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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024132259
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】トラス梁の支持柱構造
(51)【国際特許分類】
   E04B 1/32 20060101AFI20240920BHJP
   E04B 1/342 20060101ALI20240920BHJP
【FI】
E04B1/32 102B
E04B1/342 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023042971
(22)【出願日】2023-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000153616
【氏名又は名称】株式会社巴コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100087491
【弁理士】
【氏名又は名称】久門 享
(74)【代理人】
【識別番号】100104271
【弁理士】
【氏名又は名称】久門 保子
(72)【発明者】
【氏名】向山 洋一
(57)【要約】      (修正有)
【課題】トラス梁から成る屋根架構において、前記トラス梁の支持柱長さが短い場合であっても、前記支持柱の柱脚部に発生するスラストを可能な限り少なくできる、簡易で安価なトラス梁の支持柱構造を提供する。
【解決手段】支持柱3とトラス梁2とがトラス梁2の上弦部のみで接続され、可撓部3aが支持柱3の柱頭部のみに設けられた場合において、トラス梁2が撓んで支持柱3が内側に傾斜すると、板厚方向がトラス梁2の張間方向と一致する可撓板から成る可撓部3aも傾斜して回転を起こすので、支持柱3柱頭部に曲げモーメントは殆ど発生しないため、支持柱3の柱脚部に発生するスラストを大幅に少なくできる。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トラス梁から成る屋根架構において、前記トラス梁を支持する支持柱の柱頭部または柱脚部に、板厚方向が前記トラス梁の張間方向と一致する可撓板から成る可撓部が、前記支持柱の材軸方向に所定長さで形成されていることを特徴とする、トラス梁の支持柱構造。
【請求項2】
請求項1記載のトラス梁の支持柱構造において、前記トラス梁を支持する支持柱の柱頭部または柱脚部に形成された前記可撓部は、1枚もしくは2枚以上の可撓板で構成され、かつ、当該可撓板の変形を抑制する変形抑制部が前記可撓板の片側または両側に設けられており、前記可撓板と前記変形抑制部との間の隙間寸法は、前記支持柱に想定された傾斜量または前記トラス梁端部の回転量に応じて設定されていることを特徴とする、トラス梁の支持柱構造。
【請求項3】
請求項1または2記載のトラス梁の支持柱構造において、前記支持柱と前記トラス梁との接合位置が前記トラス梁の上弦部のみである場合に、前記支持柱の柱頭部または柱脚部に前記可撓部を有することを特徴とする、トラス梁の支持柱構造。
【請求項4】
請求項1または2記載のトラス梁の支持柱構造において、前記支持柱と前記トラス梁との接合位置が、前記トラス梁の下弦部のみである場合もしくは前記トラス梁せい中間のラチス材取付き部のみである場合に、前記支持柱の柱頭部または柱脚部に前記可撓部を有することを特徴とする、トラス梁の支持柱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アリーナ建築のような大梁間建物の屋根架構に用いられる、トラス梁を支持する鉄骨柱の支持柱構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、トラス梁が用いられることが多かったアリーナ等の屋内運動施設のような大梁間の屋根架構において、前記トラス梁から成る屋根架構の両妻面および両桁面を支持柱で支持する場合、前記屋根架構の軒梁と前記支持柱とを含む構面(壁面)内に鉛直ブレースを設置して、張間方向および桁行方向の地震力に抵抗させる構造形式とすることがあった(図1参照)。
