JP2008121251A - 構造物のユニット式骨組構造及び骨組部材ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】単一形状の部材を用いて内部に広い空間を確保できる立体トラスを用いた構造物のユニット式骨組構造を提供する。
【解決手段】同じ長さの３本の骨組部材Ａが環状に接合された４個の三角形トラス２の各底辺３を四角形７にピン接合して四角錐展開形トラス４を形成し、その四角錐展開形トラス４、４の対の対応する４個の三角頂点5a、5b、5c、5dをそれぞれ対合させて四角形７の底面及び頂面と４側面の三角形対６とを有するベクトル平衡体形トラス１のユニットＵを形成する。その複数ユニットＵを２ユニットずつ何れかの側面で対向させ、対向する側面の底辺３及び頂辺３の対応する４節点（8aと8c、8bと8d）をそれぞれ骨組部材Ａと同じ長さの連結部材Ｂで架渡して接合すると共に対向する側面の三角形対６の対合節点９を相互に接合して側面方向に連結することにより安定した立体トラス構造とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は構造物のユニット式骨組構造及び骨組部材ユニットに関し、とくに立体トラスを用いた構造物のユニット式骨組構造、及びそれに用いる骨組部材ユニットに関する。

従来から建築構造物の構造形式として、三角錐・四角錐等の多面体構造の立体トラスを基本単位として用いた骨組構造が知られている。例えば特許文献１は、大空間を有する構造物の代表的なドーム構造の一例として、球面を正２０面体で近似すると共にその正２０面体の各面を複数の小さな正三角形ユニットの組み合わせで構成したジオデシックドーム構造を開示している。ジオデシックドーム構造は、強固な支柱等を必要とせずに各構成部材の負荷を均等化できるので、限られた床面積に内部空間の大きな構造物を効率的に構築することができる。また特許文献２は、単一形状の部材を正四面体又は正八面体に組み合わせた立体トラスのユニットで構造物の屋根や側壁等を構成するオクテット・トラス構造を開示している。オクテット・トラス構造は、単一形状の部材のみで構成されているので部材の管理や施工手順を簡単化できると共に、部材のユニット化により施工作業の効率化を図ることができる。

米国特許第２６８２２３５号明細書 米国特許第２９８６２４１号明細書 米国特許第３０６３５２１号明細書 米国特許第２３４３７６４号明細書

しかし従来の立体トラス構造は、構成部材の種類をある程度単純化できるものの、安全性や機能性・デザイン性を考慮して複数種類の構成部材を必要とすることが多い。構成部材の単純化を進めたジオデシックドーム構造の場合でも、複数種類の主要構成部材と複数種類の副構成部材とをそれぞれ必要としている。種類が多岐にわたる構成部材は、部材の製造や管理を煩雑にすると共に、施工手順が複雑になるので自動化・省力化等による施工の効率向上を阻む要因となっている。

これに対し上述したオクテット・トラス構造は、単一形状の部材から構成されているので、施工の自動化・省力化を図ることが期待できる。しかしながら正四面体ユニットや正八面体ユニットを基本単位とする構造では、そのユニット内部にまとまった矩形空問が作りにくい問題点がある。このため従来のオクテット・トラス構造は、主に構造物の屋根や側壁といった面的構造（厚みのある板）に使い方が限定されており、ジオデシックドーム構造のようにトラス構造の内部空間を利用するような使い方はされていない。単一形状の部材を用いて広い内部空間が確保できる立体トラスを構築できれば、屋根や側壁等の面的構造だけでなく、内部空間を利用する構造物の骨組構造にも利用できる。

そこで本発明の目的は、単一形状の部材を用いて内部に広い空間を確保できる立体トラスを用いた構造物のユニット式骨組構造を提供することにある。

図１の実施例を参照するに、本発明による構造物のユニット式骨組構造は、同じ長さの３本の骨組部材Ａが環状に接合された４個の三角形トラス２（同図（Ａ）参照）の各底辺３を四角形７にピン接合して四角錐展開形トラス４（同図（Ｂ）参照）とし且つその四角錐展開形トラス４、４の対の対応する４個の三角頂点5a、5b、5c、5dをそれぞれ対合させて四角形７の底面及び頂面と４側面の三角形対６とを有するベクトル平衡体形トラス１のユニットＵ（同図（Ｃ）及び（Ｄ）参照）とし、その複数ユニットＵを、２ユニットずつ何れかの側面で対向させ且つ対向する側面の底辺３及び頂辺３の対応する４節点（8aと8d、8bと8c）をそれぞれ骨組部材Ａと同じ長さの連結部材Ｂで架渡して接合すると共に対向する側面の三角形対６の対合節点９を相互に接合して側面方向に連結してなるものである（同図（Ｄ）及び（Ｅ）参照）。

