(57)【要約】【課題】現場での施工性がよくかつ六角形フレームの頂点において剛域を形成できるハニカム構造体構築用の基本ユニット及びこれを用いたハニカム構造体の施工方法を提供する。【解決手段】ハニカム建築構造体(100)を構築するために用いられる基本ユニット(U)であって、構造部材から形成され、六角形フレームにおける１つの水平辺の各端部を形成する第１及び第２の剛域部(2a,2b)、その間の部分を形成する梁部(1)と、各剛域部から斜め上方及び斜め下方に延び各斜辺の中点までの部分を形成する４つの斜柱部(3a,4a,3b,4b)とを備え、２つの基本ユニットを鉛直方向に積み上げた場合に、下側に位置する基本ユニットの上斜柱部と、上側に位置する基本ユニットの下斜柱部とが接合可能である。【選択図】図５
2010209600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各六角形フレームが上下一対の水平辺と左右二対の斜辺とを有しかつ隣り合う２つの六角形フレームが互いに一辺を共有する複数の六角形フレームから形成されるハニカム建築構造体(100)を構築するために用いられる基本ユニット(U)であって、
構造部材から形成され、
前記六角形フレームの１つの水平辺の各端部をそれぞれ形成する第１の剛域部(2a)及び第２の剛域部(2b)と、
前記第１の剛域部(2a)と前記第２の剛域部(2b)の間の部分を形成する梁部(1)と、
前記第１の剛域部(2a)から斜め上方及び斜め下方にそれぞれ延び前記六角形フレームの２つの斜辺の各中点までの部分を形成する第１の上斜柱部(3a)及び第１の下斜柱部(4a)と、
前記第２の剛域部(2b)から斜め上方及び斜め下方にそれぞれ延び前記六角形フレームの別の２つの斜辺の各中点までの部分を形成する第２の上斜柱部(3b)及び第２の下斜柱部(4b)と、を備え、
下側に位置する１つの基本ユニットの第１の上斜柱部に対して、上側に位置する別の基本ユニットの第２の下斜柱部が接合可能であり、かつ、該下側に位置する１つの基本ユニットの第２の上斜柱部に対して、上側に位置するさらに別の基本ユニットの第１の下斜柱部が接合可能であることを特徴とする
ハニカム建築構造体の基本ユニット。
【請求項２】
前記構造部材が構造用鋼材であり、
前記第１及び第２の剛域部(12a、12b)の各々が補強鋼材(15)をそれぞれ付設されていることを特徴とする
請求項１に記載のハニカム建築構造体の基本ユニット。
【請求項３】
前記構造部材が構造用鋼材であり、
前記第１及び第２の剛域部(22a、22b)の各々が中実鋼材からそれぞれ形成され、かつ、
前記第１及び第２の剛域部(22a、22b)以外の部分が形鋼または鋼管から形成されていることを特徴とする
請求項１に記載のハニカム建築構造体の基本ユニット。
【請求項４】
前記構造部材が構造用鋼材であり、
見込み方向における前記基本ユニットの寸法が、
前記第１及び第２の剛域部において最大寸法であり、前記梁部の中点において該最大寸法よりも小さい第２の寸法であり、かつ前記第１及び第２の上斜柱部の端部並びに前記第１及び第２の下斜柱部の端部において該最大寸法よりも小さい第３の寸法であることを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載のハニカム建築構造体の基本ユニット。
【請求項５】
前記第１及び第２の剛域部の各々と前記梁部の中点との間において、前記最大寸法から前記第２の寸法へと漸次変化する第１のテーパー部がそれぞれ設けられ、かつ、
前記第１及び第２の剛域部の各々と前記第１及び第２の上斜柱部の端部との間、並びに、前記第１及び第２の剛域部の各々と前記第１及び第２の下斜柱部の端部との間において、前記最大寸法から前記第３の寸法へと漸次変化する第２のテーパー部がそれぞれ設けられていることを特徴とする
請求項４に記載のハニカム建築構造体の基本ユニット。
【請求項６】
各六角形フレームが上下一対の水平辺と左右二対の斜辺とを有しかつ隣り合う２つの六角形フレームが互いに一辺を共有する複数の六角形フレームから形成されるハニカム建築構造体(100)を構築するための施工方法であって、
複数の基本ユニット(U)を、鉛直方向に積上げ、接合する工程を有し、
１つの前記基本ユニット(U)は、構造部材から形成され、かつ、前記六角形フレームの１つの水平辺の各端部をそれぞれ形成する第１の剛域部(2a)及び第２の剛域部(2b)と、
前記第１の剛域部(2a)と前記第２の剛域部(2b)の間の部分を形成する梁部(1)と、
前記第１の剛域部(2a)から斜め上方及び斜め下方にそれぞれ延び前記六角形フレームの２つの斜辺の各中点までの部分を形成する第１の上斜柱部(3a)及び第１の下斜柱部(4a)と、
前記第２の剛域部(2b)から斜め上方及び斜め下方にそれぞれ延び前記六角形フレームの別の２つの斜辺の各中点までの部分を形成する第２の上斜柱部(3b)及び第２の下斜柱部(4b)と、を備えており、
前記工程においては、下側に位置する１つの基本ユニットの第１の上斜柱部に対して、上側に位置する別の基本ユニットの第２の下斜柱部が接合されるとともに、該下側に位置する１つの基本ユニットの第２の上斜柱部に対して、上側に位置するさらに別の基本ユニットの第１の下斜柱部が接合されることを特徴とするハニカム建築構造体の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム建築構造体を構築するための基本ユニット、並びに、当該基本ユニットを用いた施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、既に特許文献１〜５に開示されたハニカム建築構造体（以下、”ハニカム構造体”と略称する）を提示している。これらの文献におけるハニカム構造体は、好適には、チューブ架構に適用される。
