JP2020165150A - 骨組構造体及びそれを用いたビニルハウス - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で耐荷重性に優れた骨組構造体の提供を目的とする。【解決手段】立体トラス構造を有し、上部が湾曲した構造ユニットを一対備え、一対の構造ユニット１、２は互いに向かい合うように配置され、構造ユニット１、２の上端同士が接続固定された骨組構造体であって、構造ユニット１、２は、角錐体形状の立体トラスが縦横方向に連続形成されてなり、角錐体の底辺を構成する上弦材４と、角錐体の稜線部を構成する斜材５と、隣り合う角錐体の頂部間に架設される下弦材９と、上弦材４、下弦材９及び斜材５の各端部を互いに接合するジョイント部材７、８とを備え、構造ユニット１、２の少なくとも一部が繊維強化プラスチックにより構成する。【選択図】図９

Description

本発明は、軽量で耐荷重性に優れた骨組構造体に関する。

ビニルハウス等に用いられる骨組構造体としては、特許文献１の図１に示すように、複数のアーチパイプを、所定間隔を隔ててハウス長手方向（棟方向）に略平行状態に配設するとともに、これらと複数の長手状の横パイプとを連結固定して構築されたものが知られている。この骨組構造体に沿って合成樹脂シートを張設することでビニルハウスが構築される。

実用新案登録第３１６３１１３号公報

しかしながら、上記構成のビニルハウスでは、耐荷重性に優れているとまではいえず、例えば、降雪地帯で屋根に積雪した場合、雪の重みで構造体が破損したり、倒壊するおそれがあった。また、樹脂シートに強風を受けた場合でも、構造体が変形する可能性があった。一方、耐荷重性を高めるために、アーチパイプや横パイプとして使用される金属管の厚みや径を大きくすると、骨組構造体の重量が重くなり、搬送コストや構造体の組立効率が低下するといった問題があった。

そこで、本発明は、軽量で耐荷重性に優れた骨組構造体の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、立体トラス構造を有し、上部が湾曲した構造ユニットを一対備え、前記一対の構造ユニットは互いに向かい合うように配置され、前記構造ユニットの上端同士が接続固定された骨組構造体であって、構造ユニットは、角錐体形状の立体トラスが縦横方向に連続形成されてなり、角錐体の底辺を構成する上弦材と、前記角錐体の稜線部を構成する斜材と、隣り合う前記角錐体の頂部間に架設される下弦材と、上弦材、下弦材及び斜材の各端部を互いに接合するジョイント部材とを備え、構造ユニットの少なくとも一部が繊維強化プラスチックにより構成される。

また、前記ジョイント部材は、前記上弦材又は下弦材を嵌合する嵌合部が複数一体成形された繊維強化プラスチック製のジョイント本体を備え、前記斜材の端部が締結部材によって前記ジョイント本体に締結するようにしてもよい。さらに、前記斜材は、繊維強化プラスチック製パイプ材からなり、前記斜材の端部に接続部材が取付けられ、前記接続部材は、一端側に前記斜材を嵌合する斜材嵌合部が形成され、他端側に前記締結部材を挿通可能な挿通孔を有する扁平部が形成された構成としてもよい。

また、前記ジョイント部材は、前記上弦材又は下弦材を嵌合する複数の嵌合部及び前記斜材を嵌合する複数の斜材嵌合部が一体成形された繊維強化プラスチックで構成するようにしてもよい。

前記ジョイント部材は、前記上弦材の接合に用いられる第一ジョイント部材と、前記下弦材の接合に用いられる第二ジョイント部材とを備え、前記第一ジョイント部材と、前記第二ジョイント部材とは、視覚的に識別可能としてもよい。

また、前記ジョイント部材は、縦方向の配置位置に応じて視覚的に識別可能としてもよい。さらに、上弦材と下弦材とを視覚的に識別可能としてもよい。上述した前記骨組構造体は、ビニルハウス構築用として用いることができる。

上記態様によれば、骨組構造体が立体トラス構造を有する一対の構造ユニットから構成されるとともに、構造ユニットの少なくとも一部が繊維強化プラスチックにより構成されたため、軽量で耐荷重性に優れた骨組構造体を得ることができる。

