(57)【要約】      （修正有）【課題】新規の基本構造からなるチューブ架構を有する建築構造体を提供する。建築物、特に高層及び超高層の建築物において、従来よりも優れた構造的安定性と耐震性を確保できると同時に、従来のチューブ架構による建築構造体よりもさらに大きな設計上の自由度を実現する。【解決手段】六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させてメインフレームを形成した外周チューブ架構１を有し、六角形構造ユニットが、柱と、梁またはスラブの一部とを含む。具体的には六角形構造ユニットが、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した２本の斜柱を連結した２辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した外周チューブ架構を有することを特徴とする建築構造体。
【請求項２】
前記六角形構造ユニットが、柱と、梁とを含むことを特徴とする請求項１に記載の建築構造体。
【請求項３】
前記六角形構造ユニットが、柱と、スラブの一部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の建築構造体。
【請求項４】
前記六角形構造ユニットが、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した２本の斜柱を連結した２辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置したことを特徴とする請求項１に記載の建築構造体。
【請求項５】
前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項６】
前記スラブ間を４層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする請求項５に記載の建築構造体。
【請求項７】
前記六角形構造ユニットの高さの２分の１と同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項８】
前記スラブ間を２層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする請求項７に記載の建築構造体。
【請求項９】
前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けた部分と、前記六角形構造ユニットの高さの２分の１と同間隔にて複数のメインフレームとしてのスラブを設けた部分とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１０】
前記外周チューブ架構の内側に鉛直方向に延在する、メインフレームとしての１または複数の中柱を設けることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１１】
前記外周チューブ架構の内側において、第２六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した１または複数の内部チューブ架構を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１２】
前記第２六角形構造ユニットの高さが前記六角形構造ユニットの高さの２分の１であることを特徴とする請求項１１に記載の建築構造体。
【請求項１３】
前記外周チューブ架構と前記内部チューブ架構とがメインフレームとしてのスラブまたは梁を介して結合されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の建築構造体。
【請求項１４】
前記内部チューブ架構の内側にメインフレームとしてのスラブを設けることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１５】
前記内部チューブ架構の内側をボイドとすることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１６】
前記メインフレームとしてのスラブを設ける場合、該スラブがフラットスラブまたは梁付きスラブであることを特徴とする請求項３〜１５のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１７】
前記外周チューブ架構の頂部にて複数の五角形構造ユニットを挿入したドーム形状部を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１８】
前記外周チューブ架構の軸方向の一部において、複数の五角形構造ユニットを挿入したチューブ幅員移行部を有し、前記チューブ幅員移行部の上方部分における前記外周チューブ架構の幅員が下方部分における該外周チューブ架構の幅員より小さいことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１９】
請求項１〜１８に記載の建築構造体を複数用いて構成され、隣接する２つの建築構造体同士が、各々の外周チューブ架構における一部の前記六角形構造ユニットを共有することにより結合したことを特徴とする拡大建築構造体。
【請求項２０】
請求項１〜１８に記載の建築構造体を複数用いて構成され、互いに間隔を空けて配置した複数の前記建築構造体をメインフレームとしての梁またはスラブにより結合したことを特徴とする拡大建築構造体。
【請求項２１】
Ｘ状またはΛ状に結合された２つの斜形外周チューブ架構を有し、２つの前記斜形外周チューブ架構の各々が、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成したことを特徴とする建築構造体。
【請求項２２】
前記２つの斜形外周チューブ架構の各々の内側において、第２六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した斜形内部チューブ架構をそれぞれ設けることを特徴とする請求項２１に記載の建築構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造体に関し、特にチューブ架構を有する構造躯体ないしはスケルトンの構造に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来、高層または超高層の建築構造体としては柱と梁を３次元格子状に組み合わせた純ラーメン架構が一般的であったが、全ての柱間に梁があるため内部設計に制約が多いという欠点があった。これに対し、建築物の外周に連続的に配置した柱とそれをつなぐ梁で構成されるチューブ架構は、内部に柱や梁のない空間を確保できるため、設計上の自由度が大きいという利点がある。また、建築物全体がチューブ状に変形することにより耐震性、耐風圧性にも優れるとされている。
【０００３】
特許文献１では、中央部に共用ゾーンが、外周に住戸ゾーンが形成され、住戸ゾーンの外周に配置された外周柱とその間の外周梁とからなる四角形格子の一般ラーメン構造をもつ外周チューブ架構を形成し、共用ゾーンには内周柱とその間の内周梁とからなる一般ラーメン構造をもつ内周チューブ架構を有する、いわゆるダブルチューブ構造が開示されている。
【０００４】
特許文献２もまた、一般ラーメン架構である外周架構と内部架構とを有するダブルチューブ構造を開示している。
【０００５】
特許文献３では、垂直な柱と水平な梁からなる一般ラーメン構造の格子内に交差するブレースを設けた外周チューブ架構を有する建築物を開示するが、この外周チューブ架構は、従来の純ラーメン架構と同様の耐力、剛性を確保するために内部にスラブ状のダイヤフラムを設けている。
【０００６】
なお、従来、六角形格子を連結したハニカム構造は強固な構造として知られており、建築物の種々の箇所または建築部材として利用されている（特許文献４、５等）が、チューブ架構への適用としては、例えば特許文献６に示すように水平面内で六角形格子を連結してハニカム構造を形成し、鉛直方向に直柱を介して積層した構造が知られている。
【０００７】
また、非特許文献１には、曲面表層にハニカム状のスティール部材を設け、内部を柱で支持した建築物が提示されている。もっともこの建築物の表層におけるハニカム状のスティール部材は、同形の六角形格子を均等バランスで連結したものではなく、格子の各辺も一般的な線状部材（柱、梁等）ではない。
【特許文献１】特開２００２−３１７５６５号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１０５６号公報
【特許文献３】特開平７−１９７５３５号公報
【特許文献４】特開平９−４１３０号公報
【特許文献５】特開平１０−１８４３１号公報
【特許文献６】特開平９−６０３０１号公報
【非特許文献１】「グラウンド・ゼロ再生への始動ニューヨークWTC跡地建築コンペティション選集」スザンヌ・スティーブンス著、下山裕子訳、２００４年１２月１日発行、発行所株式会社エクスナレッジ、p.137
