特許 7520579 屋根構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-12

(45)【発行日】2024-07-23

(54)【発明の名称】屋根構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 7/14 20060101AFI20240716BHJP

   E04B 1/34 20060101ALI20240716BHJP

【ＦＩ】

E04B7/14

E04B1/34 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020096838

(22)【出願日】2020-06-03

(65)【公開番号】P2021188439

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-03-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】六車 政宣

(72)【発明者】

【氏名】大嶋 隆

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 悠磨

【審査官】須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２６４４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２２８４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７０２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６８９１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｂ １／３２

Ｅ０４Ｂ １／３４

Ｅ０４Ｂ １／３４２

Ｅ０４Ｂ ７／０８

Ｅ０４Ｂ ７／１４

Ｅ０４Ｈ ３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部構造体から立設され対向して複数並列に配置された支柱と、
前記支柱に架設され上方又は下方へ湾曲して前記支柱へスラスト力を伝達する屋根部材と、
前記支柱の外側へ連結されて水平方向へ延設され、前記スラスト力を面内方向の水平力として受ける面構造部材と、
前記支柱と離間した位置において、前記下部構造体と前記面構造部材との間に設けられ前記面構造部材へ伝達された水平力を前記下部構造体へ伝達する耐震要素と、
を有する屋根構造。

【請求項2】

前記面構造部材は、スラブ、又は梁で構成された水平架構と前記水平架構に設けられた水平ブレースであり、
前記耐震要素は、前記屋根部材の架設方向へ延設された耐震壁、又は前記屋根部材の架設方向を構面方向とする柱梁架構と前記柱梁架構に設けられた鉛直ブレースである、
請求項１に記載の屋根構造。

【請求項3】

前記支柱において前記面構造部材が接合される部分の断面積が、他の部分の断面積より大きく形成されている、
請求項１又は請求項２に記載の屋根構造。

【請求項4】

前記面構造部材における前記梁と前記下部構造体との間には、前記支柱と離間した位置に柱が立設され、
前記耐震要素は、前記梁、前記柱及び前記下部構造体で形成される架構の構面を補剛する、
請求項２に記載の屋根構造。

【請求項5】

前記面構造部材は、上下に２層配置されている、
請求項１～４の何れか１項に記載の屋根構造。

【請求項6】

前記面構造部材及び前記耐震要素は、前記屋根部材の一方側にのみ設けられている、
請求項１～５の何れか１項に記載の屋根構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、屋根構造に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、剛性梁を吊り支持する柱に、方杖が連結された屋根架構が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－２６８９１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１の柱は、通常時には剛性梁から引張力が作用しないものとされている。一方、積雪時などにおいては、この柱には、剛性梁から引張力（スラスト力）が作用する。そこで、このスラスト力を処理するために、柱には方杖（バックステイ）が連結されている。このバックステイは、上端部が柱の頂部に連結され、斜め下方向に向かって延設されて、下端部が地盤等に対して連結されている。

【0005】

しかしながら、このようなバックステイは、柱の周囲の空間を斜めに横断する。このため、柱の周囲の空間を有効に利用することが難しい。

【0006】

本発明は、上記事実を考慮して、スラスト力が作用する支柱の周囲の空間を有効に利用できる屋根構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１の屋根構造は、下部構造体から立設され対向して複数並列に配置された支柱と、前記支柱に架設され上方又は下方へ湾曲して前記支柱へスラスト力を伝達する屋根部材と、前記支柱の外側へ連結されて水平方向へ延設され、前記スラスト力を面内方向の水平力として受ける面構造部材と、前記支柱と離間した位置において、前記下部構造体と前記面構造部材との間に設けられ前記面構造部材へ伝達された水平力を前記下部構造体へ伝達する耐震要素と、を有する。

【0008】

請求項１に記載の屋根構造では、上方又は下方へ湾曲した屋根部材から支柱へスラスト力が伝達される。支柱には面構造部材が連結されており、この面構造部材は、スラスト力を面内方向の水平力として受ける。この水平力は、耐震要素によって下部構造体へ伝達される。