本発明の骨組構造体を示す模式正面図 図１の骨組構造体の模式平面図 図１の骨組構造体の模式側面図 立体トラスの最小構成単位である四角錐体を示す模式斜視図 図３の円Ａで囲まれた部分の一部拡大図 図５に示す第一ジョイント部材の底面図 図１に示す上端ジョイント部材の底面図 図１の固定部材の正面図 本実施形態の骨組構造体を示す斜視図 図９の骨組構造体を側面視した一部拡大側面図 ジョイント部材の変形例を示す図 接続部材を示す側面図 接続部材の変形例を示す側面図 図１の変形例を示す一部拡大図

以下、本発明の実施態様を図面に基づいて説明する。本実施形態では、ビニルハウス用の骨組構造体を例に説明する。図１は、本発明の骨組構造体の実施形態を示す模式正面図であり、図２は図１の骨組構造体の模式平面図を、図３は図１の骨組構造体の模式側面図をそれぞれ示す。

図１〜図３に示すように、本実施形態における骨組構造体は、上部が湾曲した一対の構造ユニット１、２が互いに向かい合うように配置された構造とされる。図示されていないが、構造ユニット１、２の上端同士が二点鎖線で示す固定部材３によって固定される。なお、図中、骨組構造体の上下方向をＸ方向、幅方向をＹ方向、長さ方向をＺ方向とする。骨組構造体は、骨組構造体の幅方向Ｙにアーチ状に構築される。構造ユニット１、２は、立体トラスの最小構成単位である四角錐体（以下、「四角錐体」と略する。）が縦横方向に連続形成されてなる。構造ユニット１、２の縦方向及び横方向は、それぞれ骨組構造体の上下方向Ｘ及び長さ方向Ｚに相当する。

図４は、四角錐体を示す模式斜視図である。四角錐体は、底辺を構成する上弦材４と、稜線部を構成する斜材５と、これらの構造材を接合するジョイント部材（第一ジョイント部材７および第二ジョイント部材８）とから構成される。構造ユニット１、２は、上弦材４、斜材５、第一ジョイント部材７及び第二ジョイント部材８のほかに、隣り合う四角錐体の頂部間に架設される下弦材９を備える。

構造ユニット１、２は、四角錐体の底辺のうちの一辺に相当する上弦材を共有する形で縦横方向に連続形成される。また、上弦材４同士の接合及び上弦材４と斜材５と接合には第一ジョイント部材７が用いられ、下弦材９同士の接合及び下弦材９と斜材５との接合には第二ジョイント部材８が用いられる。なお、便宜上、図１〜図３には、第一ジョイント部材７及び第二ジョイント部材８は明示していないが、上弦材４同士が交差する箇所には第一ジョイント部材７が、下弦材９同士が交差する箇所には第二ジョイント部材８がそれぞれ設置される。

上弦材４は、第一ジョイント部材７を介して格子状体を構成する。また、下弦材９は、第二ジョイント部材８を介して格子状体を構成する。すなわち、構造ユニットは、立体トラスを構成する斜材５を介して格子状体と格子状体とが接続固定された構造とされる。また、本実施形態では、上弦材４、斜材５、第一ジョイント部材７、第二ジョイント部材８及び下弦材９はすべて繊維強化プラスチックから形成される。これにより、本実施形態の骨組構造体は、軽量ながら全方向に対して剛性が高く、耐荷重性に優れた構造とすることができる。

繊維強化プラスチックに用いられる繊維としては、連続繊維束（ロービング材）や、ストランドマットや、ロービングクロス等を使用することができる。用いる繊維の材質としては、ガラス繊維や、合成樹脂繊維のほか、炭素繊維を用いることができる。補強繊維に含浸させる母材（樹脂）としては、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂などを挙げることができるが、いずれの材料もこれらに限定されるものではない。

構造ユニット１、２を構成する部材について詳しく説明する。上弦材４、斜材５及び下弦材９は繊維強化プラスチック製パイプ材からなる。斜材５の径は、上弦材４及び下弦材９の径よりも小径とされる。その理由は、第一ジョイント部材７及び第二ジョイント部材に外力が加わった場合、ジョイント部材７、８から放射状に延びた斜材５に外力を分散することができ、また、斜材５に作用する外力の方向は主に強度の高い軸方向（パイプ材の長さ方向）となるためである。これにより、上弦材４及び下弦材９の径よりも小径であっても様々な方向からの外力に対して高い耐荷重性（高い強度）を維持することができる。

