(57)【要約】【課題】立体トラスの弦材を減らして経済性や機能性、デザイン性を向上すること、立体トラスの単位架構の代わりに平面パネルを利用して新しい構造システムを創出する。【解決手段】節点をAとBという異なる２層の面に分布させ、A層の節点同志およびA層とB層の節点を棒状部材でつなぎ、B層の節点同志を部材で連結しない方法で出来た立体構造（1.5層立体トラスと呼ぶ）。1.5層立体トラスを構成する棒状部材の代わりに安定な構造物を部材として利用する。1.5層立体トラスの単位架構の代わりに平面パネルを用いる。平面パネルの縁にある距離で離れている２つの節点を設け、この２つの節点を端部節点と呼び、端部節点をつなぐ一つのパネル縁を構造辺と呼び、構造辺の端部節点の間に１以上の構造辺中央節点という節点を設ける。一つのパネルの端部節点を他のパネルの構造辺中央節点と接合する方法で複数のパネルを組み立て、立体組合せパネル構造を組立てる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状部材の端部を連結する節点をA層及びB層という異なる２層の平面あるいは曲面に分布させ、A層の節点同志およびA層の節点とB層の節点を棒状部材でつなぎ、B層における節点同志を棒状部材でつながない方法で出来た立体構造物。
【請求項２】
前記立体構造物を構成する全てあるいは一部分の棒状部材の代わりに安定している構造物を部材として利用して出来た立体構造物。
【請求項３】
平面パネルの縁にある距離で離れている二つの節点を設け、この二つの節点のことを端部節点と呼び、上記二つの端部節点をつなぐ一つのパネル縁を構造辺と呼び、この構造辺の上に１以上の構造辺中央節点という節点を設け、一つのパネルの端部節点を他のパネルの構造辺中央節点と接合する方法で複数のパネルを組み立てできた構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築および土木の構造体、機械の構造体、その他の荷重や力を受けるスパンや空間を確保する構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スパンや空間を確保する構造体の一種であるトラスや立体トラス構造は、棒状部材を三角形で組み立てできた立体構造物である。従来の立体トラスは複層と単層の二種類に分類できる。複層立体トラスの組み方の特徴は上弦材と下弦材などの複数層の弦材があり、その間に斜の斜材を配置することである。単層立体トラスは単層スペースフレームとも呼び、棒状部材を一枚の曲面上に組み立てできた立体構造物であり、上述のような斜材が存在しない。
【０００３】
複層立体トラスは使用する部材の数が多いため、一つの節点に沢山の部材が集り、その接合方法には高度な技術が要求され、コストの面においても消極的な面がある。また、複層立体トラスは下弦材と上弦材そして斜材が必要であり、部材の数が多いため構造体の美観上に悪い影響を与える場合がある。さらに、温室、日射や高透明性が要求される構造物に応用する場合、複層立体トラスは数多くの部材影を形成する欠点がある。
【０００４】
単層スペースフレームは部材の数が少ないが、曲率を持つ曲面構造しか適用しないことがその欠点となっている。斜材がないため構造面外に変形しやすいことが単層スペースフレームの特性である。これゆえ、単層スペースフレームは曲率を持つ曲面構造、特に円筒やドーム形として利用される場合が多い。単層スペースフレームの曲率が小さいほど、その建設には高度な技術が要求され、その安全性の確保において難しい課題が残されている。これらの理由で、単層スペースフレームは平面形状の構造物には適用できない。
【０００５】