【0003】
図1に図示のように、トラス梁2、2、…と屋根ブレースV2、V2、…から成る屋根架構1であって、張間および桁行の両方向の壁面にトラス梁2、2、…の支持柱3、3、…と鉛直ブレースV1、V1、…が設置された架構(以下、両方向ブレース架構と称す。)の場合、例えば、屋根架構1の張間方向に作用した地震水平力は、屋根ブレースV2、V2、…を介して両妻面の前記鉛直ブレースV1、V1、…に伝達させることが可能なので、張間方向の架構は必ずしもラーメン構造である必要性はない。
【0004】
一方、張間方向の架構がラーメン構造の場合、トラス梁2、2、…を支える支持柱3、3、…の柱脚には、図2に図示の矢印のように、鉛直荷重時にスラスト(柱脚が外側に広がろうとする力)が発生するので、支持柱3、3の柱脚を支持する下部躯体柱4、4の張間方向については、当該スラストによる曲げモーメントおよびせん断力も加算した部材設計が必要である。
【0005】
また、前記ラーメン構造の張間方向のトラス梁2が鉛直荷重によりたわみ(図2に図示の破線の状態)を生じると、トラス梁2の下弦材と取合う支持柱3、3の柱頭部P1、P1は外側に変位し、支持柱3、3の柱頭部直上のトラス梁2上弦節点P2、P2は内側に変位するので、特に、トラス梁2を支える支持柱3、3の高さが低い場合は、図2に図示の矢印方向のスラストがより大きくなる。即ち、下部躯体柱4、4、…に付加される水平力(スラスト)がより大きくなることに繋がる。
【0006】
以上のことから、支持柱3、3付きトラス梁から成る両方向ブレース架構の場合は、張間方向の架構をラーメン構造にしない方が、下部躯体柱4、4、…の負担が少ないので望ましいと言える。また、桁行方向に支持柱3、3付きトラス梁2を掛け渡す場合についても、同様の理由によりラーメン構造にしない方が望ましいと言える。
【0007】
上記のような支持柱3、3脚部のスラストを低減する方法としては、例えば、図3に図示のように、支持柱3、3に接合するトラス梁2端部の下弦材を省いて、支持柱3、3の柱頭部をトラス梁2の上弦節点P2、P2のみに接合することが考えられる。
【0008】
即ち、支持柱3、3柱頭部とトラス梁2上弦部(上弦節点P2、P2)とが剛接合であったとしても柱長さが確保できるので、支持柱3、3の曲げ剛性が低減されるため、前記スラストはより小さくなる。
【0009】
しかし、図3に図示のように、支持柱3、3に接合するトラス梁2の下弦材を省いた場合でも、図4(a)に図示のように、支持柱3、3の長さが短く、例えばトラス梁2せいとほぼ同じ長さになった場合、支持柱3、3柱頭部とトラス梁2上弦部(上弦節点P2、P2)とが剛接合であれば曲げ剛性は高くなる。
【0010】
更に、支持柱3、3の柱脚部を固定するアンカーボルト5、5、…(図5参照)は一定の曲げ抵抗力を有するため、支持柱3、3の曲げ剛性を高めるので、支持柱3、3の長さが短い場合には前記スラストの十分な低減効果は得られ難い。
【0011】
前記のように支持柱3、3の長さが短い場合、前記スラストを低減するために、支持柱3、3の上端または下端の回転剛性を低減する次のような方法が考えられる。図4(b)、(c)は、図4(a)のA部の拡大図であり、図4(b)は柱頭のみがピン接合(●表示)の場合、図4(c)は柱頭および柱脚がピン接合(●表示)の場合の模式図である。特に図4(c)の場合の柱は、上下端部共にピン接合であるため支持柱3、3には曲げモーメントは作用せず、軸力(鉛直力)のみを下部躯体柱4、4、…に伝達するので前記スラストは生じない。
【0012】
前記のようなピン接合の構造は、クレビスジョイントのような1本ピンの接合納まりが理想的だが、柱頭部あるいは柱脚部に鉛直ブレースが接合される場合などには納まりが複雑化すること、また、一般的な鉄骨柱の接合部納まりに比べてコストがかかることから、トラス梁の支持柱において、ピン接合と見做せるような簡易な構造が必要とされていた。