【0009】

このように、支柱に伝達されたスラスト力は、水平方向へ延設された面構造部材と耐震要素とを介して下部構造体へ伝達される。このため、支柱には斜め方向に延設されるバックステイなどを取り付ける必要がない。これにより、スラスト力が作用する支柱の周囲の空間を有効に利用できる。例えば、支柱の周囲に、居室空間や施設空間を構築できる。

【0010】

また、スラスト力の処理機構を、面構造部材及び耐震要素と兼用してバックステイなどを省略できるため、屋根構造を簡略化できる。

【0011】

請求項２の屋根構造は、請求項１に記載の屋根構造において、前記面構造部材は、スラブ、又は梁で構成された水平架構と前記水平架構に設けられた水平ブレースであり、前記耐震要素は、前記屋根部材の架設方向へ延設された耐震壁、又は前記屋根部材の架設方向を構面方向とする柱梁架構と前記柱梁架構に設けられた鉛直ブレースである。

【0012】

請求項２に記載の屋根構造では、スラブ又は水平ブレースと、耐震壁又は鉛直ブレースとによって、スラスト力に抵抗することができる。つまり、スラスト力を処理するための特別な構成を設けることなく、建物を構成する一般的な部材によって、スラスト力を処理できる。

【0013】

請求項３の屋根構造は、請求項１又は請求項２に記載の屋根構造において、前記支柱において前記面構造部材が接合される部分の断面積が、他の部分の断面積より大きく形成されている。

【0014】

支柱において面構造部材が接合される部分は、面構造部材から反力を受ける。このため、この部分には応力が集中する。請求項３に記載の屋根構造では、この部分の断面積が、他の部分の断面積より大きく形成されている。これにより、効率的にスラスト力を処理できる。
請求項４の屋根構造は、請求項２に記載の屋根構造において、前記面構造部材における前記梁と前記下部構造体との間には、前記支柱と離間した位置に柱が立設され、前記耐震要素は、前記梁、前記柱及び前記下部構造体で形成される架構の構面を補剛する。
請求項５の屋根構造は、請求項１～４の何れか１項に記載の屋根構造において、前記面構造部材は、上下に２層配置されている。
請求項６の屋根構造は、請求項１～５の何れか１項に記載の屋根構造において、前記面構造部材及び前記耐震要素は、前記屋根部材の一方側にのみ設けられている。

【発明の効果】

【0015】

本発明によると、スラスト力が作用する支柱の周囲の空間を有効に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る屋根構造を示す立断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る屋根構造を示す平面図である。

【図3】（Ａ）は本発明の実施形態に係る屋根構造における柱の接合部を示す部分拡大立面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。

【図4】（Ａ）は本発明の実施形態に係る屋根構造における柱の接合部の変形例を示す部分拡大立面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態に係る屋根構造について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。但し、明細書中に特段の断りが無い限り、各構成要素は一つに限定されず、複数存在してもよい。また、各図面において重複する構成及び符号については、説明を省略する場合がある。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において構成を省略する又は異なる構成と入れ替える等、適宜変更を加えて実施することができる。

【0018】

＜屋根構造＞
図１には、本発明の実施形態に係る屋根構造の一例が示されている。この図に示すように、屋根構造は、下部構造体１０の上方に構築され、支柱２０（柱２２及び柱２４）、屋根部材３０、面構造部材４０及び耐震要素５０を備えて形成されている。本実施形態において、下部構造体１０は屋根構造の基礎を含む構造体である。本明細書においては、図１に示された屋根構造及び下部構造体１０を総称して建物と称すことがある。

【0019】

（支柱）
支柱２０は、屋根部材３０を支持する支持構造体である。また、支柱２０は、下部構造体１０から立設され互いに対向配置された一対の柱２２及び柱２４の総称である。なお、本明細書においては、柱２２、２４の対向方向を、Ｘ方向と称す場合がある。Ｘ方向は、屋根部材３０の架設方向やスパン方向等と称すこともできる。