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のチューブ架構の基本構造は、垂直な柱（直柱）と水平な梁とからなる四角形格子を結合させた一般ラーメン構造である。そして、特に高層や超高層の建築物において一定の構造的安定性と耐震性を確保するためには、単に外周チューブ架構のみでは不十分であることが多く、そのために外周チューブ架構及び／または内部チューブ架構の柱を一定以上の密度で配置したり、内部チューブ架構を設けたり、外周チューブ架構と内部チューブ架構とをフラットスラブや特定の梁で結合したり、外周チューブ架構内にさらにサブフレームを組み込んだり、複数の外周チューブ架構同士を連結したり等の種々の構造的な制約が必須となる場合がほとんどであった。
例えば、特許文献１及び２では、少なくともダブルチューブ架構とすることが必須であり、特許文献３では、水平なスラブ状のダイヤフラムを内部に設けることが必須である。
【０００９】
このように、チューブ架構の基本構造として直柱と水平梁とからなる一般ラーメン構造を構造ユニットとして採用する限り、特に高層または超高層となるほど、構造上の強度を確保するために種々の制約が必要となり、チューブ架構の利点である設計上の自由度が損なわれることとなっていた。
【００１０】
また、ハニカム構造のチューブ架構への適用のほとんどは特許文献６のように水平面内にハニカム構造を設け鉛直方向には直柱を介して積層するものであり、少なくとも鉛直荷重については一般ラーメン架構と同様に直柱で支持している。
また、非特許文献１では表層にハニカム状のスティール部材を設けているが、内部に支持柱を必要としており、表層のみで全体を支持するものではない。
【００１１】
以上の現状に鑑み本発明は、従来のチューブ架構の基本構造とは全く異なる新規の基本構造からなるチューブ架構を有する建築構造体を提供することを目的とする。本発明は、建築構造体において、特に高層及び超高層に適用される建築構造体において、外周チューブ架構のみにより従来よりも優れた構造的安定性と耐震性を確保できると同時に、従来のチューブ架構による建築構造体よりもさらに大きな設計上の自由度を実現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べく本発明は、以下の構成を提供する。
（１）請求項１に係る建築構造体は、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した外周チューブ架構を有することを特徴とする。
【００１３】
（２）請求項２に係る建築構造体は、請求項１において、前記六角形構造ユニットが、柱と、梁とを含むことを特徴とする。
【００１４】
（３）請求項３に係る建築構造体は、請求項１において、前記六角形構造ユニットが、柱と、スラブの一部とを含むことを特徴とする。
【００１５】
（４）請求項４に係る建築構造体は、請求項１において、前記六角形構造ユニットが、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した２本の斜柱を連結した２辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置したことを特徴とする。
【００１６】
（５）請求項５に係る建築構造体は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする。
【００１７】
（６）請求項６に係る建築構造体は、請求項５において、前記スラブ間を４層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする。
【００１８】
（７）請求項７に係る建築構造体は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記六角形構造ユニットの高さの２分の１と同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする。
【００１９】
（８）請求項８に係る建築構造体は、請求項７において、前記スラブ間を２層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする。
【００２０】
（９）請求項９に係る建築構造体は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて複数のメインフレームとしてのスラブを設けた部分と、前記六角形構造ユニットの高さの２分の１と同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けた部分とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の建築構造体。
【００２１】
（１０）請求項１０に係る建築構造体は、請求項１〜９のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の内側に鉛直方向に延在する、メインフレームとしての１または複数の中柱を設けることを特徴とする。
【００２２】
（１１）請求項１１に係る建築構造体は、請求項１〜１０のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の内側において、第２六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した１または複数の内部チューブ架構を有することを特徴とする。
【００２３】
（１２）請求項１２に係る建築構造体は、請求項１１において、前記第２六角形構造ユニットの高さが前記六角形構造ユニットの高さの２分の１であることを特徴とする。
【００２４】
（１３）請求項１３に係る建築構造体は、請求項１１または１２において、前記外周チューブ架構と前記内部チューブ架構とがメインフレームとしてのスラブまたは梁を介して結合されていることを特徴とする。
【００２５】
（１４）請求項１４に係る建築構造体は、請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記内部チューブ架構の内側にメインフレームとしてのスラブを設けることを特徴とする。
【００２６】
（１５）請求項１５に係る建築構造体は、請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記内部チューブ架構の内側をボイドとすることを特徴とする。
【００２７】
（１６）請求項１６に係る建築構造体は、請求項３〜１５のいずれかにおいて、前記メインフレームとしてのスラブを設ける場合、該スラブがフラットスラブまたは梁付きスラブであることを特徴とする。
【００２８】
（１７）請求項１７に係る建築構造体は、請求項１〜１６のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の頂部にて複数の五角形構造ユニットを挿入したドーム形状部を有することを特徴とする。
【００２９】
（１８）請求項１８に係る建築構造体は、請求項１〜１７のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の軸方向の一部において、複数の五角形構造ユニットを挿入したチューブ幅員移行部を有し、前記チューブ幅員移行部の上方部分における前記外周チューブ架構の幅員が下方部分における該外周チューブ架構の幅員より小さいことを特徴とする。
【００３０】
（１９）請求項１９に係る拡大建築構造体は、請求項１〜１８に記載の建築構造体を複数用いて構成され、隣接する２つの建築構造体同士が、各々の外周チューブ架構における一部の前記六角形構造ユニットを共有することにより結合したことを特徴とする。
【００３１】
（２０）請求項２０に係る拡大建築構造体は、請求項１〜１８に記載の建築構造体を複数用いて構成され、互いに間隔を空けて配置した複数の前記建築構造体をメインフレームとしての梁またはスラブにより結合したことを特徴とする。
【００３２】
（２１）請求項２１に係る建築構造体は、Ｘ状またはΛ状に結合された２つの斜形外周チューブ架構を有し、２つの前記斜形外周チューブ架構の各々が、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成したことを特徴とする。
【００３３】
（２２）請求項２２に係る建築構造体は、請求項２１において、２つの斜形外周チューブ架構の各々の内側において、第２六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した斜形内部チューブ架構をそれぞれ設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
・請求項１〜４に係る基本構造をもつ建築構造体では、メインフレームである外周チューブ架構が、六角形構造ユニットをハニカム状すなわち蜂の巣状に剛接合することにより形成される。メインフレームは構造躯体の主要部を構成しており、構造耐力上主要な部分である。各六角形構造ユニットは六角形格子形状であり、これらがハニカム状に剛接合する場合、六角形格子の各辺は隣接する六角形格子の各辺と共有されることとなる。そして、ハニカム状に剛接合させたものの全体を筒形状とすることにより、極めて強固なチューブ架構を実現することができる。六角形構造ユニットの各辺は、メインフレームの部材で構成され、例えば柱、梁、またはスラブの一部である。
このように、本発明の六角形構造ユニットからなる外周チューブ架構は、梁（またはスラブの一部）が水平方向に連続しておらず、柱も全てジグザグに連続する斜柱で構成されている点で従来の一般ラーメン構造のチューブ架構とは全く異なる構成である。
