JPH07259187A - ハイパーストリングドーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大スパン構造に有利な張弦梁構造に膜屋根を
複合的に適用して、デザイン的にも、構造的にも新規
で、かつ合理的構造の、軽量ドームに適したハイパース
トリングドームを提供すること。 【構成】 多段式張弦梁Ｅ、及びヴァレーケーブル付き
膜屋根Ｆを備えた屋根構造と、立体トラス式支持柱Ｇを
備えた壁構造と、下部構造Ｄとから成るハイパーストリ
ングドームであって、多段式張弦梁Ｅは、略放射状に配
設されたア−チ型もしくは直線型の複数本の梁２２と、
梁２２から垂下された複数の束材２７と、各束材２７下
端から梁２２に張架された各サスペンションストリング
２８とを備え、膜屋根Ｆは、各梁２２の上面を覆う膜材
２３と、各梁２２と同方向に配設され膜材２３に張力を
付与する複数のヴァレーケーブル２４とで形成されたこ
とを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、張弦梁構造と膜屋根と
を複合的に屋根構造に適用した、大スパン架構を実現す
るのに好適なハイパーストリングドームに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】体育館やパビリオン等の室内に柱が介在
しない、いわゆる大スパン構造のハイパーストリングド
ームの構造形式として、ＲＣシェル形式、トラスドーム
形式あるいはアーチドーム形式などがある。これらの大
スパンドームの基本形としては、 （１）地上近くから立ち上がるライズの高いドーム （２）周辺の壁面から立ち上がるライズのやや低いドー
ム があるが、デザインの画一性、音響の悪さ、支点や境界
リングの必要性などが問題点として指摘されている。

【０００３】即ち、例えば図８に示すようなトラスド−
ム１では、構造特性上屋根面２のライズ（膨出度）が大
きく、概して威圧的なデザインとなる欠点がある。即
ち、図８におけるＨ／Ｌが0.2 以上となるのが通常であ
り、内部の気積が大きくなる。また、下部構造３の上端
に境界リング４を形成して屋根面２から伝達される軸力
を支持するようになっているが、水平スラスト力が大き
くなるため、下部構造３の負担が大きくなり、壁面のデ
ザインが制約を受けることとなる。

【０００４】一方、低ライズで、自碇式を特徴とする張
弦梁ドーム（ＢＳＳ）は、合理的な大スパン構造として
注目されつつある。該構造は、例えば図９に示すよう
に、所定間隔をおいて、対向立設された柱体５，５間に
梁６を架設するとともに、該梁６の中央部下側位置に束
材７を垂下し、梁６両端と束材７下端とをストリング８
により連結してなるものであり、梁６及びストリング８
と一対の柱体５，５との接合部は、例えば一方がピン支
点９で、他方がローラー支点１０となっている。本構造
方式では、梁６の自重によりストリング８に生じる張力
を梁６自体に軸力として負担させることができ、いわゆ
る自碇式であるから上記トラスド−ムのように境界リン
グ４が必要ではなくなり、またストリング８に対する所
定のプレストレスの導入により、梁６の応力と変形を制
御して最適な応力分布を得ることが可能となる利点があ
り、力学、施工の合理性が高い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ここでは張弦
梁を支えるための強固な下部構造が要求されるため、大
規模なスタンドがない場合や、構造力学的に「長柱」と
なる場合には、地震力に対する工夫が必要となり、一般
に下部構造の柱は、過大な断面性能が必要となったり、
また、添え柱（ラ−メン架構）等が要求される。また、
中央部に垂下される束材の寸法が相当のものになるた
め、天井中央部の天井高を充分に確保するのが困難とな
り、建物の利用範囲が制限される欠点がある。さらに、
梁６の勾配に制限があり、また、屋根が軽量の場合に吹
上げ風荷重に対して不利であるという問題を有してい
た。

【０００６】そこで、一般に重量屋根に適すると言われ
る張弦梁に対して、膜屋根を用いた軽量構造としての、
有効なシステムの確立が求められている。本発明は、か
かる従来の課題を解決し、大スパン構造に有利な張弦梁
構造に膜屋根を複合的に適用して、デザイン的にも、構
造的にも新規で、かつ合理的構造の、軽量ドームに適し
たハイパーストリングドームを提供することを目的とす
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、多段式張弦梁、及びヴァレーケ
ーブル付き膜屋根を備えた屋根構造と、立体トラス式支
持柱を備えた壁構造と、下部構造とから成るハイパース
トリングドームであって、前記、多段式張弦梁は、略放
射状に配設されたア−チ型もしくは直線型の複数本の梁
と、該梁から垂下された複数の束材と、該各束材下端か
ら前記梁に張架された各サスペンションストリングとを
備え、前記膜屋根は、前記各梁の上面を覆う膜材と、前
記各梁と同方向に配設され膜材に張力を付与する複数の
ヴァレーケーブルとで形成されたことを特徴とするもの
である。