【０００３】
図２２の（ａ）は、チューブ架構を形成するハニカム構造体の一例を示している（特許文献１に開示）。なお、この図は、ハニカム構造体の全体形状を示すための概略図である。実際の建築構造体は、柱や梁となる個々の構造部材を接合して構築されるが、この図では、個々の構造部材の形状及び部材同士の接合箇所は、具体的に示していない。
【０００４】
このハニカム構造体は、メインフレームであり、建物全体の長期負荷（固定荷重＋積載荷重）を負担する最も重要な骨格である。図２２の（ｂ）は、ハニカム構造体１００の単位構造である六角形フレームを示している。１つの六角形フレームは、上下一対の水平辺１０１と、左右二対の斜辺１０２とを有する。ハニカム構造体１００においては、隣り合う六角形フレームが１つの辺部材を共有しており、これによりハニカム形状を形成している。
【０００５】
ハニカム構造体１００における梁は、六角形フレームの水平辺１０１に相当し、水平方向に連続していない。また、柱は、六角形フレームの左右の斜辺１０２に相当し、鉛直方向にジグザグに連続する斜柱となる。このようなハニカム構造体は、様々な方向から建築物に加わる負荷を、梁又は斜柱の軸力に変換しやすいという長所がある。加えて、ハニカム形状特有の剛性を有することにより、チューブ架構のみによって建築物全体の構造的安定性と耐震性を確保することができる。構造解析の結果からも、ハニカム構造のチューブ架構は、一般ラーメン構造のチューブ架構に比べて同じ水平荷重に対する変形及び曲げモーメントの応力が小さいことが確認された。つまり、同じ量の変形及び曲げモーメントの応力に対する強度を確保する場合に、ハニカム構造では、一般ラーメン構造に比べて梁及び柱を細くできる。加えて、チューブ架構の内部に補強構造がなくとも十分な強度が得られるため、自由な内部空間を十分確保できる。
【０００６】
また、ハニカム構造体における水平荷重（地震力等）に対する曲げモーメントの応力は、六角形フレームの各頂点において最大となり、各辺の中点において最小となることことも、構造解析から判明している。このことは、各頂点に配置される構造部材には十分な耐力が必要であることを意味する。一方、各辺の中点は、比較的耐力が必要とされないため、構造部材同士の接合点として適しているといえる。
【０００７】
ハニカム構造体は、ほぼ同じ形状の複数の構造部材すなわち基本ユニットを、同じ規則性に従って接合していくことにより構築することができる。図２２の(ａ)に示したハニカム構造体の基本ユニットとしては、例えば、特許文献３（図１）に開示された三股形ユニットがある。三股形ユニットは、中心から放射状に延びる３本の脚部を有する形状である。三股形ユニットの中心は六角形フレームの頂点に配置され、３本の脚部はこの頂点から延びる３つの辺の中点までをそれぞれ占めるように配置される。三股形ユニット同士の接合は、六角形フレームの各辺の中点で行われる。
【０００８】
ハニカム構造体を構築するためは、ほぼ同じ形状及び同じ特性をもつ基本ユニットを多数必要とするので、高度な品質管理の下で工場生産することが好ましい。そして、工場生産された基本ユニットを現場に搬入し、現場では、基本ユニット同士の接合のみを行う施工方法となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３８１１７０８号公報
【特許文献２】特許第４１０８１０１号公報
【特許文献３】特許第４１９２２０７号公報
【特許文献４】特許第４２１０３２３号公報
【特許文献５】特許第４１４６５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、現場において三股形ユニットをクレーンで１つずつ吊り上げ、積み上げ、接合していく場合、１つの三股形ユニットは左右非対称であるために、正しい向きを維持しつつ支持することが難しい。また、吊り上げた２つの三股形ユニットは不安定であるため、双方の水平辺同士を空中で接合すること困難である。従って、先ず、２つの三股形ユニットを地上に寝かせた状態で水平辺同士を接合して左右対称な形状とする必要がある。その後、互いに接合した２つのユニットをクレーンで吊り、鉛直方向に積上げ、順次接合していく。この結果、現場での作業負担が多大となり、基本ユニットを工場生産することによる施工効率が損なわれてしまう。また、現場での接合作業は、工場で行う場合に比べて十分な品質管理ができないため、接合強度が不足したり不均一となったりするおそれがある。よって現場での接合作業は、最小限とすることが望ましい。
【００１１】
本発明は、ハニカム構造体を構築するための基本ユニットであって、現場での施工性がよく、かつ、応力負荷の大きい六角形フレームの頂点において十分な耐力を有する基本ユニットを提供することを目的とする。また、この基本ユニットを用いたハニカム構造体の施工方法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】
【００１２】