好ましくは、図２に示すように、ベクトル平衡体形トラス１のユニットＵの底面及び頂面の各節点8a、8b、8c、8dにそれぞれ連結部材Ｂの一端をピン接合して連結部材付きユニットＶ（図２（Ｂ）及び（Ｃ）参照）とし、その複数ユニットＶを対向する側面の何れか一方の底辺及び頂辺の４節点8a、8b、8c、8dの連結部材Ｂで連結する（図２（Ｃ）及び図５参照）。

更に好ましくは、図３に示すように、ベクトル平衡体形トラス１のユニットＵの底面及び頂面の各辺にそれぞれ更に２本の骨組部材Ａを三角形にピン接合して積層用三角頂点5e、5f、5g、5hを設けたユニットＷ（図３（Ｃ）及び（Ｄ）参照）とし、その複数ユニットＷの連結部材Ｂによる側面方向の連結構造Ｔを、上層の各ユニットＷの底面と下層の各ユニットＷの頂面とが重なるように積層し、且つ、ユニットＷの底面及び頂面の対応する４個の積層用三角頂点5e、5f、5g、5hをそれぞれ対合させて三角形対６を形成すると共に、連結部材Ｂを介して対向する三角形対６の対合節点９（図示例では節点5f、5fの接合節点９と節点5h、5hの接合節点９）を相互に接合して上下方向に連結する（図３（Ｄ）及び図９参照）。このように上下方向に連結する場合は、上層のユニットＷの骨組部材を下層のユニットＷの骨組部材よりも軽量なものとすることが望ましい。

また、本発明による構造物の骨組部材ユニットは、ベクトル平衡体形トラスを組み合わせた骨組構造を構築するためのユニットであって、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、同じ長さの３本の骨組部材Ａが環状に接合された４個の三角形トラス２（同図（Ａ）参照）の各底辺３を四角形７にピン接合し且つその四角形７の各節点8a、8b、8c、8dにそれぞれ骨組部材Ａと同じ長さの連結部材Ｂの一端をピン接合してなるものである。好ましくは、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、四角形７の各辺３にそれぞれ更に２本の骨組部材Ａを三角形にピン接合して２個の三角頂点（5a、5e）、（5b、5f）、（5c、5g）、（5d、5h）を設ける。或いは、図４（Ａ）に示すように、四角形７の対向する２辺にそれぞれ更に２本の骨組部材Ａを三角形にピン接合して２個の三角頂点（5a、5e）、（5c、5g）を設けると共に、四角形７の対角２節点8b、8dの連結部材Ｂにそれぞれ２本の骨組部材Ａを三角形にピン接合して三角頂点5f、5hを設ける。

本発明による構造物のユニット式骨組構造は、同じ長さの骨組部材Ａで構成された複数のベクトル平衡体形トラス１のユニットＵを２ユニットずつ何れかの側面で対向させ、対向する側面の底辺及び頂辺の対応する４節点（8aと8d、8bと8c）をそれぞれ骨組部材Ａと同じ長さの連結部材Ｂで架渡して接合すると共に、対向する側面の三角形対６の対合節点９を相互に接合して側面方向に連結するので、次の顕著な効果を奏する。

（イ）連結するベクトル平衡体形トラス１の側面間に四角錐トラスが形成されるので、単一では不安定なベクトル平衡体形トラス１のユニットＵを安定トラス構造として組み立てることができる。
（ロ）立方体（正六面体）の各頂点を切り落とした形状のベクトル平衡体形トラス１を基本ユニットＵとするので、各トラス構造の内部に比較的大きな立方体の内部空間を確保できる。
（ハ）各ユニットＵの底面及び頂面の各辺に骨組部材Ａを三角形にピン接合して積層用三角頂点5e、5f、5g、5hを設けることにより、側面方向だけでなく上下方向にもユニットＵを積み重ねて多層の安定トラス構造を組み立てることができる。
（ニ）ユニットＵを単純に繋ぎ合わせることで形状可変の安定トラス構造を構築できるので、構築後の仕様変更やスペース変化の要求に容易に対処することができる。

（ホ）必要なユニット空間の数に応じてシェルター等の小規模な組立式構造物からビルディング等の大規模構造物まで様々なユニット空間構造物への適用が可能である。
（ヘ）同じ長さの骨組部材Ａ、Ｂのみを用いて構造物の骨組を構築できるので部材の製作や管理が容易であり、組み立てに当たっても同じ形状のユニットＵを同じパターンで連結すれば足りるので施工の効率化・コストダウンが図れる。
（ト）組立機械等を用いた組み立て作業への対応が容易であり、ユニットＵにロボット技術等を組み込んで自律的な移動・結合機能を付加することにより構造物を自動的に組み立てるシステムへの応用も期待できる。
（チ）ユニットＵをその内部空間の壁・床・天井等の仕切り材ユニットと共に同時に組み立てることにより一層の施工の効率化を図ることができ、とくに迅速な構築が求められる大規模構造物への適用が期待できる。