上記の従来技術の問題点や特性に関わらず、これまで存在していない新しい立体トラス構造の創出はデザインの需要であり、新しい構造システムの創出はデザイン上の課題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記の従来技術の問題点を改善するため、従来のトラスや立体トラスと比べて、上弦材若しくは下弦材を設置しないことにより、部材の数が減り、節点へ集る部材の数も少なくなり、平面構造も曲面構造も組み立てられる立体構造物を開発すること、あるいは前記のように開発された立体構造物の一部分の棒状部材グループ（単位架構）の代わりにパネルを利用して立体構造物を組立てる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の立体構造物は、棒状部材の端部を連結する節点をA層及びB層という異なる２層の平面あるいは曲面に分布させ、A層の節点同志およびA層の節点とB層の節点を棒状部材でつなぎ、B層における節点同志を棒状部材でつながない方法で出来た立体構造物である（以下、1.5層立体トラスを呼ぶ。）。
【０００８】
また、前記立体構造物を構成する全てあるいは一部分の棒状部材の代わりに安定している構造物を利用して、前記組立て方法で立体構造物を組立てることもできる。
【０００９】
さらに、上記立体構造物の組み方から派生したもう一つ手段がある。この手段は、平面パネルの縁にある距離で離れている二つの節点を設け、この二つの節点のことを端部節点と呼び、上記二つの端部節点をつなぐ一つのパネル縁を構造辺と呼び、この構造辺の上に１以上の構造辺中央節点という節点を設け、一つのパネルの端部節点を他のパネルの構造辺中央節点と接合する方法で複数のパネルを組み立て、一つの構造物を構成する。
【００１０】
図１は本発明の構造体の構成要素となる単位架構の一例を示している。図１に示しているように４本の棒状部材101と102が四辺形を構成し、大きい角度で結ぶ２本の部材101は上弦材と呼び、比較的に小さい角度で結んでいる２本の部材102は斜材と呼ぶ。２本の上弦材の節点105は上弦中央節点、２本の斜材の節点106は下部中央節点と呼ぶ。上弦材と斜材を接合する節点104は端部節点と呼ぶ。上弦中央節点105と下部中央節点106を束材103で結び、一つの安定した構造体となる。このように、5本の棒状部材101（２本）、102（２本）、103で構成した構造体は一つの単位架構となる。２本の上弦材101は180°で接合された場合、図２に示すようなフラットな上弦材を持つ単位架構が実現できる。
【００１１】
前述のような単位架構を組合せて、下弦材が存在しない立体トラスを組み立てることができ、これは本発明の1.5層立体トラスとなる。単位架構と他の単位架構の組み方例は図３に示している。これは、一つの単位架構の端部節点104を他の単位架構の上弦中央節点105と接合し、構造安定性の要求に応じて下部中央節点106と相手の単位架構の端部節点104を棒状部材108で連結することができる。この組み方で単位架構を繰り返して接合すると、平面あるいは曲面状の1.5層立体トラスを組み立てることができる。構造物の縁部分や支持点において、その構造特徴に合せて単位架構の半分である一つの三角形を利用することもできる。
【００１２】
本発明の最大特徴は、棒状部材を連結する節点をA層及びB層という異なる２層の平面あるいは曲面に分布させ、A層の節点同志およびA層の節点とB層の節点を棒状部材でつなぎ、B層における節点同志を棒状部材でつながない方法により立体トラスを組み立てることある。例えば、節点は上下２層の曲面に分布している場合、下層節点同志あるいは上層節点同志の間に部材を設置しないことで安定している立体トラスを組み立てることは本発明の特徴である。
【００１３】
上記の組み方を用いて、図４に示すような四つの単位架構で組み立てた構造体を構成でき、点線は構造安定性の要求に応じて下部中央節点と端部節点をつなぐ部材を示す。この組み立て方を繰り返して単位架構を増やすと、図５に示すような四辺形の平面配置の1.5層立体トラスを構成できる。
【００１４】
上記の組み方を用いて、図６に示す三角形平面配置の1.5層立体トラス、図７に示すように三角形と六角形の組み合せ平面配置の1.5層立体トラスを構成できる。図８はこの構造体の単位架構の配置平面を示し、点線は下部中央節点と端部節点をつなぐ部材を示し、このような部材は適切の判断により不要となることもありえる。
【００１５】
前記立体構造物を構成する全てあるいは一部分の棒状部材の代わりに安定している構造物を部材として利用して1.5層立体トラスを構成することができる。図９に示している一例では、束材103の代わりに非充腹組立柱（従来のトラス構造）を利用し、上弦材101には変断面部材を利用して、比較的に大規模構造物を組立てられる。図９中の点線は構造安定性の要求に応じて下部中央節点と端部節点をつなぐ部材を示す。