上記の目的を達成する本発明の構成は、以下の通りである。
本発明による基本ユニットにより構築されるハニカム構造体は、各六角形フレームが上下一対の水平辺と左右二対の斜辺とを有しかつ隣り合う２つの六角形フレームが互いに一辺を共有する複数の六角形フレームから形成された構造を有している。
【００１３】
基本ユニットの基本態様は、構造部材から形成され、前記六角形フレームの１つの水平辺の各端部をそれぞれ形成する第１の剛域部及び第２の剛域部と、前記第１の剛域部と前記第２の剛域部の間の部分を形成する梁部と、前記第１の剛域部から斜め上方及び斜め下方にそれぞれ延び前記六角形フレームの２つの斜辺の各中点までの部分を形成する第１の上斜柱部及び第１の下斜柱部と、前記第２の剛域部から斜め上方及び斜め下方にそれぞれ延び前記六角形フレームの別の２つの斜辺の各中点までの部分を形成する第２の上斜柱部及び第２の下斜柱部と、を備え、下側に位置する１つの基本ユニットの第１の上斜柱部に対して、上側に位置する別の基本ユニットの第２の下斜柱部が接合可能であり、かつ、該下側に位置する１つの基本ユニットの第２の上斜柱部に対して、上側に位置するさらに別の基本ユニットの第１の下斜柱部が接合可能である。
【００１４】
基本ユニットの一実施態様においては、前記構造部材が構造用鋼材であり、前記第１及び第２の剛域部の各々が補強鋼材をそれぞれ付設されている。
【００１５】
基本ユニットの別の実施態様においては、前記構造部材が構造用鋼材であり、前記第１及び第２の剛域部の各々が中実鋼材からそれぞれ形成され、かつ、前記第１及び第２の剛域部以外の部分が形鋼または鋼管から形成されている。
【００１６】
基本ユニットのさらに別の実施態様においては、前記構造部材が構造用鋼材であり、見込み方向における前記基本ユニットの寸法が、前記第１及び第２の剛域部において最大寸法であり、前記梁部の中点において該最大寸法よりも小さい第２の寸法であり、かつ前記第１及び第２の上斜柱部の端部並びに前記第１及び第２の下斜柱部の端部において該最大寸法よりも小さい第３の寸法である。
【００１７】
基本ユニットのさらに別の実施態様においては、見込み方向における前記基本ユニットの寸法が、記最大寸法と、第２の寸法と、第３の寸法とを有する場合に、前記第１及び第２の剛域部の各々と前記梁部の中点との間において、前記最大寸法から前記第２の寸法へと漸次変化する第１のテーパー部がそれぞれ設けられ、かつ、前記第１及び第２の剛域部の各々と前記第１及び第２の上斜柱部の端部との間、並びに、前記第１及び第２の剛域部の各々と前記第１及び第２の下斜柱部の端部との間において、前記最大寸法から前記第３の寸法へと漸次変化する第２のテーパー部がそれぞれ設けられている。
【００１８】
上記基本ユニットを用いてハニカム構造体を構築するための施工方法は、複数の基本ユニットを、鉛直方向に積上げ、接合する工程を有し、前記工程においては、下側に位置する１つの基本ユニットの第１の上斜柱部に対して、上側に位置する別の基本ユニットの第２の下斜柱部が接合されるとともに、該下側に位置する１つの基本ユニットの第２の上斜柱部に対して、上側に位置するさらに別の基本ユニットの第１の下斜柱部が接合される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による基本ユニットは、六角形フレームの水平辺の各端部が第１の剛域部及び第２の剛域部梁部により形成されている。２つの剛域部の間の部分が梁部である。第１の剛域部からは斜め上方及び斜め下方にそれぞれ第１の上斜柱部及び第１の下斜柱部が延びている。第２の剛域部からは斜め上方及び斜め下方にそれぞれ第２の上斜柱部及び第２の下斜柱部が延びている。従って、１つの基本ユニットは、基本的に左右対称形状である。１つの基本ユニットは、ハニカム構造体の六角形フレームにおける１つの水平辺の部分と、その両端からそれぞれ上方と下方へ延びる４つの斜辺の各中点までの部分を形成することができる。
【００２０】
本発明による施工方法は、複数の基本ユニットを鉛直方向に積上げ、接合することによりハニカム構造体を構築するものである。基本ユニットは、左右対称形状であるので、現場に搬入した後、直ちにクレーンによる吊り上げ作業を開始できる。左右対称形状であるので、空中でも正しい向きに維持すること、特に梁部を水平に維持することが容易である。この結果、空中での接合作業を安定に行うことができる。また、本発明による施工方法における作業は、上下に位置する２つの基本ユニットの斜柱部の端部同士を接合する一種類の作業のみであるので、作業が簡易である。
このように本発明による基本ユニットを用いた施工方法は、極めて施工性がよいという利点がある。この結果、良好かつ均一な接合状態を実現できる。
【００２１】
本発明による基本ユニットは、工場生産に適しており、高度な品質管理により、同じ特性をもつ基本ユニットを量産できる。現場で接合される箇所は、基本ユニットにおける４つの斜柱部の各端部のみである。これらの接合箇所は、ハニカム構造体における六角形フレームの斜辺の中点に対応する。六角形フレームの斜辺の中点は、ハニカム構造体において最も曲げモーメントの応力が小さい箇所である。従って、この箇所での接合には、比較的強度が要求されず、ピン接合で十分である。ピン接合のための作業は、剛接合のための作業に比べて簡易であるため、現場で行う負担が少ない。また、接合状態についても高度な品質管理が不要である。
【００２２】