【0020】

図２に示すように、柱２２及び柱２４は、それぞれＸ方向と交わる方向に、所定の間隔を空けて複数並列配置されている。本明細書においては、このＸ方向と交わる方向を、Ｙ方向と称す場合がある。Ｘ方向とＹ方向とは、略直交する方向である。

【0021】

柱２２は、例えばＨ形鋼で形成された鋼製柱である。図１に示すように、柱２２の上端部（柱頭）２２Ａにはバックステイ２６の上端部が接合されている。バックステイ２６の下端部（柱脚）は、下部構造体１０に埋設（根入れ）されている。バックステイ２６は、Ｘ方向に沿って、かつ、柱２２の外側へ向かって延設されている。

【0022】

なお、本明細書において、柱２２の「外側」とは、柱２２から見て柱２４と反対側のことを指すものとする。同様に、及び柱２４の「外側」とは柱２４から見て柱２２と反対側のことを指すものとする。「内側」は「外側」の反対側のことを指す。

【0023】

バックステイ２６は、屋根部材３０から柱２２に作用するスラスト力（本実施形態においては、柱２２の内側へ向かう引張力）に抵抗するための方杖である。バックステイとしては、Ｈ形鋼、丸鋼、角型鋼管、ワイヤーなど、引張力に抵抗できる各種の材料を用いることができる。

【0024】

柱２４は、例えばＨ形鋼（所謂ビルドＨ形鋼）で形成された鋼製柱である。柱２４は、上下方向で断面積（水平方向に沿う平面で切断した断面積）が変化して形成されている。具体的には、柱２４の上端部（柱頭）２４Ａ及び下端部（柱脚）２４Ｂは、断面積がその他の部分より小さい。また、柱２４において面構造部材４０が接合される部分（接合部２４Ｃ）は、断面積が接合部２４Ｃより上端部２４Ａ側の部分及び下端部２４Ｂ側の部分より大きい。

【0025】

柱２２及び柱２４の下端部は、求められる固定度に応じた各種の固定方法によって下部構造体１０に固定することができる。各種の固定方法とは、例えば露出柱脚による固定方法、埋め込み柱脚による固定方法及び根巻き柱脚による固定方法等である。

【0026】

図３（Ａ）、（Ｂ）には柱２４における接合部２４Ｃの一例が示されている。接合部２４Ｃでは、梁４２における上フランジ及び下フランジの延長線上に、鋼製のスチフナＳが配置されている。スチフナＳは、柱２４のウェブ及びフランジに溶接されて、柱２４を補剛する補剛板材である。

【0027】

なお、柱２４はＨ形鋼ではなく、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、例えば角型鋼管やＣＦＴ（Concrete Filled Steel Tube）等によって形成してもよい。この場合、接合部２４Ｃには、梁４２における上フランジ及び下フランジの延長線上に、ダイアフラムＤを設けることが好適である。ダイアフラムＤは、通しダイアフラム、外ダイアフラム及び内ダイアフラム等とすることができる。

【0028】

（屋根部材）
図２に示すように、屋根部材３０は、Ｈ形鋼の大梁３２及び小梁３４を備えて形成されている。図１に示すように、大梁３２は、両端が柱２２及び柱２４にそれぞれ接合されている。大梁３２における両端以外の部分は他の構造部材によって支持されていない。

【0029】

このため大梁３２は、両端を支持点として、中央部が下方へ向かって湾曲した（横から見て下方へ凹むように湾曲した）状態で配置されている。つまり大梁３２は、両端が柱２２及び柱２４によって支持された吊り構造の部材である。

【0030】

図２に示すように、小梁３４は、互いに隣り合う大梁３２に架け渡された連結梁である。小梁３４は、Ｘ方向に所定の間隔を空けて複数配置されている。これらの大梁３２及び小梁３４によって、屋根部材３０が格子状の架構に形成されている。なお、大梁３２及び小梁３４によって囲まれる構面には、ブレースなどを配置して面内剛性を高くしてもよい。また、大梁３２及び小梁３４の上方には、図示しない板状の屋根材が葺かれている。