また、本発明の六角形構造ユニットからなる外周チューブ架構は、チューブ架構の周面をハニカム構造で形成している点で、従来の水平面内にハニカム構造を設け鉛直方向には直柱を介して積層した六角形チューブ架構とも全く異なる構成である。
【００３５】
本発明による建築構造体では、外周チューブ架構のみによって高層及び超高層のメインフレームとし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可能となる。すなわち、前述の従来技術におけるようにダブルチューブとしたり、スラブ状のダイヤフラムを内部に設けたり、内部に支持柱を設けたりする必要がない。これにより、部材量を低減することができ、工期も短縮でき、かつ自由な内部空間を確保できる。なお、このような六角形構造ユニットのハニカム状結合構造は、技術分野は全く異なるが、ナノテクノロジー分野におけるカーボンナノチューブの炭素同士の強固な結合構造と本質的に共通する点がある。カーボンナノチューブは炭素原子が六角形のハニカム状に結合し全体が筒状となった構造であり、極めて曲げや引っ張りに強く安定であるいわれている。
【００３６】
本発明による建築構造体は、チューブ構造であることによりいずれの方向からの水平負荷に対しても大きな支持力を発揮することができる。また、六角形構造ユニットからなる外周チューブ架構における全ての柱と梁（またはスラブの一部）の結合がバランス的に安定している。この結果、負荷力により柱と梁（またはスラブの一部）の結節点において生じる応力が、一般ラーメン構造からなる外周チューブ架構における応力に比べて小さくなる。これは、曲げ応力の一部が部材（斜柱や梁等）の軸力に変換されて伝わるためである。そして、一般的なＲＣ等の部材は圧縮力に対して強いため、軸力を支持することに関して有利である。
【００３７】
構造解析の結果からも、本発明のハニカム状に剛接合した六角形構造ユニットからなる外周チューブ架構は、従来の直柱と水平梁による一般ラーメン構造からなる外周チューブ架構に比べて、同じ水平負荷に対する変形が小さいことが確認された。このことは、言い換えるならば、同じ変形を生じさせる水平負荷に対し、従来の外周チューブ架構に比べて細い柱及び梁を使用できることを意味する。この結果、構造体総量を低減できコスト削減できる。
【００３８】
同じく構造解析の結果から、水平負荷に対する六角形構造ユニットの各辺に作用する曲げモーメントについても、従来の直柱と水平梁による一般ラーメン構造からなる外周チューブ架構におけるそれよりも小さく、負担が軽減されることが確認された。このことは、言い換えるならば、同じ曲げモーメントを生じる場合、従来の外周チューブ架構に比べて細い柱及び梁を使用できることを意味する。この結果、構造体総量を低減できコスト削減できる。
【００３９】
さらに、六角形構造ユニットの左右両辺に２本ずつ存在する斜柱は、鉛直方向に沿ってジグザグ形状に連結されることになり、いわば柱とブレースの両方の役割を同時に果たすことから、長期鉛直荷重を支持するだけでなく、水平方向等の鉛直方向以外の短期外力負荷をも効果的に支持することができる。
【００４０】
また、外周チューブ架構の面上における構成部材のすべての部位が線材構造体であるため、開口を設けやすい。
【００４１】
基本的に同一形状の多数の六角形構造ユニットからなる構造であるので、すべての柱と梁の大きさ及び形状を１種類または数種類に統一することができるため、施工性の向上と短工期化、コスト削減をはかることができる。
【００４２】
六角形構造ユニットを予めユニット化してプレキャストコンクリートとしたプレストレストコンクリート構造とし、施工性の向上と短工期化、コスト削減をはかることができる。
【００４３】
六角形構造ユニットからなるハニカム構造を外周チューブ架構として用いることは、建築物の美的外観にも寄与する。
【００４４】
・請求項５では、六角形構造ユニットの高さと同間隔にメインフレームとしての複数のスラブを設ける。また、請求項７では、六角形構造ユニットの高さの２分の１と同間隔にメインフレームとしての複数のスラブを設ける。メインフレームとしてのスラブを設けることにより、建築構造体全体の強度向上を実現できる。この結果、外周チューブ架構の負担を軽減することができ、外周チューブ架構の柱や梁の大きさを適宜細くすることも可能となる。このように、外周チューブ架構に加えてさらに他のメインフレーム要素を追加した場合は、それぞれの負担割合を設計により調整でき、また使用する部材の大きさ等を調整できる。
【００４５】
・請求項６では、スラブ間を４層に区画するサブフレームを設ける。また、請求項８では、スラブ間を２層に区画するサブフレームを設ける。サブフレームもまた構造躯体の一部であるが、主として各層を支持するものであり建築構造体全体の耐震性と耐風圧性を負担する必要はない。従って、メインフレームであるスラブ間の任意の位置にサブフレームを接合したり、分離したりすることができるため、平面的及び立体的な空間の自由度が大きい。
【００４６】
六角形構造ユニットの高さを建築物４層分の階高とする場合は、実際には２層ごとに 梁が交互に設けられることになる（鉛直方向に結合した複数の六角形構造ユニットの列は、それに隣接する列に対してユニット高さの２分の１だけずれているため）。このため、メインフレームにおいては２層または４層の空間を形成することが容易である。
【００４７】
・請求項９では、六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けた部分と、六角形構造ユニットの高さの２分の１と同間隔にて複数のメインフレームとしてのスラブを設けた部分とを混在させる。この場合、請求項５〜８について述べたことと同様の効果を奏することに加えて、内部設計のバリエーションがさらに大きいという利点がある。
【００４８】
・請求項１０では、外周チューブ架構の内側に鉛直方向に延在する、メインフレームとしての１または複数の中柱を設けることにより、建築構造体の強度向上を実現できる。特に長期鉛直荷重に対する強度を強化することができる。この結果、外周チューブ架構の負担を軽減することができ、外周チューブ架構の柱や梁の大きさを適宜細くすることも可能となる。
【００４９】
・請求項１１では、外周チューブ架構の内側において、第２六角形構造ユニットからなる１または複数の内部チューブ架構を設けたことにより、ダブルチューブ架構となる。内部チューブ架構は外周チューブ架構と同様に、第２六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させ形成するので極めて強固である。但し、六角形構造ユニットと第２六角形構造ユニットは必ずしも同形状ではない。内部チューブ架構を設けることは、建築構造体の強度向上に大きく寄与する。この結果、外周チューブ架構の負担を軽減することができ、外周チューブ架構の柱や梁の大きさを適宜細くすることも可能となる。
【００５０】
・請求項１２では、内部チューブ架構の第２六角形構造ユニットの高さが外周チューブ架構の六角形構造ユニットの高さの２分の１である。第２六角形構造ユニット高さを小さくすることにより、対応する各辺の斜柱も短くなるため曲げや引っ張りに対してさらに強固になる。また、鉛直方向における六角形構造ユニットと第２六角形構造ユニットとの整合位置（下辺または上辺が同じ水平位置にある）において、双方を結合するためのスラブや梁を設けやすい。
【００５１】
・請求項１３では、外周チューブ架構と内部チューブ架構とがメインフレームとしてのスラブまたは梁を介して結合されていることにより、建築構造体全体の強度向上を実現できる。
【００５２】
・請求項１４では、内部チューブ架構の内側にメインフレームとしてのスラブを設けることにより、内部チューブ架構がさらに強固なものとなる。
【００５３】
・請求項１５では、内部チューブ架構の内側をボイド（中空）とすることにより、様々な構成要素を組み込むことができる。例えば、エレベーターや共用設備配管スペース、階段、吹き抜けなどの設置に大きな自由度がある。なお、本発明の建築構造体は、外周チューブ架構のみで全体を支持可能であるので、コア部分（内部チューブ架構）内部の空間自由度が大きい。
【００５４】
・請求項１６では、メインフレームとしてのスラブがフラットスラブまたは梁付きスラブのいずれでもよい。フラットスラブは住戸内に梁がないという利点があり、梁付きスラブはスラブ厚を薄くできる利点がある。
【００５５】
・請求項１７では、外周チューブ架構の頂部にて複数の五角形構造ユニットを挿入したドーム形状部を有することにより、建築物の頂部を丸みのあるドーム形状で閉じることが可能となる。デザイン上のバリエーションを豊富にすることができる。また、挿入される五角形構造ユニットの部分は、悪影響を及ぼすような歪みや応力を生じることなく他の六角形構造ユニットの部分と結合されるため、構造的な強度にも問題を生じない。
【００５６】
