JP2007262839A - アルミ製トラス構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】トラスを構成する各部材の製作が容易で且つ容易に組立てることのできる、軽量なアルミ製トラス構造体の提供。
【解決手段】前側弦材１と、後側弦材２と、前側横材３と、後側横材４と、一方側斜材５と、他方側斜材６とを備え、前側弦材１と後側弦材２は、長手方向に間隔をおいて設けた複数の連結部８，９とを有する非中空断面のアルミ押出形材であり、互いに左右方向に等間隔をおいて平行に配置してあり、前側横材３と後側横材４は、前側弦材の連結部８又は後側弦材の連結部９に当接する複数のフラットな連結部と、直線部１１，１３とを有する非中空断面のアルミ製部材であり、互いに前後方向に等間隔をおいて平行に配置してあり、一方側斜材５と他方側斜材６は、フラットな前側連結部及び後側連結部と、直線部１６，１９とを有する非中空断面のアルミ製部材であり、互いに交差して斜めに配置してあり、当接し合う各部材の連結部同士を固定してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミ製の棒状の部材を立体的に組み立てて成るアルミ製トラス構造体に関するものである。

従来、立体トラスを構成する弦材や斜材等の各部材には、座屈強度確保のため断面円形の鋼製のパイプが主に使用されている。そして、パイプからなる各部材を相互に連結するために、パイプの端部や中間部の所定箇所を扁平に押し潰して板状の連結部を形成し、連結部同士を重ねてボルト・ナットで締結するようにしている（特許文献１参照。）。また、軽量化のため、鋼製パイプの代わりにアルミ製の中空押出形材を使用したものもある。特許文献２には、立体トラス用構造材として、円形断面の中空基部と、中空基部内の上下方向中間に厚肉扁平のフランジ部とを一体に形成したアルミ押出形材が記載されている。この立体トラス用構造材は、長手方向の所定位置において中空基部を上下対称に切り欠き除去してフランジ部を露出させ、当該フランジ部を部材相互の連結部としている。
特開２００３−２６８８７２号公報 特開２００４−２１１３７８号公報

上記のように、鋼製パイプや中空押出形材を使用すると、そのままの断面形状では部材相互に連結することができず、パイプを押し潰したり中空部を切除したりして板状の連結部を多数形成する必要があり、各部材の製作に手間がかかる。また斜材は、両端と中央部に連結部を設けてＶ字型に曲げたものとなっており（特許文献２、図６参照。）、斜材を多数配設しなければならないので、組立が容易ではなかった。さらに、特許文献２記載の円形パイプ状の中空基部とフランジ部が一体に形成されたアルミ押出形材は、材質がアルミであっても部材の太さが太くなって重量が重くなるため、軽量化が思うように図れない。本発明はこうした実情に鑑み、トラスを構成する各部材の製作が容易で且つ容易に組立てることのできる、軽量なアルミ製トラス構造体の提供を目的とする。

上記の課題を達成するために本発明のアルミ製トラス構造体は、前側弦材と、後側弦材と、前側横材と、後側横材と、一方側斜材と、他方側斜材とを備え、前側弦材は、前側面に突出する少なくとも２条の突条と、フラットな後側面に長手方向に間隔をおいて設けた複数の連結部とを有する非中空断面のアルミ押出形材であり、互いに左右方向に等間隔をおいて平行に配置してあり、後側弦材は、後側面に突出する少なくとも２条の突条と、フラットな前側面に長手方向に間隔をおいて設けた複数の連結部とを有する非中空断面のアルミ押出形材であり、互いに左右方向に等間隔をおいて平行に配置してあり、前側横材は、前側弦材の連結部に当接するフラットな連結部と、連結部間に位置し且つ断面において曲がり部を有する直線部とを有する非中空断面のアルミ製部材であり、前側弦材の配置方向と直交する方向に互いに等間隔をおいて平行に配置してあり、後側横材は、後側弦材の連結部に当接するフラットな連結部と、連結部間に位置し且つ断面において曲がり部を有する直線部とを有する非中空断面のアルミ製部材であり、後側弦材の配置方向と直交する方向に互いに等間隔をおいて平行に配置してあり、前側弦材同士の間隔寸法と後側弦材同士の間隔寸法とが等しく、前側横材同士の間隔寸法と後側横材同士の間隔寸法とが等しく、且つ後側弦材は前側弦材の真後位置から間隔寸法の１／２の寸法分だけ左右方向にずれた位置にあると共に、後側横材は前側横材の真後位置から間隔寸法の１／２の寸法分だけ後側横材の配置方向にずれた位置にあり、一方側斜材と他方側斜材は、フラットな前側連結部及びフラットな後側連結部と、前側連結部と後側連結部の間に位置し且つ断面において曲がり部を有する直線部とを複数有する非中空断面のアルミ製部材であり、一方側斜材は、後側連結部が後側横材の連結部の前側面に当接し、前側連結部が他方側斜材の前側連結部の後側面に当接し、弦材及び横材に対して斜めに且つ互いに等間隔をおいて平行に配置してあり、他方側斜材は、後側連結部が一方側斜材の後側連結部の前側面に当接し、前側連結部が前側横材の連結部の後側面に当接し、一方側斜材と交差して弦材及び横材に対して斜めに且つ互いに等間隔をおいて平行に配置してあり、当接し合う各部材の連結部同士を固定してあることを特徴とする。
前側横材と後側横材と一方側斜材と他方側斜材の直線部は、一定の座屈強度が確保できるような断面形状に形成されていればよく、例えばアングル状や溝状の断面形状とすることができる。前側横材と後側横材と一方側斜材と他方側斜材は、平らな帯状の板から製作してもよいが（この場合は、直線部を折り曲げにより形成する。）、アングル状や溝状の断面の押出形材から製作することもできる（この場合は、形材の所定箇所を扁平に押し広げて連結部を形成する。）。なお、アルミ押出形材、アルミ製部材には、アルミニウム合金製のものが含まれる。

