空気支持構造

空気支持（または空気膨張）構造とは、内部の加圧空気を使用して柔軟な材料（構造用繊維）の外皮を膨張させることで構造の完全性を確保し、空気が構造の主な支持手段となり、エアロックを介してアクセスできる建物です。

歴史上最初に建造された空気支持構造物は、 1948年にコーネル航空研究所でウォルター・バードによって製造されたレドームであった。^[1]

このコンセプトは、1970年に日本の大阪で開催された万博のアメリカ館でデビッド・H・ガイガーによって大規模に実施されました。^[2]

通常はドーム型で、この形状は最小限の材料で最大の容積を作り出すことができる。構造の完全性を維持するために、構造物は加圧され、内部圧力が構造物に加えられる外部圧力（すなわち風圧）と同等かそれ以上になる必要がある。構造は、構造の完全性を保つために気密である必要はない。内部圧力を供給する加圧システムが空気漏れを補う限り、構造物は安定したままである。^{[3]構造物内部へのすべてのアクセスには、何らかの形のエアロック（通常は2組の平行ドアか}回転ドア、またはその両方）が装備されていなければならない。空気支持構造物は、地面の重り、グラウンドアンカー、基礎への取り付け、またはこれらの組み合わせによって固定される。

用途は多岐にわたりますが、スポーツやレクリエーション施設、倉庫、仮設シェルター、レドームなどがあります。構造物は、全体、一部、または屋根のみを空気で支えることができます。完全に空気で支えられた構造物は、一時的または半一時的な施設、あるいは恒久的な施設として意図される可能性がありますが、空気で支えられた屋根のみの構造物は、恒久的な建物として建設できます。

空気支持構造の形状は、外皮表面全体に均一に圧力をかける必要があるため制限されます。そうでない場合、構造は不均一に支持され、柔軟な外皮にしわや応力点が生じ、破損の原因となる可能性があります。^[4]

実際には、膨張した表面はすべて二重の曲率を伴います。したがって、空気支持構造の最も一般的な形状は、半球、楕円、半円筒です。

空気支持構造物に作用する主な荷重は、内部の空気圧、風、積雪による重量などである。構造物は常に空気を吹き込むことで積極的に支えられており、これにはエネルギーが必要である。^[3]

風力と積雪荷重を補うために、構造物の膨張はそれに応じて調整されます。現代の構造物には、動的な荷重を監視し、それに応じて膨張を自動的に補うコンピュータ制御の機械システムがあります。構造物の品質が良ければ良いほど、より大きな力と重量に耐えることができます。最高品質の構造物は、最大時速 120 マイル (190 km/h) の風と 1 平方ヤードあたり 40 ポンド^[4] (1 平方メートルあたり 21.7 キログラム) の積雪の重量に耐えることができます。

外壁にかかる空気圧は内部の地面にかかる空気圧と等しく、構造物全体を押し上げます。そのため、外壁は地面（屋根のみの設計の場合は下部構造）にしっかりと固定する必要があります。

広いスパンの構造では、アンカーと安定化のためにケーブルが必要です。アンカーにはバラスト (重り) が必要です。初期のアンカー設計では、砂袋、コンクリート ブロック、レンガなどが組み込まれ、通常はシール スカートの周囲に配置されていました。最新の設計構造のほとんどでは、独自のアンカー システムが使用されています。

突然の崩壊の危険性は、ほとんど無視できるほど小さい。なぜなら、構造物は重い荷重や力（雪や風）を受けると徐々に変形したりたわんだりするからである。これらの警告サインを無視したり気づかなかったりした場合にのみ、極端な荷重が蓄積されて外壁が破裂し、突然の収縮と崩壊につながる可能性がある。^[3]

暑い気候や寒い気候では、エアコンのエネルギー消費量が増加します。年間数百万人が訪れる施設では、エネルギー消費量は1平方メートルあたり数ギガジュールになることがあります。^[5]

よくある誤解は、これらの構造物は恒久的な施設として意図されていないということだが、この業界に参入しているすべての大手企業は、何らかの形の国際建築基準に準拠している。恒久的な施設となるためには、これらのドームは従来の構造物と同じ建築基準に従って設計されなければならない。^[要出典]

空気支持構造物またはドームは、一般に「バブル」とも呼ばれます。

空気支持構造に使用される材料は、張力構造に使用される材料と似ており、グラスファイバーやポリエステルなどの合成繊維です。湿気や紫外線による劣化を防ぐために、これらの材料はPVCやテフロンなどのポリマーでコーティングされています。

