JP2004232291A - Expansion stretched chord truss structural body - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば大規模な構造物の屋根架構に適用して好適な展開式張弦トラス構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】
大規模な構造物の屋根架構に適用して好適な構造として、フレームとケーブルとの組み合わせによる張弦トラス構造があり、その一例として特許文献1に示されるようなテンセグリッド構造と称されるものがある。
【0003】
これは、圧縮材を枠状に組んでなるフレーム体の内側に束材を配して、束材の両端とフレーム体の各頂点との間にケーブルを張設してなるグリッドユニット(テンセグリティー)を構成単位とし、それらグリッドユニットのフレーム体の頂点どうしを互いに連結することによりフレーム体およびフレーム体間に形成される空隙を升目とするグリッドフレームを構成するとともに、隣接するグリッドユニットの束材どうしを引張材により連結して張力を付与した構造のものであり、架構全体を充分に軽量でき、応力制御や変形制御も簡便かつ容易に行うことが可能であり、自己釣り合い形の架構であるので任意形状の曲面を自由に構成できる、といった優れた特性を有するものである。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−54492号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のテンセグリッド構造の施工は特に困難ではないが、このテンセグリッド構造をたとえば仮設的な構造物に適用したり、あるいは宇宙空間に設ける構造物に適用することを考慮した場合には、より簡便に施工できかつ必要に応じて簡便に撤去したり移動することが可能であることが望まれ、それを可能とするより有効な構造が模索されている。
【0006】
上記事情に鑑み、本発明は従来のテンセグリッド構造を基本として、より簡便に施工でき、撤去や移動も可能である展開式張弦トラス構造体を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の展開式張弦トラス構造体は、4本のグリッド材をパンタグラフ式に変形可能な状態で矩形枠状に連結したフレーム体の内側に、中間部にヒンジ部が設けられて屈曲可能な束材を配し、束材の両端とフレーム体の各頂点との間に8本のケーブルを張設して形成される展開式のグリッドユニットを構成単位とし、各グリッドユニットのフレーム体の頂点どうしを互いに連結して展開式のグリッドフレームを形成するとともに、隣接するグリッドユニットの束材どうしの間に弦材を張設したことを特徴とする。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1の発明の展開式張弦トラス構造体において、グリッドフレームを展開した状態において各ケーブルおよび各弦材に自ずと所定張力が導入されるように各ケーブルおよび各弦材の長さを設定したことを特徴とする。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1または2の発明の展開式張弦トラス構造体において、各グリッドユニットにおける束材のヒンジ部とフレーム体とを連結材により連結し、フレーム体の変形に伴い連結材を介して束材を押し引きして屈曲させる構成としたことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1〜図7を参照して本発明の実施形態を説明する。図1は本実施形態の展開式張弦トラス構造体(以下、単に構造体と略す)の全体概略構成を示す斜視図、図2はその構成単位である展開式のグリッドユニット1を示す図、図3はこの構造体の全体の平面図、図4(a)は部分拡大平面図、同図(b)はその側面図、図5〜図7はこの構造体を展開している状況を示す図である。なお、図3、図4(a)、図5では弦材7の図示は省略しており、図7はグリッドフレーム8のみを示している。
【0011】
まず、図2を参照して展開式のグリッドユニット1について説明する。これは、4本のグリッド材2をパンタグラフ式に変形可能な状態で矩形枠状に連結したフレーム体3の内側に、中間部がスナップスルー式のヒンジ部4により屈曲可能な束材5を配し、束材5の両端とフレーム体3の各頂点との間に8本のケーブル6を張設して形成されたものである。グリッド材2および束材5としては小径の鋼管やCFRP管が好適に採用可能であり、ケーブル6としてはPC鋼線やCFRPケーブルが好適に採用可能である。
【0012】
本実施形態の構造体は、上記のグリッドユニット1におけるフレーム体3の頂点どうしを互いに連結し、かつ隣接する束材5の両端相互間にそれぞれ弦材7を張設することで、全体として環状をなす展開可能なグリッドフレーム8を構成し、その内側に屋根材9を取り付けることで大規模な構造物の屋根として機能するものとなっている。弦材7としては上記のケーブル6と同様にPC鋼線やCFRPケーブルが好適に採用可能であり、屋根材9としては折り畳み可能なパネルや可撓性を有するシートが好適に採用可能である。
【0013】