本発明のアルミ製トラス構造体は、前側面と後側面に突出する突条を有する非中空断面のアルミ押出形材と、連結部と連結部間に位置する直線部とを有する非中空断面のアルミ製部材を使用したので、パイプを使用した場合と比べて、フラットな連結部を設けるのが容易であることから各部材の製作が容易であり、尚且つ大幅な軽量化を図ることができる。しかも前側弦材と後側弦材は、前側面と後側面にそれぞれ突出する少なくとも２条の突条を有することにより、前側横材と後側横材と一方側斜材と他方側斜材は、連結部間に断面において曲がり部を有する直線部を有することにより、十分な座屈強度が確保できるので、要求される強度を満足するトラス構造体とすることができる。また、パイプを使用しないことで、各部材のエッジや角部が強調され、見る者にシャープな印象を与えるトラス構造体になる。さらに本発明のアルミ製トラス構造体は、各部材にフラットな連結部を有するので、各部材を所定の順序で順次配設し、前側弦材と後側弦材の突条間で当接し合う各部材の連結部同士をリベット等の固定具や、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）により簡易に固定して、簡単に製作できる。また組立てる際、一方側斜材を後側に、他方側斜材を前側にそれぞれ配設して、両部材の前側連結部と後側連結部の重なり方を前側連結部と後側連結部とで同じにすることで、組立が容易に行えるし、両部材の前側連結部と後側連結部の間の長さが一定となるので、両部材の製作も容易である。前側弦材と前側横材の連結部と一方側・他方側斜材の前側連結部とが相互に当接しあう前側の部材連結箇所と、後側弦材と後側横材の連結部と一方側・他方側斜材の後側連結部とが相互に当接し合う後側の連結箇所とは、前側から見て、お互いに上下、左右方向にずれた位置にあるので、リベット等による固定作業がしやすい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のアルミ製トラス構造体の概略構成を示す斜視図であり、図２は本アルミ製トラス構造体の部分平面図、図３は部分正面図である。本トラス構造体は、前側弦材１、後側弦材２、前側横材３、後側横材４、一方側斜材５、他方側斜材６の、６種類の一本物の部材を組み合わせて構成してある。本トラス構造体の最も後側の位置には、後側弦材２が左右方向に一定の間隔をおいて平行に配置してある。後側弦材２の前側面には、後側横材４が、後側弦材２に交差して、後側弦材２の配置方向と直交する方向（上下方向）に一定の間隔をおいて平行に配置してある。本トラス構造体の最も前側の位置には、前側弦材１が左右方向に一定の間隔をおいて平行に配置してある。前側弦材１のすぐ後側には、前側横材３が、前側弦材１に交差して、上下方向に一定の間隔をおいて平行に配置してある。前側弦材１同士の間隔寸法と後側弦材２同士の間隔寸法と前側横材３同士の間隔寸法と後側横材４同士の間隔寸法は全て等しく（２００ｍｍ）、且つ図２に示すように、後側弦材２は前側弦材１の真後位置からその間隔寸法の１／２の寸法分だけ左右方向にずれた位置に位置しており、後側横材４は前側横材３の真後位置から間隔寸法の１／２の寸法分だけ上下方向にずれた位置に位置している。前側横材３と後側横材４との間の間隔寸法Ｌは１００ｍｍである。
一方側斜材５は、弦材１，２及び横材３，４に対して斜めに且つ互いに一定の間隔をおいて平行に配置され、前側弦材１と前側横材３の交差部と後側弦材２と後側横材４の交差部とを連結している。他方側斜材６は、一方側斜材５と交差して弦材１，２及び横材３，４に対して斜めに且つ互いに等間隔をおいて平行に配置してあり、前側弦材１と前側横材３の交差部と後側弦材２と後側横材４の交差部とを連結している。前側弦材１と前側横材３と一方側斜材５と他方側斜材６とが互いに当接して交差する前側の部材連結箇所２１と、後側弦材２と後側横材４と一方側斜材５と他方側斜材６とが互いに当接して交差する後側の部材連結箇所２２は、それぞれリベット２０により固定してある。