【０００８】なお、前記各支持柱は、ドームの中心方向
に向けて所定角度傾斜して配設されている場合と、垂直
に立設されている場合のいずれでもよい。

【０００９】また、前記多段式張弦梁が第１張弦梁と第
２張弦梁の二段形式に構成され、各第１張弦梁の第１束
材下端は、補強ストリングにより連結補強され、各第２
張弦梁の第２束材下端は、フープストリングにより無端
状に連結されている構成とするのが望ましい。

【００１０】さらに、前記立体トラス式支持柱は、柱体
と、水平トラス材と、ダイアゴナルトラス材と、ストラ
ットトラス材とを具備してなる構成とするのが望まし
い。また、前記膜材はパネル形式であらかじめ製作され
て、現場に搬入され、前記各梁上で固定されるように構
成するのが望ましい。

【００１１】

【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。図１乃至図５は本発明の一実施例を示すもので
あり、図１は、本実施例に係るハイパーストリングドー
ムの構造系を示す説明図、図２は、本実施例に係るハイ
パーストリングドームの断面構成を示す概念図、図３
は、図２の平面的説明図であり、４分割された右上部分
が膜屋根部分の構成を示し、右下部分が多段式張弦梁の
構成を示し、左下部分がブレーシングストリングの配置
構成を示し、左上部分が主として立体トラス式支持柱の
構成を示している。図４は、主として立体トラス式支持
柱の構成を示す概念的要部斜視図であり、図５は、多段
式張弦梁の構造的作用を示す説明図である。

【００１２】図１に示すように、本実施例に係るハイパ
ーストリングドームＡは、中央部屋根面を覆う屋根構造
Ｂと、該屋根構造Ｂの周縁部に連結された壁構造Ｃと、
該壁構造Ｂの下端周縁に連結された下部構造Ｄとから成
るものである。図２に示すように、屋根構造Ｂは、多段
式張弦梁Ｅ及びヴァレーケーブル付き膜屋根Ｆを備えて
いる。壁構造Ｃは、立体トラス式支持柱Ｇを主構造とす
るものである。

【００１３】屋根構造Ｂでは、屋根中央部に圧縮リング
としての中央リング２６が配設され、該中央リング２６
から複数のア−チ型の梁２２が放射状に配設され、該各
梁は、中央リング２６と、前記立体トラス式支持柱Ｇを
構成する柱体２５の上端との間に架設されている。本実
施例では、前記多段式張弦梁Ｅとして図２に示すよう
に、第１張弦梁２０と第２張弦梁２１とから成る２段式
のものを例示している。

【００１４】張弦梁２０、２１は、本実施例では前記梁
２２と、束材２７と、サスペンションストリング２８と
で構成されている。即ち、第１張弦梁２０では、前記各
梁２２の中央リング２６側の端部近傍から、各々第１束
材２７ａが鉛直方向下方に垂下されている。また、該第
１束材２７ａの下端から前記梁２２のスパン方向の中間
位置に向けて、第１サスペンションストリング２８ａが
張架され、この第１サスペンションストリング２８ａ
は、第１束材２７ａの下端からさらにドームの中心方向
に延設されて、直径方向で対向する一対の第１束材２７
ａの下端を相互に連結するように張架されて第１張弦梁
２０が形成されている。

【００１５】なお、本実施例ではさらに、隣接する一対
の各第１束材２７ａの各上端から延設された一対のサブ
ストリング２９が、第１束材２７ａと上下方向に平行し
ていわゆる襷状に交差して、該梁２２から隣接する第１
サスペンションストリング２８ａにかけて各々張架され
ることにより、各第１束材に対する水平方向の外力に対
抗して、横倒れを防止するように補強されている。

【００１６】なお、前記中央リング２６部分では、該リ
ング２６の直径方向に対向する前記一対の梁２２の各端
部を連結する方向に、複数の補強ストリング３０が張架
されている。また、図２に示すように、中央リング２６
の中心位置直下に配置された接続部材３３と、該中央リ
ング２６との間にも補強ストリング３１が放射状に張架
されて屋根構造Ｂの中央部分を構造的に強固に固めてい
る。