本実施形態の構造体は、各グリッドユニット1のフレーム体3がパンタグラフ式に変形可能な展開式のものとされ、かつ束材5がヒンジ部4により屈曲可能であることから、図5〜図7に示すようにその全体が伸縮可能なものであって、全体を縮めた状態から展開させることでその施工を容易に行い得るものであるし、展開している状態から逆の手順で縮めることで容易に撤去したり移動することも可能なものである。
【0014】
すなわち、上記の構造体は、各グリッドユニット1のフレーム体3が図5(a)に示すように縮んでいるいる状態から同図(b)に示すように展開された状態に変形可能であり、その際には束材5は図6(a)に示すように屈曲している状態から同図(b)に示すように真っ直ぐの状態になってヒンジ部4によりその状態が維持されるようになっている。そして、各ケーブル6および各弦材7はグリッドフレーム8が縮んでいる状態では緩んでいるが、グリッドフレーム8が展開した状態においては各ケーブル6および各弦材7に自ずと所定張力が導入されて緊張するようにそれらの長さが予め適正に設定されている。
【0015】
したがって、上記の構造体は、図7(a)に示すように環状のグリッドフレーム8を要所で切り離した状態で組み立てておき、その状態から(b)、(c)に示すように周方向に順次展開していってその両端どうしを連結することのみで施工することができ、その逆の手順で縮めることも可能である。この際、屋根材9として折り畳み可能なパネルや可撓性を有するシートを採用した場合には、グリッドフレーム8とともに屋根材9も展開させかつ折り畳むことができるものである。
【0016】
このように、上記の構造体は縮めた状態で組み立てておいてそれを施工場所において展開することのみで容易に施工できるし、縮めることで容易に撤去したり移動することも可能であるし、さらには使用中に形態を変化させることも可能である。勿論、縮めた状態でストックしておいて必要に応じて所望位置において展開させることにより繰り返し使用することができ、縮めることで容易に撤去できることから、特に仮設的な構造物に適用して好適である。さらには、縮めた状態でロケットに搭載して打ち上げて宇宙空間において展開することにより、宇宙空間に設ける宇宙ステーションや大規模なアンテナ等の宇宙構造物に適用することも考えられる。
【0017】
なお、グリッドフレーム8が縮んでいる状態から展開する際には、束材5を屈曲している状態から自ずと真っ直ぐに伸びた状態とするために、図5〜図6に示すように束材5のヒンジ部4とフレーム体3とを連結材10により連結しておくことが好ましい。そのような連結材10を設けることにより、グリッドフレーム8が展開する際にはヒンジ部4が連結材10により前方に押し出されて束材5が自ずと真っ直ぐに伸びてスナップスルー式のヒンジ部4によりその状態が維持され、グリッドフレーム8が縮む際にはヒンジ部4が連結材10を介して手前側に引き込まれて束材5は自ずと屈曲するものとなる。
【0018】
また、上記のようにケーブル6および弦材7の長さを予め適正に設定しておいて、グリッドフレーム8の展開により自ずとそれらに適正な張力が導入されるようにしておくことが好ましいが、グリッドフレーム8を展開した後にあらためてケーブル6や弦材7を緊張して適正な張力を導入するようにしても良い。
【0019】
また、上記のように束材5のヒンジ部4とフレーム体3とを連結材10により連結することが好ましいが、連結材10を省略して束材5を直接的に操作して伸ばしたり屈曲させるように構成するようにしても良い。
【0020】
以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明の展開式張弦トラス構造体は展開可能に構成する限りにおいてその形態や各部の構成は任意に変更可能である。たとえば図8〜図9に示すものは、グリッドユニット1のフレーム体3をほぼ正方形状としてより大規模な環状のグリッドフレーム8を構成し、その内側にケーブルネット11を張設し、その全体を6箇所の支持体12により支持して架設した形態のものである。なお、本発明は上記実施形態のようにグリッドフレーム8を環状としてそれを周方向に展開する形態のものに限らず、グリッドフレーム8を矩形に構成してそれを横方向に展開する形態のものとすることも勿論可能である。
【0021】
【発明の効果】
請求項1の発明は、4本のグリッド材をパンタグラフ式に変形可能な状態で矩形枠状に連結したフレーム体の内側に、中間部がヒンジ部が設けられて屈曲可能な束材を配し、束材の両端とフレーム体の各頂点との間に8本のケーブルを張設して形成される展開式のグリッドユニットを構成単位とし、各グリッドユニットのフレーム体の頂点どうしを互いに連結してグリッドフレームを形成するとともに、隣接するグリッドユニットの束材どうしの間に弦材を張設したので、グリッドフレームを縮めた状態で組み立ててそれを展開することのみで容易に施工できるし、グリッドフレームを縮めることで容易に撤去したり移動することも可能であるから、特に大規模な仮設的な構造物や宇宙空間に設ける構造物に適用するものとして最適である。
【0022】
請求項2の発明は、グリッドフレームを展開した状態において各ケーブルおよび各弦材に自ずと所定張力が導入されるように各ケーブルおよび各弦材の長さを設定したので、ケーブルや弦材を直接的に緊張することなく自ずと適正な張力を導入することが可能である。
【0023】
