(57)【要約】      （修正有）【課題】ＦＲＰの特性である軽量性、接合や成形の容易性等を最大限活かしつつ、総合的にみて安価な設備・工事費用で大型構造物を構築可能な、ＦＲＰ製三次元ユニットおよびそれを用いた構造体および構造物を提供する。【解決手段】複数の節点部での結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材が三次元的に組織され、全節点部でＦＲＰ製棒状部材同士が剛接されてラーメン構造を構成していることを特徴とするＦＲＰ製三次元ユニット１、それを用いた構造体および構造物。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の節点部での結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材が三次元的に組織され、全節点部でＦＲＰ製棒状部材同士が剛接されてラーメン構造を構成していることを特徴とする、ＦＲＰ製三次元ユニット。
【請求項２】
前記全節点部の少なくとも一部において、ＦＲＰの強化繊維がＦＲＰ製棒状部材間にわたって連続して延びている、請求項１に記載のＦＲＰ製三次元ユニット。
【請求項３】
前記全節点部の少なくとも一部において、ＦＲＰの強化繊維として連続繊維と不連続繊維が共存している、請求項１または２に記載のＦＲＰ製三次元ユニット。
【請求項４】
部分的にＦＲＰ製面状体が接合されている、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ製三次元ユニット。
【請求項５】
連接可能に構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰ製三次元ユニット。
【請求項６】
少なくとも一部のＦＲＰ製棒状部材の強化繊維として炭素繊維が用いられている、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ製三次元ユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のＦＲＰ製三次元ユニットが複数連接されてなる，ＦＲＰ製三次元構造体。
【請求項８】
ＦＲＰ製三次元ユニット間の連接部の少なくとも一部が、ＦＲＰ製三次元ユニットの端部同士の剛接によるラーメン構造に構成されている、請求項７に記載のＦＲＰ製三次元構造体。
【請求項９】
ＦＲＰ製三次元ユニット間の連接部の少なくとも一部が、ＦＲＰ製三次元ユニットの端部同士の柔接による非ラーメン構造に構成されている、請求項７または８に記載のＦＲＰ製三次元構造体。
【請求項１０】
少なくとも３つの、請求項１〜６のいずれかに記載のＦＲＰ製三次元ユニットまたは請求項７〜９のいずれかに記載のＦＲＰ製三次元構造体が、枠体を形成するように接続されてなる、ＦＲＰ製組立構造体。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＦＲＰ製組立構造体が複数連接されてなる大型ＦＲＰ製構築体。
【請求項１２】
請求項１０に記載のＦＲＰ製組立構造体または請求項１１に記載の大型ＦＲＰ製構築体が上下方向に水面を含む位置に配置され、該ＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体の下部側の少なくとも一部に対し、全体が水中に位置する浮力体が配置されている、海洋構造物。
【請求項１３】
前記浮力体が、ＦＲＰを用いて構成されている、請求項１２に記載の海洋構造物。
【請求項１４】
請求項１０に記載のＦＲＰ製組立構造体または請求項１１に記載の大型ＦＲＰ製構築体が建物または橋梁の骨格として用いられている、構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチックス）製三次元ユニットおよびそれを用いた各種構造体と構造物に関し、とくに軽量化、高い力学特性（特に、比強度,比剛性）、工事費・設備費低減、長寿命化等が望まれる大型、大規模の各種構造体と構造物に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、海上での風力発電や太陽光発電設備搭載用のエネルギーファーム基盤や防災基地、浮体橋、各種水上建造物搭載用の基盤や基地、各種港湾施設、洋上滑走路、大型建築物の屋根等の大型、大規模の各種構造物には、鋼材を用いて構成した各種構造体が用いられてきた（例えば、特許文献１）。しかし、鋼材を用いた大型の構造体においては、基本的に、材料となる鋼材の重量が大であるため、工事、構築に行いにくさが伴うという問題、工事、構築のために大型の、あるいは専用の重機が必要となり、工期が長くなるとともに、大型の工事用スペースが必要となり、比較的安価な素材であるにもかかわらず総合的に見て工事費が高くなるという問題、耐食性能が低く、メンテナンス費用が高くなるという問題、比強度が比較的低く、長期間にわたる使用においては疲労や寒冷時脆性破壊の問題が発生するおそれがあるという問題、等が存在する。