用途や場所によっては、断熱や防音のために、構造物の内側に軽量素材のライニングが施されることがあります。現代の空気支持構造物に使用されている素材は通常半透明であるため、日中は構造物内部の照明システムを使用する必要がない場合が多くあります。

空気支持構造物に必要な内部の気圧は、ほとんどの人が期待するほど高くはなく、内部にいるときには確かに感じられません。必要な圧力は、材料の重量、その上に吊り下げられた建築システム（照明、換気など）と風圧の関数です。しかし、大気圧より1%未満しか高くありません。^[6]内部圧力は一般に水柱インチ（inAq ）で測定され、最小の膨張の0.3 inAqから最大の3 inAqまで少しずつ変化します。1 inAqは通常の動作条件での標準的な加圧レベルです。より一般的な平方インチあたりのポンドで言えば、1 inAqはわずか0.037 psi（2.54 mBar、254 Pa）に相当します。^[4]

• ベネット インドア アスレチック コンプレックス、トムズ リバー、ニュージャージー州、アメリカ合衆国
• ダルプレックス（陸上競技場）、ハリファックス、ノバスコシア州、カナダ
• オリンピックトレーニングセンターベロドローム、コロラドスプリングス、コロラド州、アメリカ合衆国
• エドモントン サッカー ドーム、エドモントン、アルバータ州、カナダ
• カナダ、ブリティッシュコロンビア州バーナビーのハリー・ジェローム・スポーツセンター。
• クレンツラーフィールド、クリーブランド州立大学、オハイオ州クリーブランド、アメリカ合衆国
• 東京ドーム、東京、日本
• ゴールウェイ大学 コノートGAAエアドーム、キャロウクロガー、メイヨー、アイルランド^[7]

• BCプレイス、バンクーバー、ブリティッシュコロンビア、カナダ（かつては世界最大の空中スタジアムでした。2011年に屋根が開閉式に変更されました）
• グレーター ビンガムトン スポーツ コンプレックス、ニューヨーク州ビンガムトン、アメリカ合衆国。(2020 年 12 月に屋根が崩壊)
• バースウッド ドーム、パース、西オーストラリア(2013 年 6 月に解体開始)
• キャリアドーム、ニューヨーク州シラキュース、アメリカ合衆国（空気支持屋根は2020年3月16日に最終的に空気抜きされ、同年9月に鉄骨支持屋根が設置された）^[8]
• ダコタドーム、バーミリオン、サウスダコタ州、アメリカ合衆国(空気支持屋根は 2001 年に鉄骨ドーム屋根に置き換えられました)
• ドナルド・N・デッドモン・センター、バージニア州ラドフォード、アメリカ合衆国（2009年に空気支持屋根が鋼製トラスと布張り屋根に置き換えられました）
• ヒューバート H. ハンフリー メトロドーム、ミネソタ州ミネアポリス、アメリカ合衆国 (2014 年 1 月 18 日に屋根が収縮し、2014 年 2 月に解体)
• オコンネル センター、フロリダ州ゲインズビル、アメリカ合衆国(1998 年に空気支持屋根が鉄骨支持屋根に置き換えられました)
• RCA ドーム、インディアナ州インディアナポリス、アメリカ合衆国(2008 年 12 月に解体)
• ポンティアック シルバードーム、ミシガン州ポンティアック、アメリカ合衆国(2013 年 1 月初旬に空気が抜かれ、2017 年 12 月に解体)
• セントルイス科学センターエクスプロラドーム、セントルイス、ミズーリ州、アメリカ合衆国(2013 年に解体)
• UNI-Dome、アイオワ州シーダーフォールズ、アメリカ合衆国（空気支持のテフロン/グラスファイバー屋根は、1998 年に鉄骨支持のステンレス鋼/グラスファイバー屋根に置き換えられました）
• ユイングリングセンター（元々はUSFサンドーム）、フロリダ州タンパ、アメリカ合衆国（空気支持のテフロン/グラスファイバー屋根は2012年に鉄骨支持の屋根に交換された）^[9]

• 飛行船にこの技術を応用したのが、飛行船の浮上ガスと外気の圧力差を利用して構造的完全性を保つ小型飛行船です。
• バルーンタンクは、タンクの加圧を利用して剛性を高めるというこの技術をロケットに応用したものです。

• ドーム都市
• ジオデシックドーム
• インフレータブルビルディング

ウィキメディア・コモンズのインフレータブル建築物に関するメディア

• 張力構造
• 地上設置型空気支持構造物の設計マニュアル^{[リンク切れ‍ ]}
• 空気支持構造物の最大アンカー荷重を推定するためのガイド
• 受賞歴のあるデザイン「バブルス・バイオダイバーシティ・パーク」
• 中国の学校がクリーンエアドームを建設