・請求項１８では、外周チューブ架構の軸方向の一部において、複数の五角形構造ユニットを挿入したチューブ幅員移行部を有することにより、外周チューブ架構の幅員を下方から上方へ向かって縮小させることができる。例えば、高層または超高層の建築物において上層部分からの負荷を軽減するために、チューブ幅員移行部を設けて上層部分を縮小させることが有用である。デザイン上のバリエーションを豊富にもできる。外周チューブ架構の幅員は、平面形状が円形のチューブの場合は直径に相当し、平面形状が多角形のチューブの場合は平均直径や差し渡し長さに相当する。また、挿入される五角形構造ユニットの部分は、悪影響を及ぼすような歪みや応力を生じることなく他の六角形構造ユニットの部分と結合されるため、構造的な強度にも問題を生じない。
【００５７】
・請求項１９では、請求項１〜１８に記載の建築構造体を複数用いて構成される拡大建築構造体である。各々の建築構造体が前述の通りの構造的強度を有することに加えて、互いに外周チューブ架構の一部を共有して結合されることにより、拡大建築構造体全体が水平負荷による曲げや捻れによる変形に対して強固な、耐震性、耐風圧性を有する構造となる。
【００５８】
・請求項２０では、請求項１〜１８に記載の建築構造体を複数用いて構成される拡大建築構造体である。各々の建築構造体が前述の通りの構造的強度を有することに加えて、互いにメインフレームとしての梁またはスラブにより結合されることにより、拡大建築構造体全体が水平負荷による曲げや捻れによる変形に対して強固な、耐震性、耐風圧性を有する構造となる。
【００５９】
・請求項２１では、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合してそれぞれ形成された２つの斜形外周チューブ架構がＸ状またはΛ状に結合されているため、水平負荷による曲げや捻れによる変形に対して強固な、耐震性及び耐風圧性を有する構造となる。
【００６０】
・請求項２２では、Ｘ状またはΛ状に結合された２つの斜形外周チューブ架構の各々の内側において、第２六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させ形成されるメインフレームとしての斜形内部チューブ架構をそれぞれ設けることにより、構造的な強度を向上させることができる。さらに、斜形内部チューブ架構同士を隣接させて直接結合したり、スラブや梁を介して結合したりできる。また、それぞれの内部チューブ架構の内側にエレベーターや共用設備配管等の多様な構成要素を組み込むこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明による建築構造体の基本形態を示す図である。図１Ａは外観斜視図であり、図１Ｂは部分拡大図であり、図１Ｃは平面図である。
【００６２】
図１Ａは、建築構造体のメインフレームである外周チューブ架構１である。外周チューブ架構１は、６つの辺から構成される六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させることにより形成された筒体すなわちチューブ形状を有する。チューブの軸は鉛直方向に沿って延びている。メインフレームは、構造躯体の主要部であり、構造耐力上主要な部分である。六角形構造ユニットの各辺はメインフレームの構成要素であり、柱、梁、またはスラブの一部である。図示の例では、六角形構造ユニットの各辺が全て柱と梁で構成されている。また、図示の例では、筒体が角筒であるが円筒でもよい。
【００６３】
なお、本発明による建築構造体は、外周チューブ架構１の全体がハニカム状に剛接合した六角形構造ユニットから形成される形態が基本であるが、本発明の主旨に沿う限りにおいて、また構造力学上許容される限りにおいて、外周チューブ架構１の一部に六角形構造ユニット以外の構造を組み込んだ場合も本発明の範疇に含まれるものとする。
【００６４】
図１Ｂは、図１Ａの外周チューブ架構１の一部を拡大して示している。１つの六角形構造ユニット１０は、下辺１１、上辺１２、左下辺１３、左上辺１４、右下辺１５、右上辺１６の６つの辺にメインフレームを構成する部材を配置し、結合させることにより六角形の格子を形成している。さらに、１つの六角形構造ユニット１０はその周囲を６個の同形状の六角形構造ユニットにより囲まれており、各辺をそれぞれ隣接する六角形構造ユニットと共有している。なお、鉛直方向Ｇに沿って結合された複数の六角形構造ユニット１０からなるａ列と、ａ列の隣に位置して同じく鉛直方向Ｇに沿って結合された複数の六角形構造ユニットからなるｂ列とは、六角形構造ユニットの高さの２分の１の長さだけ互い違いにずれた位置にある。そして、チューブの周方向に沿ってａ列とｂ列が交互に存在する。
【００６５】
六角形構造ユニット１０は左右対称形状であり、例えば右辺についてはそれぞれ鉛直方向Ｇに対して互いに逆向きに傾斜した２本の斜柱である右下辺１５と右上辺１６を連結し配置させている。右下辺１５は鉛直方向Ｇに対して角度−αだけ傾斜しており、右上辺１６は鉛直方向Ｇに対して角度αだけ傾斜している。左辺を構成する左下辺１３と左上辺１４についても同様に傾斜した斜柱である。
【００６６】
図１Ｃに示すように図示の例では、外周チューブ架構１の平面形状がほぼ四角形である。平面形状の四隅にそれぞれ配置された六角形構造ユニット１０の面が四角形の頂点の方向に向いているため、平面形状の四隅が切り欠かれた形状となっている。外周チューブ架構１の平面形状は、円形または任意の多角形のいずれでもよく、また凹部を含む形状でもよい。
【００６７】
六角形構造ユニット１０の各辺は、柱と梁とを用いて構成できる。左下辺１３、左上辺１４、右下辺１５及び右上辺１６の４つの辺は上記の通り斜柱であり、下辺１１と上辺１２については梁、またはスラブの一部とする。柱同士、柱と梁、柱とスラブの一部との接合は剛接合であり、この接合には公知の種々の手段を用いることができる。
【００６８】
下辺１１と上辺１２は、双方とも梁でもよく、双方ともスラブの一部でもよく、あるいは一方が梁で他方がスラブの一部でもよい。「スラブの一部」とは、例えば、スラブの端部である（後述する図４参照）。あるいは、スラブが片持ち梁状に外周チューブ架構１から突出する場合はその突出部分の基部である。
【００６９】
メインフレームとして用いるスラブは、フラットスラブまたは梁付きスラブのいずれでもよい。後述する他の実施形態においても同様である。梁がないフラットスラブは、空間の自由度を制約されない点で好適である。
【００７０】
なお、六角形構造ユニット１０のスケールについては様々に設定することができる。例えば、六角形構造ユニット１０の高さを建築物１層分の階高とすることもできるが、建築物２層分あるいは４層分の階高とすることが空間の自由度が大きくなる点で好適である。なお、六角形構造ユニット１０は、必ずしも正六角形でなくともよいが、左右に配置される４辺の各々は同じ長さとし、また、上辺と下辺も同じ長さとする。
【００７１】
図２Ａ〜図２Ｄは、本発明と従来技術に対応する２つの構造モデル比較の結果を示す。これらを参照しつつ、図１Ａに示した外周チューブ架構を有する本発明による建築構造体の構造特性を説明する。図２Ａは、本発明と従来技術とを比較するための構造解析の条件説明図であり、図２Ｂは、水平負荷に対する変形比較の結果を示す図であり、図２Ｃは、変形に関連する部材比較の結果を示す図であり、図２Ｄは水平負荷に対する応力比較の結果を示す図である。
【００７２】
一般に柱など（梁やスラブの一部を含む）が外周部に多数バランスよく立設されているチューブ架構は構造安定性が高く、耐震性と耐風圧性に優れている。本発明による建築構造体は、従来のチューブ架構の特性を備えるだけでなく、次の効果を奏するものである。すなわち、すべての柱が斜柱であってそれらが上下方向に連結していることにより、長期鉛直荷重を支持するだけでなく水平等の短期外力負荷をも効果的に支持することができる。つまり、斜柱はいわば柱とブレースの両方の役割を同時に果たしている。
【００７３】
そして、六角形構造ユニットによる外周チューブ架構では、負荷力により柱と梁（またはスラブの一部）において生じる曲げモーメントの応力が、垂直柱と水平梁からなる一般ラーメン構造のチューブ架構よりも小さくなる。
【００７４】
図２Ａにおいて、(Ａ)が本発明の六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合して形成される外周チューブ架構の構造モデルである「六角チューブ架構」であり、(Ｂ)が垂直柱と水平梁からなる一般ラーメン構造モデルである「直柱チューブ架構」である。
六角チューブ架構と直柱チューブ架構とは、構造モデル全体の平面形状（外周部５２．３m）及び平面寸法（面積１９３．１m２）、高さ寸法（６m×５層＝３０m）の条件を同一としており、柱と梁の交点数を同じとした。六角チューブ架構は、直柱チューブ架構の各柱を図２Ａに示すように傾けた架構とした。
【００７５】
第１の構造解析では、図２Ｂに示すように、柱、梁共にRC‐500mm×500mmの同寸法部材とした場合の変形の比較を行った。具体的には構造一次設計に必要とされる水平力を与えて解析を行った。解析結果は、図２Ｂ中に数値で示すように、(Ｂ)の直柱チューブ架構が最大５０mmであるのに対し、(Ａ)の六角チューブ架構が最大３４mmの変形であった。従って、六角チューブ架構の方が変形量が小さく、構造強度が大きいことが裏付けられた。
【００７６】
第２の構造解析では、図２Ｃに示すように、両架構共に1/250の変形角とした場合の柱、梁部材の断面寸法の比較を行った。解析結果は、図２Ｃの下にそれぞれ記載するように、(Ｂ)の直柱チューブ架構が柱、梁共にRC‐550mm×550mmであるのに対し、(Ａ)の六角チューブ架構が柱、梁共にRC‐500mm×500mmであった。従って、ほぼ同一構造強度の場合においては、六角チューブ架構のほうが柱、梁部材の断面寸法が小さく、構造体総量を小さくできることが判明した。
