辺間ブレース材３５を太く
する必要がある。

【００６８】上記ＭＡＲＣによる計算結果から以下に列
記するような事項が判明した。 シングルレイヤーユニット２１を連結した骨組構造体
１１０〜１１７を構築した場合は、図１に示す基本ユニ
ットを用いた骨組構造体ユニット２０に比べて対角ブレ
ース材３４または辺間ブレース材３５の数を減らすこと
ができる。 グリッドの長さが異なると、対角ブレース材３４およ
び辺間ブレース材３５の配置による影響が異なる。 Ｙ方向の地震時において、対角ブレース材３４および
辺間ブレース材３５の配置により変位、応力に変化が見
られる。 積雪時においては対角ブレース材３４、辺間ブレース
材３５の配置により変位、応力に変化が殆ど見られない
が、面内剛性を大きくしたい場合はブレース材の径を太
くしたり、回転防止式柱状ハブを用いるとよい。

【００６９】次に、実施例に基づき本発明のシングルレ
イヤー式のバレルヴォールト型骨組構造体ユニットと図
１６に示した従来のダブルレイヤー方式のバレルヴォー
ルト型骨組構造体との使用部品点数と骨組構造体自体の
重量の比較をする。

【００７０】図１３に実施例１から実施例７についての
詳細を示す。図１３中全ての例についてスパンＬ（図２
参照）は６ｍ、桁行方向長さＤも６ｍとした。また、グ
リッドＭは平面より見て正方形とし、グリッド寸法はそ
の１辺の長さである。ライズ比は骨組構造体に頂部高さ
（ｒ）／スパン（Ｌ）（図２参照）、デプス比は骨組構
造体の頂部と張弦部材の最下端部間の間隔（ｄ）／スパ
ン（Ｌ）（図２参照）である。

【００７１】また、各実施例においては、スパン方向両
端において桁行方向に配設されるフレーム材の代わりに
前述の梁部材１２０を用いた。張弦部材、ブレース材、
束部材、吹上げ防止材（実施例１，２，６，７にのみ使
用）は図１に示す実施の形態の配置とした。

【００７２】図１３に示す従来例１〜３はダブルレイヤ
ー方式のもので、実施例と同様にスパンＬは６ｍ、桁行
方向の長さＤは６ｍとした。図１４は使用部材数を示
す。

【００７３】また、使用される部材の寸法等を次の条件
を基に解析し図１５に使用部材の重量を求めた。条件と
しては、固定荷重として、自重Ｇ＋外被材の重量Ｐ
（５００Ｎ／ｍ²）、積雪荷重Ｓ（６００Ｎ／
ｍ² ）、風荷重Ｗは設置高さｈ＝４ｍに独立上家（風
により構造体の下面より直接吹き上げ力が及ぶ場合）と
した場合と、設置高さｈ＝１０ｍ閉鎖型構造物として設
置した場合として解析した。この場合、基準速度圧ｑ₀
＝６０ｈ^1/2 とし設計用風圧力はｑ₀ を利用した。ま
た、風力係数は建築基準法の規定を使った。（地震荷
重Ｋは地震剪断係数：０．５）×（自重＋外被材の重
量）とした。

【００７４】これらを基に荷重ケース＝Ｇ＋Ｐ＋Ｓ、
荷重ケース＝Ｇ＋Ｐ＋Ｗ、荷重ケース＝Ｇ＋Ｐ＋Ｋ
（地震荷重はスパン方向、桁行方向、４５°方向のそれ
ぞれ）を想定し、変形によって外被材が破壊しないよう
に、これらの全ての荷重条件に対し、各グリッド内での
許容最大垂直方向変位（１つのグリッドの角部３点を通
る面に対する残りの角部の変位）を１．５ｍグリッドで
は６．７ｍｍ、１．０ｍグリッドでは４．５ｍｍとし
た。

【００７５】また、使用する材料はケーブル材以外はア
ルミニウム合金の押出形材とし、フレーム材はＦ値１６
５Ｎ／ｍｍ² 、ヤング係数６３ｋＮ／ｍｍ² 、束材はＦ
値１６５Ｎ／ｍｍ² 、ヤング係数７０ｋＮ／ｍｍ² 、張
弦用ケーブルはステンレスロープ６×７ φ１０ｍｍ、
ヤング係数１１０ｋＮ／ｍｍ² 、ブレース材はステンレ
スロープ６×７ φ４ｍｍ、ヤング係数１１０ｋＮ／ｍ
ｍ² 、吹上げ防止材用ケーブルはステンレスロープ６×
７ φ６ｍｍ、ヤング係数１１０ｋＮ／ｍｍ²、梁材は
Ｆ値１１０Ｎ／ｍｍ² 、ヤング係数７０ｋＮ／ｍｍ² と
した。この結果、上記条件を満たす適切な部材は解析の
結果図１５となり、これによる重量を同図に並記する。