図１は、同じ長さの骨組部材Ａで構成されたベクトル平衡体形トラス１を基本ユニットＵとした本発明の骨組構造の一例を示す。一般に全て正方形の面で囲まれた立方体の骨組構造では、安定なトラス構造とするためにブレース材等を必要とすることから、全ての骨組部材Ａの長さを揃えることは難しい。また、同じ長さの骨組部材Ａによる平面トラスの最小構成は正三角形であるが、トラスの内部空間の利用を考えると四角形の床を有することが望ましい。立方体（正六面体）の各頂点を辺の中点まで切り落とした形状のベクトル平衡体は、全て同じ長さの辺で構成されると共に内部に正方形の空間を確保できるので、そのような内部空間を利用する構造物のユニットとして適している。

図１（Ａ）〜（Ｃ）は、ベクトル平衡体形トラス１の組み立て方法を示す。先ず、同図（Ａ）のように同じ長さの３本の骨組部材Ａが環状に接合された４個の三角形トラス２の各底辺３を四角形７にピン接合することにより、同図（Ｂ）のような４個の三角頂点5a、5b、5c、5dを有する四角錐展開形トラス４を形成する。四角錐展開形トラス４の四角形７の各節点8a、8b、8c、8d及び各三角節点5a、5b、5c、5dは、それぞれ回転可能な継ぎ手部材又は適当な結合部材（ジョイントやガセット板等）を用いてピン接合することを基本とする。次いで同図（Ｃ）のように、一対の四角錐展開形トラス４、４の対応する４個の三角頂点5a、5b、5c、5dをそれぞれピン接合で対合させることにより、同図（Ｄ）のようなベクトル平衡体形トラス１を組み立てる。

図示例のベクトル平衡体形トラス１は、底面及び頂面を含む６面の四角形７と、対合節点９で対合した三角形対６の４側面（壁面）とで囲まれた立体トラスであり、それ自体は外力が作用すると形が崩れる不安定な構造である。例えば垂直方向の荷重が作用すると、図示例のベクトル平衡体形トラス１の形は図７（Ａ）〜（Ｇ）のように変形する。同図（Ａ）は、ベクトル平衡体形トラス１の４側面の対合節点９が１点で集まり、四角錐トラスが頂点で接合した形（四角錐トラスの対）となった状態を示す。このとき床面と壁面との交差角度θは約54.7356度（cosθ＝１／√３）であり、その内部（底面と頂面との間）に直方体空間は作れない。しかし、この状態のベクトル平衡体形トラス１が垂直方向の引張力を受けると４側面の対合節点９が離隔し、対向する対合節点９の長さを一辺とする正方形断面の直方体空間がトラスの内部に構成される（同図（Ｂ）参照）。同図（Ｈ）は、ベクトル平衡体形トラス１の変形に伴い、トラス内部に収納可能な直方体空間の体積の変化を示す。

図７（Ｂ）の状態のベクトル平衡体形トラス１が垂直方向の引張力を受けると、床面と壁面との交差角度θが徐々に増加すると共に内部の直方体空間の体積も徐々に増加し、図７（Ｃ）のように交差角度θ＝90度のときにその直方体の高さ（底面と頂面との間の距離）が最大となる。次いで圧縮力を受けて交差角度θが外に広がると高さが小さくなるため内部直方体の体積は減少するが（同図（Ｈ）参照）、対合節点９の対向長さが底面及び頂面の四角形７の対角線長さより大きくなる時点でその対合節点９の対向長さを対角線とする正方形断面の直方体空間がトラス内部に収容可能となり（交差角度θ≒104度近辺）、内部直方体の体積が再び大きくなる。そして同図（Ｅ）のように交差角度θ＝180−54.7356≒125度（cosθ＝−１／√３）のときに所謂ベクトル平衡体の形が構成され、内部直方体は立方体となる。内部直方体の体積は、交差角度θ≒137度近辺で最大になったのち（同図（Ｆ）参照）、更に交差角度θが大きくなると徐々に減少する。同図（Ｇ）は、最終的に交差角度θ＝180度となって底面と壁面とが重なり、内部直方体の体積がゼロとなった状態を示す。

図７（Ｅ）の形のベクトル平衡体形トラス１は、同図（Ａ）の形のベクトル平衡体形トラス１と高さが等しく床面と壁面との交差角度θが補角となっている。同図（Ａ）は任意の方向からの外力に抵抗できる四角錐トラスの形であり、そのような四角錐トラスと組み合わせれば、同図（Ｅ）のベクトル平衡体形トラス１の形を安定化できる。すなわち、図１（Ｃ）のように組み立てた一対のベクトル平衡体形トラス１のユニットＵを、図１（Ｄ）のように何れかの三角形対６の側面で対向させ、その対向する一方の側面の底辺３の節点8a、8b及び頂辺３の節点8a、8bと他方の側面の対応する底辺３の節点8d、8c及び頂辺３の節点8d、8cとの間に骨組部材Ａと同じ長さの連結部材Ｂを架渡して対応する４節点（8a、8d）、（8b、8c）をそれぞれ接合し、その対向する両側面の三角形対６の対合節点９を相互に接合して連結する。このように一対のユニットＵの側面を連結部材Ｂで連結すれば、各ユニットＵの内部に図７（Ｅ）のような立方体空間が構成されると共に（図９（Ａ）も参照）、その一対のユニットＵを同図（Ａ）のような四角錐トラスの対20と組み合わせて安定化することもできる。