本発明による基本ユニットは、全体が１つの一体的な構造部材である。第１及び第２の剛域部は、それぞれ梁部と２つの斜柱部の３方向に分岐する基部である。各剛域部は、本来的に剛接合となっており、剛域を形成している。ここで、”本来的に”とは、”基本ユニットの作製完了時点で”という意味である。
【００２３】
２つの剛域部の位置は、ハニカム構造体の六角形フレームの頂点位置である。この頂点位置は、ハニカム構造体において最も曲げモーメントの応力が大きい箇所である。従って、本発明の基本ユニットでは、最も耐力を要求される箇所が本来的に剛域となっている。
【００２４】
また、六角形フレームの水平辺の中点は、頂点に比べれば曲げモーメントの応力は小さいが、斜辺の中点に比べれば大きい。基本ユニットは一体的な構造部材であるから、この梁部の中点にも本来的に接合部はなく、剛性が確保されている。
【００２５】
以上により、本発明の基本ユニットを用いて構築されたハニカム構造体においては、曲げモーメント応力が最小となる箇所のみが現場接合され、それ以外の部分は一体的な構造部材であり剛性が確保されている、ということができる。よって、本発明の基本ユニットは、ハニカム構造体を構築するためのユニットとして、構造耐力上最適な形状であるといえる。
【００２６】
さらに、本発明の基本ユニットが構造用鋼材である場合、２つの剛域部にそれぞれ補強鋼材を設けることにより、この剛域をさらに強化することができる。あるいは、２つの剛域部をそれぞれ中実鋼材とすることによっても、同様の効果が得られる。この結果、ハニカム構造体における曲げモーメントの応力の最大箇所に要求される耐力を実現できる。
【００２７】
また、負担する応力の大きさに応じて、見込み方向における基本ユニットの寸法を変化させることも有効である。２つの剛域部において見込み方向の寸法を最大寸法とし、梁部の中点、上斜柱部の端部及び下斜柱部の端部においてはこの最大寸法よりも小さい寸法とする。さらに、最大寸法の箇所と、より小さい寸法の箇所との間に、漸次寸法の変化するテーパー部を設けることも好適である。このように、各箇所の曲げモーメントの応力の大きさに応じて、最適な耐力を設計することができる。
【００２８】
上記のように、大きな応力の掛かる箇所においては材料の量を多くして耐力を強化し、比較的応力の小さい箇所においては材料の量を少なくするという手法は、材料を効率的に利用し、省資源化を図り、コスト低減するという効果もある。  
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の基本ユニットを用いて構築された、チューブ架構を形成するハニカム構造体の一例である。
【図２】本発明の基本ユニットを用いて構築された、チューブ架構を形成するハニカム構造体の別の実施例である。
【図３】（ａ）は基本ユニットの一実施例の正面図であり、（ｂ）はその平面図であり、（ｃ）は、基本ユニットの別の実施例の正面図であり、（ｄ）はその平面図である。
【図４Ａ】ハニカム構造体を構成する六角形フレームと基本ユニットとの関係を示す模式図である。
【図４Ｂ】ハニカム構造体における水平荷重に対する曲げモーメントの応力と、基本ユニットとの関係を示す模式図である。
【図５】基本ユニットを用いてハニカム構造体を構築する施工方法の説明図である。
【図６】本発明の基本ユニットの第１実施例である。
【図７】第１の実施例の部分斜視図である。
【図８】第１の実施例の作製工程の説明図である。
【図９】本発明の基本ユニットの第２実施例である。
【図１０】第２の実施例の部分斜視図である。
【図１１】第２の実施例の作製工程の説明図である。
【図１２】本発明の基本ユニットの第３実施例である。
【図１３】第３の実施例の部分斜視図である。
【図１４】第３の実施例の作製工程の説明図である。
【図１５】本発明の基本ユニットの第４実施例である。
【図１６】第４の実施例の部分斜視図である。
【図１７】第４の実施例の作製工程の説明図である。
【図１８】本発明の基本ユニットの第５実施例である。
【図１９】本発明の基本ユニットの第６実施例である。
【図２０】本発明の基本ユニットの第７実施例である。
【図２１Ａ】２つの基本ユニットを接合する接合手段の実施例である。
【図２１Ｂ】２つの基本ユニットを接合する接合手段の別の実施例である。
【図２２】（ａ）は、チューブ架構を形成する公知のハニカム構造体の一例であり、（ｂ）は基本の六角形フレームである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明の基本ユニットを用いて構築された、チューブ架構を形成するハニカム構造体の一実施例（図２２と同形状）を示している。ハニカム構造体１００は、メインフレームであり、建物全体の長期負荷（固定荷重＋積載荷重）を負担する最も重要な骨格である。このハニカム構造体１００は、水平断面形状が略四角形であり、立設された４つの平坦な側面を有する。図１中に、用いられた基本ユニットＵ及びＵ１をそれぞれ取り出し、例示している。基本ユニットＵは、平坦側面部を形成するための基本ユニットであり、基本ユニットＵ１は、四隅の屈曲部を形成するための基本ユニットである。
【００３１】