【０００３】
このような基本的な問題に加え、例えば、いわゆるポンツーン式と呼ばれる形態で鋼材を用いて構築された大型の海上浮体構造物についてより具体的に考えてみるに、喫水線長さが長く、波浪による局部的に大きな負荷や繰り返し荷重を受ける領域が広くなるため、強度的に相当高範囲に補強しなくてはならなくなり、さらに重量が増して、設備費、工期が増大するとともに、専用重機等の付帯設備の費用も増大する。また、高波等に備えて構造物の水面からの高さを高くすると、重量と排水量が大幅に増加し、益々製造費も増加する。
【０００４】
また、例えば、大型建築物の屋根のフレーム構造体等に鋼材を用いて構成する場合についてより具体的に考えてみるに、大型クレーンや専用クレーン等の大型重機を準備し溶接や特殊連結構造を採用して構築していく必要があるため、工期が長くなるとともに、専用重機等の付帯設備や、工事用に加え、防錆等のための養生設備等の付帯費用も増大する。
【０００５】
このような鋼材を用いた大型構造体における種々の問題に対し、近年急速に需要が伸びてきた軽量で高い力学特性のＦＲＰを大型構造体構成用の材料に使用することが考えられる。この様な特性をなすＦＲＰの使用に関して、例えば、特許文献２には、浮消波装置における浮体や反射壁にＦＲＰを使用してもよい旨の記載があり（特許文献２［００４１］段落）、特許文献３には、太陽光発電装置における躯体にＣＦＲＰ(炭素繊維強化プラスチックス)補強コンクリート製構造体を使用してもよい旨の記載がある（特許文献３［００３７］段落）。しかし、これらの提案では、大型構造体の主要構造あるいは基本骨格を構成するための材料としてではなく、付帯設備への、あるいは構造体の部分的な部位へのＦＲＰの使用にとどまっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４９８６０４９号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２１３８５号公報
【特許文献３】特開２０１０−７４１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献２や特許文献３に例示されるように、軽量なＦＲＰの使用が、大型構造体に対しては、その付帯設備や構造体の部分的な部位への適用に限られていたのは、大型構造体を構成するために用いる部材用のＦＲＰを形成するための強化繊維(例えば、炭素繊維)として、太物強化繊維束（多数本の強化繊維を例えばトウの形態で集合させたもの）が汎用材として本格的に普及していなかったので、大型構造体の主要構造あるいは基本骨格へのＦＲＰの展開が殆ど進展してこなかったためと考えられる。
【０００８】
ところが最近、例えば炭素繊維についてみれば、１束が４８Ｋ（４８，０００本）や６０Ｋ（６０，０００本）といった、さらにはそれ以上のラージトウの製造による汎用供給が可能になってきた。したがって、最近入手可能になってきたこのようなラージトウをさらに複数束ねて使用できれば、数ｍから数１０ｍ規模の大型構造体の、さらには数１００ｍ規模の超大型構造体の、主要構造あるいは基本骨格へのＦＲＰの展開を安価に達成できる可能性が出てきた。
【０００９】
そこで本発明の課題は、上記のような強化繊維束の太束化の現状およびその適用可能性を考慮するとともに、前述のような鋼材を用いて大型構造物を構築する場合の問題点に着目し、ＦＲＰの特性である軽量性、高い力学特性、接合や成形の容易性等を最大限に活かしつつ、通常、鋼材よりも高価なＦＲＰを部材構成用素材として使用しても、大型構造物を構築するための総合的な設備・工事費用として、鋼材を用いた場合に比べ遜色のない費用で構造物を構築することである。特に海洋環境下では、ＦＲＰの優れた耐食性等を活かしてメンテナンス費用の大幅な低減が可能なことから、長期間安定して所望の状態を維持可能な、ＦＲＰ製三次元ユニットおよびそれを用いた構造体および構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ製三次元ユニットは、複数の節点部での結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材が三次元的に組織され、全節点部でＦＲＰ製棒状部材同士が剛接されて材料力学上の「ラーメン構造」を構成していることを特徴とするものからなる。また、該棒状部材とはその断面が円形でも非円形でもよく、中実でも中空でもよいＦＲＰ製部材である。