請求項3の発明は、各グリッドユニットにおける束材のヒンジ部とフレーム体とを連結材により連結し、フレーム体の変形に伴い連結材を介して束材を押し引きして屈曲させる構成としたので、グリッドフレームを展開することのみで束材を自ずと真っ直ぐに伸ばすことができ、グリッドフレームを縮めることで束材を自ずと屈曲させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態である展開式張弦トラス構造体の全体概略構成を示す斜視図である。
【図2】同、構成単位であるグリッドユニットを示す斜視図である。
【図3】同、全体平面図である。
【図4】同、部分拡大平面図および側面図である。
【図5】同、展開状態を説明するための部分平面図である。
【図6】同、展開状態を説明するための断面図である。
【図7】同、展開状態を説明するための全体平面図である。
【図8】本発明の他の実施形態である展開式張弦トラス構造体の全体概略構成を示す平面図および側面図である。
【図9】同、部分拡大図である。
【符号の説明】
1 グリッドユニット
2 グリッド材
3 フレーム体
4 ヒンジ部
5 束材
6 ケーブル
7 弦材
8 グリッドフレーム
9 屋根材
10 連結材
11 ケーブルネット
12 支持体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a deployable string truss structure suitable for application to, for example, a roof frame of a large-scale structure.
[0002]
[Prior art]
As a structure suitable for being applied to a roof frame of a large-scale structure, there is a string truss structure formed by a combination of a frame and a cable, and as an example, a so-called tense grid structure as shown in
[0003]
This is a grid unit (Tensegrity) in which a bundle is arranged inside a frame body composed of compressed materials in a frame shape, and cables are stretched between both ends of the bundle and each vertex of the frame body. ) As a structural unit, and connecting the vertices of the frame bodies of the grid units to each other to form a grid body having a space formed between the frame bodies and the frame body as a grid, and a bundle of adjacent grid units. It has a structure in which tension is applied by connecting two members with a tension member. The entire frame can be made sufficiently lightweight, stress control and deformation control can be performed easily and easily, and it is a self-balancing type frame. Therefore, it has an excellent characteristic that a curved surface of an arbitrary shape can be freely configured.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-54492
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the construction of the above-mentioned tense grid structure is not particularly difficult, but when considering that this tense grid structure is applied to a temporary structure or to a structure provided in outer space, for example, It is desirable to be able to construct more easily and to be able to easily remove and move as needed, and a more effective structure that enables this is being sought.
