JP2019527311A - 自己支持型３次元プレストレスト構造とその構築のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 自己支持型３次元プレストレスト構造であって、その構築のための方法および装置を含む、自己支持型３次元プレストレスト構造。（５７）本発明は、自己支持型３次元プレストレスト構造、ならびにこれを構築する方法および装置に関し、住宅および非住宅建築物の建設に使用される。前記構造は、当該構造の構築中にに応力が加えられる垂直方向形状形成用可撓性棒状部材（１）、および水平方向に配置された可撓性棒状部材（２）により構築され、当該可撓性棒状部材（２）はそれぞれ閉曲線形状に形成される。前記水平部材（２）にも同様に構築中に応力が加えられ、前記垂直方向形状形成用棒状部材（１）に対して溶接され若しくは他の手段で強固に固定される。当該構造は、水平円形部材（２）の代わりに、全体または一部分的にらせん状部材を用いて構築することができ、当該らせん状部材に対しても構築中に応力が加えられ、当該らせん状部材は前記垂直方向形状形成用可撓性棒状部材（１）に強固に固定される。【選択図】 図１

Description

本発明は、自己支持型３次元プレストレスト構造、ならびに当該構造を構築する方法および装置に関し、住宅および非住宅建築物、具体的には市民会館、工場建屋、温室、寺院、水泳プール、および他の類似３次元建築物の建設に使用される。

３次元構造の構築用に広く知られ普及した方法は、所要形状を備えた目的の３次元構造を形成するための予備成形した要素の組み立てを有する。このタイプの構造をこの方法で構築するための最も一般的な材料は、予備成形済みの金属形態である。

この方法で構築された構造はプレストレスされておらず、著しい材料費がかかる。

自己支持型構造を構築する際に使用されている別の方法は、意図された構造を構築する場所の事前選択と、それに続く整地および基礎工事を有する。次に、所要の形状およびサイズを備えた拡張可能な膜の一部が、所定の幾何学的中心に対して対称的に配置され、前記基礎に対して気密に固定される。前記膜は、その下方縁部と前記基礎との間に圧縮空気を注入することにより、所要の形状へと拡張される。次いで、ポリウレタンフォーム材料が前記拡張された形態の下面に対して噴霧される。ポリウレタンフォームが硬化したら、これに補強ロッドを取り付けて強化する。次に、必要に応じてこの構造にコンクリート（ショットクリート）ｍを加圧吹き付する。

前記自己支持型３次元構造は、このように拡張された膜の下面にポリウレタンフォームを吹き付けて構築され、規則的に離間し相互に順次合着した部材で強化される。

この方法は、拡張可能な膜またはその一部の使用に依存するが、これはコスト高で、ほとんどの場合再利用できない。また、この方法はコンクリート構造の建設に限定されている。

本発明の目的は、改善された引張強度および安定性により、および低い材料費により、自己支持型３次元プレストレスト構造を作製することである。

本発明の別の目的は、自己支持型３次元プレストレスト構造を構築するための改良技術に基づいた方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、自己支持型３次元プレストレスト構造を構築するための方法を実施する装置を作製することである。

これらの目的は、３次元建築物またはその一部を形成するよう順次互いに合着された規則的に離間された部材を有する自己支持型３次元プレストレスト構造により達成される。

本発明によれば、前記自己支持型３次元プレストレスト構造は、当該構造の構築中に応力が加えられる垂直方向形状形成用可撓性棒状部材（１）と、前記構築中同様に応力が加えられる水平および／またはらせん状に配置される可撓性棒状部材（２）であって、当該可撓性棒状部材（２）はそれぞれ閉曲線を形成し、前記垂直方向形状形成用可撓性棒状部材（１）に強固に固定されるものである、前記可撓性棒状部材（２）とを有する。前記水平閉曲線部材は、前記垂直方向形状形成用部材に強固に結合される。

前記垂直および前記水平閉曲線可撓性棒状部材は、どちらも金属で作製される。

前記自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する装置は、複数の対称的かつ径方向に配置された入れ子式アームを有し、各入れ子式アームは前記装置の中心に配置された円形部材に蝶着される。各入れ子式アームの先端部は、対応する垂直棒状部材を保持するガイドブロックを有する。