【0031】

（面構造部材）
図１に示すように、面構造部材４０は、梁４２及びスラブ４４を備えて形成されている。また、面構造部材４０は、上下に２層配置されている。梁４２はＨ形鋼によって形成され、柱２４の外側へ延設されている。梁４２は、一方の端部が柱２４に接合され、他方の端部が柱２７に接合されている。柱２７は、柱２４の外側において下部構造体１０から立設されたＨ形鋼の柱である。

【0032】

梁４２には、スラブ４４が架設されている。スラブ４４はコンクリートを用いて形成されたスラブであり、梁４２との間で互いに応力を伝達できる。この応力伝達手段としては、例えば梁４２に溶接されたスタッドボルト等を用いることができる。

【0033】

なお、スラブ４４としては、デッキプレート等の鋼板とコンクリートとを一体化させた合成スラブを用いることができる。また、コンクリートとしては、現場打ちコンクリートの他、部分的に又は全体的にＡＬＣパネル等のプレキャストコンクリートを用いることができる。

【0034】

梁４２及びスラブ４４は、柱２４の延設方向（上下方向、略鉛直方向）と直交する構面、すなわち横方向（略水平方向）に沿う構面内に形成されている。図２に示すように、スラブ４４は、複数の梁４２に跨って配置されている。このため、スラブ４４の上方には、Ｘ方向及びＹ方向に拡がりを持った空間が形成される。

【0035】

なお、梁４２の上方を歩行空間として利用しない場合は、必ずしもスラブ４４を配置する必要はない。例えば互いに隣り合う梁４２間に小梁及び水平ブレース（不図示）を架設して、スラブ４４を設けない構成としてもよい。水平ブレースは、例えば梁４２と小梁との接合部同士を連結するように、Ｘ方向及びＹ方向と交わる方向へ延設される。この場合、梁４２及び小梁で形成された水平架構と、水平ブレースと、を総称して面構造部材と称す。

【0036】

また、梁を必要としない構造（フラットスラブ等）によってスラブ４４を構築する場合は、梁４２を省略してもよい。すなわち、本発明における面構造部材４０は、略水平方向の面内に応力を伝達できるものであればよい。

【0037】

（耐震要素）
耐震要素５０は、上下方向に隣り合う梁４２間、又は、梁４２と下部構造体１０との間に配置された耐震ブレース（鉛直ブレース）である。上下方向に隣り合う梁４２間、又は、梁４２と下部構造体１０との間には、柱２８が立設されている。耐震要素５０は、梁４２又は下部構造体１０と、柱２８と、で形成される柱梁架構の構面Ｈを補剛して、地震力に抵抗することができる。構面Ｈは、屋根部材３０の架設方向（Ｘ方向）に沿う構面である。

【0038】

図２に示すように、梁４２及び柱２８はＹ方向に複数配置されている。このため、構面ＨもＹ方向に複数配置されている。耐震要素５０は、これらの構面Ｈのうち、任意の構面に配置することができる。換言すると、耐震要素５０は全ての構面Ｈに配置する必要はない。また、耐震要素５０は、耐震ブレースに代えて又は加えて、耐震壁（不図示）としてもよい。なお、この耐震壁は、鉄筋コンクリートや鋼板など各種の構造を採用することができる。すなわち、耐震壁の構造は特に限定されるものではない。

【0039】

なお、図１においては梁４２が通し梁とされ、柱２８が梁４２に接合された例が記載されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば柱２８を通し柱として、梁４２を柱２８に接合してもよい。

【0040】

＜作用及び効果＞
本発明の実施形態に係る屋根構造では、図１に矢印Ｔで示すように、下方へ湾曲した屋根部材３０から支柱２０（柱２２及び柱２４）へスラスト力が伝達される。この支柱２０のうち、柱２４には面構造部材４０としての梁４２及びスラブ４４が連結されている。この面構造部材４０は、スラスト力を面内（Ｘ方向及びＹ方向に沿う面内）方向の水平力として受ける。この水平力は、耐震要素５０によって下部構造体１０へ伝達される。