【００７６】これらより部材数においてフレーム材は従
来に較べ実施例のものは１／５．４〜１／６．２５に減
少し、ハブは１／２．３〜１／２．４に減少し、総部品
数でも１／３．２〜１／３．５８に減少した。また、骨
組構造体の重量では１／１．１６〜１／１．８０と減少
した。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る骨組構
造体ユニットおよびこのユニットを用いた骨組構造体に
よれば、シングルレイヤー方式のバレルヴォールト型骨
組構造体にも拘わらず剛性を高めることができ、ハブの
回転、フレーム材の変形、破壊等を確実に防止すること
ができる。また、ダブルレイヤー方式のバレルヴォール
ト型骨組構造体に比べて部品点数が大幅に削減し、これ
に伴い組立工数を大幅に削減することができ、骨組構造
体の重量も少し減少し、安価にかつ短期間に構築するこ
とができる。また、構造もすっきりして美観も優れてい
る。

【００７８】また、回転防止部または回転防止部材を備
えたハブを用いると、辺間ブレース材を張設する必要が
なく、構造がすっきりする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明をシングルレイヤー方式のバレルヴォ
ールト型トラス状骨組構造体ユニットに適用した第１の
実施の形態を示す概略斜視図である。

【図２】 （ａ）、（ｂ）は同構造体ユニットの平面図
および正面図である。

【図３】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はフレーム
材の正面図、平面図、側面図および要部の拡大平面図で
ある。

【図４】 円柱状ハブの斜視図である。

【図５】 節点部の分解斜視図である。

【図６】 連続しないブレース材を用いた例を示す要部
の分解斜視図である。

【図７】 同骨組構造体ユニットにおける一側がわ節点
部に用いられる回動可能な支承構造の一部を破断して示
す側面図である。

【図８】 図７のVIII−VIII線断面図である。

【図９】 他側がわ節点部の支承構造として用いた回動
・スライド可能な支持構造の一部を破断して示す側面図
である。

【図１０】 （ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施の形
態を示す骨組構造体ユニットの概略平面図および正面図
である。

【図１１】 回転防止式柱状ハブの平面図である。

【図１２】 本発明に係る骨組構造体の各種モデルを示
す平面図である。

【図１３】 本発明のシングルレイヤー式のバレルヴォ
ールト型骨組構造体ユニットと従来のダブルレイヤー方
式のバレルヴォールト型骨組構造体とのグリッド寸法、
ライズ比およびデプス比を示す図表である。

【図１４】 本発明のシングルレイヤー式のバレルヴォ
ールト型骨組構造体ユニットと従来のダブルレイヤー方
式のバレルヴォールト型骨組構造体との使用部品点数を
示す図表である。

【図１５】 本発明のシングルレイヤー式のバレルヴォ
ールト型骨組構造体ユニットと従来のダブルレイヤー方
式のバレルヴォールト型骨組構造体との骨組構造体自体
の重量を示す図表である。

【図１６】 （Ａ）、（Ｂ）はダブルレイヤー方式のバ
レルヴォールト型トラス状骨組構造体の従来例を示す概
略斜視図および正面図である。

【符号の説明】

１…骨組構造体、２…表面側レイヤー、３…裏面側レイ
ヤー、６…斜部材、７…フレーム材、８，８Ａ，８Ｂ，
８Ａ₀ ，８Ｂ₀ …柱状ハブ、１０…台座構造物、２０…
骨組構造体ユニット、２１…シングルレイヤーユニッ
ト、２２…第１の支承構造、２３…第２の支承構造、２
６…接続端部、２７…テーパ部、３０…連結溝、３３…
張弦部材、３４…対角ブレース材、３５…辺間ブレース
材、３６…束部材、５０…吹上げ防止材、１００…骨組
構造体、１０１…回転防止式柱状ハブ、１０２…シング
ルレイヤー、１０３…回転防止部、１０４…Ｖ字状の
溝、１１０〜１１７…骨組構造体、Ｍ…四角形メッシ
ュ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 清文 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 (72)発明者 山田 ひろみ 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 (72)発明者 斎藤 公男 埼玉県浦和市原山４丁目11番13号 Ｆターム(参考） 2E125 AA36 AB17 AC16 AC18 AC19 AG03 AG21 AG53 BB09 BB24 BB25 BC07 BD01 BD02 CA03 CA78 EB04 EB05 2E163 FA14 FB32 FB42 FB45