図１（Ｅ）に示すように、各ユニットＵの一面だけでなく少なくとも３以上の面を他のユニットＵと対向させ、その対向する面の対応する４節点（8aと8d、8bと8c）をそれぞれ連結部材Ｂで架渡して接合すると共に対向する面の対合節点９を相互に接合して四角錐トラスの対20を形成することにより、複数のユニットＵを全体として安定した立体トラス構造Ｔとすることができる。同図（Ｅ）の立体トラス構造Ｔでは、ユニット1B及び1Cのみが３側面で他のユニット（1A、1E、1C）及び（1B、1F、1D）と連結し、他のユニット1A、1D、1E、1Fは２側面でのみ他のユニットと連結しているが、後述するように各ユニットＵを上下方向に積み重ねて多層の立体トラス構造Ｔを形成することにより、他のユニット1A、1D、1E、1Fも安定した立体トラス構造Ｔとすることができる。なお、連結部材Ｂは骨組部材Ａと同じ部材とすることができ、同図のようにベクトル平衡体形トラス１を連結する場合でも部材の種類が増えることはない。

好ましくは、図２（Ｃ）に示すように、各ベクトル平衡体形トラス１のユニットＵを、その底面及び頂面の各節点8a、8b、8c、8dにそれぞれ連結部材Ｂの一端をピン接合した連結部材付きユニットＶとする。そのような連結部材付きユニットＶは、同図（Ａ）に示すように四角錐展開形トラス４（図１（Ｂ）参照）の四角形７の各節点8a、8b、8c、8dにそれぞれ連結部材Ｂの一端をピン接合して連結部材付き四角錐展開形トラス11を形成し、同図（Ｂ）に示すように、その一対の連結部材付き四角錐展開形トラス11、11の対応する４個の三角頂点5a、5b、5c、5dをそれぞれピン接合で対合させることにより組み立てることができる。なお図示例では、一方の四角錐展開形トラス11の連結部材Ｂを他方の四角錐展開形トラス11の連結部材Ｂと直角方向となるように対合させているが、各節点8a、8b、8c、8dにピン接合された連結部材Ｂは、各節点8a、8b、8c、8dを中心に回転自在とすることができる。

図２（Ｃ）に示すように、複数の連結部材付きユニットＶを、４ユニットずつ各ユニットＶの底面及び頂面が市松模様となるように隣接させて何れかの側面を他のユニットＶの側面と対向させ、対向する一方の側面の底辺３の節点8a、8bと他方の側面の対応する底辺３の節点8d、8cとを一方の側面の節点8a、8bの連結部材Ｂ（又は他方の側面の節点8d、8cの連結部材Ｂ）で接合し、対向する一方の側面の頂辺３の節点8a、8bと他方の側面の対応する頂辺３の節点8d、8cとを他方の側面の節点8d、8cの連結部材Ｂ（又は一方の側面の節点8a、8bの連結部材Ｂ）で接合すると共に、対向する側面の対合節点９を相互に接合して連結することにより、安定した立体トラス構造Ｔを組み立てる。連結部材Ｂの方向は、それぞれの側面どうしで90度傾いていても、或いは同じ方向でもどちらでもよい。このように４ユニットＶを相互に連結部材Ｂで連結すると、同図に示すように、４ユニットＶで囲まれた内側部分に四角錐トラスの対20と共に新たなベクトル平衡体形トラス１が形成される。すなわち図５に示すように、単一では不安定なベクトル平衡体形トラス１の複数ユニットＵと四角錐トラスの対20とが市松模様状に配置された立体トラス構造Ｔとすることができる。

更に好ましくは、図３（Ｄ）に示すように、各ベクトル平衡体形トラス１のユニットＵを、その底面及び頂面の各辺にそれぞれ更に２本の骨組部材Ａを三角形にピン接合して積層用三角頂点5e、5f、5g、5hを設けた積層用ユニットＷとする。そのような積層用ユニットＷは、同図（Ａ）のように四角錐展開形トラス４（図１（Ｂ）参照）の四角形７の各辺にそれぞれ更に２本の骨組部材Ａを三角形にピン接合して２個の三角頂点（5a、5e）、（5b、5f）、（5c、5g）、（5d、5h）を設けた八面体展開形トラス16を形成し、その一対の八面体展開形トラス16を、同図（Ｃ）のように、一方の各辺の何れか１個の三角頂点5a、5b、5c、5d（又は5e、5f、5g、5h）と他方の各辺の何れか１個の三角頂点5a、5b、5c、5d（又は5e、5f、5g、5h）とをそれぞれピン接合で対合させることにより組み立てることができる。この場合も、同図（Ｂ）のように八面体展開形トラス16の四角形７の各節点8a、8b、8c、8dにそれぞれ連結部材Ｂの一端をピン接合した連結部材付き八面体展開形トラス17を用いることにより、連結部材付き積層用ユニットＷとすることができる。