図５は、図３の円Ａで囲まれた部分の一部拡大図であり、図６は、第一ジョイント部材７の底面図である。図示のごとく、第一ジョイント部材７は、上弦材４を嵌合する嵌合部１１が複数形成されたジョイント本体１２を備える。ジョイント本体１２には斜材５を嵌合する斜材嵌合部１３が複数形成される。ジョイント本体１２及び斜材嵌合部１３は繊維強化プラスチックによって一体成形される。

第一ジョイント部材７では嵌合部１１及び斜材嵌合部１３を配置するスペース及び強度面を考慮して、上弦材４は嵌合部１１に内嵌合させ、斜材５は斜材嵌合部１３に外嵌合させるようにしている。第二ジョイント部材８についても第一ジョイント部材７と同じ構成とされる。

図１に示すように、構造ユニット１、２の上端には上弦材４及びジョイント部材が配される。ただ、構造ユニット１、２の上端に配されるジョイント部材は、上弦材４同士の接合及び上弦材４と斜材５と接合に用いられるものの、他の第一ジョイント部材７と形状が異なっており、これらを区別するため、構造ユニット１、２の上端に配されるジョイント部材を上端ジョイント部材７１として、以下に説明する。

図７は、図１に示す上端ジョイント部材７１の底面図である。図示のごとく、上端ジョイント部材７１は、骨組構造体の長さ方向Ｚに二方、幅方向Ｙに一方の、合せて三方に形成された嵌合部１１と、二方に形成された斜材嵌合部１３とを備える。すなわち、ジョイント本体１２は、Ｔ字形状とされ、構造ユニット１、２の隣り合う上端ジョイント部材７１は、互いに背中合わせになるように配される。

図８は、固定部材３の正面図である。固定部材３は、上下に分割可能な上型３ａ及び下型３ｂからなる。上型３ａ及び下型３ｂの内面は平面状とされ、両型３ａ及び３ｂの内面には、図７に示す２つの上端ジョイント部材７１、上弦材４及び斜材５の形状に合わせて内溝６が形成されており、これにより、上端ジョイント部材７１が上弦材４及び斜材５ごと上下から上型３ａ及び下型３ｂで挟み込んで固定される。

上型３ａ及び下型３ｂは、ビス等の締結手段によって型締めされ、これにより、構造ユニット１、２が安定した状態で固定される。なお、固定部材３の形状については、構造ユニット１、２を安定した状態で固定できるものであれば、上記構成に限定されるものではない。

構造ユニット１、２は、上部が湾曲するように形成されているため、第一ジョイント部材７と、第二ジョイント部材８とは、嵌合部１１及び斜材嵌合部１３の相対的な方向関係が異なる。また、同じ第一ジョイント部材７又は第二ジョイント部材８であっても、構造ユニット１、２の縦方向における配置位置が変わる場合でも、やはり嵌合部１１及び斜材嵌合部１３の相対的な方向関係が異なる。

そこで、本実施形態では、第一ジョイント部材７と、第二ジョイント部材８とを視覚的に識別可能とし、さらに、同じ第一ジョイント部材７（第二ジョイント部材８）でも縦方向の配置位置によって視覚的に識別可能とした。これにより、第一ジョイント部材７及び第二ジョイント部材８を適正な位置に配置することができ、骨組構造体をスムーズに組み立てることが可能となる。

具体的に、第一ジョイント部材７と第二ジョイント部材８とで別の色彩に着色し（例えば、赤と青）、さらに、それぞれ縦方向の配置位置に応じて色の濃度を段階的に変化させることができる。視覚的に識別可能とする別の方法としては、数字、文字、模様等を単独又は複数を組み合わせて用いることも可能である。また、上弦材４と下弦材９とは、長さが異なるため、同じように視覚的に識別可能とすれば、より骨組構造体の組み立てをスムーズに行うことができる。