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に接続端部を有しスパン方向に配設
   された偶数個のスパン方向フレーム材と、これらスパン
   方向フレーム材と直交するように格子状に配列されたス
   パン方向フレーム材と同数の桁行方向フレーム材と、こ
   れらのフレーム材の接続端部が嵌合される複数の連結溝
   を外周に有する複数個の柱状ハブとによって形成され複
   数の四角形グリッドを有するとともに上方に向かって凸
   曲面となるように湾曲したバレルヴォールト型のシング
   ルレイヤーユニットと、 前記シングルレイヤーユニットの各スパン方向フレーム
   材の下方に張設され中間部が真上に位置する柱状ハブに
   束部材を介してそれぞれ連結された複数本の張弦部材
   と、 前記シングルレイヤーユニットの面内でユニットの対角
   線上に張設されることにより、端部および中間部がシン
   グルレイヤーユニットの角部および対角線上に位置する
   柱状ハブに連結された対角ブレース材と、を備えたこと
   を特徴とする骨組構造体ユニット。
2. 【請求項２】 両端に接続端部を有しスパン方向に配設
   された偶数個のスパン方向フレーム材と、これらスパン
   方向フレーム材と直交するように格子状に配列されたス
   パン方向フレーム材と同数の桁行方向フレーム材と、こ
   れらのフレーム材の接続端部が嵌合される複数の連結溝
   を外周に有する複数個の柱状ハブとによって形成され複
   数の四角形グリッドを有するとともに上方に向かって凸
   曲面となるように湾曲したバレルヴォールト型のシング
   ルレイヤーユニットと、 前記シングルレイヤーユニットの各スパン方向フレーム
   材の下方に張設され中間部が真上に位置する柱状ハブに
   束部材を介してそれぞれ連結された複数本の張弦部材
   と、 前記シングルレイヤーユニットの互いに隣り合う二辺の
   中央部間を連結し端部および中間部が二辺の中間部間の
   線上に位置する柱状ハブに連結された辺間ブレース材
   と、を備えたことを特徴とする骨組構造体ユニット。
3. 【請求項３】 両端に接続端部を有しスパン方向に配設
   された偶数個のスパン方向フレーム材と、これらスパン
   方向フレーム材と直交するように格子状に配列されたス
   パン方向フレーム材と同数の桁行方向フレーム材と、こ
   れらのフレーム材の接続端部が嵌合される複数の連結溝
   を外周に有する複数個の柱状ハブとによって形成され複
   数の四角形グリッドを有するとともに上方に向かって凸
   曲面となるように湾曲したバレルヴォールト型のシング
   ルレイヤーユニットと、 前記シングルレイヤーユニットの各スパン方向フレーム
   材の下方に張設され中間部が真上に位置する柱状ハブに
   束部材を介してそれぞれ連結された複数本の張弦部材
   と、 前記シングルレイヤーユニットの面内でユニットの対角
   線上に張設されることにより、端部および中間部がシン
   グルレイヤーユニットの角部および対角線上に位置する
   柱状ハブに連結された対角ブレース材と、 前記シングルレイヤーユニットの互いに隣り合う二辺の
   中央部間を連結し端部および中間部が二辺の中間部間の
   線上に位置する柱状ハブに連結された辺間ブレース材
   と、を備えたことを特徴とする骨組構造体ユニット。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の骨組構造体
   ユニットにおいて、 柱状ハブのフレーム材との接続部にハブの回転を阻止す
   る回転防止部材または回転防止部を設けたことを特徴と
   する骨組構造体ユニット。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３または４記載の骨組構
   造体ユニットにおいて、 シングルレイヤーユニットのスパン方向の両端部に位置
   する桁行方向の複数のフレーム材に代えて柱状ハブをそ
   れぞれ保持する一対の梁部材が配設されていることを特
   徴とする骨組構造体ユニット。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のうちのいずれか１つに記
   載の骨組構造体ユニットを桁行方向に複数個配設すると
   ともに、隣接部におけるスパン方向フレーム材は隣接す
   る骨組構造体ユニットに対して共通して用いられている
   ことを特徴とする骨組構造体。
7. 【請求項７】 請求項６記載の骨組構造体において、 シングルレイヤーユニットのスパン方向の一端側が第１
   の支承構造によってスパン方向と平行な垂直面内におい
   て回動自在に支承され、他端側が第２の支承構造によっ
   てスパン方向に移動自在にかつスパン方向と平行な垂直
   面内において回動自在に支承されていることを特徴とす
   る骨組構造体。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載の骨組構造体にお
   いて、 シングルレイヤーユニットは台座構造物に吹上げ防止材
   によって連結されていることを特徴とする骨組構造体。
9. 【請求項９】 請求項６または７記載の骨組構造体にお
   いて、 対角ブレース材は隣接する２つの骨組構造体ユニットの
   対角線上に配設されていることを特徴とする骨組構造
   体。
10. 【請求項１０】 請求項６，７，８または９記載の骨組
    構造体において、 辺間ブレース材は隣接する２つの骨組構造体ユニットに
    おける隣り合う二辺の中間部間に配設されていることを
    特徴とする骨組構造体。