上述したように複数の積層用ユニットＷを連結部材Ｂで側面方向に連結して連結構造Ｔとすると共に、図３（Ｄ）に示すように、その複数の連結構造Ｔを上層の各ユニットＷの底面と下層の各ユニットＷの頂面とが重なるように積層する。そして、上層のユニットＷの底面各辺の残り１個の三角頂点5e、5f、5g、5h（又は5a、5b、5c、5d）と下層のユニットＷの頂面の残り１個の三角頂点5e、5f、5g、5h（又は5a、5b、5c、5d）とをそれぞれ対合させて４個の三角形対６を形成し、そのうち連結部材Ｂを介して対向する三角形対６の対合節点９（図示例では節点5f、5fの接合節点９と節点5h、5hの接合節点９）を相互に接合して連結することにより、複数の連結構造Ｔを上下方向に連結して多層の立体トラス構造Ｔを組み立てる。

図３（Ｄ）から分かるように、積層用ユニットＷを用いた２層の連結構造Ｔを上下方向に連結した場合、各連結構造Ｔの間に新たにベクトル平衡体形トラス１の連結構造Ｔが形成されて３層の立体トラス構造Ｔとなる。このような多層トラス構造Ｔは、各ユニットＷの内部空間が立方体であると共に３方向に等質であって何れの方向にも物理的に拡張可能であるから、大規模な空間構造体の構築に適しており、構造強度も等質となるため地中や水上の構造物にも適用可能である。また、立体トラス構造Ｔの各部材接合部では４、６，８本の骨組部材Ａ又は連結部材Ｂが結合されているが、何れも同じ角度で結合されるため、例えば図８（Ｂ）に示すような８本接合用の１種類の接合部材Ｊを全ての部材接合部に適用することができる。結果的に、同じ長さの部材Ａ、Ｂと同じ形状の接合部材とだけを用いて、大規模構造体の骨組構造を組み立てることができる。

図８（Ｂ）は、図３（Ｄ）の多層立体トラス構造Ｔの組み立てに用いる接合部材（ピンジョイント）Ｊの実施例を示す。図示例のピンジョイントＪは、それぞれＸ軸上の２個のピン孔とＹ軸上の２個のピン孔とを有する平面状の十字型ブラケット（同図（Ａ）参照）の２個を、各々の中心点が重なり且つ十字型面が斜め４５度の軸線（Ｙ＝Ｘの軸線）で直角に交差するように結合したものである。図示例のピンジョイントＪによって最大８本の骨組部材Ａ又は連結部材Ｂをピン接合することが可能であり、例えば図３（Ｄ）のように積層用ユニットＷを上下方向（鉛直方向）にストレートに積み重ねる場合は、このピンジョイントＪのピン孔の８個全て、又は適当な６個、又は適当な４個を使用して８本、６本又は４本の部材Ａ又はＢをピン接合することにより、１種類のジョイントＪで多層立体トラス構造Ｔを構築することが可能である。

図４は、多層の立体トラス構造Ｔを組み立てる本発明の他の実施例を示す。この多層立体トラス構造Ｔは、同図（Ａ）に示すように、連結部材付き四角錐展開形トラス11（図２（Ａ）参照）の四角形７の対向する２辺にそれぞれ更に２本の骨組部材Ａを三角形にピン接合して２個の三角頂点（5d、5e）、（5c、5g）を設けると共に、その四角形７の対角２節点8b、8dの連結部材Ｂにそれぞれ２本の骨組部材Ａを三角形にピン接合して三角頂点5f、5hを設けた連結部材付き積層用四角錐展開形トラス19をユニットとして組み立てるものである。

図４（Ａ）に示すように、連結部材付き積層用四角錐展開形トラス19は、その各辺の三角頂点5a、5b、5c、5dを上述した連結部材付き八面体展開形トラス17（図３（Ｃ）参照）の各辺の何れか１個の三角頂点5a、5b、5c、5d（又は5e、5f、5g、5h）とそれぞれピン接合で対合させることにより、図５に示すようなベクトル平衡体形トラス１と四角錐トラスの対20とが側面方向で市松模様状に連結された連結構造Ｔを組み立てることができる。ただし、その連結構造Ｔの頂面には、図４（Ｂ）の下方に示すように、四角錐展開形トラス19の対向する２辺の三角頂点5e、5gの対と、２本の骨組部材Ａの三角頂点5f、5hの対とが、市松模様状に配置される。すなわち、この側面方向の連結構造Ｔは、ベクトル平衡体形トラス１の間に形成される四角錐トラスの頂面の各辺にそれぞれ三角頂点5e、5f、5g、5hが配置された構造と考えることができる。