図２に示すように、本実施形態の骨組構造体は、アーチ構成単位１４が長さ方向Ｚに複数連続形成された構造を有する。アーチ構成単位１４は、複数の上弦材４が第一ジョイント部材７を介して接続された長尺アーチ状に形成された上弦フレーム１５を一対備え、平行に配された一対の上弦フレーム１５、１５よりも内側で、上弦フレーム１５、１５の中間位置に配される長尺アーチ状の下弦フレーム１６を備える。

下弦フレーム１６は、複数の下弦材９が第二ジョイント部材８を介して接続されて構成される。そして、一対の上弦フレーム１５、１５の間には間隔をおいて複数の上弦材４が間隔をおいて接合され、上弦フレーム１５と下弦フレームとの間には複数の斜材５が接合される。隣り合うアーチ構成単位１４、１４は、一方の上弦フレーム１５を共有する形で長さ方向Ｚに連続形成される。

図１に示すように、本実施形態の骨組構造体は、長さ方向Ｘの両端に立体トラス構造を有する一対の支柱１７、１７と、横梁１８とを備える。支柱１７及び横梁１８は、基本的な構成はアーチ構成単位１４と同様とされるが、支柱１７及び横梁１８とも、上弦フレーム１５及び下弦フレーム１６は直線状に形成される。

支柱１７と、横梁１８とは一つの四角錐体を共有して交差することで、互いに一体的に構成される。また、支柱１７の上端部及び横梁１８の両端は骨組構造体の長さ方向Ｚの両端に位置するアーチ構成単位１４に、第一ジョイント部材７及び第二ジョイント部材８を介して接続される。これにより、骨組構造体の強度をより高めることができる。

上記構成の骨組構造体では、横梁１８を利用して二重扉を設置することができる。図９は、二重扉１９が設置された状態の骨組構造体を示す斜視図であり、図１０は図９の一部を側面視した一部拡大側面図である。図示のごとく、横梁１８を構成する一対の上弦フレーム１５、１５のうち、下側に配置された上弦フレーム１５に沿ってその外側に扉吊下げ用のレール２１が設置される。また、横梁１８を構成する下弦フレーム１６に沿ってその内側に扉吊下げ用のレール２２が設置される。

レール２１には外扉２３が吊下げられ、レール２２には内扉２４が吊下げられる。前述のごとく、横梁１８は、アーチ構成単位１４及び一対の支柱１７、１７によって一体的に支持されているため、吊下げ式の二重扉１９であっても安定的に保持することが可能となる。これにより、骨組構造体を用いてビニルハウスを構築した場合に、断熱性に優れ、かつ扉のスムーズな開閉が可能なビニルハウスを提供することができる。

上記構成の骨組構造体を組立てる方法について説明する。先ず、図１の骨組構造体の正面図に見える一番手前のアーチ構成単位１４を組み立てる。具体的に、一対の支柱１７、１７を組み立てた後、横梁１８を組み立てる。その後、中心軸Ｃより片側半分のアーチ構成単位１４を組み立てる。

アーチ構成単位１４の組み立てに際しては、第一ジョイント部材７と、第二ジョイント部材８とを区別しつつ、ジョイント部材の色の濃度を確認しながら、アーチ下部から組み立てる。斜材５の長さ、すなわち、斜材５の両端に嵌合される第一ジョイント部材７と第二ジョイント部材８との間の距離は、骨組構造体に組み込まれる斜材５の位置によって異なる。

そこで、本実施形態では、斜材５の長さは一定とし、ジョイント部材における斜材嵌合部１３の長さを必要に応じて変えて形成している。これにより、骨組構造体に組み込む位置によって斜材５の長さを変える必要がなく、スムーズに組立て作業を行うことが可能となる。また、ジョイント部材における斜材嵌合部１３の長さを長めに形成しておき、斜材嵌合部１３を斜材５に挿入する挿入位置を変化させるようにしてもよい。

アーチ構成単位１４が、横梁１８の高さまで組み上がったら、アーチ構成単位１４を横梁１８に連結する。さらに、アーチ構成単位１４が、支柱１７上端の高さまで組み上がったら、アーチ構成単位１４と支柱１７とを連結する。アーチ構成単位１４の片側半分を上端まで組み立て終わったら、残りの側半分のアーチ構成単位１４を組み立てる。

