JPH0635773B2 - サスペンション膜構造体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、比較的大スパンの建築物等に好適である、新
規な複合型膜構造に関する。

（従来技術とその問題点） 現在、一般的に普及している膜構造の形態としては空気
膜構造、サスペンション膜構造及び骨組膜構造がある。

空気膜構造では、膜材の外方への膨出曲率を比較的小さ
くした、いわゆる低ライズの曲面とすることにより、該
膜材に加わる風圧力を可及的に負圧として作用させ、安
定した耐風性能を発揮させることができる。

また、膜材に補強ケーブルを適切に配置することによ
り、例えば屋内野球場のような巨大スパンを確保するこ
とが可能となる。

しかしながら、膜面形状を維持するため常時送風を行う
必要があり、維持管理が極めて煩雑で、相当の費用がか
かり、１００ｍ以下の中小スパンの建物では経済的に不
適合であるという問題を有する。

次に、前記サスペンション膜構造では、膜材に膜構造本
来の曲面抵抗が期待でき、またプレストレスの導入が容
易で、形態的にも美しい等の利点を有し、また上記支柱
式の場合には大規模な連続した空間が得られる等の特徴
がある。

しかしながら、支柱式サスペンション膜構造の場合に
は、用途によっては支柱が邪魔になることがあり、ま
た、単一アーチ式の場合には、アーチの両側のアンバラ
ンスな張力分布によってアーチの安定性が悪くなり、該
支持架構の自立性が得にくくなるといった問題もある。

次に、第１１図は上記骨組膜構造の一例を示し、立体ト
ラス等の自立フレーム１の上面に二次部材２を介して膜
材３が張架されたものである。

本骨組式膜構造では骨組の自立性が高く自由な曲面形状
を形成しうる等の特長を有する。

また、平面や断面的な制約がなく設計も容易となる利点
がある。

しかしながら、第１１図の例の如く立体トラス式のフレ
ーム１のグリッド上に膜材３による膜面が張設される場
合に、上弦節点を利用した点支持方式では膜面に加わる
風圧力は該点支持部を介してフレーム１が負担するた
め、充分な強度を期待するのが困難であり、また、フレ
ーム１に沿った線支持方式とする場合、膜面の形状維持
や変形接触に備えるため上記二次部材２が余分に必要と
なる等、骨組材の経済性が得がたく、さらに、膜材３は
構造膜としては大きさも曲率も小さいものとなり、むし
ろガラスやアクリルといった透光性の仕上材として、構
造材としてのフレーム１の上面を覆う機能しか有さず、
膜構造が本来備えるべき膜面による張力抵抗システムが
充分発揮されているとは言い難いという問題がある。

さらに、膜材３の下にフレーム１があるため、該フレー
ム１の形態のみが内部の人間には強調され、膜曲面の有
すべき軽快さや伸びやかさといった美しさが減殺されて
いる。

また、膜面の緊張にアーチ方式のケーブルを用いる場合
があるが、通常フレーム間の距離が短かすぎるため該ケ
ーブルに耐風効果を期待することは困難となり、構造シ
ステムの合理性に欠けるという問題を有している。

また、上記従来の膜構造による構築物では、膜材の材質
を工夫することにより採光条件を良好にするようには改
良されているが、特にスポーツ用の施設として利用する
場合の空間の開放性の点で問題を有していた。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑み開発されたもの
であり、上記各膜構造の利点を兼ね備えた、新規な複合
型膜構造を基本としたサスペンション膜構造体を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明に係るサスペンション
膜構造体においては、略平行もしくは略放射状に配設さ
れたサスペンション材と、該各サスペンション材の複数
個所から線条材により下方に吊下された膜材と、前記各
サスペンション材間の中間位置で各サスペンション材と
同方向に膜材上に配設され該膜材に緊張力を付与する押
えケーブルとを備えてなり、前記各サスペンション材及
び各押えケーブルは各々の両端の支持部材上を滑動可能
とし、該サスペンション材及び押えケーブルとともに前
記膜材を開閉自在としたことを特徴とするものである。

（実施例） 以下、本発明の好適な実施例を図面により説明する。

第１図乃至第８図は本発明の一実施例を示し、第１図は
本実施例に係る膜構造の一構成単位を示す要部斜視図、
第２図は本実施例に係る膜構造を用いた建築物の平面
図、第３図は第２図の側面図、第４図はそのＡ−Ａ線断
面図、第５図は膜材の平面構成を示す端面図である。