図４の多層の立体トラス構造Ｔは、図４（Ｂ）に示すように、上述した連結構造Ｔの四角錐トラスの頂面（すなわち、ベクトル平衡体形トラス１の頂面間の連結部材で形成された頂面）上に同図（Ａ）の連結部材付き積層用四角錐展開形トラス19の四角形７が重なるように積層し、且つ、その連結構造Ｔの四角錐トラス頂面の各辺の三角頂点5e、5f、5g、5hと対応する四角錐展開形トラス19の各辺の三角頂点5a、5b、5c、5dとをそれぞれ対合させて三角形対６を形成すると共に、その四角錐展開形トラス19の連結部材Ｂを介して対向する三角形対６の対合節点９（図示例では節点5e、5aの接合節点９と節点5g、5cの接合節点９、及び節点5f、5bの接合節点９と節点5h、5dの接合節点９）を相互に接合して上下方向に連結することにより構築する。同図から分かるように、連結部材付き積層用四角錐展開形トラス19を上下方向に連結した場合は、下層の連結構造Ｔのベクトル平衡体形トラス１と上層の四角錐展開トラス19との間に形成されたベクトル平衡体形トラス１とを、鉛直方向にストレートに積み重ねるのではなく、斜め方向に積み重ねた多層立体トラス構造Ｔが構築される（同図（Ｃ）参照）。

図４（Ｃ）は、図３（Ｃ）の連結部材付き八面体展開形トラス17を最下層とし、その上に図４（Ａ）の連結部材付き積層用四角錐展開形トラス19を３層積み重ねて上下方向に連結した多層立体トラス構造Ｔの一例を示す。このような多層トラス構造Ｔも３方向に等質であって何れの方向にも物理的に拡張可能であるから大規模な空間構造体の構築に適しており、図３（Ｄ）の多層トラス構造Ｔと適宜組み合わせることにより多様な構造の空間構造体を構築することができる。なお、図４（Ｃ）の立体トラス構造Ｔの各部材接合部は最大１２本の骨組部材Ａ又は連結部材Ｂが結合されることになるが、やはり何れも同じ角度で結合されるため、例えば図８（Ｃ）に示すような１２本接合用の１種類の接合部材Ｊを全ての部材接合部に適用することができる。

図８（Ｃ）のピンジョイントＪは、２個の十字型ブラケット（同図（Ａ）参照）を結合した同図（Ｂ）のジョイントＪに、更に３個目の十字型ブラケットを、それらの中心点が重なり且つ同図（Ｂ）のジョイントＪの交差軸線と３個目のブラケットの十字型面とが直行するように結合したものである。図示例のピンジョイントＪによって最大１２本の骨組部材Ａ又は連結部材Ｂをピン接合することが可能であり、例えば図４（Ｃ）の多層トラス構造Ｔを組み立てる場合、又はそれと図３（Ｄ）の多層トラス構造Ｔとを適宜組み合わせる場合は、このピンジョイントＪのピン孔の１２個全て又は適当な個数を使用して部材Ａ又はＢをピン接合することにより、１種類のジョイントＪで多種多様な多層立体トラス構造Ｔを構築することができる。

図９は、上述したベクトル平衡体形トラス１のユニットＵ、Ｖ、Ｗ又は連結部材付き積層用四角錐展開形トラス19のユニット（以下、これらを纏めてユニットＵということがある）を用いて構築した構造物の骨組構造の一例を示す。同図（Ａ）に示すように、各ユニットＵの内部の立方体空間は、壁・床・天井等の仕切り材ユニット30を配置して生活空間又は仕事空間とすることができる。同図（Ｃ）は、上述したように複数のユニットを側面方向及び上下方向に結合して組み立てた立体トラス構造Ｔを、地上９階、地下４階の大規模多層構造物の骨組構造とした実施例を示す。仕切り材ユニット30は、各ユニットＵに組み込んだ上でユニットＵと共に同時に組み立てることが可能である。構造物内の通路やユーディリティは、例えば同図に示す段違いの端部や連続したユニット内に設置することができる。なお、同図のように大規模構造物を構築する場合は、構造物の上層と下層とで荷重の違いが生じる可能性があるため、上層の各ユニットＵの骨組部材Ａを、下層の各ユニットＵの骨組部材Ａと同じ外部寸法で肉厚等を変化させて軽量化したものとすることが望ましい。