【００１７】次に、前記各第１張弦梁２０の外周には、
各々第２張弦梁２１が形成されている。即ち、前記梁２
２と前記第１サスペンションストリング２８ａとの接合
部から、下方に第２束材２７ｂが各々垂下され、該各第
２束材２７ｂの下端と、前記各梁２２の外端との間に各
々第２サスペンションストリング２８ｂが張架されてい
る。さらに、各第２束材２７ｂと上下方向に平行して、
サブストリング２９が、上記したのと同様に襷状に張架
されて補強されており、また、前記各第２束材２７ｂの
下端は、前記中央リング２６と同心円状に配設されたフ
ープストリング３４で無端状に連結、補強されている。

【００１８】前記膜屋根Ｆは、図３の右上部分に示すよ
うに、前記各梁２２の上面を覆う膜材２３と、前記各梁
２２と同方向に放射状に配設され、膜材２３に張力を付
与する複数のヴァレーケーブル２４とで形成されてお
り、該各ヴァレーケーブル２４に所定の公知手段により
張力を導入することにより、膜材２３に緊張力を与え得
るようになっている。なお、ヴァレーケーブル２４は、
膜材２３の上面に配設されているが、条件によっては、
膜材２３の谷部分になる位置に沿って、該膜材２３の下
面に一体に固定された状態で配設するようにしても良
い。

【００１９】なお、本実施例では、膜材２３はパネル形
式であらかじめ製作されて、現場に搬入され、梁２２上
で固定されるようになっており、この方式が施工性が良
好で保守管理も容易であるため望ましいが、設計条件に
よっては、現場にて膜材２３を張設するようにしても良
く、その選択は自在である。また、各ヴァレーケーブル
２４は、図３に示すように、本実施例では中央リング２
６と、前記立体トラス式支持柱Ｇにおける後述するスト
ラットトラス材３７の上部との間に張架されているが、
膜材の下端の覆う範囲は、この例に限らず、条件に応じ
て、適宜範囲に設定し得るものである。

【００２０】前記壁構造Ｃを構成する立体トラス式支持
柱Ｇは、本実施例では、柱体２５と、水平トラス材３５
と、各々４箇所のダイアゴナルトラス材３６と、ストラ
ットトラス材３７とから、複合的に組み合わされて構成
されている。しかして、柱体２５は、本実施例ではドー
ムの中心方向に向けて所定角度傾斜して配設されてい
る。

【００２１】また、前記下部構造Ｄと、壁構造Ｃとは、
図２の如く、ピン接合として、下部構造Ｄに極力曲げが
加わらない様にしている。さらに、本実施例では、前記
第２束材２７ｂと前記水平トラス材３５との間に、図３
の左下部分に示すように斜め上下方向にブレーシングス
トリング４０を張架し、また、前記ストラットトラス材
３７の外部側端部と、下部構造Ｄの上端との間にステー
ケーブル４１を張架して、屋根構造Ｂと壁構造Ｃとの
間、及び壁構造Ｃと下部構造Ｄとの間の連結を強固なも
のにしている。

【００２２】上記構成からなる本実施例においては、ま
ず、従来の単一式の張弦梁構造と同様に、サスペンショ
ンストリング２８にあらかじめ所定のプレストレスを付
与しておくことにより、梁２２の応力と変形を自在に制
御することが可能である。また、剛性の高い梁２２と引
張強度の大きいサスペンションストリング２８を組み合
わせたことにより、各々の特性を生かした合理的構造方
式とすることができる。

【００２３】さらに、自重、積雪荷重、あるいはドーム
天井などに吊り下げた付属物などの荷重に対しては、膜
構造Ｆと、第１張弦梁２０及び及び第２張弦梁２１から
なる多段式張弦梁構造とがこれを確実に負担し、大部分
を軸力として壁構造Ｃへと伝達することができる。

【００２４】また、風による吹き上げ荷重に対しては、
ヴァレーケーブル２４及びステーケーブル４１が順次、
張力としてこれを確実に処理することができ、風及び地
震による水平力に対しては、立体トラス式支持柱Ｇにお
ける主としてダイアゴナルトラス材３６とステーケーブ
ル４１がこれに有効に対抗して、最終的には下部構造Ｄ
から地盤へと応力を伝達して逃がすことができる。