前側弦材１は、アルミニウム合金の押出形材であり、図４に示すように、前側面の両側縁部に突出する突条７，７を有し、両突条７，７間に板状の基部２３を有している。２条の突条７，７間は、当接し合う各部材の連結部をリベット２０で固定するための固定空間Ｓとしてあり、突条間に１０ｍｍの間隔をあけてある。基部２３の厚みは１．５ｍｍとなっている。前側弦材１のフラットな後側面には、長手方向に一定の間隔をおいて複数の連結部８を設けてあり、連結部８にはリベット挿通孔２４を形成してある。連結部８同士の間隔寸法は、前側横材３同士の間隔寸法と同一となる。後側弦材２は、前側弦材１と同一の断面形状を有するアルミニウム合金の押出形材であり、突条７が後側面に突出するように前側弦材１とは突条の向きを逆にして用いている。後側弦材２は、前側弦材１と同じように、フラットな前側面の長手方向の一定の間隔毎に後側横材４を連結する連結部９を複数設けてあり、連結部９にはリベット挿通孔２４が形成されている。

前側横材３は、板厚１．５ｍｍのアルミニウム合金の板材から切り出した幅２０ｍｍの帯状の板から形成したものであり、図５（ａ）に示すように、長手方向の一定の間隔毎にフラットな板状の連結部１０が複数形成してあり、各連結部１０間は、プレス機で曲げ加工を行って、図５（ｃ）に示すように、曲がり部２５を有するアングル状断面の直線部１１としてある。連結部１０の中心にはリベット挿通孔２４が形成されている。後側横材４は、前側横材３と同一形状の部材であり、前側横材３と同じようにアルミニウム合金の板材から帯状板を切り出し、連結部１２を残してプレス機で曲げ加工を行うことで、フラットな板状の連結部１２と、アングル状断面の直線部１３を複数形成してある。

一方側斜材５は、板厚１ｍｍのアルミニウム合金の板材から切り出した幅１５ｍｍの帯状の板から形成したものであり、図６（ａ）（ｂ）に示すように、長手方向の一定の間隔毎にフラットな板状の前側連結部１４と後側連結部１５が交互に形成してあり、各連結部１４，１５間は、前側・後側横材３，４と同じようにプレス機で曲げ加工を行って、図６（ｃ）に示すような、曲がり部２５を有するアングル状断面の直線部１６を複数設けてある。さらに、図６（ｂ）に示すように、前側連結部１４の長手方向の端部を後側に斜めに折り曲げると共に、後側連結部１５の長手方向の端部を前側に斜めに折り曲げることで、ジグザグ状に曲がった形に形成してある。前側連結部１４及び後側連結部１５の中心には、リベット挿通孔２４が形成されている。他方側斜材６は、一方側斜材５と同一形状の部材であり、アルミニウム合金の板材から切り出した帯状の板に曲げ加工を施すことにより、フラットな板状の前側連結部１７及び後側連結部１８と、アングル状断面の直線部１９とを形成してある。前側連結部１４，１７と後側連結部１５，１８の間の長さ（直線部１６，１９の長さ）も、一方側斜材５と他方側斜材６で同じになっている。

