CN101336325B - 立体管状建筑结构体 - Google Patents

Abstract

提供一种立体管状建筑结构体，能够确保优良的结构稳定性和抗震性，同时实现比原来用管状构架构建的建筑结构体更大的设计自由度。用把多层具有第一刚性接合的蜂窝结构的单层结构体重叠起来的主框架，形成立体的管状构架，分别按相对于包含上下边的面呈一定角度地设置六角形结构单元的左右2边，相邻靠的2层六角形结构单元彼此面对，层间连结梁将2层之间连结起来；平面上看，由作为相邻靠的2层的任一层中的上下边的梁、或者平板的端部、作为左右侧2边的斜柱和层间连结梁形成第二六角形结构单元，第二六角形结构单元形成第二刚性接合的蜂窝结构。

Description

立体管状建筑结构体 

技术领域

本发明涉及建筑结构体，特别是涉及形成了具有立体的结构即三维结构的管状构架的立体管状建筑结构体。 

背景技术

以往，作为高层或超高层的建筑结构体，一般都是把柱和梁组合成三维方格状的单纯的框架结构，但是，由于所有的柱间都有梁，所以在内部设计方面制约很多。对此，用连续配置在建筑物的外周的柱和与其相连接的梁构成的管状构架能够确保内部无梁或柱的空间，所以其优点是设计上的自由度大。由于建筑物整体变形为管状，所以抗震性、抗风性都好。 

专利文献1中公开有一种所谓双管结构，共用区形成在中央部位，住户区形成在外周部位；并且形成具有由配置在住户区的外周的外周柱及其间的外周梁构成的四角形方格的一般框架结构的外周管状构架；在共用区内有内周管状构架，该内周管状构架具有由内周柱及其间的内周梁构成的一般框架结构。 

专利文献2中也公开有一种双管结构，具有作为一般框架结构的外周构架和内部构架。 

专利文献3中公开有一种具有外周管状构架的建筑物，该外周管状构架设置了在由垂直柱和水平梁构成的一般框架结构的方格内交叉的撑臂；为了确保具有与原来的单纯框架结构一样的屈服强度和刚性，该外周管状构架在内部设置有板状的隔板。 

以往，把六角形框格连结起来的蜂窝结构作为牢固的结构是众所周知的，并将其用于建筑物的各处或用作建筑构件(专利文献4、5等)，然而，适用于管状构架而为人所知的结构是例如如专利文献6所示的结构，即，在水平面内把六角形框格连结起来形成蜂窝结构，再经立柱沿竖直方向层叠起来的构造。 

在非专利文献1中展示了一种在曲面表层内设置蜂窝状的钢制构件并用柱支承内部的建筑物，当然这种建筑物的表层内的蜂窝状钢制构件既不是均衡连结同样形状的六角形框格的构件，框格的各边也不是一般的线状构件(柱、梁等)。 

在专利文献7中记载了一种把六角形框格的构面体单元接合为蜂窝状而形成的单层拱 顶构架体，该六角形框格把束捆件竖立配置在中心，束捆件的上下端和框格的各角落部用拉伸件连结起来，可以依靠拉伸件的长度来调节张力。 

专利文献1：特開2002-317565号公报 

专利文献2：特開2004-251056号公报 

专利文献3：特開平7-197535号公报 

专利文献4：特開平9-4130号公报 

专利文献5：特開平10-18431号公报 

专利文献6：特開平9-60301号公报 

专利文献7：特開平7-3890号公报 

非专利文献1：“グラウンド·ゼロ再生ヘの始动ニユ-ヨ-クWTC跡地建筑コンペテイシヨン選集”スザンヌ·ステイ-ブンス著，下山裕子译，2004年12月1日发行，发行处：株式会社エクスナレツジ，p.137 

原来的管状构架的基本结构是把由垂直的柱(立柱)和水平的梁构成的四角形框格结合起来的一般框架结构。而且，特别是在高层或超高层的建筑物中，为了确保一定的结构稳定性和抗震性，仅仅简单地用外周管状构架大多是不够的，因此，要以一定的密度以上来配置外周管状构架和/或内部管状构架的柱，或者设置内部管状构架；或用平板或特定的梁把外周管状构架和内部管状构架结合起来，或进一步把子框架组装到外周管状构架内；或将多个外周管状构架连结起来等等，大都须有这些各种各样的结构上的制约。例如，在专利文献1和2中，至少必须做成双管构架，在专利文献3中，必须把水平的板状的隔板设置在内部。 

但是，即便把管状构架构建成双重的或多重的结构，只要基本结构是由立柱和水平梁构成的一般框架结构，柱和梁的轴向就被限定在特定的方向上。因此，就会沿外力负荷的方向产生大的弯曲应力。结果，越是达到高层或超高层，为了确保结构上的强度，就越需要把柱或梁的尺寸做大，所以限制了设计的自由度。 

适用于蜂窝结构的管状构架的大部分都是像专利文献6所述的那样在水平面内设置蜂窝结构，再沿竖直方向经立柱进行层叠，与一般框架结构一样，至少用立柱支承住竖直负荷。专利文献7中记载的蜂窝状结构是构建单层拱顶构架体的结构，并不能够适用于高层或超高层的管状构架。 

在非专利文献1中，把蜂窝状的钢制构件设置在表层，但是在内部必须要有支承柱，而不是仅仅用表层来支承整体。 

发明内容

鉴于以上的现状，本发明的目的在于提供一种由具有与现有的管状构架的基本结构完全不同的新的基本结构构成的管状构架的建筑结构体。在该建筑结构体中，特别是在适用于高层和超高层的建筑结构体中，本发明仅仅用管状构架就能够确保比原来更加优良的结构稳定性和抗震性，同时，能够实现比用现有的管状构架构建的建筑结构体更大的设计自由度。 