【００１１】
このような本発明に係るＦＲＰ製三次元ユニットにおいては、複数の節点部での結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材が三次元的に組織されて、例えば、平面的に見てあるいは側面的に見て略矩形の、あるいはユニット断面としての骨格が三角柱や四角柱形状をなす立体的な三次元ユニットが構成される。このようなＦＲＰ製三次元ユニットにおいて、全節点部でＦＲＰ製棒状部材同士が剛接されてラーメン構造に構成されているので、この三次元ユニット自体は、鋼材等に比べて軽量性が確保されつつ、その全体として極めて高い剛性、強度が確保される。とくに、ＦＲＰ製棒状部材の作製に近年採用が可能になってきた多数本の強化繊維の太束を使用すれば、さらに高い剛性、強度の達成が可能になる。また、この三次元ユニットはＦＲＰ製であるから、成形による製造を容易に行うことができ、複数の節点部での結合も、金属同士の様な溶接作業などを伴うことなく、接着や、好ましくは一体成形によって達成でき、鋼材製に比べて製造の容易化を図ることができるとともに、鋼材よりも割高な素材費用を考慮しても全体として鋼材製に比べて遜色のない製造コストの達成が可能になる。とくに海洋環境下では、鋼材よりも高い比強度を容易に達成できるとともに、疲労、耐食性については鋼材よりも優れた特性を発現可能であるので、長期間所望の性能を安定して維持可能となり、メンテナンス費用の大幅な低減も可能になる。したがって、このように優れた特性を有するＦＲＰ製三次元ユニットを適切に大きな構造に構成してそのユニット自体を構造体や構造物の主要構造や基本骨格の構成に使用するか、ＦＲＰ製三次元ユニットを複数連接してより大きな構造を実現することにより、このＦＲＰ製三次元ユニットを大型の構造体や構造物の基本構成ユニットとして使用することが可能になり、それによって、従来鋼材で構成されていた大型の構造体や構造物に対し、総合的に見て、重量面で、強度、剛性面で、設備、工事費面で、工事のやりやすさ、工期面で、長期耐久性面で、技術革新をもたらすことが可能になる。
【００１２】
上記ＦＲＰ製三次元ユニットにおいては、上記全節点部の少なくとも一部において、ＦＲＰの強化繊維がＦＲＰ製棒状部材間にわたって連続して延びていることが好ましい。節点部で強化繊維が連続して延びていることにより、節点部でＦＲＰ製棒状部材同士がより確実に剛接され、望ましいラーメン構造が構成され、三次元ユニットとしての高い強度や剛性が達成される。
【００１３】
また、上記全節点部の少なくとも一部において、ＦＲＰの強化繊維として連続繊維と不連続繊維が共存している形態とすることもできる。不連続繊維の存在により、優れた形状賦形性や成形性を発揮しつつ、節点部での連続繊維の存在により、上記同様、ＦＲＰ製棒状部材同士がより確実に剛接され、三次元ユニットとしての高い強度と剛性が達成される。
【００１４】
また、ＦＲＰ製三次元ユニットを構成する上記ＦＲＰ製棒状部材においても、ＦＲＰの強化繊維として連続繊維が用いられる形態、連続繊維と不連続繊維が共存している形態とすることができる。連続繊維と不連続繊維が共存している形態においては、例えば、不連続繊維が存在しているが、連続繊維と例えば２０ｍｍ以上はオーバーラップしている棒状部材の構造を採用することができ、高い剛性、強度と、優れた形状賦形性や成形性との両立をはかることが可能である。
【００１５】
また、上記ＦＲＰ製三次元ユニットにおいては、部分的にＦＲＰ製面状体が接合されている構成を採用することもできる。面状体は、その面方向に高い剛性を発現するので、必要に応じて部分的にＦＲＰ製面状体を接合しておくことにより、ＦＲＰ製三次元ユニットを補強でき、とくに該面状体設置部で三次元ユニットの立体形状を維持するための高い剛性を確保できるようになり、上記節点部での剛接と併せて、ＦＲＰ製三次元ユニット全体としてより高い剛性を確保できるようになる。さらに、複数の三次元ユニットの連接のために、ＦＲＰ製面状体同士による接合用としても効果的に利用できる。
【００１６】