図９（Ｂ）は、複数のユニットＵを連結した立体トラス構造Ｔで屋根部及び四方側壁部の一層のみを構成し、その屋根部及び側壁部で囲まれた構造物の内部にアトリウム等として利用可能な大空間Ｓを形成した構造物の骨組構造を示す。このように本発明の骨組み構造は、従来のジオデシックドーム構造やオクテット・トラス構造等と同様に、大空間Ｓを有する構造物の為の面的構造の立体トラスＴとしても利用可能である。ただし、その場合でも面的構造の内部における各ユニットＵの比較的広い空間を有効に利用することができる。

こうして本発明の目的である「単一形状の部材を用いて内部に広い空間を確保できる立体トラスを用いた構造物のユニット式骨組構造」を達成することができる。

本発明の骨組構造で用いるベクトル平衡体形トラス１のユニットＵ（図１（Ｄ）参照）、ユニットＶ（図２（Ｃ）参照）、又はユニットＷ（図３（Ｄ）参照）はそれぞれ、同じ長さの部材Ａ、Ｂを用いて構造物の建築現場で組み立てることも可能であるが、施工作業の効率化・迅速化を図るため、全部又は一部を工場等で組み立てたうえで現場に搬入することが望ましい。この場合において工場で組み立てられたユニットＵ、Ｖ、Ｗは、搬送時に例えば図７（Ｇ）のようにある程度折り畳み、現場において再び元の大きさに戻して用いることができる。また、搬送の容易性や施工の効率化を図るためには、図２（Ｂ）に示すような連結部材付き四角錐展開形トラス11、図３（Ｃ）に示すような連結部材付き八面体展開形トラス17、又は図４（Ａ）に示すような結部材付き積層用四角錐展開形トラス19を工場で組み立てて部材ユニットとし、現場においてそれら展開形トラス11、17、19の対の間に図９（Ａ）のような壁・床・天井等の仕切り材ユニット30を組み込んでベクトル平衡体形トラス１とすることも有効である。

以上、ベクトル平衡体形トラス１のユニットＵ、Ｖ、Ｗを用いた構造物の骨組構造について説明したが、そのようなユニットＵ、Ｖ、Ｗに代えて、図６（Ｂ）に示すような２個の四角錐頂点27を有する八面体形トラス26をユニットＸとして骨組構造（図９のような立体トラス構造Ｔ）を組み立てることもできる。そのような八面体形トラス26は、同図（Ａ）に示すように、四角錐展開形トラス４の対向する２個の三角頂点5a、5c（又は5b、5d）を四角形７の片面側で接合すると共に、他の２個の三角頂点5b、5d（又は5a、5c）を四角形７の反対面側で接合して形成することができる。

例えば図６（Ｄ）に示すように、八面体形トラス26の複数ユニットＸを４ユニットずつ各ユニットＸの四角錐底面７が市松模様となるように対向させ、対向する四角錐底面７の対角節点8a、8c（又は8b、8d）をそれぞれ接合して連結する。次いで、その複数ユニットＸの連結構造を上層の各ユニットＸの四角錐底面７と下層の各ユニットＸの四角錐底面７とが重なるように積層し、上層の各ユニットＸの四角錐頂点27と下層の各ユニットＸの四角錐頂点27とを接合して上下方向に連結することにより、上下方向に連結した立体トラス構造Ｔを組み立てる。このような立体トラス構造Ｔは、同図（Ｃ）のように予め複数の八面体形トラス26を各々の四角錐頂点27で数珠状に接合して数珠状接合体25を形成したうえで、同図（Ｄ）のように、その数珠状接合体25を４体ずつ四角錐底面７が市松模様となるように対向させると共に対向する各数珠状接合体25の八面体トラス26の四角錐底面７の対角節点8a、8c（又は8b、8d）をそれぞれ接合して構築することも可能である。

図６（Ｄ）のように八面体形トラス26の４ユニットＸを各々の四角錐底面７が市松模様となるように連結すると、同図（Ｅ）のように４ユニットＸで囲まれた内側部分にベクトル平衡体形トラス１が形成される。従って、同図（Ｅ）のように八面体形トラス26の複数ユニットＸを市松模様状に連結することにより、図５（Ｄ）の場合と同様に、ベクトル平衡体形トラス１と八面体形トラス26（四角錐トラスの対20）とが市松模様状に配置された安定な立体トラス構造Ｔとすることができる。また、その市松模様状に連結した八面体形トラス26の連結構造を上下方向に積み重ねることにより、図９のような多層構造物の骨組構造を構築することができる。

ベクトル平衡体形トラスをユニットＵとした本発明の骨組構造の実施例の組み立て図である 連結部材付きユニットＶを用いた本発明の骨組構造の実施例の組み立て図である 積層用ユニットＷを用いた本発明の骨組構造の実施例の組み立て図である 積層用ユニットＷを用いた本発明の骨組構造の他の実施例の組み立て図である ユニットＵ、Ｖ又はＷの連結により形成される立体トラスの骨組構造の説明図である。 数珠形に接合した八面体形トラスのユニットＸを用いた本発明の骨組構造の実施例の組み立て図である ベクトル平衡体形トラスの説明図である 本発明の骨組構造に用いる接合部材（ジョイント）の実施例の説明図である 本発明の骨組構造を用いて構築した構造物の一例の説明図である。