考えられる一実施形態によれば、前記ガイドブロックは、前記入れ子式アームに固定された２つの平行なプレート（チーク）を有し、前記チーク間には溝付きローラーが並設される。前記ローラー間にある開口部は、これらローラー間に保持される前記垂直棒状部材の断面直径に少なくとも等しい。

自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する方法は、意図された構造の幾何学的中心を選択する工程を有する。本発明によれば、前記方法は、さらに以下の工程を以下に記載する順序で有する。

前記構造の前記幾何学的中心に装置の中心円形部材を配置および固定する工程と、
前記自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する装置の前記入れ子式アームを、前記装置の意図される形状およびサイズに適合するように構成する工程と、
各垂直棒状部材の一端部を、各前記入れ子式アームのガイドブロックに挿通し、基礎に設けられたソケットに挿入する工程と、
次の段階で、各可撓性垂直棒状部材に沿って、各入れ子式アームの漸進的な上方移動を、順次または同時に行うことにより、前記可撓性垂直部材に応力を加える工程と、
全入れ子式アームの各漸進的な上方工程の後で、前記構造の外周に水平可撓性棒状部材を取り付けて外形を形成する工程と、
前記自己支持型３次元プレストレスト構造が完成した後、前記装置を取り外す工程。

前記方法によれば、最初に所要の寸法および形状を備えたフレームを作製し、次にそれらを所要の位置に固定することにより、任意形状の開口部が構造に設けられる。前記構造の縁部は永久的にフレームに固定され、次に前記フレーム内に収容された構造の過剰部分が切除される。

上記のように構築された前記自己支持型３次元プレストレスト構造は、次いで強化メッシュで被覆され、当該メッシュ上にプラスター塗装が施されて、適切な建材、例えばセメント、クレイ、接着剤混合物で仕上げられる。

本発明の利点は、前記構造の構築スピード改善、材料費の低減、およびコスト低下に加え、各種形状の構造の構築能力に見られる。

前記自己支持型３次元プレストレスト構造のもう１つの大きな利点は、改善された引張強度である。

本発明の考えられる一実施形態を図面に例示する。
図１は、半球状に成形された自己支持型３次元プレストレスト構造の不等角投影図である。 図２は、自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する装置を示した図である。 図３は、前記構造を構築する前記装置の継手ガイドブロックの不等角投影図である。 図４は、自己支持型３次元プレストレスト構造の構築開始時の状態を示した図である。 図５は、前記装置の入れ子式アームに取り付けられた垂直棒状部材が曲げられた状態を示した図である。 図６は、曲げられた垂直棒状部材がガイドブロック継手に保持されている状態を示した図である。 図７および８は、自己支持型３次元プレストレスト構造の構築の連続した段階を示した図である。 図８は、完成し、被覆された自己支持型３次元プレストレスト構造を示した図である。 記載なし。

自己支持型３次元プレストレスト構造の構築例を図１に示す。この例では、半球状に成形された自己支持型３次元プレストレスト構造を示している。この構造は、当該構造の構築中に応力が加えられる垂直方向形状形成用可撓性棒状部材（１）、および水平方向に配置された可撓性棒状部材（２）で構築され、当該可撓性棒状部材（２）は、それぞれ円状外形に形成される。前記水平部材も応力が加えられ、前記垂直方向形状形成用棒状部材（１）へと溶接され若しくは他の手段で強固に結合される。

前記水平円状外形は互いに平行である。

自己支持型３次元プレストレスト構造の構築用装置は、図１で（３）として示す。

当該構造は、水平円形部材（２）の代わりに、全部またはある程度らせん状部材を使い、それに当該構造の構築中に応力を加えて前記垂直方向形状形成用可撓性棒状部材（１）に強固に固定して構成することもできる。