实现上述目的的本发明的构成如下： 

(1)立体管状建筑结构体是一种具有将六角形结构单元的各边刚性接合成蜂窝状的单层结构体，使邻接的六角形结构单元共有这些各边，进而将多层的上述单层结构体相互空开间隔竖直设置而成的主框架，并用所述主框架形成了立体的管状构架； 

作为所述六角形结构单元的各边的结构件，由相对竖直方向彼此逆向倾斜而连结起来的左侧2边和右侧2边的各自2根斜柱以及沿水平方向的上边和下边的各自的梁构成；所述左侧2边和右侧2边分别相对包含所述上边和下边的面呈一定角度； 

在所述主框架中的相邻靠的2层所述单层结构体内，处于一方的所述六角形结构单元的各单元和处于另一方的所述六角形结构单元的各单元彼此面对，同时这2层间用多根层间连结梁连结起来； 

而且，俯视所述主框架时，作为相邻靠的2层所述单层结构体的任一层中的所述上边或所述下边的梁、作为所述左侧2边或右侧2边的斜柱以及处于所述2层间的所述层间连结梁形成第二六角形结构单元，同时，所述第二六角形结构单元与相邻接的第二六角形结构单元刚性接合成蜂窝状。 

(2)立体管状建筑结构体的特征在于：从所述主框架的平面看，所述层间连结梁被配置在以相互面对的两个所述六角形结构单元中的所述上边彼此为对边的四角形的对角线上，以及以所述下边彼此为对边的四角形的对角线上。 

(3)立体管状建筑结构体的特征在于：所述多个单层结构体由2层单层结构体构成。 

(4)立体管状建筑结构体的特征在于：把平板设置在竖直设置于所述多个单层结构体中的最内侧的单层结构体的内部的情况下，在竖直设置于最内侧的单层结构体中，以所述平板的端部为结构件，来替代所述六角形结构单元的所述上边或所述下边的梁。 

(5)立体管状建筑结构体的特征在于：在所述立体管状建筑结构体从平面上看是略呈 四角形的情况下的角落处，所述多个单层结构体中至少最外层的单层结构体和与其邻接的内层的单层结构体，由平面上看时形成等腰三角形的两个等边的层间连结梁连结着。 

(6)立体管状建筑结构体的特征在于：所述主框架包含所述单层结构体的层数不同的部分。 

(7)立体管状建筑结构体的特征在于：所述立体管状建筑结构体部分地包含由一层的所述单层结构体形成的地方。 

(8)立体管状建筑结构体的特征在于：以与所述六角形结构单元同高度的间隔，设置有作为主框架的多个平板。 

(9)立体管状建筑结构体的特征在于：以与所述六角形结构单元的二分之一高度相同的间隔设置作为主框架的多个平板。 

发明的有益效果 

(A)在本发明的立体管状建筑结构体中，具有多层相互空开间隔而竖直设置多个把六角形结构单元刚性接合成蜂窝状的单层结构体而成的主框架，并用该主框架形成立体的管状构架。因此，虽然本发明中的管状构架具有厚度并且是立体的即三维的构架，但是，应该把层叠起来的多个单层结构体整体看作一片管状壳体。这一点与如专利文献2所记载的确保用来在外部构架和内部构架间设置住户区等的原来的双管构架本质上是不同的。本发明中，把管状构架的周面做成蜂窝结构，这一点与如引用文献6所记载的在平面内设置蜂窝结构并沿竖直方向经直柱层叠起来的六角形管状构架也完全不同。 

按照本发明的这样的构成，将六角形结构单元刚性接合成蜂窝状的单层结构体本身就是牢固的结构，此外，由于把它们层叠多层再用层间连结梁相互连结起来，所以能够实现极牢固的管状构架。以下详细说明本发明的效果。 

本发明中的管状构架是将多层由六角形结构单元刚性接合成蜂窝状的单层结构体层叠起来而成的管状构架，而且梁与层间连结梁在水平面内不是直线状相连续，柱也全是由曲折连续的斜柱构成。这一点与原来的一般框架结构的管状构架全然不同。 

进一步的特征构成如下。单层结构体中的六角形结构单元的左侧2边的斜柱和右侧2边的斜柱，相对于包含上边和下边的梁的面呈一定角度；另外，相邻靠的2层单层结构体彼此用层间连结梁连结起来。在这种构成中，平面上看主框架时，相邻靠的2层的任一层 中的六角形结构单元的上边或下边的梁、右侧2边或左侧2边的斜柱、和处于2层间的层间连结梁形成第二六角形结构单元；另外，平面上看，该第二六角形结构单元与相邻接的第二六角形结构单元刚性接合成蜂窝状。由这样的第二六角形结构单元形成的第二蜂窝结构，与如引用文献6所述的在水平面内延展的蜂窝结构不同，因为这种结构包含斜柱，所以是竖直方向存在高低的立体结构，平面上看，被看成为六角形的结构。 

这样，在本发明的立体管状建筑结构体中，在一个单层结构体自身内除了沿管状周面扩展的第一刚性接合蜂窝结构之外，还经与邻接的单层结构体间的层间连结梁，形成有大致水平方向扩展的立体的第二刚性接合蜂窝结构。 

另外，通过多层层叠而沿管径方向多重配置第一蜂窝结构，另一方面，在管高度方向上多重配置第二蜂窝结构。结果，在立体管状建筑结构体的管状构架整体中，就实现了三维都布满的立体的蜂窝结构。 