符号の説明

１…ベクトル平衡体形トラス ２…三角形トラス
３…三角形の底辺（又は四角形の各辺） ４…四角錐展開形トラス
5a、5b、5c、5d…（三角形トラスの）三角頂点
5e、5f、5g。5h…積層用三角頂点
６…三角形対 ７…四角形
８…（四角形の各辺の）節点 ９…（三角形対の）対合節点
10…連結部材付きベクトル平衡体形トラス
11…連結部材付き四角錐展開形トラス
16…八面体展開形トラス
17…連結部材付き八面体展開形トラス
18…積層型の連結部材付きベクトル平衡体形トラス
19…連結部材付き積層用四角錐展開形トラス
20…四角錐トラスの対
25…八面体形トラスの数珠状接合体
26…八面体形トラス（ダイヤモンド形トラス）
27…（八面体形トラスの）四角錐頂点
30…仕切り材ユニット
Ａ…骨組部材 Ｂ…連結部材
Ｅ…地表面 Ｊ…接合部材（ジョイント）
Ｔ…安定トラス構造 Ｕ…単位ユニット
Ｖ…連結部材付きユニット Ｗ…積層用ユニット
Ｘ…八面体形トラスユニット

Claims (8)

1. 同じ長さの３本の骨組部材が環状に接合された４個の三角形トラスの各底辺を四角形にピン接合して四角錐展開形トラスとし且つその展開形トラスの対の対応する４個の三角頂点をそれぞれ対合させて四角形の底面及び頂面と４側面の三角形対とを有するベクトル平衡体形トラスのユニットとし、その複数ユニットを、２ユニットずつ何れかの側面で対向させ且つ対向する側面の底辺及び頂辺の対応する４節点をそれぞれ前記骨組部材と同じ長さの連結部材で架渡して接合すると共に対向する側面の三角形対の対合節点を相互に接合して側面方向に連結してなる構造物のユニット式骨組構造。
2. 請求項１の骨組構造において、前記ユニットの底面及び頂面の各節点にそれぞれ前記連結部材の一端をピン接合して連結部材付きユニットとし、その複数ユニットを前記対向する側面の何れか一方の底辺及び頂辺の４節点の連結部材で連結してなる構造物のユニット式骨組構造。
3. 請求項１又は２の骨組構造において、前記ユニットの底面及び頂面の各辺にそれぞれ更に２本の前記骨組部材を三角形にピン接合して積層用三角頂点を設けたユニットとし、その複数ユニットの前記連結部材による側面方向の連結構造を、上層の各ユニット底面と下層の各ユニット頂面とが重なるように積層し且つユニット底面及び頂面の対応する４個の積層用三角頂点をそれぞれ対合させて三角形対を形成すると共に前記連結部材を介して対向する三角形対の対合節点を相互に接合して上下方向に連結してなる構造物のユニット式骨組構造。
4. 請求項３の骨組構造において、上層のユニットの骨組部材を、下層のユニットの骨組部材よりも軽量なものとしてなる構造物のユニット式骨組構造。
5. 請求項１から４の何れか骨組構造において、前記ベクトル平衡体形トラスのユニットに代えて、前記四角錐展開形トラスの対向する２個の三角頂点を四角形の片面側で接合すると共に他の２個の三角頂点を四角形の反対面側で接合して八面体形トラスのユニットとし、その複数ユニットを４ユニットずつ四角錐底面が市松模様となるように対向させ且つ対向する四角錐底面の対角節点をそれぞれ接合して連結し、その複数ユニットの連結構造を上層の各ユニットの四角錐底面と下層の各ユニットの四角錐底面とが重なるように積層し且つ上層の各ユニットの四角錐頂点と下層の各ユニットの四角錐頂点とを接合して上下方向に連結してなる構造物のユニット式骨組構造。
6. ベクトル平衡体形トラスを組み合わせた骨組構造を構築するためのユニットにおいて、同じ長さの３本の骨組部材が環状に接合された４個の三角形トラスの各底辺を四角形にピン接合し且つその四角形の各節点にそれぞれ前記骨組部材と同じ長さの連結部材の一端をピン接合してなる構造物の骨組部材ユニット。
7. 請求項７の骨組部材ユニットにおいて、前記四角形の各辺にそれぞれ更に２本の前記骨組部材を三角形にピン接合して２個の三角頂点を設けてなる構造物の骨組部材ユニット。
8. 請求項７の骨組部材ユニットにおいて、前記四角形の対向する２辺にそれぞれ更に２本の前記骨組部材を三角形にピン接合して２個の三角頂点を設けると共に、前記四角形の対角２節点の連結部材にそれぞれ２本の前記骨組部材を三角形にピン接合して三角頂点を設けてなる構造物の骨組部材ユニット。