【００７７】
第３の構造解析では、図２Ｄに示すように、同条件における直柱チューブ架構と、六角チューブ架構との応力の比較を行った。図２Ｄでは各チューブ架構の右側面における各柱と各梁の曲げモーメントが示されている。また、各図の右下にそれぞれ示したモーメント図に代表的な数値を示している。解析結果は、(Ｂ)の直柱チューブ架構の柱が２７７kN・m、梁が３９３kN・mであるのに対し、(Ａ)の六角チューブ架構の柱が１９０kN・m、梁が３６５kN・mであった。従って、六角チューブ架構のほうが柱、梁共に曲げモーメントすなわち応力が小さく、より小さい部材で構成可能であり構造体総量を小さくできることが判明した。
【００７８】
以上の構造解析の結果から、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合して形成される外周チューブ架構のほうが、垂直柱と水平梁からなる一般ラーメン構造のチューブ架構より構造強度が大きく、耐震性や耐風圧性により優れた建築構造体であるといえる。また、同一強度条件であれば、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合して形成される外周チューブ架構のほうが、一般ラーメン構造のチューブ架構よりも構造体総量を小さくできるため、省資材・省資源化でき、かつ構造体コストの削減が可能である。
【００７９】
なお、本発明の建築構造体は、さまざまな構造材料により建設可能で、木造、鉄骨造、ＲＣ造、ＳＲＣ造、ＣＦＴ造、プレストレストコンクリート造などとすることができる。
【００８０】
以下、図３〜図２１を参照しつつ、本発明の建築構造体の種々の実施形態を説明する。
【００８１】
図３の建築構造体は、図１Ａと同様に、柱と梁からなる外周チューブ架構１を有し、その内部に複数のスラブ２１ａ、２１ｂを設けている。鉛直方向に結合したａ列の六角形構造ユニットにおいては、下辺と上辺の梁１１ａに対してスラブ２１ａが接合されている。一方、隣接するｂ列の六角形構造ユニットにおいても下辺と上辺の梁１１ｂに対してスラブ２１ｂが接合されている。よって、ａ列のスラブ２１ａとｂ列のスラブ２１ｂとは、六角形構造ユニットの高さの２分の１の距離だけ高さ方向に離間して交互に配置されている。
【００８２】
図３では、ａ列の六角形構造ユニットの梁１１ａに接合されるスラブ２１ａの平面形状が、その端部２１ａ２がｂ列の六角形構造ユニットの面上から後退するように切り欠かれている。また、ｂ列の六角形構造ユニットの梁１１ｂに接合されるスラブ２１ｂの平面形状は、その端部２１ｂ２がａ列の六角形構造ユニットの面上から後退するように切り欠かれている。
【００８３】
図４の建築構造体は、柱と、スラブの一部とからなる外周チューブ架構２を有する。本形態では、鉛直方向に結合したａ列の六角形構造ユニットの下辺と上辺には梁がない。その替わりに、内部に設けたスラブ２１ａの端部２１ａ１が左右両側の斜柱の端部と接合されることにより、六角形構造ユニットの下辺及び上辺を構成する。一方、隣接するｂ列の六角形構造ユニットにおいても下辺と上辺には梁がない。その替わりに、内部に設けたスラブ２１ｂの端２１ｂ１が左右両側の斜柱の端部と接合されることにより六角形構造ユニットの下辺及び上辺を構成する。ａ列のスラブ２１ａとｂ列のスラブ２１ｂとは、六角形構造ユニットの高さの２分の１の距離だけ高さ方向に離間して交互に配置されている。
【００８４】
図４では、ａ列の六角形構造ユニットに接合されるスラブ２１ａの平面形状が、その端部２１ａ２がｂ列の六角形構造ユニットの面上から後退するように切り欠かれている。また、ｂ列の六角形構造ユニットに接合されるスラブ２１ｂの平面形状は、その端部２１ｂ２がａ列の六角形構造ユニットの面上から後退するように切り欠かれている。
【００８５】
図５の建築構造体は、図１Ａと同様に、柱と梁とからなる外周チューブ架構１を有し、その内部に複数のスラブ２１ａを設けている。鉛直方向に結合したａ列の六角形構造ユニットにおいては、下辺と上辺の梁１１ａに対してスラブ２１ａが接合されている。一方、隣接するｂ列の六角形構造ユニットにおいては、下辺と上辺の梁１１ｂに対してスラブが接合されていない。よって、六角形構造ユニットの高さＨが、スラブ２１ａ間の距離となる。例えば、このスラブ２１ａ間の距離が建築物の４層分であるとすると、後述するサブフレームを用いて４層に区画することができる。
なお、図５におけるスラブ２１ａは、外周チューブ架構の断面全体に設けられている。
【００８６】
図６の建築構造体は、図１Ａと同様に、柱と梁とからなる外周チューブ架構１を有し、その内部に複数のスラブ２１ａ、２１ｂを設けている。鉛直方向に結合したａ列の六角形構造ユニットにおいては、下辺と上辺の梁１１ａに対してスラブ２１ａが接合されている。一方、隣接するｂ列の六角形構造ユニットにおいても、下辺と上辺の梁１１ｂに対してスラブ２１ｂが接合されている。よって、六角形構造ユニットの高さＨの２分の１が、スラブ２１ａと２１ｂ間の距離となる。このスラブ２１ａと２１ｂ間の距離が建築物の２層分であるとすると、後述するサブフレームを用いて２層に区画することができる。
なお、図６におけるスラブ２１ａ、２１ｂは、外周チューブ架構の断面全体に設けられている。
【００８７】
図７の建築構造体は、図１Ａと同様に、柱と梁とからなる外周チューブ架構１を有し、その内部に複数のスラブ２１ａ、２１ｂを設けている。鉛直方向に結合したａ１列の六角形構造ユニットにおいては、下辺と上辺の梁１１ａに対してスラブ２１ａが接合されている。一方、隣接するｂ１列の六角形構造ユニットにおいても、下辺と上辺の梁１１ｂに対してスラブ２１ｂが接合されている。よって、六角形構造ユニットの高さＨの２分の１が、スラブ２１ａと２１ｂ間の距離となる。
【００８８】
図７では、ａ１列の六角形構造ユニットの梁１１ａに接合されるスラブ２１ａの平面形状が、その端部２１ａ２が左側のｂ１列の六角形構造ユニットの面上から後退するように適宜切り欠かれている。一方、右側のｂ２列の六角形構造ユニットではその面上にスラブ２１ａの端部２１ａ３が位置する。また、ｂ１列の六角形構造ユニットの梁１１ｂに接合されるスラブ２１ｂの平面形状は、その端部２１ｂ２が右側のａ１列の六角形構造ユニットの面上から後退するよう適宜切り欠かれている。一方、左側のａ２列の六角形構造ユニットではその面上にスラブ２１ｂの端部２１ｂ３が位置する。
スラブ２１ａ、２１ｂの平面形状をこのように形成した場合、例えば、ａ１列の六角形構造ユニットの面上では、スラブ間の距離が六角形構造ユニットの高さＨの部分と、高さＨの２分の１となる部分とが交互に現れる。
【００８９】
以上の図３〜図７に示した形態における各スラブの平面形状については、いずれも一例である。六角形構造ユニットの下辺または上辺それ自体として機能するスラブ端部についてはメインフレームの一部であるので取り除くことはできないが、それ以外の部分の平面形状については構造力学上許容される限りにおいて任意の形状とすることができる。
【００９０】
図８の建築構造体は、外周チューブ架構１の内側に鉛直方向に延在する複数の中柱６を設けている。中柱６はメインフレームの構成要素である。中柱６の数については１または複数であり限定しないが、複数配置する場合は、外周チューブ架構１の中心軸に対称に配置することが好適である。図８の建築構造体は、中柱６を除いて前述の図５に示したものと同じであり、中柱６は各スラブ２１ａを貫通して設けられ、各スラブ２１ａを支持している。スラブ２１ａ間の距離は六角形構造ユニットの高さと同じである。
【００９１】
図９の建築構造体は、外周チューブ架構１の内側に複数の中柱６を設けた別の形態である。図９の建築構造体は、中柱６を除いて前述の図６に示したものと同じであり、スラブ２１ａ間の距離は六角形構造ユニットの高さの２分の１である。
【００９２】
図１０の建築構造体は、外周チューブ架構１の内側において、第２六角形構造ユニット３０をハニカム状に剛接合させてメインフレームを形成した内部チューブ架構３を有する。第２六角形構造ユニット３０もまた、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した２本の斜柱を連結した２辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置して形成される。柱同士、柱と梁、柱とスラブの一部との接合は剛接合であり、この接合には公知の種々の手段を用いることができる。
【００９３】
なお、第２六角形構造ユニット３０は、外周チューブ架構１を構成する六角形構造ユニットと同一または相似形である必要はない。しかしながら、少なくとも第２六角形構造ユニット３０の高さが六角形構造ユニットの高さより小さいことが好ましい。図１０の例では、第２六角形構造ユニット３０の高さは、六角形構造ユニットの高さの２分の１である。さらに、第２六角形構造ユニット３０の下辺及び上辺の長さも、六角形構造ユニットのそれらより短いことが好ましい。第２六角形構造ユニット３０の各辺の長さを、六角形構造ユニットのそれよりも短くすることにより極めて強固な構造となる。これは、建築構造体を支持するコア部分として好適である。なお、内部チューブ架構３を設ける場合は、外部チューブ架構１との負荷分担を調整することにより、外部チューブ架構１のみで建築構造体を支持する場合よりもその柱や梁を小さくすることが可能となる。なお、第２六角形構造ユニット３０は、必ずしも正六角形でなくともよいが、左右に配置される４辺の各々は同じ長さとし、また、上辺と下辺も同じ長さとする。