顺便一提的是虽然技术领域完全不同，但是这样的三维扩展的蜂窝状的结合构造类似于钻石结晶结构。钻石结晶结构尽管填充率低却是天然矿物中最硬、最稳定而难以破坏的结构。这是因为钻石结晶结构是以六角形晶格为基本单位的立体结合构造。可以说本发明中的管状构架的立体的蜂窝结构相当于把这种钻石结晶结构中的原子间结合部分置换为柱和梁的形态，可推断为本质上是牢固的结构。 

如上所述，本发明的立体管状建筑结构体中，作为整体实现了具有立体的蜂窝结构的管状构架，同时对于来自任何方向的外力负荷都能够发挥出很大的支承力。 

在蜂窝结构的竖直方向上，所有的柱都是曲折连接起来的斜柱，所以不仅能够长期支承竖直负荷，而且还能够有效地支承水平方向或其他的方向的短期外力负荷。本发明中的斜柱可以说同时起到柱和撑臂两方面的作用。因外力负荷而在柱和梁的结节点上产生的应力要比一般框架结构的管状构架中的应力更低。这是因为弯曲应力的一部分被转换成结构件(斜柱或梁等)的轴向力并被传递。由于一般的RC等构件的抗压缩力是很强的，所以有利于支承轴向力。 

具有立体的蜂窝结构的管状构架具有对于来自任何角度的外力负荷都能够容易地矢量变换为斜柱或梁的轴向力的几何形状。此外，具有立体的蜂窝结构的管状构架还是容易连续地把外力负荷传递到构架整体的几何形状，所以，由于在该过程中逐渐变换为轴向力，从而能够将负荷分散掉。因此，能够减轻因弯曲扭矩引起的应力。与仅仅一层的单层结构体的二维的蜂窝结构的情况相比，在把本发明的单层结构体层叠多层而成的立体的蜂窝结构中，整体上把具有更多样的轴向的更多个斜柱和梁配置得很平衡。 

如上所述，本发明的立体管状建筑结构体中的管状构架与一般框架结构的管状构架或仅仅由一层单层结构体构成的管状构架相比，结构稳定性和抗震性更加优越，所以能够把各构件的尺寸做得比现有的这些管状构架更小，设计自由度就大。即，对于产生同样变形的水平负荷来说，与一般框架结构的管状构架或仅仅由一层单层结构体构成的管状构架相比，可以使用更细的柱和梁。 

由于本发明的立体管状建筑结构体中的管状构架将单层结构体层叠多层连接起来竖直设置，所以自立性要比仅仅竖直设置一层单层结构体的情况优越。结果，由于减轻了对平板的强度的依赖性，所以平板的形状和配置的自由度就大。 

本发明的立体管状建筑结构体仅用其管状构架作为高层和超高层的主框架，而能够确保建筑物整体结构的稳定性、抗震性和抗风性。 

由于至少在各单层结构体中基本上是由同样形状的多个六角形结构单元构成的，所以能够把所有的柱和梁的大小和形状统一为一种或几种，因此能够提高施工效率、缩短工期、降低成本。 

预先将六角形结构单元进行单元化并做成预制钢筋混凝土结构，能够提高施工效率、缩短工期、降低成本。 

把由六角形结构单元构成的蜂窝结构用作管状构架也有助于建筑物的雅致的外观。 

(B)按照本发明的立体管状建筑结构体的最佳实施方式，主框架的平面上看，上述的层间连结梁被配置在以相互面对的两个六角形结构单元中的彼此上边为对边的四角形的对角线上，以及以彼此下边为对边的四角形的对角线上。按照这样的构成，在水平面内把梁间刚性接合起来得到牢固的结构。由于层间连结梁被配置得倾斜于相面对的两个六角形结构单元的面，所以层间连结梁就会以合适的角度，来作为形成平面上看的上述的第二蜂窝结构的一个边。 

(C)按照本发明的立体管状建筑结构体的最佳实施方式，把多个单层结构体做成2层的单层结构体，来实现能够得到上述效果的最简单的形态。这种情况下，能够降低结构体总量和施工成本。 

(D)按照本发明的立体管状建筑结构体的最佳实施方式，把多个单层结构体层叠起来，并在竖立设置在最内侧的单层结构体的内部设置作为主框架的平板的情况下，可以用平板的端部作为结构件来替代竖立设置在最内侧的单层结构体中的六角形结构单元的上边或下边的梁。这样就能够减少梁数。 

(E)按照本发明的立体管状建筑结构体的最佳实施方式，在管状建筑结构体从平面上 看是略呈四角形的情况下的角落处，多个单层结构体中的至少最外层的单层结构体和与其邻接的内侧层的单层结构体，由平面上看形成等腰三角形的两个等边的层间连结梁连结着。按照这样的构成，在角落处将层间连结梁配置得更密，同时用容易把外力负荷变换成轴向力的三角形来配置，所以能够提高应力易集中的角落处的强度。 

(F)按照本发明的立体管状建筑结构体的最佳实施方式，主框架包含单层结构体的层数不同的部分。按照这样的构成，在应力集中较少的地方，减少单层结构体的层数而使主框架薄；在预计应力较集中的地方(例如靠近角落的地方)，增加单层结构体的层数而使主框架变厚；这样就能够实现立体管状建筑结构体的整体最佳设计。将单层结构体的层数设为最小必要限度，也有助于降低结构体总量和施工成本。 

(G)按照本发明的立体管状建筑结构体的最佳实施方式，局部地包含由一层的单层结构体形成的地方。按照这样的构成，在应力集中较少的地方，把单层结构体做成一层，使其较薄；在预计应力较集中的地方(例如靠近角落的地方)，层叠多层单层结构体；这样就能够实现立体管状建筑结构体的整体最佳设计。只使用一层单层结构体也有助于降低结构体总量和施工成本。 