【００２５】なお、上記した積雪荷重などが作用した場
合の張弦梁２０、２１の作用については、図５に示すよ
うに、第１束材２７ａと第１サスペンションストリング
２８ａとの接合部、及び第２束材２７ｂと、第２サスペ
ンションストリング２８ｂとの接合部に、各々作用する
引張力Ｔ１、Ｔ２は、当該第１サスペンションストリン
グ２８ａと、フープストリング３４の引張耐力により吸
収されるので、構造系内での釣り合いを保った、自碇方
式を確保することができる。

【００２６】また、上記各部材自体の構成、材質等につ
いては、構造的設計条件に応じて、適宜公知の材料から
選択しうるものであり、特に限定されるものではない
が、例えば本実施例では、梁２２、中央リング２６は角
形鋼管、膜材２３は、アクリル樹脂材等の合成樹脂材、
ヴァレーケーブル２４及び前記各種のストリング２８、
２９、３０、３１、３２、３４は、引張強度の高い構造
用ワイヤ−ケ−ブルあるいはロッド等、柱体２５、束材
２７、水平トラス材３５、ダイアゴナルトラス材３６、
ストラットトラス材３７は、Ｈ形鋼又は丸形鋼管を用い
るように設定されている。さらに、設計条件によって
は、前記各鋼材を集成材などの木材に設定変更すること
も可能である。

【００２７】また、図９乃至図１１に示す本発明の他の
実施例のように、前記梁２２及び柱体２５を略同一断面
の鋼管材（本実施例では角形鋼管）で構成し、各梁２２
には所定間隔で通風孔５０を形成し、一方、各柱体２５
にはファン５１（もしくは図示しない大型ファンに連通
されたダクト）を装備しておけば、この２２及び柱体２
５の中空断面を設備ダクトとして利用できる。よって、
冬期は、膜面の結露防止のために、空気を吹き出し、ま
た、天井面の温暖空気を吸引して、脚部で過熱後に暖房
用として吹き出すこともできる。さらに、膜面に温風を
吹きつけ、融雪を行うことも可能となる。一方、夏期
は、天井面の高温空気を吸い込み、室内温度を低下させ
ることができる。

【００２８】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものではなく、例えば多段式張弦梁Ｅは、上記各実施例
の如く二段とする例の他に、三段、四段といった更なる
多段形式とすることも当然に可能であり、また、梁２２
も、上記実施例に示したアーチ形のものに限定されず、
直線形状のものであってもよい。また、上記実施例のよ
うに第１張弦梁２０の第１束材２７ａの下端相互を中央
部で第１サスペンションストリング２８ａで連結する構
成の他に設計条件によっては、第２張弦梁２１と同様に
束材２７の下端をフープストリング３４で無端状に連結
するようにしてもよい。さらに、ハイパーストリングド
ームＡの平面形状も、上記実施例のように円形のものの
他に、例えば競技場、パビリオンなどの用途に応じて図
６及び図７に示すように壁構造Ｃを楕円形あるいは、四
角形の形状にすることも可能であり、また、図８に示す
様に、柱体２５を鉛直に立設する構成とすることもでき
る。また、上記ステーケーブル４１は下端を下部構造Ｄ
でなく直接周辺の地盤等に固定するようにしても良い
等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の応用例が
可能なことは云うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】本発明は上述した如く構成されており、
以下の効果を奏することができる。 (1) 高度複合システムであり、連続したドーム空間を屋
根と壁体との二つの構造系に分離しながら、圧縮、曲げ
材をテンション材で繋ぐことにより、一体構造としての
安定系を構成するものである。 (2) 新しい造形性として、陰影のある外観と軽快な内観
とを演出している。 (3) 断面形に関する束やフープの数、及び平面形として
の壁体の傾きへの対応性も優れている。 (4) 壁体の効果としては、膜パネルと金属パネルとの組
み合わせが可能であり、デザインの多様性を創成しうる
ものである。よって、音響面で乱反射を防ぎ、通風面で
は開口を確保するのに有効である。 (5) 力学的特性として、自重及び付加荷重は、基本的に
軸力で抵抗しうる。よって、境界リングが不要であり、
架構全体の合成は、ケーブルの張力レベルに依存してい
ないため、ケーブルへの導入張力は過大とはならない。
また、部材は、長尺であり、ジョイント数が極めて少な
いため、コストが低く、施工上も有利となる。 (6) トラスドームのような部材の精度は要求されない
し、屋根部分は、地上で建て方が行われ、並行して建て
方が行われる壁体を利用してリフトアップ工法が容易に
適用しうる。よって、製作及び施工が合理的であり、工
期の短縮と安全性、品質管理の向上が容易となる。 (7) 梁上で固定される膜材は、パネル形式であるため、
運搬に便利で、防水上も不安がない。 (8) ケーブルドームに比べて、変形が小さく、防水上有
利であり、過大なプレストレス導入作業も不要であり、
力学的にも、施工が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るハイパーストリングド
ームの構造系を示す説明図である。