このような本発明に係るＦＲＰ製三次元ユニットは、ユニット自体の形状、構造において、連接可能に構成されていることが好ましい。このようなＦＲＰ製三次元ユニットを連接することにより、より大型でかつ個々の部位が高い剛性を有する構造体の構成が可能になる。
【００１７】
上記のようなＦＲＰ製三次元ユニットにおける強化繊維としては、とくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維、さらにはこれら強化繊維を組み合わせたハイブリッド構成の採用が可能である。例えば、疲労特性や剛性に優れる炭素繊維と疲労特性は高くないが材料費が安価なガラス繊維を適切な比率で構成することによって、波浪による繰り返し荷重に対して構造体としての所要の剛性を維持しつつ耐疲労特性に優れたコストパフォーマンスの高い強化繊維構成を創出可能となる。また、高い剛性、強度を目指す部位には、ＦＲＰ製棒状部材の強化繊維として炭素繊維だけを用いられていることが好ましい。前述したように、近年炭素繊維の太束の入手が可能になってきたことから、太束化された炭素繊維束(例えば、４８Ｋ（４８，０００本）や６０Ｋ（６０，０００本）といった太束化された炭素繊維束)を使用したり、さらにはこのような太束化された炭素繊維束を複数束ねてより太束化された炭素繊維束を形成して使用したりできる。それによって、高い剛性、強度を確保しつつ、より大型のＦＲＰ製三次元ユニット、さらには多数のＦＲＰ製三次元ユニット連接構造からなる大型構造体に対応できる。また、より安価な構成を望む場合には、高い剛性や疲労特性を必要としない部位にはガラス繊維を主体に使用すればよい。この様に強化繊維のハイブリッド構成には、繊維束が複数の強化繊維から構成される場合や三次元構造体の部位によって適用する強化繊維を変えたり、繊維束の強化繊維構成を極端に変えることなどがある。
【００１８】
このように、本発明においては、上記のようなＦＲＰ製三次元ユニットを複数連接して、より大型のＦＲＰ製三次元構造体を構成することが可能である。例えば、ＦＲＰ製三次元ユニットを複数連接することにより、全体として直線状に延びるＦＲＰ製三次元構造体や面状に延びるＦＲＰ製三次元構造体を構成することが可能である。
【００１９】
このようなＦＲＰ製三次元構造体においては、ＦＲＰ製三次元ユニット間の連接部の少なくとも一部が、ＦＲＰ製三次元ユニットの端部同士の剛接によるラーメン構造に構成されていることもできるし、ＦＲＰ製三次元ユニット間の連接部の少なくとも一部が、ＦＲＰ製三次元ユニットの端部同士の柔接による非ラーメン構造に構成されていることもできる。構成されるべきＦＲＰ製三次元構造体に対する要求特性に応じて、連接部を剛接構造にしたり、柔接構造にしたりできる。この連接部の剛接構造には、基本的にはＦＲＰ製三次元ユニット内における剛接ラーメン構造と同等の構造を採用することができ、柔接構造には、回動可能な連結構造(例えば、ピンを介した連結構造)等を採用できる。ただし、これらの連接部では、必ずしもＦＲＰ製部材のみを使用する必要はなく、必要に応じて、金属製部材(例えば、（穿孔部を有する）金属板状部材、ボルト／ナット、ピン)を使用してもよい。
【００２０】
また、本発明においては、少なくとも３つの、前述のようなＦＲＰ製三次元ユニットまたは上述のようなＦＲＰ製三次元構造体が、枠体を形成するように接続されてなるＦＲＰ製組立構造体についても提供される。枠体の形成は、平面的に見て枠体を形成するように行われてもよく、側面的に見て枠体を形成するように行われてもよく、これら両方にて、つまり立体的に見て枠体を形成するように行われてもよい。換言すれば、ＦＲＰ製三次元ユニットやＦＲＰ製三次元構造体が、三角形や四角形や、さらにはそれ以上の多角形の枠体を形成するように接続され、より大型のＦＲＰ製組立構造体が構成されることになる。各接続部においては、剛接、柔接のいずれも可能である。大型になっても極力剛体構造であることが望まれる場合には剛接すればよく、大型になったために局部的に応力を解放して全体として大きな外力やモーメントを支えなくてもよい構造が望まれる場合には柔接すればよい。
【００２１】
そして、このようなＦＲＰ製組立構造体を複数連接することにより、より一層大型のＦＲＰ製組立構造体の連結体である「大型ＦＲＰ製構築体」の構成が可能になる。各連接部においては、剛接、柔接のいずれも可能である。この場合にも、該ＦＲＰ製組立構造体と同様に連接部については、大型になっても極力剛体構造の構築体であることが望まれる場合には剛接すればよく、大型になったために局部的に応力を解放して全体として大きな外力やモーメントを支えなくてもよい構造の該構築体が望まれる場合には柔接すればよい。