(H)按照本发明的立体管状建筑结构体的最佳实施方式，以与六角形结构单元同高度的间隔，设置作为主框架的多个平板；按照其他最佳实施方式，以与六角形结构单元的二分之一高度相同的间隔，设置作为主框架的多个厚平板。按照这些构成，设置作为主框架的平板能够提高立体管状建筑结构体的整体强度。结果，能够减轻管状构架的负担，也就能够适宜地缩细管状构架的柱和梁的大小。这样，除了管状构架之外再另外追加其他主框架要素的情况下，能够通过设计来调整各自的负担份额，且能够调整所用构件的大小等。 

附图说明

图1是本发明的立体管状建筑结构体中的管状构架的一个实施例的外观立体图。 

图2A是图1的管状构架1的局部放大图。(a)表示包含管状构架的下端附近的部分，(b)表示分别构成单层结构体A、B的六角形结构单元中的相互面对的一组六角形结构单元。 

图2B是作为图1的管状构架的外侧层的单层结构体A的结构图。(a)是单层结构体A的局部放大正面图，(b)是对应于(a)的部分的单层结构体A的平面图。 

图2C(a)是图1所示的管状构架的局部放大平面图；(b)是仅就(a)所示的第二六角形结构单元的部分的示意说明图；(c)是从(b)的说明图中特地抽出用梁和层间连结 梁L构成的部分的示图。 

图2D是图1所示的管状构架的整体平面图。图示的管状构架1的断面形状略呈四角形。 

图3A(a)是单层结构体A的一个实施例的局部示图，(b)是把(a)的单层结构体A与具有相同配置构成的单层结构体B层叠起来形成的主框架的一部分的示图。 

图3B(a)是单层结构体A的一个实施例的局部示图，(b)是把(a)的单层结构体A与具有相同配置构成的单层结构体B层叠起来形成的主框架的一部分的示图。 

图3C(a)是单层结构体A的一个实施例的局部示图，(b)是把(a)的单层结构体A与具有相同配置构成的单层结构体B层叠起来形成的主框架的一部分的示图。 

图3D是具有略呈圆形的断面形状的管状构架的一个实施例的平面图。 

图4是本发明的立体管状建筑结构体的一个实施例的外观立体图。 

图5是本发明的立体管状建筑结构体的其他实施例的外观立体图。 

图6(a)是具有图2D的平面图所示的略呈四角形的断面形状的管状构架1中的角落部X的结构的局部立体图；(b)是同样部分的局部平面图。 

图7(a)是S层部分与2层部分之间的层数过渡部的结构的局部立体图；(b)是S层部分与3层部分之间的层数过渡部的结构的局部立体图。 

符号的说明 

1管状构架 

A、B  单层结构体 

L  层间连结梁 

10A、10B  六角形结构单元 

10A1、10A2、10A3、10A4六角形结构单元列 

10B1、10B2、10B3、10B4六角形结构单元列 

11A、11B  下边 

12A、12B  上边 

13A、13B  左下边 

14A、14B  左上边 

15A、15B  右下边 

16A、16B  右上边 

21、22、23第二六角形结构单元 

31a、31b  平板 

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。 

图1和图2A～图2D是本发明的立体管状建筑结构体中的管状构架的基本方式的示图。 

本发明的立体管状建筑结构体中的管状构架基本上是将具有蜂窝结构的单层结构体重叠多层而竖直设置，并用把这多层的单层结构体相互连结起来而成的主框架形成管状即筒状。把六角形结构单元刚性接合成蜂窝状而成的单层结构体自身就是牢固的结构，此外，将它们重叠多层相互连结起来，就能够实现极其牢固的管状构架。 

图1是本发明的立体管状建筑结构体中的管状构架的一个实施例的外观立体图，图1的管状构架1是具有由2层的单层结构体构成的主框架的实施例。管轴沿竖直方向延伸，在图示的例子中，管的断面形状略呈四角形，但是也可以是其他的多边形、圆形、椭圆形等。2层的单层结构体是竖直设置在外侧的单层结构体A和竖直设置在内侧的单层结构体B，两者空开规定的间隔。这2层组成的主框架构成结构体的主要部分，主框架在结构屈服强度方面是主要的部分。 

图2A是图1的管状构架1的局部放大图。图2A(a)表示的是包含管状构架1的下端附近的部分，图2A(b)表示的是分别构成单层结构体A、B的六角形结构单元中的相互面对的一组六角形结构单元10A、10B。 

如图2A(a)和图2A(b)所示，单层结构体A具有使六角形结构单元10A与相邻接的六角形结构单元刚性结合成蜂窝状而构成的蜂窝结构，六角形结构单元10A与相邻接的六角形结构单元共有其各边。同样，单层结构体B具有使六角形结构单元10B与相邻接的六角形结构单元刚性结合成蜂窝状而构成的蜂窝结构，六角形结构单元10B与相邻接的六角形结构单元共有其各边。 

单层结构体A中的一个六角形结构单元10A的6条边的结构件，由分别配置在沿水平方向的下边11A和上边12A上的梁、分别配置在左侧的2边13A和14A上的斜柱和分别配置在右侧的2边15A和16A上的斜柱构成。 

同样，单层结构体B中的一个六角形结构单元10B的6条边的结构件，由分别配置在沿水平方向的下边11B和上边12B上的梁、分别配置在左侧的2边13B和14B上的斜柱和分别配置在右侧的2边15B和16B上的斜柱构成。 

另外，单层结构体A和单层结构体B用多根层间连结梁L连结起来。层间连结梁L通过刚性接合把相互面对的2个六角形结构单元10A、10B中的上边12A和12B、以及下边11A和11B彼此连结起来。如图所示，层间连结梁L对各上边或各下边不是沿垂直方向延伸，而是沿倾斜方向延伸。总之，层间连结梁L将相互平行的两个上边12A和12B的相反侧的端部彼此连结起来，将相互平行的两个下边11A和11B的相反侧的端部彼此连结起来。 