【００９４】
内部チューブ架構３の内部には、メインフレームとしてのスラブを設けてもよい。これによりさらに強固な構造となる。あるいは、内部チューブ架構３の内側をボイドとすることにより、例えば、エレベーターや共用設備配管スペース、階段、吹き抜けなどを設置することができる。内部チューブ架構３の内部にメインフレームの要素を設けるか否かについては、外周チューブ架構１等の他のメインフレームとの負荷分担を考慮して設計することができる。
【００９５】
図１１の建築構造体は、外周チューブ架構１の内側に４つの内部チューブ架構３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを設けた形態である。４つの内部チューブ架構は、外周チューブ架構１の中心軸について対称に四隅にそれぞれ配置されている。また、各々の内部チューブ架構は、外周チューブ架構１の内部に設けた複数のスラブ２１を貫通するように設けられている。複数のスラブ２１間の距離は、外周チューブ架構の六角形構造ユニットの高さＨと同じである。
【００９６】
図１２の建築構造体は、外周チューブ架構１の中心に内部チューブ架構３を設けた別の形態である。図１２の形態は、前述の図１０の形態に複数のスラブ２１をさらに設けた形態である。内部チューブ架構３は、複数のスラブ２１を貫通している。複数のスラブ２１間の距離は、外周チューブ架構の六角形構造ユニットの高さＨと同じである。
【００９７】
図１３の建築構造体は、外周チューブ架構１の中心に内部チューブ架構３を設けた別の形態である。図１３の形態は、前述の図１０の形態に複数のスラブ２１をさらに設けた形態である。内部チューブ架構３は、複数のスラブ２１を貫通している。複数のスラブ２１間の距離は、外周チューブ架構の六角形構造ユニットの高さＨの２分の１である。
【００９８】
図１４及び図１５の建築構造体は、外周チューブ架構１の中心に内部チューブ架構３を設けたさらに別の形態である。外周チューブ架構１の内部に設けたスラブの形状の変形例である。
【００９９】
図１６の建築構造体は、外周チューブ架構１の中心に内部チューブ架構３を設けたさらに別の形態である。図１６の形態では、スラブ２１ａの外側の端部２１ａ１が外周チューブ架構１の梁１１ａに接合されている。一方、スラブ２１ａの内側の端部２１ａ４は内部チューブ架構３における第２六角形構造ユニットの柱と接合されることにより第２六角形構造ユニットの下辺を構成している。図１６の形態では、スラブ２１ａを介して外周チューブ架構１と内部チューブ架構３とが結合され、一体化されている。
【０１００】
さらに別の形態として、図示しないが、外周チューブ架構と内部チューブ架構とが、メインフレームとしての梁を介して結合されていてもよい。
【０１０１】
またさらに別の形態として、図示しないが、外周チューブ架構と接合されているスラブが内部チューブ架構と交差していてもよい。
【０１０２】
図１７の建築構造体では、外周チューブ架構１の頂部に複数の五角形構造ユニット４０を挿入することにより、チューブ先端を閉じて丸みのあるドーム形状部４を形成している。図示の例では、五角形構造ユニット４０は、チューブの周方向に沿って１列おきに挿入されている。なお、図示のように外周チューブ架構１の平面形状が円形の場合のみでなく、平面形状が円形以外（多角形等）の場合も五角形構造ユニットを適宜挿入することによりチューブ先端を閉じることができる。
【０１０３】
図１８の建築構造体では、外周チューブ架構１の軸方向の一部において、複数の五角形構造ユニット５０を挿入することにより、チューブ幅員を縮小するチューブ幅員移行部５を設けている。図示の例では、上下方向に沿って２つの五角形構造ユニット５０の頂点同士を突き合わせたものを、チューブの周方向に沿って一列おきに挿入している。チューブ幅員は、平面形状が円形の場合は直径であるが、平面形状が円形以外（多角形等）の場合は平均的な直径若しくは差し渡し幅等に相当する。チューブ幅員移行部５の上方部分におけるチューブ幅員は下方部分におけるチューブ幅員より小さい。高層または超高層の建築物における上層部分の荷重軽減に好適である。なお、チューブ幅員移行部５を、１つの外周チューブ架構の軸方向に沿って複数箇所設けてもよい。
【０１０４】
図１９は、図１Ａ〜図１８で説明した外周チューブ架構をもつ建築構造体のいずれかを複数用いて構成した拡大建築構造体の一形態を示す外観斜視図である。図１９では、４つの建築構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを互いに間隔を空けて四隅に配置し、全体をメインフレームとしての複数のスラブ２４で結合している。この形態では、１つの建築構造体が拡大建築構造体における１本の柱の役割を果たしている。なお、建築構造体同士の結合は、梁を介して行ってもよい。
【０１０５】
なお、図示しないが、図１Ａ〜図１８で説明した建築構造体を複数用いて構成する拡大建築構造体の別の形態としては、建築構造体同士を隣接させて配置し、隣接する２つの建築構造体の各々における外周チューブ架構の一部の六角形構造ユニットを共有することにより結合する。このようにして複数の建築構造体を鎖状に結合していくことにより拡大建築構造体を形成する。
【０１０６】
図２０Ａに示す建築構造体は、Ｘ状に結合された２つの斜形外周チューブ架構７ａと７ｂを有し、２つの斜形外周チューブ架構７ａ、７ｂの各々が、六角形構造ユニット７０をハニカム状に剛接合してメインフレームを形成している。図２０Ｂは、２つの斜形外周チューブ架構７ａと７ｂの結合部分における水平方向の概略断面図である。斜形外周チューブ架構７ａ、７ｂでは、チューブ軸が鉛直方向に対して傾斜して延びているが、個々の六角形構造ユニット７０の向きは、図１Ａ〜図１８に示した外周チューブ架構における六角形構造ユニットの向きと同じである。すなわち、六角形構造ユニット７０は、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した２本の斜柱を連結した２辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置して形成される。柱同士、柱と梁、柱とスラブの一部との接合は剛接合であり、この接合には公知の種々の手段を用いることができる。
【０１０７】
図示しないが、２つの斜形外周チューブ架構をＸ状に結合する替わりに、互いの頂部同士を結合することによりΛ状としてもよい。Ｘ状またはΛ状に結合した形態は、耐震性及び耐風圧性に優れた強固な構造である。
【０１０８】
図２０Ａの建築構造体はさらに、２つの斜形外周チューブ架構７ａ、７ｂの各々の内側において、第２六角形構造ユニット８０をハニカム状に剛接合してメインフレームを形成した斜形内部チューブ架構８ａ、８ｂをそれぞれ設けている。個々の第２六角形構造ユニット８０の向きは、図１１〜図１６に示した内部チューブ架構における第２六角形構造ユニットの向きと同じである。すなわち、第２六角形構造ユニット８０もまた、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した２本の斜柱を連結した２辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置して形成される。柱同士、柱と梁、柱とスラブの一部との接合は剛接合であり、この接合には公知の種々の手段を用いることができる。
【０１０９】
好適例では、２つの斜形外周チューブ架構７ａと７ｂの結合部分において、２つの斜形内部チューブ架構８ａと８ｂ同士は互いに重ならず、図２０Ｂに示すように互いに隣接するか、若しくは間隔を空けて配置される。そして、隣接する場合は直接結合し、間隔を空けて配置される場合はメインフレームとしてのスラブ若しくは梁を介して結合される。斜形内部チューブ架構８ａ、８ｂの内側は、メインフレームとしてのスラブまたは梁を設けてもよく、または、ボイドとすることによりエレベーターや共有設備配管スペース等に用いてもよい。
【０１１０】
図２１は、図１Ａ〜図２０に示した建築構造体または拡大建築構造体において、外周チューブ架構または斜形外周チューブ架構の内部にサブフレーム２５ａ、２５ｂ、２５ｃを設けた形態を概略的に示している。（Ａ）では、六角形構造ユニットの高さと同じ間隔でメインフレームのスラブ２１が設けられている。このスラブ間隔は、建築物の４層分に相当する。従って、３つのサブフレーム２５ａ、２５ｂ、２５ｃにより、メインフレームのスラブ２１間を４層に区画している。
【０１１１】
図２１の（Ｂ）に示すように、六角形構造ユニットの上辺と下辺にメインフレームのスラブ２１が存在し、六角形構造ユニットの高さが４層分である場合、３つのサブフレーム２５ａ、２５ｂ、２５ｃの全てまたは一部を分離したり、接合したりできる。なお、六角形構造ユニットの左右両辺の斜柱の内側には、サブフレームを受ける突起２６ａ、２６ｂ、２６ｃが設けられている。
【０１１２】