【００２２】
上記のようなＦＲＰ製組立構造体や大型ＦＲＰ製構築体は、例えば、海洋構造物に用いて好適なものとなる。例えば、上述のＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体が上下方向に水面を含む位置に配置され、該ＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体の下部側の少なくとも一部に対し、全体が水中に位置する浮力体が配置されている海洋構造物に用いて好適なものである。この場合、浮力体は、例えばＦＲＰやエンジニアリングプラスチックスを用いて構成することが可能である。
【００２３】
このような海洋構造物においては、上下方向に水面を含む位置に配置されるＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体が、複数の節点部での剛接結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材が三次元的に組織されたＦＲＰ製三次元ユニットを用いて構成されているので、ＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体設置部では貫通開口が形成されることになり、この部分では海水が実質的に自由に通過できるようになるため、その設置部では基本的に海水からは大きな波力を受けなくて済むことになる。その結果、海洋構造物においては、ＦＲＰ製組立構造体や大型ＦＲＰ製構築体にたとえ部分的に柔接部があったとしても、波動による揺動が非常に小さいため海洋構造物全体として必要な形態を保つことが可能になり、大型の海洋構造物であっても、構築が可能になる。また、ＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体の下部側には、浮力体がその全体が水中に位置する状態で配置されているので、上記のＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体設置部での海水が実質的に自由に通過できる貫通開口状態を維持しつつ、浮力体による大きな浮力が得られ、ＦＲＰ製組立構造体またはＦＲＰ製構築体の上部側の水上位置を適切に維持することが可能になる。ＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体の上部上には、何らかの設備(例えば、前述のような海上での風力発電装置や太陽光発電設備などの搭載用エネルギーファーム基盤や防災基地、各種水上建造物搭載用の基盤や基地、各種港湾施設、飛行体の洋上滑走路)が搭載されることになるが、その搭載物を支えている海洋構造物としては、適切な浮力を発生させる構造と、上記ＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体設置部における海水から大きな力を受けなくて済む構造との両立が可能になる。より具体的には、最も基本的な構成要素として細身のＦＲＰ製棒状部材を用いて構成された上記のようなＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体設置部は水面貫通部として構成され、水面下深くに全体が水中に位置するように配置された浮力体は波力等による大きな変動力を受けることのない必要な浮力発生部として構成されるので、水面近くになるほど大きくなる波や吹送流による力の低減、浮力変動の低減、過剰な復元力を持たないことによる浮力体動揺の同調周期の長周期化による波の主要周期との共振回避、などを図ることが可能になる。さらに、耐腐食特性、耐疲労特性の高いＦＲＰをこの水面貫通部の構成に用いることにより、最も厳しい腐食環境であるとともに、水圧変動の大きな水面近傍の構造として、極めて有利な構造を実現できる。ただし現実的には、搭載物を支えている部位の直下には、上下方向に水面を含む位置に配置された、上記全体が水中に位置する浮力体とは別の浮力体を有する構成も好ましい。
【００２４】
また、本発明による技術思想を用いれば、上記のような海洋構造物以外にも大型の構造物の構築が可能である。とくに、前述のようなＦＲＰ製組立構造体または大型ＦＲＰ製構築体を建物または橋梁の骨格として用いた構造物の構築が可能であり、より具体的には、大型建築物の屋根の下部フレーム構造体や、浮体橋の骨格や鉄道橋あるいは道路橋の骨格として用いることが可能である。