前記自己支持型３次元プレストレスト構造の前記構築用装置（３）およびその実施態様または方法は、複数の対称的および径方向に配置された入れ子式アーム（４）を有し、その入れ子式アーム（４）の各々は前記装置の中心に配置された円形部材（５）に蝶着される（図２）。各入れ子式アーム（４）の先端には、それを固定するガイドブロック（６）がある（図３）。この実施形態において、前記ガイドブロック（６）は、前記入れ子式アーム（４）に固定された２つの平行なプレートまたはチーク（ｃｈｅｅｋｓ）（７）を有し、これらのチーク（７）間に溝付きローラー（８）が並設される。前記ローラー（８）間の開口部は、これらローラー（８）間に保持される前記垂直棒状部材（１）の断面直径に少なくとも等しい。

前記入れ子式アーム（４）の長さを変えると、３次元プレストレスト構造を異なる形状に構成することができる。

自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する方法は、前記装置の動作原理についても説明し、以下の工程を以下の順序で有する。

１．前記構造の場所および幾何学的中心が選択される。当該構造が球形の一部、例えば半球として（図４）成形されると、この構造の半径も決定される。

２．前記選択された幾何学的中心の下で前記場所が整地され、基礎が敷設される。

３．前記構造のフレームワーク用材料が選択および準備される。一般に使用される材料は可撓性部材（１）で、例えば棒状または管状外形の木材、プラスチック、または複合材料で作製される。

４．前記構造のラスタ、具体的には半球（またはより複雑な）形状を伴う目的構造の垂直および水平部材の数が決定される。前記構造の意図された目的および前記材料のタイプに基づき、前記材料の厚さおよびラスタが決定される。

５．次に、自己支持型３次元プレストレスト構造（３）の構築用装置が前記基礎上に配置され、これに固定される。

前記装置の前記入れ子式アーム（４）の数は、意図された構造の前記垂直棒状部材の数に対応する。半球を構築する場合、前記入れ子式アーム（４）の長さは前記構造の半径と等しい一定値である。より複雑な形状を構築する場合、各入れ子式アーム（４）の長さは、意図された複雑な３次元形状を実現するため、構築工程の各段階で異なる場合がある。

６．前記垂直棒状部材（１）が、意図された構造の外周に沿って一定間隔で配置されたのち、前記入れ子式アーム（４）の前記ガイドブロック（６）に挿通される。安定性を向上させるため、前記棒状部材（１）を、前記ガイドブロック（６）下に準備されたソケット内に係止できる。前記ソケットは、基礎内に打ち込まれる前記選択された材料の直径より大きい内径を伴った金属パイプの部分で作製できる。前記コンクリート基礎が前記構造の外周下に敷設される場合、前記垂直方向可撓性部材は、前記コンクリート内に直接固定できる。

７．次の段階は、前記入れ子式アーム（４）の前記ガイドブロック（６）を、それに対応する前記垂直棒状部材（１）に沿って上方移動させることである（図５および６）。各ガイドブロック（６）をそれに対応する可撓性棒状部材（１）に沿って移動させると、その可撓性棒状部材（１）に応力が加えられて強制的に円弧が形成される。

前記垂直棒状部材（１）に沿った全ガイドブロック（６）の上方移動は、順次行っても同時に行ってもよい。

８．水平円形部材（２）が配置され、前記曲げられた垂直棒状部材（１）の周囲に固定（溶接）される。

９．前記各入れ子式アーム（４）の上方移動（前記選択されたラスタにより決定された増分ごとの）が、水平方向可撓性棒状部材（２）（半球の場合は円形、またはより複雑な形状を伴う構造の場合は、より複雑な閉じた外形）の取り付けとともに取り付けにより順次切り替えられる（図７および８）。前記水平方向可撓性棒状部材（２）は、継手により若しくは溶接により各垂直棒状部材（２）に強固に固定される。各水平方向可撓性棒状部材（２）は、完全に取り付けられるとすべての垂直棒状部材（１）を固定し、各々の張力を均一化する。

１０．当該構造全体が完成した時点で、前記装置（３）は「すべてのアームが垂直の束になった」構成になる（図１）。この時点で、前記構築された３次元構造は完全に自己支持状態になり、当該構造に作用するすべての力またはベクトルは平衡状態になる。この段階で前記装置（３）は当該構造から取り外すことができ、再利用できるようになる。