次に、上述の各部材を使用してトラス構造体を構築する際の手順を、図７に即して説明する。まず、図７（ａ）に示すように、後側弦材２を左右方向に一定の間隔をおいて縦に順次配設した後、後側横材４を、その連結部１２を後側弦材２の連結部９に載せるようにして、横に順次配設する。次に、図７（ｂ）に示すように、一方側斜材５を、その後側連結部１５を後側横材４の連結部１２に載せるようにして、斜めに順次配設する。次に、図７（ｃ）に示すように、他方側斜材６を、一方側斜材５に交差して、且つ後側連結部１８と前側連結部１７を一方側斜材５の後側連結部１５と前側連結部１４にそれぞれ載せるようにして、斜めに順次配設する。次に、図７（ｄ）に示すように、前側横材３を、その連結部１０を他方側斜材６の前側連結部１７に載せるようにして、横に順次配設した後、最後に前側弦材１を、その連結部８を前側横材３の連結部１０に載せるようにして、縦に順次配設する。そうして各部材を組んだら、部材の連結部が当接し合う前側と後側の各部材連結箇所２１，２２を、突条７，７間でリベット２０により順次固定する。

本トラス構造体は、以上に述べたように各部材１，２，３，４，５，６が非中空断面の部材であってフラットな連結部をそれぞれ有しているので、部材を押し潰したり切り欠いたりして連結部を形成する必要がなく、各部材を所定の形に組んで、前側と後側の部材連結箇所２１，２２を突条７，７間でリベット２０により簡易に固定することで、簡単に製作できる。前側の部材連結箇所２１と後側の部材連結箇所２２は、図２に示すように、上下方向及び左右方向にずれた位置にあるので、後側の部材連結箇所２２の固定の際に前側にある部材１，３が邪魔になることがなく、固定作業がしやすい。リベット２０は、セルフ・ピアス・リベットを使用してもよい。図１０は、セルフ・ピアス・リベット２０ａにより固定する場合の工程を示しており、まず図１０（ａ）に示すように、当接し合う各部材の連結部８，１０，１７，１４を工具２７，２８で挟持し（弦材の固定空間Ｓに工具２７が差し込まれる）、図１０（ｂ）に示すように、前側の工具２７にセルフ・ピアス・リベット２０ａを供給して加圧する。連結部８，１０，１７，１４には、予め下孔を空ける必要はない。セルフ・ピアス・リベット２０ａの軸の部分は、図１０（ｃ）に示すように、前側の部材の連結部８，１０を貫通し、後側の部材の連結部１４，１７内でダイ２９の形状に展開し、各部材の連結部が強固に固定される。セルフ・ピアス・リベット２０ａの上面は弦材の連結部８の前側面と同面となり、前側面がフラットな連結部が形成される。
また各部材連結箇所２１，２２の固定には、リベットの代わりにボルト・ナットを用いることもできる。さらに、リベットやボルト・ナット等の固定具により機械的に固定する代わりに、摩擦撹拌接合により各部材連結箇所２１，２２を固定することもできる。各部材連結箇所２１，２２の固定作業は、前側からのみ行ってもよいが、前側と後側の両側から行ってもよい。

上述の実施形態では、前側弦材１同士の間隔寸法と後側弦材２同士の間隔寸法と前側横材３同士の間隔寸法と後側横材４同士の間隔寸法とを全て等しくしていたが、図１１に示すように、前側弦材１同士の間隔寸法と後側弦材２同士の間隔寸法をＡとし、前側横材３同士の間隔寸法と後側横材４同士の間隔寸法を、前側・後側弦材同士の間隔寸法Ａとは異なるＢとすることもできる。後側弦材２は前側弦材１の真後位置からその間隔寸法の１／２の寸法分だけ左右方向にずれた位置に位置しており、後側横材４は前側横材３の真後位置から間隔寸法の１／２の寸法分だけ上下方向にずれた位置に位置している。この場合でも、上述の実施形態のものと同様の各部材を用い、同様の手順で組立てることができる。
このように、前側・後側弦材同士の間隔寸法と前側・後側横材同士の間隔寸法とを異ならせることで、弦材と横材とで形成される格子が長方形となって意匠的に異なったものになるし、例えば本トラス構造体を斜めや縦の姿勢で用いる場合など、弦材と横材に掛かる荷重が異なるような場合に、弦材と横材の配置本数を適宜調整して、必要な強度を確保しながら軽量化を図ることができる。

本トラス構造体は、各部材の長さ、用いる本数、各部材間の間隔寸法を適宜変えることで、任意の大きさ、形に製作することができる。本トラス構造体の用途は特に限定されるものではなく、例えば簡易構造物の床版や屋根に用いるなど、各種構造物の構成要素として広く用いることができるし、平面的に用いるばかりでなく、斜めや縦の姿勢で用いることもできる。前側・後側横材と一方側・他方側斜材の直線部は、必要な座屈強度が確保できる断面形状に形成してあればよく、例えば図８（ａ）に示すように、縁部に板状の部分を残して中央部をアングル状の断面に形成したものであってもよいし、図８（ｂ）に示すように、コ字形の溝状の断面に形成してあってもよい。前側横材と後側横材と一方側斜材と他方側斜材は、アルミ板から切り出したものに限らず、平らな帯板状の押出形材から形成することもできる。