【0013】
トラス梁と当該トラス梁を支持する柱の柱頭部または柱脚部の接合部構造に関する先行技術としては、例えば、特許文献1記載の発明がある。
【0014】
特許文献1記載の発明には、門型ラーメン架構のスライド工法において、門型部分架構の柱部頂部と屋根部との接合は、屋根部大梁(トラス梁)両端の上弦部もしくは下弦部の何れかのみを接続し、屋根部両端部における鉛直面内の回転がある程度許容される接合状態(ピン接合状態)にしておき、前記屋根部大梁両端部をピン接合状態のまま、前記門型部分架構の屋根部を支えているジャッキ付き支保工のジャッキを緩めて、当該屋根部の支保工による仮受けを解除した後、前記屋根部大梁両端部の未接続になっていた部分(下弦部もしくは上弦部)を前記柱部に接続することにより、前記門型部分架構の柱部頂部と屋根部とを剛接合にし、ラーメン架構として完結させるという工法が開示されている。
【0015】
従って、前記屋根部大梁両端部がピン接合状態のまま、前記門型部分架構の屋根部を支えている支保工による仮受けを解除した後に、前記屋根部大梁両端部の未接続になっていた部分(下弦部もしくは上弦部)を前記柱部に接続して柱部頂部と屋根部とを剛接合にするので、前記門型部分架構の柱部には屋根部分の鉛直荷重による曲げモーメントが発生しない、即ち、前記門型部分架構の柱脚部にはスラストは発生しないことになる。
【0016】
しかし、特許文献1記載の発明において、前記屋根部大梁両端部のピン接合部分の具体的な納まり(構造)についての明示はなく、示唆する記述もない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0017】
【特許文献1】特許第6636091号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
本発明は、トラス梁から成る屋根架構において、前記トラス梁の支持柱長さが短い場合であっても、屋根部分の鉛直荷重によって前記支持柱の柱脚部に発生するスラストを可能な限り少なくできる、簡易で安価なトラス梁の支持柱構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0019】
前記課題を解決するための本発明の手段は、トラス梁から成る屋根架構において、前記トラス梁を支持する支持柱の柱頭部または柱脚部に、板厚方向が前記トラス梁の張間方向と一致する可撓板から成る可撓部が、前記支持柱の材軸方向に所定長さで形成されていることを特徴とする、トラス梁の支持柱構造である。
【0020】
また本発明は、前記トラス梁を支持する支持柱の柱頭部または柱脚部に形成された前記可撓部は、1枚もしくは2枚以上の可撓板で構成され、かつ、当該可撓板の変形を抑制する変形抑制部が前記可撓板の片側または両側に設けられており、前記可撓板と前記変形抑制部との間の隙間寸法は、前記支持柱に想定された傾斜量または前記トラス梁端部の回転量に応じて設定されていることを特徴とする、トラス梁の支持柱構造である。
【0021】
また本発明は、前記トラス梁の支持柱が、例えば前記トラス梁せい程度に短く、かつ前記支持柱と前記トラス梁との接合が前記トラス梁の上弦部のみである場合において、前記支持柱の柱頭部または柱脚部に前記可撓部を有することを特徴とする、トラス梁の支持柱構造である。
【0022】
なお、以上に記載の前記可撓板は、少なくとも前記支持柱の軸力を支えるのに十分な板厚と板幅および座屈しない長さが必要であるが、当該可撓部の等価な断面二次モーメントは前記支持柱軸部の断面二次モーメントに比べてかなり小さいので、前記可撓部が曲げを受けた時の回転剛性は小さく、実用上ピン接合と見做して設計することが可能となる。また、前記可撓部の回転剛性は、前記可撓板の断面寸法と長さ(高さ)から計算することができる。
【0023】