本実施例に係るサスペンション膜構造は、第１図に示す
ようにサスペンション材としてのサスペンションワイヤ
ー１０と、線条材としてのストラットケーブル１１と、
膜材１２と、押えケーブル１３とを備えてなるものであ
る。

サスペンションワイヤー１０は、所定間隔を画して平行
に配設されており、第１図及び第４図に示すように下方
に湾曲した円弧形状となっている。

各サスペンションワイヤー１０からは、本実施例では７
本のストラットケーブル１１が下方に吊下され、該各ス
トラットケーブル１１により、吊り金具１４を介して膜
材１２が吊持されている。

また、各サスペンションワイヤー１０間の中間位置には
該サスペンションワイヤー１０と平行に押えケーブル１
３が膜材１２上に配設されており、各サスペンションワ
イヤー１０と各押えケーブル１３は、その端末部におい
て両者のいずれか一方あるいは両方にあらかじめプレス
トレスを加えられることにより、膜材１２に緊張力を付
与している。

しかして、膜材１２からなる膜面は第１図及び第４図に
示す如く、ストラットケーブル１１による各支持点間で
は充分な曲率を保持して曲面の安定化が図られ、膜材１
２と押えケーブル１３とが一体化した膜体自身の張力抵
抗システムが発揮されるよう構成されるとともに、膜面
全体としては外方への膨出度の小さい、低ライズ曲面と
して形成され、風圧力が加わった場合に膜面に可及的に
負圧分布を得るように構成されている。

また、第２図乃至第５図において、１４はサスペンショ
ンワイヤー１０の両端を支持する大梁材、１５は構造体
の桁行方向両端部に配置された、水平力に対抗するトラ
ス形式の補剛材、１６は各サスペンションワイヤー１０
の両端部位置に配置された柱材であり、柱材１６からは
横架材１７及び補助柱材１８が外方に突出配置され、こ
れに第１補強ワイヤー１９及び第２補強ワイヤー２０が
配設されて第４図に示す如くトラスを形成している。

また、第３図及び第５図に示すように押えケーブル１３
の両端部位置には横架材２１が配設され、前記柱材１６
の上下端と、押えケーブル１３の両端部位置の横架材２
１間に各々ブレース材２２、２３が張設されている。

さらに、第５図に示すように押えケーブル１３の両端部
位置の横架材２１と前記横架材１７の先端との間に各々
ワイヤー材２４が張設されている。

しかして、本実施例では各サスペンションワイヤー１０
の両端部及び各押えケーブル１３の両端部には第６図に
示すような滑動装置及び緊張装置が取付けられている。

即ち、サスペンションワイヤー１０の端部を例にとる
と、該ワイヤー１０の端部には緊張装置としての電動式
センサーホールジャッキ２５が配設されており、該ジャ
ッキ２５によりサスペンションワイヤー１０は地上位置
から遠隔操作により緊張、弛緩が自在となっている。

大梁材１４は本実施例ではＣ形のチャンネル材からな
り、該大梁材１４内に滑動装置２６が嵌合配置されてい
る。

滑動装置２６は、水平方向の回転軸に枢支された第１ロ
ーラー２７と、鉛直方向の回転軸に枢支された一対の第
２ローラー２８を備えており、第６図（ａ）に示すよう
に第１ローラー２７が大梁材１４の下部フランジ上を滑
動し、また、第２ローラー２８が大梁材１４の開放端側
のウェブに当接して滑動可能となっている。

また、滑動装置本体２６ａの端部には、前記ジャッキ２
５の端部から突出配置された突出腕２９が上下方向に回
動可能に枢着されており、ジャッキ２５によるサスペン
ションワイヤー１０の緊張、弛緩時の傾斜角度の変動に
対抗可能となっている。

なお、上記した緊張装置２５及び滑動装置２６の構成
は、押えケーブル１３の端部においても同様である。

次に、第６図において３０は本実施例に係るサスペンシ
ョンワイヤー１０の駆動装置を構成する長尺ボルトであ
り、該長尺ボルト３０は各サスペンションワイヤー１０
毎に配設されている各滑動装置本体２６ａを貫通して、
大梁材１４内を桁行方向の全長に亘って配設されてい
る。