【図２】本発明の一実施例に係るハイパーストリングド
ームの断面構成を示す概念図である。

【図３】図２の平面的説明図であり、４分割された右上
部分が膜屋根部分の構成を示し、右下部分が多段式張弦
梁の構成を示し、左下部分がブレーシングストリングの
配置構成を示し、左上部分が主として立体トラス式支持
柱の構成を示している。

【図４】主として立体トラス式支持柱の構成を示す概念
的要部斜視図である。

【図５】多段式張弦梁の構造的作用を示す説明図であ
る。

【図６】本発明の他の実施例に係るハイパーストリング
ドームの平面形状を示す説明図である。

【図７】本発明の他の実施例に係るハイパーストリング
ドームの平面形状を示す説明図である。

【図８】本発明の他の実施例に係る壁構造の立面形状を
示す説明図である。

【図９】本発明の他の実施例に係る説明図である。

【図１０】図９における梁部分の作用を示す説明図であ
る。

【図１１】図９における梁部分の作用を示す説明図であ
る。

【図１２】従来のトラスドームを示す概念図である。

【図１３】従来の張弦梁構造を示す概念図である。

【符号の説明】

Ａ ハイパーストリングドーム Ｂ 屋根構造 Ｃ 壁構造 Ｄ 下部構造 Ｅ 多段式張弦梁 Ｆ 膜屋根 Ｇ 立体トラス式支持柱 ２０ 第１張弦梁 ２１ 第２張弦梁 ２２ 梁 ２３ 膜材 ２４ ヴァレーケーブル ２５ 柱体 ２６ 中央リング ２７ 束材 ２７ａ 第１束材 ２７ｂ 第２束材 ２８ サスペンションストリング ２８ａ 第１サスペンションストリング ２８ｂ 第２サスペンションストリング ２９ サブストリング ３０ 補強ストリング ３１ 補強ストリング ３３ 接続部材 ３４ フープストリング ３５ 水平トラス材 ３６ ダイアゴナルトラス材 ３７ ストラットトラス材 ４０ ブレージングストリング ４１ ステーケーブル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多段式張弦梁、及びヴァレーケーブル付き
   膜屋根を備えた屋根構造と、立体トラス式支持柱を備え
   た壁構造と、下部構造とから成るハイパーストリングド
   ームであって、 前記、多段式張弦梁は、略放射状に配設されたア−チ型
   もしくは直線型の複数本の梁と、該梁から垂下された複
   数の束材と、該各束材下端から前記梁に張架された各サ
   スペンションストリングとを備え、 前記膜屋根は、前記各梁の上面を覆う膜材と、前記各梁
   と同方向に配設され膜材に張力を付与する複数のヴァレ
   ーケーブルとで形成されたことを特徴とするハイパース
   トリングドーム。
2. 【請求項２】前記各支持柱が、ドームの中心方向に向け
   て所定角度傾斜して配設されている請求項１記載のハイ
   パーストリングドーム。
3. 【請求項３】前記各支持柱が、垂直に立設されている請
   求項１記載のハイパーストリングドーム。
4. 【請求項４】前記多段式張弦梁が第１張弦梁と第２張弦
   梁の二段形式に構成され、各第１張弦梁の第１束材下端
   は、前記サスペンションストリングにより直径方向に連
   結され、各第２張弦梁の第２束材下端は、フープストリ
   ングにより無端状に連結されている請求項１記載のハイ
   パーストリングドーム。
5. 【請求項５】前記立体トラス式支持柱は、柱体と、水平
   トラス材と、ダイアゴナルトラス材と、ストラットトラ
   ス材とを具備してなる請求項１記載のハイパーストリン
   グドーム。
6. 【請求項６】前記膜材はパネル形式であらかじめ製作さ
   れて、現場に搬入され、前記各梁上で固定されるように
   なっている請求項１記載のハイパーストリングドーム。