前側横材と後側横材と一方側斜材と他方側斜材は、断面がアングル状や溝状のアルミ押出形材から形成することもできる。図９は、断面アングル状のアルミ押出形材２６から前側横材を製作する手順を示しており、この場合には図９（ｂ）に示すように、アルミ押出形材２６の所定の部分を押し広げることでフラットな板状の連結部１０を形成すればよく、連結部１０間がそのまま直線部１１になる。一方側斜材と他方側斜材を形成する場合も、同様に形材を部分的に押し広げてフラットな前側連結部と後側連結部を形成し、その後で図６（ｂ）に示すように前側連結部と後側連結部で部材を斜めに折り曲げることで形成できる。

本発明のアルミ製トラス構造体の概略構成を示す斜視図である。 本発明のアルミ製トラス構造体の部分平面図である。 本発明のアルミ製トラス構造体の部分正面図である。 （ａ）は前側弦材の部分平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は前側横材の部分平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は一方側斜材の平面図であり、（ｂ）は同正面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明のアルミ製トラス構造体を構築する際の手順を順に示す平面図である。 直線部の他の実施形態を示す直線部の断面図である。 アングル状のアルミ押出形材から前側横材を製作する手順を示す図であって、（ａ）は加工を行う前の状態の部材の平面図と側面図、（ｂ）は加工後の部材の平面図と側面図である。 当接し合う各部材の連結部をセルフ・ピアス・リベットにより固定する場合の工程を示す断面図である。 本発明のアルミ製トラス構造体の他の実施形態を示す平面図である。

符号の説明

１ 前側弦材
２ 後側弦材
３ 前側横材
４ 後側横材
５ 一方側斜材
６ 他方側斜材
７ 突条
８，９，１０，１２， 連結部
１４，１７ 前側連結部
１５，１８ 後側連結部
１１，１３，１６，１９ 直線部
２０ リベット（固定具）
２５ 曲がり部

Claims (1)

1. 前側弦材と、後側弦材と、前側横材と、後側横材と、一方側斜材と、他方側斜材とを備え、前側弦材は、前側面に突出する少なくとも２条の突条と、フラットな後側面に長手方向に間隔をおいて設けた複数の連結部とを有する非中空断面のアルミ押出形材であり、互いに左右方向に等間隔をおいて平行に配置してあり、後側弦材は、後側面に突出する少なくとも２条の突条と、フラットな前側面に長手方向に間隔をおいて設けた複数の連結部とを有する非中空断面のアルミ押出形材であり、互いに左右方向に等間隔をおいて平行に配置してあり、前側横材は、前側弦材の連結部に当接するフラットな連結部と、連結部間に位置し且つ断面において曲がり部を有する直線部とを有する非中空断面のアルミ製部材であり、前側弦材の配置方向と直交する方向に互いに等間隔をおいて平行に配置してあり、後側横材は、後側弦材の連結部に当接するフラットな連結部と、連結部間に位置し且つ断面において曲がり部を有する直線部とを有する非中空断面のアルミ製部材であり、後側弦材の配置方向と直交する方向に互いに等間隔をおいて平行に配置してあり、前側弦材同士の間隔寸法と後側弦材同士の間隔寸法とが等しく、前側横材同士の間隔寸法と後側横材同士の間隔寸法とが等しく、且つ後側弦材は前側弦材の真後位置から間隔寸法の１／２の寸法分だけ左右方向にずれた位置にあると共に、後側横材は前側横材の真後位置から間隔寸法の１／２の寸法分だけ後側横材の配置方向にずれた位置にあり、一方側斜材と他方側斜材は、フラットな前側連結部及びフラットな後側連結部と、前側連結部と後側連結部の間に位置し且つ断面において曲がり部を有する直線部とを複数有する非中空断面のアルミ製部材であり、一方側斜材は、後側連結部が後側横材の連結部の前側面に当接し、前側連結部が他方側斜材の前側連結部の後側面に当接し、弦材及び横材に対して斜めに且つ互いに等間隔をおいて平行に配置してあり、他方側斜材は、後側連結部が一方側斜材の後側連結部の前側面に当接し、前側連結部が前側横材の連結部の後側面に当接し、一方側斜材と交差して弦材及び横材に対して斜めに且つ互いに等間隔をおいて平行に配置してあり、当接し合う各部材の連結部同士を固定してあることを特徴とするアルミ製トラス構造体。