従って、前記トラス梁の支持柱長さが短い場合であっても、前記トラス梁が自重等の鉛直荷重により撓んだ時、前記支持柱の柱頭部または柱脚部に形成された前記可撓部の可撓板が、前記トラス梁から伝達される前記支持柱の軸力を支持すると同時に、前記支持柱の傾斜または前記トラス梁端部の回転に応じて湾曲し、前記可撓部があたかもピン接合部のように回転して前記支持柱の傾斜を可能とするので、前記支持柱の曲げモーメントの発生は大幅に低減される。よって、前記支持柱の柱脚部に発生するスラストは極めて少なくなる。
【発明の効果】
【0024】
本発明は、以上のような手段によるので、以下のような効果がある。
(1)トラス梁が鉛直荷重によりたわみを生じた場合、前記トラス梁を支持する支持柱と前記トラス梁との接合が剛であれば前記支持柱の脚部に生じる大きなスラストが、本発明によれば、前記支持柱に形成された可撓部の回転により大幅に低減される。
(2)また本発明によれば、前記支持柱が、例えば前記トラス梁せい程度に短くても、前記支持柱と前記トラス梁との接合を前記トラス梁上弦部のみとすることにより、前記可撓部の回転の発生によって、前記支持柱脚部のスラストは殆ど問題ない程度に低減できる。
(3)屋根架構を支持する下部躯体柱へのスラストが大幅に減るので、前記下部躯体柱の張間方向の荷重負担が軽減される。
(4)以上のことから、実用上ピン接合と見做せる前記可撓部は、簡易で安価なトラス梁の支持柱構造を提供すると共に、下部躯体柱のコストアップ抑制にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
図1】トラス梁から成る屋根架構であって、張間および桁行の両方向壁面に支持柱と鉛直ブレースを設置した一例であり、(a)は伏図、(b)は(a)のイ-イ断面視、(c)は(a)のロ-ロ断面視、(d)は(a)のハ-ハ断面視である。
図2】ラーメン構造の支持柱付きトラス梁の一例であり、破線は鉛直荷重によりたわみが生じた状態を示す。
図3図2の支持柱付きトラス梁において、前記支持柱と接合するトラス梁端部下弦材を省いた場合の例であり、破線は鉛直荷重によりトラス梁にたわみが生じた状態を示す。
図4図3の支持柱付きトラス梁において、前記支持柱が前記トラス梁せい程度に短い場合の一例であり、(a)は鉛直荷重によりトラス梁にたわみが生じた状態を破線で示した図であり、(b)は(a)のA部拡大図であって、前記支持柱の柱頭部のみがピン接合の場合、(c)は同じく前記支持柱の柱頭部および柱脚部がピン接合の場合の状態を示す模式図である。
図5】本発明の第1実施例であり、トラス梁の支持柱柱頭部のみに可撓部を設けた場合を示す。
図6】本発明の第2実施例であり、トラス梁の支持柱の柱頭部および柱脚部に可撓部を設けた場合を示す。
図7】トラス梁の支持柱の可撓部を説明する詳細図であり、(a)は図5および図6のB部の拡大図を、(b)は図6のC部の拡大図を、(c)は前記B部の可撓部が回転した状態を示す図である。
図8】第2実施例において、トラス梁の支持柱柱脚部に鉛直ブレースが接合された場合の一例であり、図7(b)のニ-ニ断面視である。
図9】本発明の第3実施例であって、(a)はトラス梁の支持柱の柱頭部および柱脚部に可撓部を設けた場合であり、(b)は前記柱頭部の可撓部3aが傾斜した状態を示し、(c)はトラス梁の支持柱柱脚部に鉛直ブレースが接合された場合の一例である。
図10】本発明に係るトラス梁の支持柱柱頭部の可撓部位置が上弦部以外の場合であって、(a)はトラス梁下弦部に設けられた場合、(b)はトラス梁せいの中間(ラチス材取付き部)に設けられた場合の支持柱付きトラス梁(図1(d)に対応)を示す。
図11】単純支持されたトラス梁の端部回転角θを計算した一例である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本発明の第1実施例を図5に示す。図5は、トラス梁2の支持柱3とトラス梁2とがトラス梁2の上弦部にのみで接続され、可撓部3aが支持柱3の柱頭部のみに設けられた場合である。本実施例では、トラス梁2が鉛直荷重により撓んでトラス梁2端部が回転し支持柱3が内側に傾斜すると(図4(b)参照)、図7(c)に図示のように支持柱3柱頭部の可撓部3aも傾斜して回転を起こすので(図7(c)参照)、支持柱3柱頭部に発生する曲げモーメントはかなり小さいものとなる。