一番手前のアーチ構成単位１４の組み立てが終わったら、２番目のアーチ構成単位１４を組み立てる。このとき、一対の上弦フレーム１５のうちの一方はすでに組み立てられているため、残りの構成部材をアーチ下部から順次組み足していく。組み立てが完了したアーチ構成単位１４の頂部に順次固定部材３を取付けてアーチ構成単位１４を固定する。このように、骨組構造体は、手前のアーチ構成単位１４から長さ方向Ｚに順次組み立てることによって構築することができる。なお、嵌合部１１と上弦材４又は下弦材９の端部、あるいは斜材嵌合部１３と斜材５とはビス等の適当な締結部材によって固定するのが望ましい。

なお、骨組構造体を構成する上弦フレーム１５及び下弦フレーム１６の下端には設置場所に固定するためのフランジ部２５が取付けられる。一方、骨組構造体が設置される土地側には上弦フレームに対応する位置に基礎構造体Ｂ１が設置され、下弦フレームに対応する位置に基礎構造体Ｂ２が設置される。

基礎構造体Ｂ１及びＢ２は、土中に設置される。基礎構造物Ｂ１は、アンカー部と、アンカー部から上方に立設されたフランジ部２６とを備え、基礎構造物Ｂ２は、上端にフランジ部２６が設けられた棒状体からなる。そして、すべてのフランジ部２６が水平になるようにフランジ部２６の高さを調節した上で、フランジ部２６の上に上弦フレーム１５又は下弦フレーム１６の端部に取り付けられたフランジ部２５と接続する。その後、フランジ部２５よりも高い位置まで土中に埋設され、骨組構造体の設置が完了する。

上記骨組構造体は種々の用途に用いることができる。例えば、合成樹脂シートを上弦材に沿って張設してビニルハウスを構築することができる。また、本発明の骨組構造体は、内部に支柱が存在せず、外壁パネルを設置することで倉庫、作業場、仮設住居、集会所などに使用することも可能である。また、上弦材４の外側と下弦材９の内側に２枚の透明樹脂シートを張設することにより、断熱性の高いビニルハウスを提供することができる。

上記実施形態では、全ての部材が繊維強化プラスチックからなる骨組構造体について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。たとえば、本実施形態では、上弦材４、斜材５、第一ジョイント部材７、第二ジョイント部材８及び下弦材９はすべて繊維強化プラスチックから形成されるが、このうちの一部を金属製とすることができる。

また、本実施形態では、第一ジョイント部材７及び第二ジョイント部材８は、複数の嵌合部１１と複数の斜材嵌合部１３とが繊維強化プラスチックにより一体成形されたものを使用しているが、これに限らず、例えば、図１１に示すように、嵌合部１１が複数一体成形された繊維強化プラスチック製のジョイント本体１２を備えたジョイント部材を用いることができる。この場合、斜材５の端部をボルトおよびナットなどの締結部材２６によって、直接、ジョイント本体１２に形成された貫通孔１０に締結することが可能である。

ただ、斜材５が繊維強化プラスチック製パイプである場合には、金属パイプのように端部を変形させることができないことから、ひとつの締結部材２６で複数の斜材５を締結すると、複数の斜材５及びジョイント本体１２の重なる部分が嵩張ることになり、接続安定性及び接続強度が低下する。

そこで、このような場合には、斜材５に接続部材２７を取付けることができる。接続部材２７は、図１１及び図１２に示すように、一端側に斜材５を嵌合する斜材嵌合部１３が形成され、他端側に締結部材２６を挿通可能な挿通孔２８を有する扁平部２９が形成された構成とすることができる。扁平部２９は、斜材嵌合部１３側に対して傾斜するように形成される。この場合、斜材５の両端に嵌合される第一ジョイント部材７と第二ジョイント部材８との間の距離は、骨組構造体に組み込まれる斜材５の位置によって異なる。

よって、斜材５の長さは一定とし、斜材嵌合部１３の長さを第一ジョイント部材７と第二ジョイント部材８との間の距離が最も大きくなる箇所に合せて長めに形成する。それとともに、斜材５が斜材嵌合部１３に嵌合した状態で、斜材５が軸方向にスライド可能となるように設けておく。なお、斜材嵌合部１３には斜材５に最小限挿入しなければならない位置にマークを付しておくのが望ましい。これにより、骨組構造体に組み込む位置によって斜材５の長さを変える必要がなく、スムーズに組立て作業を行うことが可能となる。