[0006]
In view of the above-mentioned circumstances, an object of the present invention is to provide a deployable string truss structure that can be more easily constructed and can be removed and moved based on a conventional tense grid structure.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the deployable string truss structure according to the first aspect of the present invention, a hinge portion is provided at an intermediate portion inside a frame body in which four grid members are connected in a rectangular frame shape in a pantograph-like deformable state. An expandable grid unit formed by disposing a bendable bundle material and stretching eight cables between both ends of the bundle material and each vertex of the frame body as a constituent unit, and a frame of each grid unit. The apex of the body is connected to each other to form an expandable grid frame, and a chord is stretched between bundles of adjacent grid units.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the deployable string truss structure according to the first aspect of the present invention, each cable and each string are so arranged that predetermined tension is naturally introduced to each cable and each string member in a state where the grid frame is expanded. The length of the material is set.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the deployable string truss structure according to the first or second aspect of the present invention, the hinge portion of the bundle material in each grid unit and the frame body are connected by a connecting material. The present invention is characterized in that the bundle material is configured to be pushed and pulled to bend via the connecting material.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing an overall schematic configuration of an expandable string truss structure (hereinafter, simply abbreviated as a structure) of the present embodiment. FIG. 2 is a diagram showing an
[0011]
First, the
[0012]
The structure according to the present embodiment has an annular shape as a whole by connecting the vertices of the
[0013]
The structure according to the present embodiment has a
[0014]
That is, the above-described structure can be deformed from a state where the
[0015]
Therefore, the above-mentioned structure is assembled in a state where the
[0016]
In this way, the above structure can be easily assembled simply by assembling it in a contracted state and deploying it at the construction site, and it is also possible to easily remove or move by shrinking, Furthermore, the form can be changed during use. Of course, since it can be used repeatedly by storing it in a contracted state and expanding it at a desired position as needed, and it can be easily removed by contracting, it is particularly suitable to be applied to a temporary structure. is there. Furthermore, it is also conceivable to apply the present invention to space structures such as a space station and a large-scale antenna provided in space by launching the spacecraft in a contracted state and mounting it on a rocket.
[0017]
When the
[0018]
Further, it is preferable that the lengths of the
[0019]
Further, as described above, it is preferable that the
[0020]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the form and configuration of each part can be arbitrarily changed as long as the deployable string truss structure of the present invention is configured to be deployable. For example, the one shown in FIGS. 8 to 9 constitutes a larger-scale
[0021]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a bendable material having a hinge portion provided at an intermediate portion is disposed inside a frame body in which four grid members are connected in a rectangular frame shape in a pantographically deformable state. An expandable grid unit formed by stretching eight cables between both ends of the bundle and each vertex of the frame body is a constituent unit, and the vertex of the frame body of each grid unit is connected to each other. The grid frame is formed by connecting the cords between the bundles of adjacent grid units, and the chord is stretched between the bundles of adjacent grid units. Since the frame can be easily removed or moved by shrinking the frame, it is particularly suitable for application to a large-scale temporary structure or a structure provided in outer space.
[0022]
According to the second aspect of the present invention, the length of each cable and each chord is set so that a predetermined tension is naturally introduced to each cable and each chord when the grid frame is deployed. It is possible to naturally introduce an appropriate tension without being nervous.
[0023]
The invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an overall schematic configuration of a deployable string truss structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a grid unit as a structural unit.
FIG. 3 is an overall plan view of the same.
FIG. 4 is a partially enlarged plan view and a side view of the same.
FIG. 5 is a partial plan view for explaining the expanded state.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a developed state.
FIG. 7 is an overall plan view for explaining the developed state.
FIG. 8 is a plan view and a side view showing an overall schematic configuration of a deployable string truss structure according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a partially enlarged view of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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JP2003020849A JP2004232291A (en) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | Expansion stretched chord truss structural body |
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