作为本发明的管状构架的基本方式，不限于2层，也可以将更多层的单层结构体重叠起来，但是这种情况下，可以把作为主框架的平板设置在竖直设于最内侧的单层结构体的内部。设置有这样的平板的情况下，可以把平板的端部用作结构件，来替代竖直设于最内侧的单层结构体中的六角形结构单元的上边或下边的梁。这样可以减少梁数。 

图2B是作为图1的管状构架的外侧层的单层结构体A的结构图，对于单层结构体B也是同样的构成。图2B(a)是单层结构体A的局部放大正面图，图2B(b)是对应于图2B(a)的部分的单层结构体A的平面图。 

本说明书的附图中的平面图，是从上方看本发明的管状构架的基本方式的平面图(以下，把从该视点看称为“平面视”)。要补充说明的是，例如在将管状构架1用于实际的建筑物的情况下，通常，在上端会配置用来进行端部处理的特别的梁等构件，从上方看的平面图指的是不含这样的上端特有的结构的情况下的管状构架中的平面图。以下所示的平面图也一样。 

如图2A所示，单层结构体A是把六角形结构单元刚性接合成蜂窝状而形成的。如图2B(a)所示，按照这样的蜂窝结构，并排着沿竖直方向G结合起来的多个六角形结构单元的列10A1(第一列)、位于第一列的右邻同样沿竖直方向G结合起来的多个六角形结构单元的列10A2(第二列)和位于第二列的右邻同样沿竖直方向G结合起来的多个六角形结构单元的列10A3(第三列)。第一列10A1和第二列10A2错开六角形结构单元的高度的二分之一长度，第二列10A2和第三列10A3也同样。第一列10A1和第三列10A3处于同样的高度。因此，在蜂窝结构中，第一列10A1和第二列10A2就成为沿管的周向相互交替配置的形态。 

如图2B(a)的正面图所示，各六角形结构单元平面上是左右对称的形状，但是不必是正六角形。对于右侧的两条边来说，是将作为相对竖直方向G相互彼此逆向地倾斜的2根斜柱的右下边15A和右上边16A连结起来。右下边15A相对竖直方向G倾斜角度α，右上边16A相对竖直方向G逆向倾斜角度α。而且2根斜柱的连结部突出到六角形结构单元的外方。对于构成左侧两条边的左下边13A和左上边14A来说，是与右侧的两条边对称 倾斜并连结起来的2根斜柱。 

实际上，如图2B(b)的平面图所示，本发明中的单层结构体A的各六角形结构单元并不是平坦的形状。平面视时，例如对于六角形结构单元10A2来说，左上边14A(与左下边13A重叠)的斜柱相对于包含上边12A和下边11A的梁的面呈角度β1；另一方面，右上边16A(与右下边15A重叠)的斜柱相对于包含上边12A和下边11A的梁的面呈角度β2。这种情况下，左侧斜柱和右侧斜柱相对于包含上下梁的面处于相反侧。因此，平面视时，六角形结构单元的列10A2就从图的纸面方向的左上向右下朝下弯曲。相对于此，对于右邻的六角形结构单元的列10A3，从图的纸面方向的左下向右上朝上弯曲。 

在一个六角形结构单元中，平面视的左侧斜柱和右侧斜柱既可以分别相对于包含上下梁的面相相互反向侧弯曲，也可以向同一侧弯曲。左侧斜柱和右侧斜柱相对于包含上下梁的面所呈的角度β1和β2的大小也可以互不相同。 

可是，如图2B(b)所示，平面视时，竖直连结的同一列中所包含的全部六角形结构单元具有互不错位的共同的平面形状。对于不同的列(例如第二列和第三列)的六角形结构单元来说，则可以是不同的平面形状。 

这样，把左侧斜柱和右侧斜柱的各斜柱以相对于包含上下梁的面呈规定角度设置的六角形结构单元按照规定的配置连结起来，就能够形成具有特定的断面形状的管状构架1。因此，所希望的管状构架1的断面形状也就决定了各个六角形结构单元的弯曲形状和配置的设计。 

图2C(a)是图1所示的管状构架1的局部放大平面图。表示的是2层的单层结构体A和B以及由连结它们的层间连结梁L形成的主框架的一部分。单层结构体A中，所表示的是六角形结构单元列10A1～10A4的部分；单层结构体B中，所表示的是六角形结构单元列10B1～10B4的部分。在管状构架1整体中，单层结构体之间的层间距离d基本上保持一致。 

如图2C(a)所示，本发明的管状构架的主框架的特征之一是平面视时形成有第二六角形结构单元21、22、23、...。另外，这些第二六角形结构单元21、22、23、...还与邻接的第二六角形结构单元共有边，并且刚性接合成蜂窝状。这样，管状构架1就具有沿大体水平方向延展的第二蜂窝结构。 

图2C(b)是图2C(a)所示的仅仅第二六角形结构单元21和22的部分的示意说明图。 

例如，构成第二六角形结构单元21的6条边的结构件由单层结构体A的第一列10A1 和第二列10A2以及单层结构体B的第一列10B1和第二列10B2的任一列中的梁、斜柱和层间连结梁L形成。具体说明如下。 

<第二六角形结构单元21各边的结构件> 

·左上边：层间连结梁L 

·左下边：单层结构体A的第一列10A1的梁11A1、12A1 

·上边：单层结构体B的第一列10B1的斜柱15B1、16B1和第二列10B2的斜柱13B2、14B2 

·下边：单层结构体A的第一列10A1的斜柱15A1、16A1和第二列10A2的斜柱13A2、14A2 

·右上边：单层结构体B的第二列的梁11B2、12B2 

·右下边：层间连结梁L 

又例如，构成其右邻的第二六角形结构单元22的6条边的结构件由单层结构体A的第二列10A2和第三列10A3以及单层结构体B的第二列10B2和第三列10B3的任一列中的梁、斜柱和层间连结梁L形成。具体说明如下。 