しかして、桁行方向の一方の端部に配置されたサスペン
ションワイヤー１０の両端部に配設されている第１滑動
装置２６Ａでは、第７図に示すように長尺ボルト３０は
装置本体２６ａに固定された螺旋部３１に螺合してお
り、長尺ボルト３０を１回転させると前記第１滑動装置
２６Ａが約１０cm程度移動するようにネジピッチが設定
されている。

一方、前記端部以外のサスペンションワイヤー１０に配
設された第２滑動装置２６Ｂでは、第８図に示すように
螺旋部３１はベアリング３２を介して装置本体２６ａに
取付けられており、通常の配置状態では長尺ボルト３０
を回転した場合螺旋部３１もベアリング３２の作用によ
りボルト３０と一緒に回転するため、第２滑動装置２６
は移動しないようになっている。

しかして、膜材１２を開放したい場合には、まず前記各
電動式センサーホールジャッキ２５を地上位置から操作
してサスペンションワイヤー１０及び押えケーブル１３
のいずれか一方もしくはその両方の緊張状態を弛緩させ
ておく。

しかる後に所定の回転手段により前記長尺ボルト３０を
所定方向に回転させると、前記桁行方向の一方の端部の
サスペンションワイヤー１０に配設されている第１滑動
装置２６Ａが螺旋部３１とともに桁行方向の他方の端部
に向けて移動し、他のサスペンションワイヤー１０に配
設された第２滑動装置２６Ｂの位置まで移動すると、該
第２滑動装置２６Ｂを桁行方向に押圧するため、それま
でベアリング３２により回転していた螺旋部３１が長尺
ボルト３０とせりあって第１滑動装置２６Ａと連動して
当該第２滑動装置２６Ｂも桁行方向に移動を開始する。

以下、同様にして他の第２滑動装置２６Ｂも順次桁行方
向に移動してゆき、該各滑動装置２６と一体のサスペン
ションワイヤー１０の移動により、各ストラットケーブ
ル１１や押えケーブル１３とともに膜材１２もこれに連
動して桁行方向の他方の端部に向けて移動してゆき、膜
材１２を開放状態にすることができるようになってい
る。

また、開放状態から膜材１２を閉じるには、上記した操
作手順と逆の操作を行なえばよい。

このように、本実施例に係るサスペンション膜構造体で
は、天候等の条件に応じて膜材１２を自在に開閉可能で
あるため、快適な大空間の創成が可能となり、特にスポ
ーツ施設のように晴天時には開放的な空間が望ましい建
築物に好適なものとすることができる。

また、本実施例に係る膜構造体では、支配的荷重となる
風圧力に対しては、上記の如く膜面には大部分負圧とし
て作用するため、該負圧は膜材１２及び押えケーブル１
３が張力として負担し、例えば局部的風圧力による膜面
の変形に伴う不均衝な応力が発生しても、該応力は柔軟
な膜材１２と押えケーブル１３からなる張力場に吸収さ
れる。

よって、サスペンションワイヤー１０には多少の正圧分
布となる部分の風圧力がストラットケーブル１１を介し
て短期荷重として作用するのみとなる。

従来の上記骨組膜構造では、骨組の上面に膜材が張設さ
れる構造であったため、風圧力は正圧、負圧を問わず最
終的にはすべて骨組が負担するようになっており、従っ
て該骨組はこれに耐えるだけの大型断面部材が必要とな
り、骨組材相互の結合等も複雑となっていたが、上記の
如く本実施例ではサスペンションワイヤー１０は、該サ
スペンションワイヤー１０や、膜材１２、ケーブル１３
等の極めて軽量な長期自重及びある程度の風圧力、積雪
の短期荷重を支えるだけでよい。

また、可撓性のワイヤー材を使用しているため、ストラ
ットケーブル１１を介して伝達される荷重はサスペンシ
ョンワイヤー１０にはすべて軸力としてのみ作用し、曲
げ力は一切作用しないため、剛性の高い骨組材を使用す
る上記従来例に比較して格段に軽量化を図ることができ
る。

また、上記の如く、軽微な自重に対しては膜材１２はサ
スペンションワイヤー１０への点支持、また大きな風荷
重に対してはケーブル１３への線支持となっており、接
合部の態様が荷重の大きさに応じた合理的なものとして
形成されている。

