ミュンヘンのオリンピアハレ・アリーナにおける荷重モニタリング

最近のコンサートはますます装飾が派手なものになってきています。この傾向は特にポップミュージック関係で顕著です。当然のことながら、照明や音響効果のためにミュージシャンが使用する機材も大型で重いものになります。屋根や照明用ガントリー（構台）の構造体に取り付け可能な最大荷重は限られているため、効果的なモニタリングが必要です。ミュンヘンのオリンピアハレ・アリーナにはユニークなデザインの屋根がありますが、この屋根の荷重モニタリングは、エンジニアにとって非常に面倒な仕事です。それを解決したのがHBM製の計測技術でした。

第20回夏季オリンピックに合わせて、1972年にミュンヘンに建設されたオリンピア公園の設計概念は、1936年のベルリン大会の時とは対照的に、自由と民主主義を象徴的に表現することを意図したものでした。

Behnisch & Partner建築事務所のオリンピアパーク建築グループが、フライ・オットー（Frei Otto）と共に設計した、世界的に有名な屋根構造は、スタジアム、室内オリンピックプール、さらにオリンピアハレ・アリーナを覆い、さらには各競技施設間のスペースにまで広がっています。これらの競技施設は、盛り土の丘や人工湖と共に85万平方メートルという広さの公園内に、まとめられています。競技施設の中には地面より低いものもあります。8万平方メートルの曲線的で巨大な屋根が、このオリンピア公園の印象的なフォーカルポイントとなっています。この屋根は、最大で80メートルもあるパイロン（鉄塔）に吊されたスチールケーブルの構造体で、それをアクリルガラスが覆っています。

オリンピアハレ・アリーナの屋根構造体には2つの主げたと4つの照明用ガントリーが付いており、これらを4点で吊り下げています。

1972年のオリンピック大会中、オリンピアハレ・アリーナは体操とハンドボール競技のホーム施設でしたが、現在では主としてコンサートやその他の大きなイベントのステージとなっています。特に大規模なコンサートなどのイベントを主催するプロモーターにとって、照明は大きな出費となっています。

オリンピアハレ・アリーナでは4箇所の照明用ガントリーが利用でき、テント型の屋根の下に東から西に向かって並んでいます。プロモーターは、持ち込んだ照明技術をこれらのガントリーに吊り下げることができます。これら4つの照明用ガントリーは静定されていて、南北に走る2本の主げたに取り付けられています。この主げたも静定されており、支柱のスチールケーブルによって吊り下げられています。テント型の屋根も、この支柱が支えています。

主げたと吊り下げケーブルの間の張力は、支持梁を通して走っている直径80 mmまたは110 mmのネジ付きスピンドルによって分散されます。スピンドルと支持梁の間にはニードルベアリング（針状ころ軸受け）があり、南北方向の曲げ応力がスピンドルにかかるのを防いでいます。東西方向にも同様の運動性がありますが、これは当初の計画に含まれていなかったため対策が行われていません。

主げた、照明用ガントリーとそこに固定されている照明機器、音響技術、映像関連機器をすべて含めると、その重量は350トンになり、この重量をすべてケーブルで吊り下げているため、ブランコによく似た挙動となっています。東西方向では荷重が均一に配分されていませんが、これはコンサート会場ではステージが片側に配置されるためで、こうした工学技術ではごく普通に見られます。その結果としてガントリー構造全体が移動し、ネジ付きスピンドルに想定外の曲げ応力がかります。

オリンピアハレ・アリーナの改装中に、ミュンヘン市の公益会社であるStadtwerke Münchenと建物の所有者らは、運営会社であるOlympiapark GmbHと共に、スピンドルの曲げ応力をチェックし、イベント用に吊り下げられる荷重を常設的に監視し、さらにガントリーにかかる荷重の配分もチェックするために、監視システムを取り付けることを決定しました。

Dr. Linse Ingenieure社のエキスパートらは、信頼性が高く正確な計測を確実に行うために比較的高価な構造解を設計しました。照明用ガントリーの緩衝領域内で、主げたの下側（圧縮領域）にある歪み変換器に対し、2箇所のそれぞれで2つの金属製ホルダを溶接しました。

照明用ガントリー上の荷重が変化すると支持梁に変形が起き、その変形が金属ホルダを介して変換器に伝達されます。ここには、HBM製のSLB700A ストレイン変換器が使用されています。この変換器は、ステンレス鋼製のストレインゲージフルブリッジによって作動するもので、非常に低いゼロオフセットと良好な温度補正を特徴としています。計測の精度を向上させるため、変換器は絶縁ハウジングを使用して取り付けられています。「この方法ですと、極端な気温の変動を最小限に抑えることができますし、気温の変動に関連した温度勾配も同時に抑えることができます。さらに私たちは温度変換器もハウジングに取り付けて、追加的な温度補正を実行しています。」とSchmiedmayer博士は説明しています。

主げたの4個のスピンドルでは構造がさらに複雑です。ここではエンジニアが、ネジ付きスピンドルに正確に固定された4つの部分からなるナットを設計しました。この方式ではボルト式接続部によってスピンドルを所定の位置に保持することができます。こうした各ネジ付きスピンドルのナットのうち2つが、4つの歪み変換器を支えるホルダとして作用します。照明用ガントリー上での状況とは異なり、これらの変換器は並列接続されていないため別々に評価することができます。これにより、荷重によって引き起こされるスピンドルの曲がり（針状ころ軸受けでは補正できない）を検出することが可能になるのです。

エンジニア達は、制御下にある電磁妨害の影響も取得する必要がありました。Schmiedmayer博士は当時を思い出して、「最初の予備試験で、私たちは計測技術の隣にある大型のスポットライトのスイッチを入れたり切ったりする時に、大きな電磁妨害が起きる可能性があることに気がついたのです。」と述べています。そこで、シールドされた計測用リード線を使用する必要が生じました。これらのリード線も連続的に密閉された金属製パイプを通過させることにより、シールド効果を二倍にすることができました。

同時に、計測用リード線が20 mを超えることがないように配意しました。アンプには、HBM QuantumX データ取得システムの MX840A モジュールを使用しました。これらのコンパクトなアンプにはそれぞれ8個のチャンネルが装備されていて、ガントリーの構造体上に簡単に取り付けることが可能になるため、計測用リード線を短く保つことができます。合計4個のアンプにより、割り込み式の光ファイバリンクを使用して、中央計測ノードとして作用するタイプ CX27 のゲートウェイモジュールに計測データを転送します。