<第二六角形结构单元22各边的结构件> 

·左上边：层间连结梁L 

·左下边：单层结构体A的第二列10A2的梁11A2、12A2 

·上边：单层结构体B的第二列10B2的斜柱15B2、16B2和第三列10B3的斜柱13B3、14B3 

·下边：单层结构体A的第二列10A2的斜柱15A2、16A2和第三列10A3的斜柱13A3、14A3 

·右上边：层间连结梁L 

·右下边：单层结构体B的第三列的梁11B3、12B3 

如图2C(b)所示，平面视的第二六角形结构单元中，至少对于由斜柱构成的相面对的两条边来说，相互平行且长度相同。 

图2C(c)是从图2C(b)的说明图中特地抽出用梁和层间连结梁L构成的部分的示图。层间连结梁L被配置在以相互面对的两个六角形结构单元中的上边的梁互为对边的四角形的对角线上，以及以下边的梁互为对边的四角形的对角线上。在交叉的一对对角线的长度不同的情况下，最好配置在较短的一条的对角线上。换言之，该部分成为有特色的斜体N字形状。在管状构架1的曲线部分中，也有将该斜体N字形翻转过来的形状的地方。例如，在图2C(a)中，左侧的两个斜体N字形状部分和右侧的两个斜体N字形状部分为 相互翻转的形状。 

如图2C(b)和图2C(c)所示，管状构架的平面视的第二蜂窝结构也可以是把由斜柱构成的相面对的平行的2边、由梁和层间连结梁构成的斜体N字形状部分交互连结而成的形状。 

在本发明的管状构架的基本方式中，并不限于两层，也可以将更多层的单层结构体重叠起来，这种情况下，同样地，平面视的由相邻靠的2层单层结构体任一层中的作为上边或下边的梁、作为左侧的2边或右侧的2边的斜柱和2层间的层间连结梁形成第二六角形结构单元，同时，相互邻接的第二六角形结构单元之间共有其边并刚性接合而成第二蜂窝结构。 

如后述的图3A～图3D所示，平面视的第二六角形结构单元未必是左右对称的形状，而且相面对的梁之间有可能不是相同的长度。另外，一部分顶点也有可能凹下去，这是因为各个第二六角形结构单元的形状取决于管状构架1的断面形状的设计。但是，至少由斜柱构成的相面对的2边要平行且相同长度。 

如果从侧面看，第二六角形结构单元也不是平坦的形状，因为将斜柱作为边的要素而包含在其内，在竖直方向上各边就存在高低之差。 

图2D是图1所示的管状构架1的整体平面图。图示的管状构架1的断面形状略呈四角形。因此，平面视的第二六角形结构单元21、22、...构成的第二蜂窝结构分别形成在略呈四角形的各边上。4个角落部X处设置有特别的结构。后面，用图6对此予以说明。 

如果从竖直方向来看的话，平面视的第二蜂窝结构为多重结构，即在管状构架1的整体中存在多层的第二蜂窝结构层。另一方面，形成单层结构体的周面的上述第一蜂窝结构也是将多层的单层结构体重叠起来形成多重结构。因此，管状构架1就具有由第一蜂窝结构和平面视的第二蜂窝结构形成的三维的立体蜂窝结构。 

图3A～图3C是分别表示单层结构体中的六角形结构单元的各种连结方式的实施例以及把2层单层结构体重叠起来的主框架中的各种连结方式的实施例的局部平面图。 

图3A(a)局部表示单层结构体A的一个实施例，包含有第一列10A1～第四列10A4的六角形结构单元的列，各个六角形结构单元的列中两侧的各斜柱相对于包含梁的面位于相反的两侧。另外，六角形结构单元的列彼此被连结得弯曲方向相同，结果，整体上就从图的纸面的左上向右下直线地下移。图3A(b)是把图3A(a)的单层结构体A与具有相同配置构成的单层结构体B层叠起来形成的主框架的一部分的示图。这种情况下，梁与层间连结梁L构成的斜体N字形状部分全都是相同方向。该构成可以适用于管状构架的断面 形状中的直线部分。 

图3B(a)局部表示单层结构体A的其他实施例，包含有第一列10A1～第四列10A4的六角形结构单元的列，各个六角形结构单元的列中两侧的各斜柱相对于包含梁的面位于相反的两侧。与上述图3A的例子的不同点在于六角形结构单元的列彼此的弯曲方向交互翻转。因此，整体上就成为在图的纸面的上下方向蛇行的形状。图3B(b)是把图3B(a)的单层结构体A与具有大体相同配置构成的单层结构体B层叠起来形成的主框架的一部分的示图。这种情况下，梁与层间连结梁L构成的斜体N字形状部分就是交互翻转的方向。该构成可以适用于管状构架的断面形状中的包含蛇行形状的直线部分。 

图3C(a)局部表示单层结构体A的另外的其他实施例，包含有第一列10A1～第三列10A3的六角形结构单元的列。不同于上述图3A和图3B的例子，各个六角形结构单元的列中两侧的各斜柱相对于包含梁的面位于同一侧。因此，整体上就成为曲线形状。图3C(b)是把图3C(a)的单层结构体A与具有大体相同配置构成的单层结构体B层叠起来形成的主框架的一部分的示图。这种情况下，由于整体上呈曲线，所以内侧的单层结构体B的梁就被设置得比外侧的单层结构体A的梁短。该构成可以适用于管状构架的断面形状中的曲线部分。 