【0041】

このように、柱２４に伝達されたスラスト力は、面構造部材４０と耐震要素５０とで下部構造体１０へ伝達される。このため、柱２４には斜め方向に延設されるバックステイなどを取り付ける必要がない。これにより、スラスト力が作用する柱２４の周囲の空間、例えばスラブ４４の上方の空間を有効に利用できる。

【0042】

また、スラスト力の処理機構を、面構造部材４０及び耐震要素５０と兼用してバックステイなどを省略できるため、屋根構造を簡略化できる。

【0043】

また、本発明の実施形態に係る屋根構造では、面構造部材４０（スラブ４４又は水平ブレース）と、耐震要素５０（耐震ブレース又は耐震壁）とによって、スラスト力に抵抗することができる。つまり、スラスト力を処理するための特別な構成を設けることなく、建物を構成する一般的な部材によって、スラスト力を処理できる。

【0044】

さらに、本発明の実施形態に係る屋根構造では、柱２４において面構造部材４０の梁４２が接合される部分（接合部２４Ｃ）の断面積が、他の部分の断面積より大きく形成されている。

【0045】

柱２４において面構造部材４０が接合される部分は、面構造部材４０から反力を受ける。このため、この部分には応力が集中する。本実施形態に係る屋根構造では、この部分の断面積が、他の部分の断面積より大きく形成され、さらにスチフナＳ又はダイアフラムＤによって補剛されている。これにより、効率的にスラスト力を処理できる。

【0046】

なお、本実施形態においては、屋根部材３０における大梁３２が、中央部が下方へ向かって湾曲した吊り構造の部材とされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。

【0047】

例えば大梁３２は、中央部が上方へ向かって湾曲した（横から見て上方へ盛り上がるように湾曲した）アーチ構造の部材としてもよい。この場合、スラスト力は、屋根部材３０から、柱２２及び２４へ、矢印Ｔで示す方向と反対方向（柱２２及び２４の外側）に作用する。

【0048】

このときバックステイ２６は、圧縮力に抵抗できる部材で構成することが好適である。圧縮力に抵抗できる部材としては、Ｈ形鋼、角型鋼管（ＣＦＴ）及びコンクリートなどを利用できる。または、引張力に抵抗できるバックステイ２６を、柱２２の内側へ向かって延設してもよい。

【0049】

また、本実施形態においては、柱２２にバックステイ２６を設けているが、本発明の実施形態はこれに限らない。柱２２にも面構造部材４０を接合し、さらに当該面構造部材４０と下部構造体１０とを耐震要素５０で連結してもよい。このようにすることで、柱２２の周囲の空間も有効に利用できる。

【0050】

また、図１に示された実施形態においては、柱２４と柱２７との間に屋根が架設されていない状態が示されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば柱２４と柱２７との間に屋根を架け渡してもよい。

【0051】

この場合、柱２４と柱２７との間に架け渡す屋根は、一例として、屋根部材３０と同様に、吊り構造の屋根とすることができる。なお、柱２４と柱２７との間のスパンは、柱２４と柱２２との間のスパンより小さい。すなわち、柱２４と柱２７との間に架け渡す屋根の重量は、屋根部材３０の重量より軽い。

【0052】

このため、柱２４と柱２７との間に吊り構造の屋根を架設したとしても、柱２４に作用するスラスト力は、矢印Ｔの向きに作用する。したがって、このような構造の屋根を形成しても、面構造部材４０及び耐震要素５０によって、スラスト力の処理効果を発揮できる。

【0053】

なお、柱２４と柱２７との間に架け渡す屋根は、吊り構造とする必要はない。例えば柱２４及び柱２７に梁を接合したラーメン架構に屋根スラブを架け渡した屋根としてもよい。また、この梁には耐震要素５０を接合できる。さらに、この屋根を、本発明における面構造部材として機能させることができる。本発明における「水平方向」とは、屋根に形成する水勾配程度の傾斜を備えている状態を含むものとする。

【符号の説明】

【0054】

１０ 下部構造体
２０ 支柱
２２ 柱（支柱）
２４ 柱（支柱）
３０ 屋根部材
３２ 大梁（屋根部材）
４０ 面構造部材
４４ スラブ（面構造部材）
５０ 耐震要素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】