１１．デザイン上、前記構造に開口部（ドア、窓など）を作製する必要がある場合は、まず所要の寸法および強度を備えたフレームが作製されたのち、所要の位置で固定される。前記構造の縁部は一定態様でフレームに固定または溶接され、その状態でのみ、前記フレーム内に収容された構造の過剰部分を切除できる。フレームへの固定または溶接がない状態で、応力が加えられた構造の切断を行うと、張力が急激に解放されて壊滅的な結果を招く原因になる。

１２．完成した構造は防水性または他の材料、あるいはコンクリートでカバーでき、市民会館、工場建屋、住宅、温室、寺院、水泳プール、および他の構造に使用することができる（図９）。

Claims (7)

1. ３次元建築物またはその一部を形成するための、規則的に離間されかつ順次互いに合着された部材を有する自己支持型３次元プレストレスト構造であって、
   前記構造の構築中に応力が加えられる垂直方向形状形成用可撓性棒状部材（１）と、
   前記構築中同様に応力が加えられる水平方向および／またはらせん状に配置される可撓性棒状部材（２）であって、当該水平方向に配置される可撓性棒状部材およびせん状に配置される可撓性棒状部材は、それぞれ閉曲線を形成し、前記垂直方向形状形成用可撓性棒状部材（１）に強固に固定されるものである、前記可撓性棒状部材（２）と
   を有する、自己支持型３次元プレストレスト構造。
2. 請求項１記載の自己支持型３次元プレストレスト構造において、前記可撓性棒状部材（１および２）は金属で作製されるものである、自己支持型３次元プレストレスト構造。
3. 自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する装置であって、複数の対称的かつ径方向に配置された入れ子式アーム（４）を有し、各入れ子式アーム（４）は前記装置の中心に配置された円形部材（５）に蝶着され、各入れ子式アーム（４）の先端部は、対応する垂直棒状部材（１）を保持するガイドブロック（６）を有するものである、装置。
4. 請求項３記載の自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する装置において、前記ガイドブロックは、前記入れ子式アーム（４）に固定された２つの平行なプレート（チーク）（７）を有し、前記チーク（７）間には溝付きローラー（８）が並設され、前記２つのローラー（８）の間にある開口部は、これらのローラー（８）間に保持される前記垂直棒状部材（１）の断面直径に少なくとも等しいものである、装置。
5. 自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する方法であって、
   意図される構造の幾何学的中心を選択する工程と、
   前記構造の前記幾何学的中心に装置の中心円形部材（５）を配置および固定する工程と、
   前記自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する装置の入れ子式アーム（４）を、前記装置の意図されるサイズおよび形状に適合するように構成する工程と、
   各垂直棒状部材（１）の一端部を、各前記入れ子式アーム（４）のガイドブロック（６）に挿通し、基礎に設けられたソケットに挿入する工程と、
   次に、各可撓性垂直棒状部材（１）に沿って、各前記入れ子式アーム（４）の漸進的な上方移動を、順次または同時に行うことにより、前記可撓性垂直部材（１）に応力を加える工程と、
   全入れ子式アーム（４）の各漸進的な上方移動に続いて、前記可撓性垂直棒状部材（１）の周囲に水平方向可撓性棒状部材（２）を取り付けることにより、前記上方移動によって達成された高さを固定し外形を形成する工程と、
   前記構造が完成した後、前記自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する装置（３）を取り外す工程と
   を上記の順序で有する、方法。
6. 請求項５記載の自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する方法において、最初に所要の寸法および形状を備えたフレームを作製し、次にそれらを所要の位置で固定することにより、前記構造に任意形状の開口部が設けられるものであり、前記構造の縁部は所定の態様で前記フレームに固定され、次に前記フレーム内に収容された構造の過剰部分が切除されるものである、方法。
7. 請求項５記載の自己支持型３次元プレストレスト構造を構築する方法において、請求項５記載の工程により構築された前記自己支持型３次元プレストレスト構造は、次に強化メッシュで被覆され、当該メッシュ上にプラスター塗装が施されてセメント、クレイ、および接着剤混合物を含む適切な建材によって仕上げられるものである、方法。

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