图3D是具有略呈圆形的断面形状的管状构架1的一个实施例的平面图。略呈圆形的整个圆周，均形成平面视的第二六角形结构单元21、22、...构成的第二蜂窝结构。 

如上所述，本发明的管状构架1具有由构成各单层结构体的第一蜂窝结构和平面视的第二蜂窝结构形成的立体的蜂窝结构。这样的几何形状是容易将来自任意角度的外力负荷变换为斜柱或梁的轴向力的形状。此外，具有立体的蜂窝结构的管状构架1也是容易把外力负荷连续地传递到构架整体的几何形状，所以能够在该过程中逐渐变换为轴向力并能够将外力负荷逸散掉。因此，能够减轻因弯曲力矩引起的应力。这是因为与仅一层的单层结构体的二维的蜂窝结构的情况相比，在本发明的把多层的单层结构体重叠而成的立体的蜂窝结构中，整体上更平衡地配置有具有更多样的轴方向的更多的斜柱或梁。 

图4是本发明的立体管状建筑结构体的一个实施例的外观立体图。管状构架1与图1所示的管状构架是同样的构成。在图4的建筑结构体中，在管状构架1的内部设置有多块平板31a、31b。该实施例中，平板31a、31b各自水平延展至内侧的单层结构体B的整个内部。多块平板31a分别与第一列10B1内所包含的六角形结构单元的下边和上边的梁11B1和12B1相接合；多块平板31b分别与相邻接的第二列10B2内所包含的六角形结构单元的下边和上边的梁11B2和12B2相接合。因此，邻靠的平板31a与平板31b的间隔是六角形结构单元的高度的二分之一。如果该平板31a与平板31b的间隔是建筑物的2层段高度的话，就能够用子框架划分为2层段，从而在一个六角形结构单元的高度h中设置4层段。

作为主框架的厚平板31a和/或厚平板31b的端部可以用作单层结构体B的六角形结构体的梁11B1、12B1等，此时能够省略这些梁。 

厚平板31a和/或厚平板31b的端部在没有单层结构体B的梁的地方(即在水平方向上将一个六角形结构单元一分为二的中央线上)，可以使其超出单层结构体B而突出到与单层结构体A的层间空间内，另外，也可以使其超出单层结构体A而突出到外部。 

图5是本发明的立体管状建筑结构体的其他实施例的外观立体图。图5的实施例与图4的实施例大体是共通的，以六角形结构单元的高度的二分之一的间隔来设置相邻靠的平板31a和31b，但不同之处是把平板31a、31b分别部分地设置在内侧的单层结构体B的内部。这种情况下，各平板31a、31b的面积要设定得在符合结构力学上的要求。 

虽然未图示，但是在如图4和图5所示的那样设置作为主框架的平板时，也可以间隔六角形结构单元的高度h来设置厚平板。每个六角形结构单元的高度h可以设定得多种多样，既可以设定为建筑物的4个层段的高度，也可以2个层段高度。因此，具有本发明的立体的蜂窝结构的管状构架中，平板的平面内的配置、平板间隔、层段的设定等方面的自由度较高。 

在把一个六角形结构单元的高度h设定为4个层段的情况下，由于每2个层段就交互存在梁，所以主框架就形成2个层段或4个层段的空间。因此，每一个层段的子框架不必承担建筑物整体的抗震性和抗风性，可以进行接合或分离的适宜设定，平面和立体的空间的自由度很大。 

本发明的管状构架的全部结构件都是线状构件，所以容易设置开口。 

由于本发明的管状构架是将多个单层结构体层叠起来而成的极牢固的结构，所以即便内部没有作为主框架的平板，也能充分支承整个建筑结构体。因此，内部的电梯、层段、管道空间、通风等的设置都有大的自由度。 

由于蜂窝结构基本上是相同尺寸的六角形结构单元的重复，所以能够将全部柱和梁的大小和形状仅统一为数种，因此，能够提高施工效率、缩短工期、降低成本。 

另外，通过将用来形成六角形结构单元的规定形状的结构单位进行单元化处理、做成作为混凝土预制件的预应力混凝土结构或钢筋结构，也能够提高施工性、缩短工期、降低成本。 

以下说明本发明的管状构架的角落部的构成方式及其他变形方式。 

图6(a)是具有图2D的平面图所示的略呈四角形的断面形状的管状构架1中的角落部X的结构的局部立体图；图6(b)是同样角落部X的平面图。六角形结构单元40A被配置在最外层的单层结构体A的角落部，对两相邻的各面(假定为略呈平面)呈等角度(图示的例子中为45度)。多个六角形结构单元40A沿竖直方向连结起来，由此构成处于角落部的一列。六角形结构单元40A的六条边由下边41和上边42的梁、左下边43和左上边44的左侧斜柱、右下边45和右上边46的右侧斜柱形成。 

另一方面，内侧的单层结构体B的角落部的分别处于两个相邻的面(假定为略呈平面)中的最端部的两个六角形结构单元之间，在两根斜柱的连结部51、52处接合。因此，在单层结构体B的角落部形成由4根斜柱13B、14B、15B和16B构成的菱形。 

另外，单层结构体A中的梁41的两端部、单层结构体B的角落部的连结部51分别用层间连结梁47a、48a连结起来。同样，单层结构体A中的梁42的两端部、单层结构体B的角落部的连结部52分别用层间连结梁47b、48b连结起来。如图6(b)的平面图所示，平面视时，从最外层的单层结构体A的角落部的梁41(或42)的两端延伸的层间连结梁47a和48a(或47b和48b)形成以内侧的单层结构体B的连结部51(或52)为顶点的等腰三角形的相等的两条边。 