図２は、本発明の基本ユニットを用いて構築された、チューブ架構を形成するハニカム構造体の別の実施例を示している。このハニカム構造体１０１は、水平断面形状が略円形であり、立設された略円筒状の側面部及びドーム状の天頂部を有する。図２中に、用いられた基本ユニットＵ２及びＵ３をそれぞれ取り出し、例示している。基本ユニットＵ２は、円筒側面部を形成するための基本ユニットであり、基本ユニットＵ３は、ドーム面を形成するための基本ユニットである。天頂部には、さらに別の変形ユニットが用いられている。
【００３２】
図３は、本発明による基本ユニットの基本形態を示している。（ａ）は、ハニカム構造体の平坦部分を形成するために用いられる基本ユニットＵの一実施例の正面図であり、（ｂ）はその平面図である。（ｃ）は、ハニカム構造体の屈曲部分または湾曲部分を形成するために用いられる基本ユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３の一実施例の正面図であり、（ｄ）はその平面図である。
【００３３】
図３（ａ）の正面図に示す平坦部用の基本ユニットＵは、第１剛域部２ａ及び第２剛域部２ｂを備え、これら２つの剛域部の間が梁部１となっている。さらに、第１剛域部２ａから斜め上方には第１上斜柱部３ａが、そして斜め下方には第１下斜柱部４ａが、それぞれ延びている。第２剛域部２ｂから斜め上方には第２上斜柱部３ｂが、そして斜め下方には第２下斜柱部４ｂが、それぞれ延びている。基本ユニットＵは、正面視において左右対称形状である。
【００３４】
第１剛域部２ａは、梁部１と第１上斜柱部３ａと第１下斜柱部４ａの３方向に分岐する基部である。第２剛域部２ｂは、梁部１と第２上斜柱部３ｂと第２下斜柱部４ｂの３方向に分岐する基部である。第１剛域部２ａ及び第２剛域部２ｂの範囲を規定する明確な境界はないが、図中に点線で示した範囲が、ほぼ該当する。
【００３５】
図３(ｂ)の平面図に示すように、平坦部用の基本ユニットＵでは、梁部１と上斜柱部３ａ、３ｂと下斜柱部４ａ、４ｂとが直線状に延びている。
【００３６】
図３（ｃ）の正面図に示す屈曲部用または湾曲部用の基本ユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３は、２つの剛域部２ａ、２ｂと、梁部１と、４つの斜柱部３ａ、４ａ、３ｂ、４ｂとを備えている点は、基本ユニットＵと同じである。
【００３７】
図３(ｄ)の平面図に示すように、屈曲部用または湾曲部用の基本ユニットＵ、Ｕ２、Ｕ３は、梁部１に対して上斜柱部３ａ、３ｂ及び下斜柱部４ａ、４ｂがそれぞれ所定の角度をなして延びている。図示の例では、左右の斜柱部が梁部に対して同じ方向に曲がっているが、別の例として左右の斜柱部が梁部に対して異なる方向に曲がっていてもよい。
【００３８】
平坦部用、屈曲部用または湾曲部用の基本ユニットを組み合わせることにより、多様な形状の立設されたハニカムフレームを形成することができる。
【００３９】
本発明による基本ユニットは、全体が１つの一体的な構造部材である。この場合の”一体的”とは、例えば、複数の鋼材部品を溶接して一体化する場合も含む。
【００４０】
図４Ａ及び図４Ｂを参照して、本発明の基本ユニットの基本原理を説明する。
図４Ａは、ハニカム構造体１００の単位構造である六角形フレームＨと、基本ユニットＵとの関係を模式的に示す正面図である。六角形フレームＨの各々は、対向する一対の水平辺ｈ１及びｈ４、対向する左右一対の斜辺ｈ２及びｈ５、別の対向する左右一対の斜辺ｈ３及びｈ６からなる６つの辺部材を有する。さらに、隣り合う２つの六角形フレームＨは、１つの辺部材を共有している。複数の六角形フレームＨは、ハニカム形状を形成している。六角形フレームＨは、基本的には正面視において上下対称かつ左右対称な六角形である。しかしながら、例えば図２のように、上方へ向かって次第に細くなる円筒部分や、ドーム部分では、上下対称でない形態や、上下対称でも左右対称でもない変形形態もあり得る。このような変形形態であっても、少なくとも隣の基本ユニットと接合可能であればよい。
【００４１】
基本ユニットＵの第１剛域部２ａ及び第２剛域部２ｂは、六角形フレームＨにおける１つの水平辺の各端部すなわち頂点Ｃ１、Ｃ２の部分を形成する。
梁部１は、１つの水平辺ｈ１の部分、すなわち第１剛域部２ａと第２剛域部２ｂの間の部分を形成する。
第１上斜柱部３ａは、第１剛域部２ａから斜め上方に延びる斜辺ｈ２の中点Ｍ２までの部分を形成する。
第１下斜柱部４ａは、第１剛域部２ａから斜め下方に延びる斜辺ｈ３の中点Ｍ３までの部分を形成する。
第２上斜柱部３ｂは、第２剛域部２ｂから斜め上方に延びる斜辺ｈ６の中点Ｍ４までの部分を形成する。
第２下斜柱部４ｂは、第２剛域部２ｂから斜め下方に延びる斜辺ｈ５の中点Ｍ５までの部分を形成する。
【００４２】
図４Ｂは、ハニカム構造体１００における水平荷重に対する曲げモーメントの応力と、基本ユニットＵとの関係を模式的に示す図である。図中のグラフの横軸は、基本ユニットＵの右半分の軸方向に沿った距離を示し、縦軸は、曲げモーメントの応力の大きさの相対変化を示している。基本ユニットＵは左右対称であるので、左半分についても右半分と同様となる。
【００４３】
図４Ｂのグラフに示すように、ハニカム構造体１００における曲げモーメントの応力は、六角形フレームの頂点Ｃ２において最大となる。
そして、曲げモーメントの応力は、六角形フレームの頂点Ｃ２から水平辺の中点Ｍ１へ向かって減少する。１つの水平辺上の応力は、中点Ｍ１で極小となる。
また、曲げモーメントの応力は、六角形フレームの頂点Ｃ２から斜辺の中点Ｍ４へ向かって減少する。１つの斜辺上の応力は、中点Ｍ４で極小となる。