【発明の効果】
【００２５】
このように、本発明によれば、軽量性、接合や成形、工事の容易性等を確保しつつ、総合的な設備・工事費用として、鋼材を用いた場合に比べ遜色のない費用で大型の構造物を構築でき、しかもＦＲＰの優れた耐食性等を活かしてメンテナンス費用の大幅な低減が可能になる。その効果は、海洋構造物として適用した場合に顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製三次元ユニットの概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製組立構造体と大型ＦＲＰ製構築体の概略斜視図である。
【図３】本発明の一実施態様に係る海洋構造物の概略斜視図である。
【図４】図３の海洋構造物の部分拡大概略正面図である。
【図５】本発明の一実施態様に係る構造物の概略斜視図である。
【図６】図５の構造物のＡ部やＢ部の拡大概略側面図である。
【図７】本発明の別の実施態様に係るＦＲＰ製組立構造体の概略斜視図である。
【図８】本発明の別の実施態様に係る構造物の概略部分斜視図である。
【図９】本発明のさらに別の実施態様に係る構造物の概略部分斜視図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施態様に係る構造物の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製三次元ユニットを示している。図１に示すＦＲＰ製三次元ユニット１においては、複数の節点部２での結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材３が三次元的に組織され、より具体的には全体として矩形の箱形の骨組みを形成するように三次元的に組織され、全節点部２でＦＲＰ製棒状部材３同士が剛接されてラーメン構造を構成している。全節点部２での剛接により、ＦＲＰ製三次元ユニット１全体として極めて高い剛性が確保されている。
【００２８】
このようなＦＲＰ製三次元ユニット１においては、前述したように、全節点部２の少なくとも一部の節点部２において、ＦＲＰの強化繊維(例えば、炭素繊維)がＦＲＰ製棒状部材３間にわたって連続して延びていることが好ましい。また、少なくとも一部の節点部２において、ＦＲＰの強化繊維として連続繊維と不連続繊維が共存している形態とすることもできる。とくに節点部２での連続繊維の存在により、ＦＲＰ製棒状部材３同士がより確実に剛接され、三次元ユニット１としての高い剛性が達成される。さらに高い剛性を例えば部分的に確保したい場合には、その部位に対してＦＲＰ製面状体(図示略)を付設することもできる。
【００２９】
上記のようなＦＲＰ製三次元ユニット１を連接可能に構成しておき、複数のＦＲＰ製三次元ユニット１を連接することにより、例えば図２に示すように、より大型のＦＲＰ製三次元構造体１０を構成することが可能であり、図示例では、複数のＦＲＰ製三次元ユニット１を直線状に連接することにより、直線状に延びるＦＲＰ製三次元構造体１０が形成されている。ただし、面状に連接すれば、面状に広がるＦＲＰ製三次元構造体(図示略)を構成することも可能である。このようなＦＲＰ製三次元構造体１０においては、ＦＲＰ製三次元ユニット１間の連接部は、剛接によるラーメン構造に構成することもできるし、柔接による非ラーメン構造に構成することもでき、必要に応じて選択すればよい。例えばＦＲＰ製三次元構造体１０の長さが比較的長く、外力により大きなモーメントや応力(例えば曲げ応力)が発生しやすい場合には、適宜柔接構造を採用すればよく、ＦＲＰ製三次元構造体１０の長さが比較的短く、ＦＲＰ製三次元構造体１０全体が剛体であることを望まれる場合には、適宜剛接構造を採用すればよい。とくに柔接構造を採用する場合には、連結部に金属製の板状部材やボルト／ナットやピン等の使用も可能である。
【００３０】
上記のようなＦＲＰ製三次元構造体１０(場合によっては、ＦＲＰ製三次元構造体１０の構成要素であるＦＲＰ製三次元ユニット１)を、少なくとも３つ、枠体を形成するように接続することにより、例えば図２に示すようなＦＲＰ製組立構造体１１を構成できる。図示例では、平面的に見て三角形の枠体を形成するように３つのＦＲＰ製三次元構造体１０が接続されているが、ＦＲＰ製組立構造体の構成は、側面的に見て枠体を形成するように行われてもよく、立体的に見て枠体を形成するように行われてもよい。また、図２に示したようなＦＲＰ製組立構造体１１の各接続部においては、剛接、柔接のいずれも可能である。大型になっても極力剛体構造であることが望まれる場合には適宜剛接すればよく、大型になったために局部的に応力を解放して全体として大きな外力やモーメントを支えなくてもよい構造が望まれる場合には適宜柔接すればよい。