图6所示的角落部的结构是在角落部将层间连结梁配置得更密，同时，用容易将外力负荷变换为轴向力的三角形来配置，所以能够提高应力集中的角落部的强度。 

图7是本发明的管状构架中设置单层结构体的层数不同的部分的形态的说明图。本发明的管状构架基本上是把多层的单层结构体重叠起来而形成，但是不必仅按例如2层结构或仅按3层结构来形成，也可以混合存在例如2层结构的部分和3层结构的部分。另外，只要能实现本发明的效果，也可以设置仅配置了一层单层结构体的部分。 

图7(a)是仅配置了一层单层结构体的部分(S层部分)与配置了2层的部分(由A层和B层构成)之间的层数过渡部的结构的局部立体图。图左侧是2层部分，右侧是S层部分。作为一例，所表示的情况是S层和A层外观上连续，在A层的内侧(向图的纸面纵深去的方向)空开层间距离而设置B层。这种情况下，按规定的角度朝内侧再将其他的梁M接合在处于S层的最端部的六角形结构单元(层数过渡部)的梁12A的S层侧的端部。该规定的角度设定得使梁M的前端与梁12A的前端之间的距离d为A层与B层的层间距离，而且从梁M的前端连结B层的六角形结构单元。 

图7(b)是仅仅配置了一层的单层结构体的部分(S层部分)与配置了3层的部分(由 A层、B层和C层构成)之间的层数过渡部的结构的局部立体图。图左侧是3层部分，右侧是S层部分。作为一例，所表示的情况是S层和A层外观上连续，在A层的内侧空开层间距离而设置B层，再在B层的内侧空开层间距离而设置C层。这种情况下，按规定的角度朝内侧再将其他的梁M1接合在处于S层的最端部的六角形结构单元(层数过渡部)的梁12A的S层侧的端部。该规定的角度设定得使梁M1的前端与梁12A的前端之间的距离d1为A层与B层的层间距离，而且从梁M1的前端连结B层的六角形结构单元。进而，按规定的角度朝内侧再将其他的梁M2接合在处于B层的最端部的梁12B的S层侧的端部。该规定的角度设定得使梁M2的前端与梁12B的前端之间的距离d2为B层与C层的层间距离，而且从梁M2的前端连结C层的六角形结构单元。 

作为图7所示的层数过渡部的结构的一例，可以是多样的变形方式。一般，在应力集中的地方增多层数，而在负荷轻的地方可以减少层数。这主要取决于管状构架的整体形状。 

本发明的立体管状建筑结构体基本的方式是管状构架的整体由上述的第一蜂窝结构和第二蜂窝结构形成，但是只要沿由本发明的宗旨且只要结构力学上容许，将这些结构以外的结构组装到管状构架的一部分之中的情况都包含在本发明的范畴之内。 

本发明的立体管状建筑结构体可以由多种多样的建筑材料来构建，可以是木制结构、钢骨结构、钢筋混凝土(RC)结构、钢骨钢筋混凝土(SRC)结构、混凝土填充钢管(CFT)结构、预应力混凝土(PC)结构等。 

Claims (9)

1.一种立体管状建筑结构体，具有把由多个与邻接的六角形结构单元共有该六角形结构单元的各边并刚性接合成蜂窝状的单层结构体，相互空开间隔而竖直地设置多层而成的主框架，并用所述主框架形成了立体的管状构架；

作为所述六角形结构单元的各边的结构件，由相对竖直方向彼此逆向倾斜而连结起来的左侧2边和右侧2边的各自的2根斜柱、以及沿水平方向的上边和下边的各自的梁构成；所述左侧2边和右侧2边分别相对包含所述上边和下边的面呈一定角度；

在所述主框架中的相邻靠的2层所述单层结构体内，处于一方的所述六角形结构单元的各单元和处于另一方的所述六角形结构单元的各单元彼此面对，同时这2层间用多根层间连结梁连结起来；

从所述主框架的平面看，作为相邻靠的2层所述单层结构体的任一层中的所述上边或所述下边的梁、作为所述左侧2边或右侧2边的斜柱、以及处于所述2层间的所述层间连结梁形成第二六角形结构单元，同时，所述第二六角形结构单元与相邻接的第二六角形结构单元刚性接合成蜂窝状。

2.根据权利要求1记载的立体管状建筑结构体，其特征在于：从所述主框架的平面看，所述层间连结梁被配置在以相互面对的两个所述六角形结构单元中的所述上边互为对边的四角形的对角线上，以及以所述下边互为对边的四角形的对角线上。

3.根据权利要求1或2任一项所述的立体管状建筑结构体，其特征在于：所述多个单层结构体由2层单层结构体构成。

4.根据权利要求1所述的立体管状建筑结构体，其特征在于：把平板设置在竖直设置于所述多个单层结构体中的最内侧的单层结构体的内部的情况下，在竖直设置于最内侧的单层结构体中，以所述平板的端部为结构件，来替代所述六角形结构单元的所述上边或所述下边的梁。

5.根据权利要求1所述的立体管状建筑结构体，其特征在于：所述立体管状建筑结构体从平面上看是略呈四角形的情况下，在其角落处，平面上看形成等腰三角形的两个等边的层间连结梁，连结着所述多个单层结构体中至少最外层的单层结构体和与其邻接的内侧层的单层结构体。

6.根据权利要求1所述的立体管状建筑结构体，其特征在于：所述主框架包含所述单层结构体的层数不同的部分。

7.根据权利要求1所述的立体管状建筑结构体，其特征在于：所述立体管状建筑结构体部分地包含由一层的所述单层结构体形成的地方。

8.根据权利要求1所述的立体管状建筑结构体，其特征在于：以与所述六角形结构单元同高度的间隔设置作为主框架的多个平板。

9.根据权利要求1所述的立体管状建筑结构体，其特征在于：以与所述六角形结构单元的二分之一高度相同的间隔设置作为主框架的多个平板。

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