【００１６】
本発明の1.5層立体トラスは図面の各図示のような位置や姿で利用することに限らず、必要に応じて本発明の1.5層立体トラスを鉛直、傾斜的、あるいは上下に逆さなどさまざまの姿で利用することができる。また、さまざまな方向に作用している集中荷重を抵抗できる。したがって、上記1.5層立体トラスの構成についての説明に用いた「上弦」「斜材」などの部材の位置は、その名称や呼び方に関係ない。
【００１７】
上記単位架構を一枚のパネルに置き換えると、本発明の一部分である立体組合せパネル構造となる。図１０と図１１に示している平面パネルの縁にある距離で離れている二つの節点204を設け、この二つの節点を端部節点と呼び、上記二つの端部節点204をつなぐ一つの縁201を構造辺と呼び、構造辺の上に１あるいは２以上の構造辺中央節点という節点205を設ける。図１２に示すように一つのパネルの端部節点204を他のパネルの構造辺中央節点205と接合する方法で複数のパネルを組み立て、一つの構造物を構成することができ、この構造物は立体組合せパネル構造である。この組み方では、一つの平面パネルの端部節点204を他の平面パネルの構造辺中央節点205と接合し、必要に応じて非構造辺にある点206と相手の平面パネルの端部節点204を部材で接合するパネル補助部材208を設置することができる。
【００１８】
図１０と図１１に示すように、用途やデザインなどの条件に応じて上記平面パネルは多角形が可能であり、その縁は直線あるいは曲線とすることも可能である。構造の安全性や剛性などの諸性能を向上するために、パネル面内あるいは縁部において補強材を配置すること、あるいはパネル断面の局部を強化することができる。
【００１９】
図１３に示すような四枚の平面パネルで組み立てた立体組合せパネル構造体では、点線は必要に応じて非構造辺と端部節点をつなぐパネル補助部材を示す。この組み方を繰り返して平面パネルを増やすと、図１４に示すような構造物を構成できる。上記の組み方を用いて、図１５に示す三角形平面配置の構造物、図１６に示すように三角形と六角形の組み合せ平面配置の構造物を構成できる。
【００２０】
構造力学解析手法を用いて検証した結果、本発明の構造物は安定した構造物となり、荷重や変形に抵抗ができ、構造物として十分な剛性を持っていることが証明できている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】単位架構。
【図２】フラット上弦を持つ単位架構
【図３】単位架構の組み方例
【図４】四辺形の1.5層立体トラス
【図５】四辺形平面配置の1.5層立体トラス
【図６】三角形の1.5層立体トラス
【図７】三角形と六角形平面配置の1.5層立体トラス
【図８】三角形と六角形平面配置の1.5層立体トラスの平面
【図９】棒状部材の代わりに安定構造物を利用した1.5層立体トラスの例
【図１０】立体組合せパネル構造の単位架構（直線辺）
【図１１】立体組合せパネル構造の単位架構（曲線辺）
【図１２】立体組合せパネル構造の組み方例
【図１３】四辺形の立体組合せパネル構造
【図１４】四辺形平面配置の立体組合せパネル構造
【図１５】三角形平面配置の立体組合せパネル構造
【図１６】三角形と六角形平面配置平面配置の立体組合せパネル構造
【符号の説明】
【００２２】
101    上弦材
102    斜材
103    束材
104    端部節点
105    上弦中央節点
106    下部中央節点
107    単位架構
108    棒状補助部材
201    パネルの構造辺
202    非構造辺
204    パネルの端部節点
205    構造辺中央節点
207    単位架構である平面パネル
208    棒状あるいはパネル補助部材
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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