【００３１】
上記のようなＦＲＰ製組立構造体１１を複数連接することにより、より一層大型のＦＲＰ製構築体１２の構成が可能になる。ＦＲＰ製組立構造体１１の連接は、例えばＸ−Ｘ方向やＹ−Ｙ方向、さらにはこれら両方向に行うことが可能であり、場合によっては、縦型姿勢のＦＲＰ製組立構造体１１も加えて、立体的に連接することも可能である。例えば、後述の図７に示すようなＦＲＰ製組立構造体、さらにはそれに類似するＦＲＰ製組立構造体を構造要素として複数用い、それらを平面的に、または／および、立体的に、任意に組み合わせて連接し、所望の大型ＦＲＰ製構築体を構成することが可能である。図２に示した例では、複数のＦＲＰ製組立構造体１１がＸ−Ｘ方向とＹ−Ｙ方向に連接され、平面的に見て巨大な大型ＦＲＰ製構築体１２が構成される場合を示している。この場合にも、各連接部においては、剛接、柔接のいずれも可能である。前述したのと同様、各連接部においては、大型になっても極力剛体構造の構築体であることが望まれる場合には適宜剛接すればよく、大型になったために局部的に応力を解放して全体として大きな外力やモーメントを支えなくてもよい構造の大型ＦＲＰ製構築体が望まれる場合には適宜柔接すればよい。
【００３２】
上記のような大型ＦＲＰ製構築体１２(場合によっては、大型ＦＲＰ製構築体１２の構成要素であるＦＲＰ製組立構造体１１)は、例えば、大型の海洋構造物や、大型の建物や橋梁の骨格に展開可能である。
【００３３】
図３、図４は、ＦＲＰ製組立構造体１１が複数Ｘ−Ｘ方向とＹ−Ｙ方向に連接されたＦＲＰ製構築体１２を用いて大型の海洋構造物２１を構成する場合を例示している。図示例では、ＦＲＰ製組立構造体１１が複数Ｘ−Ｘ方向とＹ−Ｙ方向に連接された構成例を示しているが、前述したように、必要に応じて任意の立体的な連接、構成も可能である。図３、図４に示した例では、大型ＦＲＰ製構築体１２が、より詳しくは各ＦＲＰ製組立構造体１１が、上下方向に水面２２を含む位置に配置され、各ＦＲＰ製組立構造体１１の下部側に、より詳しくはＦＲＰ製組立構造体１１を構成する各ＦＲＰ製三次元構造体１０の下部側に、全体が水中に位置する浮力体２３が配置されている。各浮力体２３は、本例ではＦＲＰ製の密封中空体に形成されており、大きな浮力を発生させて大型ＦＲＰ製構築体１２の上部を水上の位置に保つことができるようになっている。なお、図示例では、各浮力体２３は、一本物の均一な太さのものとして示してあるが、必要に応じて（例えば、搭載物に応じて）、異なった、あるいは同一の太さの分割形式のものに構成してもよい。また、図示例では、各浮力体２３は各ＦＲＰ製三次元構造体１０の真下に配置されているが、他の構成も可能である。例えば、浮力体を各ＦＲＰ製三次元構造体１０や各ＦＲＰ製組立構造体１１の下部内に抱き込む構成や、浮力体よりも下方に位置する部材を吊り上げるようにした構成の採用、これらの構成を任意に組み合わせた構成の採用も可能である。このような構成の採用により、流体から受ける力の抑制を図ることが可能になる。
【００３４】
上記のような海洋構造物２１においては、複数のＦＲＰ製棒状部材が三次元的に組織されたＦＲＰ製三次元ユニットを用いて構成されたＦＲＰ製組立構造体１１または図２に示したような大型ＦＲＰ製構築体１２が、上下方向に水面２２を含む位置に配置されるので、この水面２２を含む位置では貫通開口が形成されることになり、この部分では海水が実質的に自由に通過できるようになって、基本的に海水からは大きな力を受けなくて済むことになる。その結果、海洋構造物２１においては、たとえ部分的に柔接部があったとしても、海洋構造物２１全体として必要な形態を保つことが可能になり、極めて大型の海洋構造物２１であっても、構築が可能になる。そして、全体が水中に位置する浮力体２３が設けられていることにより、その大きな浮力によって、海洋構造物２１の上面位置を水面２２の上方の適切な高さに保つことが可能になる。したがって、図３に示した海洋構造物２１の上面上には、相当な重量物の搭載が可能になり、種々の用途展開をはかることが可能になる。
【００３５】