【0027】
但し、支持柱3柱脚部は、ベースプレートが複数のアンカーボルト5、5、…で下部躯体柱4に定着されている場合や、鉄骨の下部躯体柱に剛接合されている場合(図示せず。)には、ある程度の曲げ抵抗が可能なので、鉛直荷重時だけでなく地震等の水平荷重が屋根に作用した場合には、支持柱3の傾斜により、下部躯体柱4には軸力以外に、曲げモーメントとせん断力が作用する。
【0028】
図6は本発明の第2実施例であって、可撓部3aが支持柱3の柱頭部および柱脚部に設けられた場合である。可撓部3aを柱脚部にも設けた場合、トラス梁2が撓んでトラス梁2端部が回転し支持柱3が傾斜すると、前記柱頭部および柱脚部の可撓部3aは共に回転することができる。よって、アンカーボルト5、5、…による曲げ抵抗が低減されるので、下部躯体柱4に作用する曲げモーメントは、第1実施例の場合よりも小さくなる。
【0029】
図7は可撓部3aの詳細図であり、図7(a)は可撓部3aが支持柱3の柱頭部に設けられた場合、図7(b)は同じく支持柱3の柱脚部に設けられた場合を表す。支持柱3はH形断面部材を用い、同部材端部の一定範囲(可撓部3a)にはウェブを設けず、H形断面部材の軸芯に合わせて1枚の可撓板3bが取り付けられている。また、ウェブを設けない可撓部3aの範囲のフランジ部も可撓板3b、3bとして利用される。
【0030】
ウェブを設けない可撓部3aの範囲の場所には変形抑制部3c、3cが設けられており、可撓板3b、3b、…と変形抑制部3c、3cとの間には、想定される支持柱3の傾斜量およびトラス梁2端部の回転量θに応じた隙間寸法の縦スリットが設定されている。また、変形抑制部3c、3cの先端(上端もしくは下端)と前記支持柱3のウェブ止端補剛板3f、3fとの間にも、変形抑制部3c、3cの先端とウェブ止端補剛板3f、3fとが接触しない程度の横スリットが設けられている。
【0031】
第2実施例において、支持柱3柱脚部に鉛直ブレースV1が取付く場合、図8に図示のように、鉛直ブレースV1のガセットプレート3dは、可撓板3bの曲げ変形を拘束しないために、可撓部3aを避けて支持柱3軸芯位置の可撓板3bの延長部分に取付けることが望ましい。
【0032】
本発明の第1および第2実施例に係る可撓部3aは以上のような構成なので、支持柱3柱頭部について説明すると、図7(c)に図示のように、支持柱3の傾斜およびトラス梁2端部の回転が生じると可撓板3b、3b、…も傾斜(厳密には緩やかに湾曲)し、可撓部3aは回転θを起こす。可撓板3b、3b、…と変形抑制部3c、3cとの間の隙間寸法は、支持柱3の想定される傾斜量およびトラス梁2端部の回転量に応じて設定されるので、可撓板3b、3b、…の傾斜量が設定値に達すると変形抑制部3c、3cに接触し、可撓板3b、3b、…の更なる傾斜が抑制される。可撓板3b、3b、…の傾斜量が大きくなり過ぎると、可撓板3b、3b、…が偏芯圧縮によって座屈を生じる可能性が高まるため、変形抑制部3c、3cとの隙間は必要最小限寸法に留めておく必要がある。
【0033】
図9は本発明の第3実施例である。図9(a)はトラス梁2の支持柱3の柱頭部および柱脚部に可撓部3aを設けた場合であり、図9(b)は前記柱頭部の可撓部3aが傾斜した状態を示し、図9(c)は支持柱3の柱脚部に鉛直ブレースV1が接合された状態を示す。なお、第3実施例において、可撓部3aは、図5に図示の第1実施例のように、支持柱3の柱頭部のみに設けてもよい。
【0034】
第3実施例における可撓板3bは、支持柱3の軸芯に合わせて設けた1枚のみであり、可撓板3bの両側に変形抑制部3c、3cが設けられている。可撓板3bと変形抑制部3c、3cとの間の縦スリットは、可撓部3aの範囲において、可撓板3bに許容される傾斜に応じて広がる寸法を有している。