さらに、グラフに示すように、斜辺の中点Ｍ４における曲げモーメントの応力は、水平辺の中点Ｍ１におけるそれよりも小さい。よって、ハニカム構造体１００における曲げモーメントの応力は、斜辺の中点Ｍ４において最小となる。
【００４４】
以上によれば、基本ユニットＵにおいては、２つの剛域部２ａ、２ｂに掛かる応力が最大であり、４つの斜柱部３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂの端部に掛かる応力が最小ということになる。従って、基本ユニットＵは、２つの剛域部において最も耐力が要求されることになる。基本ユニットＵは一体的な構造部材であるので、２つの剛域部２ａ、２ｂは本来的に剛接合であり、本来的に剛域が形成されている。ここで、”本来的に”とは、”基本ユニットＵの作製完了時点で”という意味である。よって、剛域部２ａ、２ｂは、高い耐力を有している。
【００４５】
そして、２つの基本ユニットＵ同士の接合は、曲げモーメントの応力が最小となる箇所、すなわち各斜柱部の端部で行われる。この部分にかかる応力は比較的小さいため、通常、ピン接合でよい。この接合は施工現場で行われ、そして、現場接合されるのはこの箇所のみである。
【００４６】
このように、本発明の基本ユニットは、ハニカム構造体の応力分布に最適に適応した形状を本来的に有している。
【００４７】
図５は、本発明の基本ユニットを用いてハニカム構造体を構築する施工方法を説明する図である。図５のハニカム構造体１００は、図１に示したものの一部である。平坦部分を形成する基本ユニットＵと、隅部を形成する基本ユニットＵ１を用いている。各基本ユニットＵ、Ｕ１は、梁部を水平にしてクレーンで吊り上げられ、既に接合作業の完了している下段の基本ユニットの上に積み上げられる。その後、下段の基本ユニットとの接合作業が行われる。
【００４８】
図５を参照すると、ハニカム構造体１００における相対的に上下に位置する２段のうち、下段を構成する１つの基本ユニットＵ−１の第１上斜柱部３ａに対して、上段を構成する別の基本ユニットＵ−２の第２下斜柱部４ｂが接合される。そして下段の基本ユニットＵ−１の第２上斜柱部３ｂに対して、上段を構成するさらに別の基本ユニットＵ１−３の第１下斜柱部４ａが接合される。
【００４９】
本発明の基本ユニットを用いた施工方法における作業は、上下に位置する２つの基本ユニットの斜柱部の端部同士を接合する一種類の作業のみであるので、複雑な手順はなく、極めて施工性がよい。この結果、高品質かつ均一な接合状態を実現することができる。
【００５０】
図６〜図１７に、本発明の基本ユニットの幾つかの実施例を示す。本発明の対象とするハニカム構造体は、好適には鉄骨造であるので、基本ユニットは、好適には構造用鋼材を用いて作製される。
【００５１】
図６は、本発明の基本ユニットの第１実施例である。（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ断面図である。図７は、第１実施例の部分斜視図である。図８は、第１実施例の作製工程の一例を説明する図である。
【００５２】
基本ユニット１０では、梁部１１、第１上斜柱部１３ａ、第１下斜柱部１４ａ、第２上斜柱部１３ｂ及び第２下斜柱部１４ｂの各々が、Ｈ形鋼で作製されている。また、第１剛域部１２ａ及び第２剛域部１２ｂは、梁部及び斜柱部のＨ形鋼の端面と合致するように作製されている。
【００５３】
符号Ｐは、上斜柱部と梁部の境界、下斜柱部と梁部の境界、及び上斜柱部と下斜柱部の境界である屈曲箇所を示している。符号１６は、別の基本ユニットと接合するために用いるボルト孔である。（以下の実施例でも同様）
【００５４】
図６（ａ）及び（ｃ）に示すように、第１剛域部１２ａの中央部分から放射状に突出する３つの短脚部分に、それぞれ補強鋼材１５を設けることが好適である。各補強鋼材１５は板状であり、フランジ及びウェブに囲まれた空間に挿入され、これらと溶接されている。第２剛域部１２ｂについても同様である。これらの補強鋼材１５を設けることにより、剛域部１２ａ、１２ｂをさらに強化できる。補強鋼材１５の材質及び厚さにより強度を調節できる。
【００５５】
図８に示すように、基本ユニット１０の作製においては、先ず、第１剛域部１２ａを作製し、次に、第１剛域部１２ａの３つの短脚部分の各端面と、梁部１１、第１上斜柱部１３ａ及び第１下斜柱１４ａのＨ型鋼の各端面とを溶接し、一体化する。図示しないが、第２剛域部も同様である。
【００５６】
図９は、本発明の基本ユニットの第２実施例である。（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ断面図である。図１０は、第２実施例の部分斜視図である。図１１は、第２実施例の作製工程の一例を説明する図である。
【００５７】
基本ユニット２０では、梁部２１、第１上斜柱部２３ａ、第１下斜柱部２４ａ、第２上斜柱部２３ｂ及び第２下斜柱部２４ｂの各々が、Ｈ形鋼で作製されている。図９(ａ)及び(ｃ)に示すように、第１剛域部１２ａ及び第２剛域部１２ｂは、中実鋼材で作製されている。
【００５８】
図１１に示すように、基本ユニット２０の作製においては、先ず、中実鋼材である第１剛域部２２ａを所定の形状に作製し、次に、第１剛域部２２ａの３つの短脚部分の各端面と、梁部２１、第１上斜柱部２３ａ及び第１下斜柱２４ａのＨ型鋼の各端面とを溶接し、一体化する。図示しないが、第２剛域部も同様である。