図２１の（Ｃ）に示すように、六角形構造ユニットの中央高さにメインフレームのスラブ２１が存在し、六角形構造ユニットの高さが４層分である場合、２つのサブフレーム２５ａ、２５ｃの双方または一方を分離したり、接合したりできる。
【０１１３】
サブフレームもまた、区画される各層を構造的に支持する構造躯体の一部ではあるが、メインフレームと異なり、建築物全体の耐震性と耐風圧性を担う必要がないため分離及び接合の適宜な設定が可能である。このようにサブフレームを利用することにより、平面的及び立体的な空間の自由度がさらに大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１Ａ】本発明による建築構造体の基本形態の外観斜視図である。
【図１Ｂ】本発明による建築構造体の基本形態の部分拡大図である。
【図１Ｃ】本発明による建築構造体の基本形態の平面図である。
【図２Ａ】本発明と従来技術とを比較するための構造解析の説明図である。
【図２Ｂ】本発明と従来技術との変形比較の結果を示す図である。
【図２Ｃ】本発明と従来技術との変形に関連する部材比較の結果を示す図である。
【図２Ｄ】本発明と従来技術との水平負荷に対する応力比較の結果を示す図である。
【図３】本発明による建築構造体の一実施形態の外観斜視図である。
【図４】本発明による建築構造体の一実施形態の外観斜視図である。
【図５】本発明による建築構造体の一実施形態の外観斜視図である。
【図６】本発明による建築構造体の一実施形態の外観斜視図である。
【図７】本発明による建築構造体の一実施形態の外観斜視図である。
【図８】本発明による建築構造体において中柱を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図９】中柱を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図１０】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図１１】本発明による建築構造体において内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図１２】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図１３】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図１４】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図１５】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図１６】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図１７】頂部にドーム形状部を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図１８】外周チューブ架構の一部にチューブ幅員移行部を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図１９】図１Ａ〜図１８の外周チューブ架構をもつ建築構造体を複数用いて構成した拡大建築構造体の一形態を示す外観斜視図である。
【図２０Ａ】Ｘ状に結合された２つの斜形外周チューブ架構をもつ建築構造体の外観斜視図である。
【図２０Ｂ】斜形外周チューブ架構の結合部分における水平方向の概略断面図である。
【図２１】図１Ａ〜図２０に示した建築構造体または拡大建築構造体にサブフレームを設けた形態を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  外周チューブ架構
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  内部チューブ架構
４  ドーム形状部
５  チューブ幅員移行部
６  中柱
７ａ、７ｂ  斜形外周チューブ架構
８ａ、８ｂ  斜形内部チューブ架構
１０  六角形構造ユニット
１１、１１ａ、１１ｂ  下辺
１２、１２ａ、１２ｂ  上辺
１３  左下辺
１４  左上辺
１５  右下辺
１６  右上辺
２１、２１ａ、２１ｂ  スラブ
２１ａ１、２１ａ２、２１ｂ１、２１ｂ２  スラブ端部
２４  結合スラブ
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ  サブフレーム
３０  第２六角形構造ユニット
４０、５０  五角形構造ユニット
７０  六角形構造ユニット
８０  第２六角形構造ユニット
【図１Ａ】
2007120032.tif 000003
【図１Ｂ】
2007120032.tif 000004
【図１Ｃ】
2007120032.tif 000005
【図２Ａ】
2007120032.tif 000006
【図２Ｂ】
2007120032.tif 000007
【図２Ｃ】
2007120032.tif 000008
【図２Ｄ】
2007120032.tif 000009
【図３】
2007120032.tif 000010
【図４】
2007120032.tif 000011
【図５】
2007120032.tif 000012
【図６】
2007120032.tif 000013
【図７】
2007120032.tif 000014
【図８】
2007120032.tif 000015
【図９】
2007120032.tif 000016
【図１０】
2007120032.tif 000017
【図１１】
2007120032.tif 000018
【図１２】
2007120032.tif 000019
【図１３】
2007120032.tif 000020
【図１４】
2007120032.tif 000021
【図１５】
2007120032.tif 000022
【図１６】
2007120032.tif 000023
【図１７】
2007120032.tif 000024
【図１８】
2007120032.tif 000025
【図１９】
2007120032.tif 000026
【図２０Ａ】
2007120032.tif 000027
【図２０Ｂ】
2007120032.tif 000028
【図２１】
2007120032.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成18年2月7日(2006.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
６つの辺から構成される六角形構造ユニットの各辺を、隣接するユニットと共有させてハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した外周チューブ架構を有し、前記六角形構造ユニットが、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した２本の斜柱を連結した２辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置したことを特徴とする建築構造体。
【請求項２】
前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする請求項１に記載の建築構造体。
【請求項３】
前記スラブ間を４層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする請求項２に記載の建築構造体。
【請求項４】
前記六角形構造ユニットの高さの２分の１と同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする請求項１に記載の建築構造体。
【請求項５】
前記スラブ間を２層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする請求項４に記載の建築構造体。
【請求項６】
前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けた部分と、前記六角形構造ユニットの高さの２分の１と同間隔にて複数のメインフレームとしてのスラブを設けた部分とを有することを特徴とする請求項１に記載の建築構造体。
【請求項７】
前記外周チューブ架構の内側に鉛直方向に延在する、メインフレームとしての１または複数の中柱を設けることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項８】
前記外周チューブ架構の内側において、第２六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した１または複数の内部チューブ架構を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項９】
前記第２六角形構造ユニットの高さが前記六角形構造ユニットの高さの２分の１であることを特徴とする請求項８に記載の建築構造体。
【請求項１０】
前記外周チューブ架構と前記内部チューブ架構とがメインフレームとしてのスラブまたは梁を介して結合されていることを特徴とする請求項８または９に記載の建築構造体。
【請求項１１】
