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日本らしさ世界にアピール 木で覆う新国立競技場

2017-08-07 07:10:19 | 理系オタク
すったもんだした国立競技場でつが、2019年11月完成を目指して工事が進んでるでつ。
観客席を覆う長さ62mの片持ち形式の屋根架構は木と鉄のハイブリッド構造。




5月から実大屋根鉄骨の作成準備を開始、作業手順や安全確保などを検証するでつ。


2020年東京五輪のメーン会場となる新国立競技場。観客の頭上はスタンドに大きく張り出した屋根で覆われる。観客席からの眺めは、巨大な木造建築でつ。
設計者は、「日本の木造の繊細さは巨大建築物であっても生かせる。新国立競技場に足を運んだ観客は、寺社仏閣に訪れたような感覚になるだろう」と語るでつ。

片持ち形式の屋根架構のトラスは2本の上弦材と1本の下弦材、これらを立体的に連結するラチス材で構成される。長さは62mに達するでつ。
3層構造のスタンドをすっぽりと覆う大きさ。





屋根の自重はスタンド外周側にある2列の支持柱で支えるでつ。
新国立競技場はスタンドのボリュームや屋根の勾配を抑えて最高高さを49.2mに抑制。

三角形断面の屋根トラスが円周方向に連続するシンプルな構造は、繰り返しの意匠的な美しさと、施工の合理性を追及した結果。

新国立競技場はスタンドのボリュームや屋根の勾配を抑えて最高高さを49.2mに抑制。
三角形断面の屋根トラスが円周方向に連続するシンプルな構造は、繰り返しの意匠的な美しさと、施工の合理性を追及した結果。

木材が主役に見える屋根架構だけど、実は「木造」ではないでつ。
屋根トラスの構造は建築基準法上、鉄骨造(S造)の扱い。

建基法で規定する長期・短期荷重で生じた応力は、すべて鉄骨で負担する設計となっているでつ。
「日本らしさ」を表現するスタジアムは木材の活用を前提とした設計。

だけど、防火などの制限があり、すべてを木造で構成するのは無理だったでつなぁ~
様々な形状の屋根を検討した結果、鉄骨部材を集成材で挟み込む「木と鉄のハイブリッド構造」の屋根トラスにたどり着いたでつ。

「強風や地震などの影響で屋根が上下する動きを抑える工夫が必要になるでつ。
木と鉄のハイブリッド構造は、木部分が短期荷重による変形を抑制する剛性を付与する役割を果たすでつ。

H形鋼と集成材を組み合わせたハイブリッド構造の部材は、ラチス材や下弦材として使用。
屋根架構にハイブリッド構造の部材を使うことを想定し、木材がどれほど軸力負担に効果を発揮するかの実験を行っているでつ。

「鋼材のみ」と「ハイブリッド材」の剛性を比較。
その結果、ハイブリッド材ではラチス材で約10%、下弦材で約25%も鋼材のみに比べて剛性が高かったでつ。
木材は「繊維の束」であるため、繊維方向への剛性が高い性質があるため。

「下弦材に使うカラマツの木材は剛性、耐力ともに高い特性があるでつ。
屋根架構に使う木と鉄の体積比率は木材1に対して鉄骨は0.6。
つまり、木材を使った部位は、より多く観客の目に映るでつ。

一方、重量比率は圧倒的に鉄骨が大きく、木材の約10倍となる試算。

新国立競技場で使用される木材は一般的な「中断面集成材」(断面の短辺7.5cm以上、長辺15cm以上)が主。
屋根架構を設計する際、木材の特徴を出すために大断面集成材(短辺15cm以上、断面積300cm2(平方センチメートル)以上)も考慮したでつ。

だけど、大断面集成材は製作工場が限られるでつ。
施工サイドからも「大断面集成材は重いため施工に時間が掛かる」との声が上がったでつ。

2016年12月から始まった新国立競技場本体工事の全体工期は36カ月。
2018年2月から開始予定の屋根工事はプロジェクトを円滑進行する肝となるでつ。
そこで、日本全国の集成材工場やプレカット工場を活用できる中断面集成材を用いるでつ。

利用する集成材の最大寸法は、断面の短辺が12cm、長辺で45cmとなるでつ。
木と鉄のハイブリッド構造では、性質の異なる2つの部材の一体化に接着剤を用いない工法。

木材の剛性が引張と圧縮の両方に効くように、木材と鉄骨は部材の軸方向に引きボルトで接合。
部材はナットに緩み止めを用いた落下防止ボルトで取り付けるでつ。

屋根には強風などによる外力が繰り返して加わるため、屋根全体の品質向上のために落下防止ボルトを採用。

引きボルトは伝統建築の修復などにも採用。

新国立競技場はレガシー(遺産)として東京五輪後も数十年にわたって活用する建築物。
経年変化を考慮した末、将来に維持管理がより容易になるよう配慮して、物理的に木材と鉄骨をつなぎとめる手法を選択。

屋根工事は同一断面の屋根ユニットを順次設置する形で進行。
1つの屋根トラスは3つのユニットに分かれてて、スタンドの周方向に108列にわたって設置。
屋根トラスは全周で長さ60m、平面形状に従って幅を変えているでつ。

メーンとバックのスタンド側は屋根トラスの根元で約7.2m、先端部で約6.3m。
両サイドのスタンド側ではそれぞれ約7.1mと約3.1m。

地組みしたユニットをスタンド内外に配置した大型クレーンで吊り込み、隣り合うユニットを高力ボルトで接合。
2015年11月の技術提案書によれば、屋根架構に母屋材や照明器具などを組み込んだ1ユニットの重さは最大で約50トン。

屋根工事が始まるのは旧国立競技場の青山門があった方角から。
時計回りと反時計回りの2班に分かれて作業を進めるでつ。

1班当たり1日1ユニットを取り付ける計画。

設置した屋根ユニットの分、クレーンの稼働範囲が狭くなるため、設置は工程の後半ほど難しくなるでつ。

1ユニットの地組みには9日かかるでつ。

屋根工事の期間にも地上躯体(くたい)工事や外装仕上げ工事が同時進行。

敷地は限られているため、地組みを行うスピードの向上は目下の課題。
5月中旬から建設予定地の南側に空いたスペースを使って、屋根ユニットの実大モックアップによる施工検証に入ったでつ。
品質と安全を両立しながら、短工期で屋根工事を終えるための手法を練り上げるでつ。

新国立競技場設置本部は「実大ユニットは2つ作成。
ユニットの接合作業も手順を確認して、安全に早く施工できる方法を検証。

木と鉄のハイブリッドは施工に細心の配慮が必要。
鉄骨がぶつかると木材が凹んでしまうからでつなぁ~

完成したスタジアムの景観に限らず、施工現場においても、日本的な繊細さが求められているでつ。




だけど、オリンピック後も考慮されてて、サッカーがメインのスポーツ施設になるでつなぁ~
陸上競技場としては使用されないみたい…

だけど最近は、短距離男子の活躍もあるし、オリンピック後はサッカーより人気出てるかもしれないでつなぁ~
サッカーもワールドカップの成績がよくないとバレーボール男子と同じになるかもでつなぁ~

運用は、小池さんが再考すると思うでつなぁ~
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