【００５９】
図１２は、本発明の基本ユニットの第３実施例である。（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ断面図、（ｅ）は（ａ）のＣ断面図である。図１３は、第３実施例の部分斜視図である。図１４は、第３実施例の作製工程の一例を説明する図である。
【００６０】
基本ユニット３０では、梁部３１、第１上斜柱部３３ａ、第１下斜柱部３４ａ、第２上斜柱部３３ｂ及び第２下斜柱部３４ｂの各々が、Ｈ形鋼で作製されている。また、第１剛域部３２ａ及び第２剛域部３２ｂは、梁部及び斜柱部のＨ形鋼の端面と合致するように作製されている。各剛域部３２ａ、３２ｂには、第１実施例と同様に、補強鋼材３５を設けている。
【００６１】
図１２（ｂ）の平面図に示すように、第３実施例の特徴は、各部位の負担する応力の大きさに応じて、見込み方向における基本ユニット３０の寸法を変化させている点である。
最大応力の掛かる各剛域部３２ａ、３２ｂにおいては、最大寸法Ｗmaxとする。これにより各剛域部を強化する。
最大応力よりも小さい応力の掛かる梁部３１の中点Ｍ１においては、最大寸法Ｗmaxよりも小さい第２の寸法Ｗ２とする。
最小応力の掛かる各斜柱部の端部Ｍ２、Ｍ４、Ｍ３及びＭ５においては、最大寸法Ｗmaxよりも小さい第３の寸法Ｗ３とする。第３の寸法Ｗ３は、第２の寸法Ｗ２と等しくするか、または、第２の寸法Ｗ２よりも小さくする。
【００６２】
さらに、各剛域部３２ａ、３２ｂと梁部３１の中点Ｍ１との間には、最大寸法Ｗmaxから第２の寸法Ｗ２へと漸次変化するテーパー部３８をそれぞれ設ける。
また、各剛域部３２ａ、３２ｂと各上斜柱部３３ａ、３３ｂの端部Ｍ２、Ｍ４との間には、最大寸法Ｗmaxから第３の寸法Ｗ３へと漸次変化するテーパー部３９をそれぞれ設ける。
同様に、各剛域部３２ａ、３２ｂと各下斜柱部３４ａ、３４ｂの端部Ｍ３、Ｍ５との間にも、最大寸法Ｗmaxから第３の寸法Ｗ３へと漸次変化するテーパー部３９をそれぞれ設ける。
これらのテーパー部３８、３９では、見込み方向における寸法が連続的に変化している。これにより、応力分布の連続的変化に応じて構造部材の強度を連続的に変化させることができる。テーパー部３８、３９の軸方向長さは適宜設定する。
【００６３】
図１４に示すように、基本ユニット３０の作製においては、先ず、第１剛域部３２ａを所定の形状に作製し、次に、第１剛域部３２ａの３つの短脚部分の各端面と、梁部３１、第１上斜柱部３３ａ及び第１下斜柱３４ａのＨ型鋼の各端面とを溶接し、一体化する。図示しないが、第２剛域部も同様である。
【００６４】
図１５は、本発明の基本ユニットの第４実施例である。（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ断面図、（ｅ）は（ａ）のＣ断面図である。図１６は、第４実施例の部分斜視図である。図１７は、第４実施例の作製工程の一例を説明する図である。
【００６５】
基本ユニット４０では、梁部４１、第１上斜柱部４３ａ、第１下斜柱部４４ａ、第２上斜柱部４３ｂ及び第２下斜柱部４４ｂの各々が、Ｈ形鋼で作製されている。第１剛域部４２ａ及び第２剛域部４２ｂは、中実鋼材で作製されている。
【００６６】
図１５（ｂ）の平面図に示すように、第４実施例の特徴は、第３実施例と同様に、各部位の負担する応力の大きさに応じて、見込み方向における基本ユニット４０の寸法を変化させている点である。
各剛域部４２ａ、４２ｂにおいては、最大寸法Ｗmaxとし、梁部４１の中点Ｍ１においては、最大寸法Ｗmaxよりも小さい第２の寸法Ｗ２とし、各斜柱部の端部Ｍ２、Ｍ４、Ｍ３及びＭ５においては、最大寸法Ｗmaxよりも小さい第３の寸法Ｗ３とする。また、最大寸法Ｗmaxから第２の寸法Ｗ2へと漸次変化するテーパー部４８、並びに、最大寸法Ｗmaxから第３の寸法Ｗ3へと漸次変化するテーパー部４９をそれぞれ設ける。これらについての説明は、上記第３実施例と同様である。
【００６７】
図１７に示すように、基本ユニット４０の作製においては、先ず、中実鋼材である第１剛域部４２ａを所定の形状に作製し、次に、第１剛域部４２ａの３つの短脚部分の各端面と、梁部４１、第１上斜柱部４３ａ及び第１下斜柱４４ａのＨ型鋼の各端面とを溶接し、一体化する。図示しないが、第２剛域部も同様である。
【００６８】
図１８〜図２０を参照して、基本ユニットのその他の実施例を示す。
図１８は、本発明の基本ユニットの第５実施例である。（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。第５実施例の基本ユニット５０は、図１３に示した第３実施例の基本ユニット３０において補強鋼材３５を設けない実施例である。この実施例における各剛域部では、補強鋼材なしで、見込み方向の寸法を大きくすることで剛域を確保している。
【００６９】
図１９は、本発明の基本ユニットの第６実施例であり、正面図のみを示す。第６実施例の基本ユニット６０は、図６に示した第１実施例の基本ユニット３０において、補強鋼材３５を設けず、各剛域部の正面視における形状を拡大した実施例である。この場合、各剛域部の形状を拡大することで強化している。図示しないが、この実施例の変形例として、第３実施例のように見込み方向の寸法を変化させてもよい。
【００７０】