上記構成の接続部材２７を用いれば、複数の嵌合部１１と複数の斜材嵌合部１３とが繊維強化プラスチックにより一体成形する場合に比べて必要となる成形用金型の数が少なくて済むほか、ひとつの締結部材２６に複数の斜材５を、接続部材２６を介することで嵩張ることなく接続することが可能となる。

さらに、接続部材２７の変形例として、図１３に示すように、扁平部２９と斜材嵌合部１３との間の角度を変更可能とすることで、接続部材２７を共用化することができる。接続部材２７の扁平部２９と斜材嵌合部１３との間の角度を変更可能とするには、例えば、扁平部２９側と斜材嵌合部１３側とを別部材で構成し、両者をヒンジ３１を介して接続することができる。

また、本実施形態では、骨組構造体の頂部の固定部材３の下方には、下弦材９が配されていないが（図１参照）、これに限らず、図１４に示すように、固定部材３の下方に下弦材９を配するようにしてもよい。これにより、骨組構造体の耐荷重性をより向上させることができる。

本実施形態及び上記変形例に開示されている構成要件は互いに組合せ可能であり、組合せることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１、２ 構造ユニット
３ 固定部材
４ 上弦材
５ 斜材
６ 内溝
７ 第一ジョイント部材
８ 第二ジョイント部材
９ 下弦材
１０ 貫通孔
１１ 嵌合部
１２ ジョイント本体
１３ 斜材嵌合部
１４ アーチ構成単位
１５ 上弦フレーム
１６ 下弦フレーム
１７ 支柱
１８ 横梁
１９ 二重扉
２１、２２ レール
２３ 外扉
２４ 内扉
２５ フランジ部
２６ 締結部材
２７ 接続部材
２８ 挿通孔
２９ 扁平部
３１ ヒンジ部

Claims (8)

1. 立体トラス構造を有し、上部が湾曲した構造ユニットを一対備え、前記一対の構造ユニットは互いに向かい合うように配置され、前記構造ユニットの上端同士が接続固定された骨組構造体であって、前記構造ユニットは、角錐体形状の立体トラスが縦横方向に連続形成されてなり、角錐体の底辺を構成する上弦材と、前記角錐体の稜線部を構成する斜材と、隣り合う前記角錐体の頂部間に架設される下弦材と、前記上弦材、下弦材及び斜材の各端部を互いに接合するジョイント部材とを備え、前記構造ユニットの少なくとも一部が繊維強化プラスチックにより構成された骨組構造体。
2. 前記ジョイント部材は、前記上弦材又は下弦材を嵌合する嵌合部が複数一体成形された繊維強化プラスチック製のジョイント本体を備え、前記斜材の端部が締結部材によって前記ジョイント本体に締結された請求項１に記載の骨組構造体。
3. 前記斜材は、繊維強化プラスチック製パイプ材からなり、前記斜材の端部に接続部材が取付けられ、前記接続部材は、一端側に前記斜材を嵌合する斜材嵌合部が形成され、他端側に前記締結部材を挿通可能な挿通孔を有する扁平部が形成されてなり、前記締結部材によって前記接続部材が前記ジョイント本体に固定された請求項２に記載の骨組構造体。
4. 前記ジョイント部材は、前記上弦材又は下弦材を嵌合する複数の嵌合部及び前記斜材を嵌合する複数の斜材嵌合部が一体成形された繊維強化プラスチックからなる請求項１に記載の骨組構造体。
5. 前記ジョイント部材は、前記上弦材の接合に用いられる第一ジョイント部材と、前記下弦材の接合に用いられる第二ジョイント部材とを備え、前記第一ジョイント部材と、前記第二ジョイント部材とは、視覚的に識別可能とされた請求項１〜４のいずれか一項に記載の骨組構造体。
6. 前記ジョイント部材は、縦方向の配置位置に応じて視覚的に識別可能とされた請求項５に記載の骨組構造体。
7. 前記上弦材と下弦材とが視覚的に識別可能とされた請求項１〜６のいずれかに記載の骨組構造体。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の骨組構造体を用いて構築したビニルハウス。