前記内部チューブ架構の内側にメインフレームとしてのスラブを設けることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１２】
前記内部チューブ架構の内側をボイドとすることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１３】
前記メインフレームとしてのスラブを設ける場合、該スラブがフラットスラブまたは梁付きスラブであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１４】
前記外周チューブ架構の頂部にて複数の五角形構造ユニットを挿入したドーム形状部を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１５】
前記外周チューブ架構の軸方向の一部において、複数の五角形構造ユニットを挿入したチューブ幅員移行部を有し、前記チューブ幅員移行部の上方部分における前記外周チューブ架構の幅員が下方部分における該外周チューブ架構の幅員より小さいことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の建築構造体を複数用いて構成され、隣接する２つの建築構造体同士が、各々の外周チューブ架構における一部の前記六角形構造ユニットを共有することにより結合したことを特徴とする拡大建築構造体。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれかに記載の建築構造体を複数用いて構成され、互いに間隔を空けて配置した複数の前記建築構造体をメインフレームとしての梁またはスラブにより結合したことを特徴とする拡大建築構造体。
【請求項１８】
Ｘ状またはΛ状に結合された２つの斜形外周チューブ架構を有し、２つの前記斜形外周チューブ架構の各々が、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成したことを特徴とする建築構造体。
【請求項１９】
前記２つの斜形外周チューブ架構の各々の内側において、第２六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した斜形内部チューブ架構をそれぞれ設けることを特徴とする請求項１８に記載の建築構造体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記の目的を達成するべく本発明は、以下の構成を提供する。
（１）請求項１に係る建築構造体は、６つの辺から構成される六角形構造ユニットの各辺を、隣接するユニットと共有させてハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した外周チューブ架構を有し、前記六角形構造ユニットが、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した２本の斜柱を連結した２辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置したことを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（２）請求項２に係る建築構造体は、請求項１において、前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（３）請求項３に係る建築構造体は、請求項２において、前記スラブ間を４層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
（４）請求項４に係る建築構造体は、請求項１において、前記六角形構造ユニットの高さの２分の１と同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
（５）請求項５に係る建築構造体は、請求項４において、前記スラブ間を２層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
（６）請求項６に係る建築構造体は、請求項１において、前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けた部分と、前記六角形構造ユニットの高さの２分の１と同間隔にて複数のメインフレームとしてのスラブを設けた部分とを有することを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
（７）請求項７に係る建築構造体は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の内側に鉛直方向に延在する、メインフレームとしての１または複数の中柱を設けることを特徴とする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
（８）請求項８に係る建築構造体は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の内側において、第２六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した１または複数の内部チューブ架構を有することを特徴とする。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
（９）請求項９に係る建築構造体は、請求項８において、前記第２六角形構造ユニットの高さが前記六角形構造ユニットの高さの２分の１であることを特徴とする。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
（１０）請求項１０に係る建築構造体は、請求項８または９において、前記外周チューブ架構と前記内部チューブ架構とがメインフレームとしてのスラブまたは梁を介して結合されていることを特徴とする。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
（１１）請求項１１に係る建築構造体は、請求項８〜１０のいずれかにおいて、前記内部チューブ架構の内側にメインフレームとしてのスラブを設けることを特徴とする。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
（１２）請求項１２に係る建築構造体は、請求項８〜１０のいずれかにおいて、前記内部チューブ架構の内側をボイドとすることを特徴とする。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
（１３）請求項１３に係る建築構造体は、請求項１〜１２のいずれかにおいて、前記メインフレームとしてのスラブを設ける場合、該スラブがフラットスラブまたは梁付きスラブであることを特徴とする。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
（１４）請求項１４に係る建築構造体は、請求項１〜１３のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の頂部にて複数の五角形構造ユニットを挿入したドーム形状部を有することを特徴とする。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
（１５）請求項１５に係る建築構造体は、請求項１〜１４のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の軸方向の一部において、複数の五角形構造ユニットを挿入したチューブ幅員移行部を有し、前記チューブ幅員移行部の上方部分における前記外周チューブ架構の幅員が下方部分における該外周チューブ架構の幅員より小さいことを特徴とする。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
（１６）請求項１６に係る拡大建築構造体は、請求項１〜１５のいずれかに記載の建築構造体を複数用いて構成され、隣接する２つの建築構造体同士が、各々の外周チューブ架構における一部の前記六角形構造ユニットを共有することにより結合したことを特徴とする。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
（１７）請求項１７に係る拡大建築構造体は、請求項１〜１５のいずれかに記載の建築構造体を複数用いて構成され、互いに間隔を空けて配置した複数の前記建築構造体をメインフレームとしての梁またはスラブにより結合したことを特徴とする。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
（１８）請求項１８に記載の建築構造体は、Ｘ状またはΛ状に結合された２つの斜形外周チューブ架構を有し、２つの前記斜形外周チューブ架構の各々が、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成したことを特徴とする建築構造体。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
（１９）請求項１９に記載の建築構造体は、請求項１８において、前記２つの斜形外周チューブ架構の各々の内側において、第２六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した斜形内部チューブ架構をそれぞれ設けることを特徴とする。