図２０は、本発明の基本ユニットの第７実施例であり、正面図のみを示す。第７実施例の基本ユニット７０は、図９に示した第２実施例の基本ユニット２０において、各剛域部の正面視における形状を拡大した実施例である。この場合、中実鋼材である各剛域部の形状を拡大することで強化している。図示しないが、この実施例の変形例として、第４実施例のように見込み方向の寸法を変化させてもよい。
【００７１】
以上述べた第１〜第７の実施例以外にも、本発明の原理に沿った基本ユニットの多様な変形形態があり得る。それらの変形形態についても本発明に含まれるものとする。
【００７２】
図２１Ａは、２つの基本ユニットを接合する接合手段の実施例を示す。例えば、図６に示した第１実施例の場合、下段の基本ユニットの第１上斜柱部１３ａと、上段の基本ユニットの第２下斜柱部１４ｂとを突き合わせ、ガセットプレート１７を双方に跨るように当て、ボルト１８とナットで固定する。
【００７３】
図２１Ｂは、２つの基本ユニットを接合する接合手段の別の実施例を示す。（ａ）に示すように、下段の基本ユニットの第１上斜柱部１３ａの端部に、溶接用プレート１３ａ２を介して中実鋼材１３ａ１を溶接する。中実鋼材１３ａ１には凹部１３ａ３とボルト孔１３ａ４が形成されている。一方、上段の基本ユニットの第２下斜柱部１４ｂの端部には、溶接用プレート１４ａ２を介して中実鋼材１４ａ３が溶接されている。中実鋼材１４ａ３にはボルト孔１４ｂ４が形成されている。（ｂ）に示すように、中実鋼材１３ａ１の凹部１３ａ３に、中実鋼材１４ａ３を嵌め込み、ボルト１８を双方に貫通させてナットで固定する。
【００７４】
２つの基本ユニットの接合手段は、図２１Ａ及び図２１Ｂに示した手段以外にも、多様な変形形態があり得る。
【００７５】
上述の基本ユニットの各実施例では、梁部及び各斜柱部の鋼材としてＨ形鋼を用いたが、Ｈ形鋼に替えて種々の断面形状をもつ形鋼を用いてもよい。また、Ｈ形鋼に替えて角形鋼管等の種々の断面形状をもつ鋼管を用いてもよい。
【００７６】
本発明の基本ユニットを用いてハニカム構造体を構築する場合、種類の異なる基本ユニットを組み合わせてもよい。例えば、下層階においては、剛域部の耐力が相対的に大きい基本ユニットを用い、上層階においては、剛域部の耐力が相対的に小さい基本ユニットを用いるようにする。２つの基本ユニットは、互いに接合する斜柱部の端部の形状が合致していれば、それ以外の部位の形状が異なっていても接合可能である。
【符号の説明】
【００７７】
Ｕ、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０  基本ユニット
１、１１、２１、３１、４１  梁部
２ａ、１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ  第１剛域部
２ｂ、１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ  第２剛域部
３ａ、１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ  第１上斜柱部
３ｂ、１３ｂ、２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ  第２上斜柱部
４ａ、１４ａ、２４ａ、３４ａ、４４ａ  第１下斜柱部
４ｂ、１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ、４４ｂ  第２下斜柱部
１５、３５  補強鋼材
１７  ガセットプレート
Ｍ１  水平辺（梁部）の中点
Ｍ２  斜辺の中点（第１上斜柱部の端部）
Ｍ３  斜辺の中点（第１下斜柱部の端部）
Ｍ４  斜辺の中点（第２上斜柱部の端部）
Ｍ５  斜辺の中点（第２下斜柱部の端部）
Ｈ  六角形フレーム
ｈ１、ｈ４  水平辺
ｈ２、ｈ３、ｈ５、ｈ６  斜辺
Ｃ１、Ｃ２  頂点
Ｐ  屈曲部
１００、１０１  ハニカム構造体
【図１】
2010209600.tif 000003
【図２】
2010209600.tif 000004
【図３】
2010209600.tif 000005
【図４Ａ】
2010209600.tif 000006
【図４Ｂ】
2010209600.tif 000007
【図５】
2010209600.tif 000008
【図６】
2010209600.tif 000009
【図７】
2010209600.tif 000010
【図８】
2010209600.tif 000011
【図９】
2010209600.tif 000012
【図１０】
2010209600.tif 000013
【図１１】
2010209600.tif 000014
【図１２】
2010209600.tif 000015
【図１３】
2010209600.tif 000016
【図１４】
2010209600.tif 000017
【図１５】
2010209600.tif 000018
【図１６】
2010209600.tif 000019
【図１７】
2010209600.tif 000020
【図１８】
2010209600.tif 000021
【図１９】
2010209600.tif 000022
【図２０】
2010209600.tif 000023
【図２１Ａ】
2010209600.tif 000024
【図２１Ｂ】
2010209600.tif 000025
【図２２】
2010209600.tif 000026