図５は、図２に示したのとは異なる形状のＦＲＰ製組立構造体３１が複数一方向に連接されて、トラス構造を有する大型ＦＲＰ製構築体３２が構成されている。この大型ＦＲＰ製構築体３２のＡ部やＢ部は、例えば図６に示すように、図１に示したようなＦＲＰ製三次元ユニット１を一列あるいは複数列で一方向に連接することによって構成できる。この場合、種々の形態のＦＲＰ製三次元ユニットを用いてＦＲＰ製組立構造体を構成することができるが、それについては後述の図７を用いて例示する。
【００３６】
上記のような大型ＦＲＰ製構築体３２も極めて大型あるいは長尺のものに構成可能であり、軽量でありながら極めて高い剛性を発現可能である。したがって、大型ＦＲＰ製構築体３２は、大型の構造物の構築、例えば、大型建築物の屋根のフレーム構造体や、浮体橋の骨格や鉄道橋あるいは道路橋の骨格の構築に用いることが可能である。
【００３７】
また、本発明におけるＦＲＰ製三次元ユニット、ＦＲＰ製三次元構造体、ＦＲＰ製組立構造体、大型ＦＲＰ製構築体は、上述した構造例以外にも各種の形態、形状を採り得る。前述のＦＲＰ製三次元ユニット１は、矩形の骨組みを基本に形成されていたが、他の形状、とくに三角形の骨組みを基本に形成してもよい。例えば図７に、三角形の骨組みを基本に形成されたＦＲＰ製三次元ユニット４１を用いて構成したＦＲＰ製組立構造体４２（またはＦＲＰ製三次元構造体）を例示する。三角形のＦＲＰ製三次元ユニット４１を用いることにより、ＦＲＰ製組立構造体４２を少なくとも部分的にトラス構造に構成でき、高い剛性を有する構造物の構築が可能になる。このようなＦＲＰ製組立構造体４２を用いて、例えば図８に示すように、構造物としての建物における、大型ＦＲＰ製構築体としての大型の屋根の骨格４３を構成することが可能である。４４は、屋根の骨格４３上に設けられた表層材を示している。このように、大型の屋根の骨格４３であっても、軽量で高剛性に構築することが可能になり、各部の構成要素を連接して構築できるので、工事の容易化を図ることができるとともに、コスト、工数の低減も可能になる。
【００３８】
また、図９に示すように、三角形形状のＦＲＰ製三次元ユニット５１と他の形状のＦＲＰ製三次元ユニットを適切に組み合わせることにより、必要な部位がトラス構造に構成された大型の橋梁の骨格５２を構成することが可能である。この場合にも、大型の橋梁の骨格５２であっても、軽量で高剛性に構築することが可能になり、各部の構成要素を連接して構築できるので、工事の容易化をはかることができるとともに、コスト、工数の低減も可能になる。この様に工事費が大幅に低減することから、図３で示した海洋構造物の適用も拡がり、図１０に示す様な海洋構造物２１の上に各種建築物５５、５６、５７が設置された大規模浮体建築物ファームが可能となる。
【００３９】
上述したような海洋構造物２１や大型ＦＲＰ製構築体３２、４３、５２は、現場にて、適切な大きさのＦＲＰ製ユニット単位で作製したものを順次接合していくことで構築可能である。各ユニットはＦＲＰ製で軽量であるから、大型のあるいは専用の重機を使用することなく極めて容易にかつ安価に接合することが可能になり、最終的な構築物が大型のものであっても、総合的にみて従来の金属製海洋構造物よりも安価な工事費の達成が可能である。海洋構造物２１や大型ＦＲＰ製構築体３２の主要素材がＦＲＰであるので、長期間安定して性能を維持することが可能であり、メンテナンス費用の削減も可能である。
【００４０】
このような本発明に係る大型の構造物は、上記のような海洋構造物２１やＦＲＰ製構築体３２、４３、５２以外にも、防災基地、浮体橋、各種水上建造物搭載用の基盤や基地、各種港湾施設、洋上滑走路等への適用を図ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、軽量化、高い力学特性、工事費・設備費低減、長寿命化等が望まれるあらゆる大型、大規模の各種構造体や構造物に適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１、４１、５１  ＦＲＰ製三次元ユニット
２  節点部
３  ＦＲＰ製棒状部材
１０  ＦＲＰ製三次元構造体
１１、４２  ＦＲＰ製組立構造体
１２  大型ＦＲＰ製構築体
２１  海洋構造物
２２  水面
２３  浮力体
３１  ＦＲＰ製組立構造体
３２  大型ＦＲＰ製構築体
４３  屋根の骨格
４４  表層材
５２  橋梁の骨格
５５、５６、５７  建築物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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