さらに、膜材１２がサスペンションワイヤー１０から点
状に最小限の個数で吊られることにより、防水上のディ
テールも簡素化されうる。

また、膜面はサスペンションワイヤー１０とはストラッ
トケーブル１１を介して一応分離した形態となっている
ため、外観はサスペンションワイヤー１０によるメカニ
ックなデザインとなり、一方、内観は天井に充分な曲率
を有する膜面が配設されることにより、従来のサスペン
ション膜構造や空気膜構造のような膜独自の柔かく魅力
的な雰囲気が得られる。

また、膜面がサスペンションワイヤー１０の下部に配置
されるため、建方（膜材１２のサスペンションワイヤー
１０への取付け）が従来の骨組膜構造に比較して容易と
なる。

また、経年的なクリープに伴なう膜面への再緊張は、上
記した初期プレストレスの導入と同様にサスペンション
ワイヤー１０及び押えケーブル１３のいずれか一方もし
くは両方を用いて外周部において容易に行ないうるが、
上記の如く該押えケーブル１３が同時に風圧力に対する
大きな抵抗要素としても機能しうるものであるため、構
造的に極めて合理的なものとなる。

なお、設計条件によってはサスペンションワイヤー１０
にかえて単一材の鋼管のような軽量の梁材を使用するこ
とも可能である。

さらに、上記実施例では各サスペンションワイヤー１０
が相互に平行に配設された例を示したが、この他にも例
えば第９図及び第１０図に示す実施例のように各サスペ
ンションワイヤー１０を相互に略放射状に配設すること
も可能であり、この場合各押えケーブル１３は各サスペ
ンションワイヤー間の中間位置でサスペンションワイヤ
ー１０と同方向に配設すればよい。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
各サスペンションワイヤー１０間の間隔やスパン、スト
ラットケーブルの配設本数などは設計条件に応じて適宜
変更可能である等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で
種々の変形例が可能であることは言うまでもない。

（発明の効果） 本発明は上述した如く構成されており、略平行もしくは
略放射状に配設されたサスペンション材と、該各サスペ
ンション材の複合個所から線条材により下方に吊下され
た膜材と、前記各サスペンション材間の中間位置で各サ
スペンション材と同方向に膜材上に配設され該膜材に緊
張力を付与する押えケーブルとを備えてなり、前記各サ
スペンション材及び各押えケーブルは各々の両端の支持
部材上を滑動可能とし、該サスペンション材及び押えケ
ーブルとともに前記膜材を開閉自在としたことにより、
任意に開放空間を形成することができる。

また、軽量構造としての耐風性能が膜材と押えケーブル
からなる膜耐に主として期待でき、膜構造が本来有すべ
き膜体の張力抵抗が充分に発揮されうる。

また、サスペンション材には下部からの荷重はすべて軸
力としてのみ作用し、曲げ力は一切作用しないため、合
理的な構造形式となり、剛性の高い骨組材を使用する上
記従来例に比較して構造体全体としての軽量化を図るこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明の一実施例を示し、第１図は
本実施例に係る膜構造の一構成単位を示す要部斜視図、
第２図は本実施例に係る膜構造を用いた建築物の平面
図、第３図は第２図の側面図、第４図はそのＡ−Ａ線断
面図、第５図は膜材の平面構成を示す端面図、第６図
（ａ）は滑動装置及び緊張装置の例を示す概念図、第６
図（ｂ）は緊張装置の概念図、第７図（ａ）、第７図
（ｂ）、第８図（ａ）、第８図（ｂ）は各々本実施例に
係る駆動装置を示す説明図、第９図及び第１０図は各々
本発明の他の実施例を示す概念図、第１１図は従来の骨
組膜構造の例を示す概念図である。 １０……サスペンション材（サスペンションワイヤ
ー）、 １１……線条材（ストラットケーブル）、 １２……膜材、 １３……押えケーブル。 ２５……緊張装置、 ２６……滑動装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略平行もしくは略放射状に配設されたサス
   ペンション材と、該各サスペンション材の複数個所から
   線条材により下方に吊下された膜材と、前記各サスペン
   ション材間の中間位置で各サスペンション材と同方向に
   膜材上に配設され該膜材に緊張力を付与する押えケーブ
   ルとを備えてなり、前記各サスペンション材及び各押え
   ケーブルは各々の両端の支持部材上を滑動可能とし、該
   サスペンション材及び押えケーブルとともに前記膜材を
   開閉自在としたことを特徴とするサスペンション膜構造
   体。