【0035】
また、変形抑制部3c、3cの先端(上端もしくは下端)の先端板3e、3eと支持柱3のウェブ止端補剛板3f、3fとの間に設けられた横スリットも、可撓板3bの傾斜が拘束されないように、外側(支持柱3のフランジ側)に向かって、前記縦スリットと同様の形状と寸法を有している。
【0036】
第3実施例において、支持柱3柱脚部に鉛直ブレースV1が取付く場合、図9(c)に図示のように、鉛直ブレースV1のガセットプレート3dは、可撓板3bの曲げ変形を拘束しないために、可撓部3aを避けて可撓板3bの延長部分に取付けることが望ましい。
【0037】
本発明の第3実施例に係る可撓部3aは以上のような構成なので、図9(b)に図示のように、支持柱3の傾斜およびトラス梁2端部の回転が生じると可撓板3bも傾斜(厳密には緩やかに湾曲)し、可撓部3aは回転θを起こす。
【0038】
可撓板3bと変形抑制部3c、3cとの間の縦スリット幅、および変形抑制部3c、3cの先端(上端もしくは下端)の先端板3e、3eと支持柱3のウェブ止端補剛板3f、3fとの間に設けられた横スリットは、支持柱3の想定される傾斜量およびトラス梁2端部の回転量に応じて設定されるので、可撓板3bの傾斜量が設定値に達すると変形抑制部3c、3cに抵触し、可撓板3bの更なる傾斜が抑制される。可撓板3bの傾斜量が大きくなり過ぎると、可撓板3bが偏芯圧縮によって座屈を生じる可能性が高まるため、変形抑制部3c、3cとの間の縦スリット幅は必要最小限寸法に留めておく必要がある。
【0039】
第3実施例の場合、可撓部3aにおいて曲げ抵抗要素は1枚の可撓板3bのみなので、第1および第2実施例と比べて、可撓部3aの回転(曲げ)剛性がかなり小さいため、支持柱3柱脚部のスラスト低減の効果がより大きいと言える。
【0040】
なお、第1~第3実施例は、支持柱3がトラス梁2上弦部に接合された場合であったが、支持柱3柱頭部の可撓部3a位置が、図10(a)に図示のように、トラス梁2下弦部に、あるいは図10(b)に図示のように、トラス梁2せいの中間(ラチス材取付き部)に設けられた場合でも適用可能であることは言うまでもない。
【0041】
図11に、トラス梁2端部において、等分布鉛直荷重wによってトラス梁2が撓んだ時に生じる回転角θの計算例を示す。スパンL=30m、トラス梁2の有効せい(上下弦材軸芯間寸法)=2m、上下弦材サイズがH-200×200×8×12、等分布鉛直荷重w=1.0t/mと仮定した場合、回転角θは約1/239ラジアンとなる。
【0042】
この時、支持柱3柱頭部の変形抑制部3c、3cの回転角も概ねθとなるので、可撓部3aの長さが20cmであれば、変形抑制部3cの回転による先端(図7(c)では下端の角部)の水平変位はおよそ20cm/239=0.084cmとなる。鉛直荷重以外にも地震等により発生する前記変形抑制部3c、3cの回転も加算する必要があるので、本計算例の場合、変形抑制部3cと可撓板3bとの隙間寸法は、余裕をみて0.2~0.3cm程度で良いと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明は、トラス梁から成る屋根架構において、前記トラス梁の支持柱長さが前記トラス梁のせい程度に短い場合であっても、前記支持柱の柱脚部に発生するスラストを可能な限り少なくできる簡易で安価なトラス梁の支持柱構造を提供すると共に、屋根架構を支える下部躯体柱の荷重負担が低減されるので、下部躯体柱のコストアップ抑制にも貢献できる。
【符号の説明】
【0044】
1:屋根架構
2:トラス梁
3:支持柱
3a:可撓部
3b:可撓板
3c:変形抑制部
3d:ガセットプレート
3e:先端板
3f:ウェブ止端補剛板
4:下部躯体柱
5:アンカーボルト
V1:鉛直ブレース
V2:屋根ブレース
θ:回転角
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11