JP7098038B1 - モジュール式骨組構造およびそれに用いる単位モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】単位モジュールを組み合せてトラス構造物を形成するのに、単位モジュールだけの組み合わせで可能となる組み立モジュール式骨組構造およびそれに用いる単位モジュールを提供する。【解決手段】立体トラス構造の単位架構となる単位モジュールを造り、単位モジュールを相互に接合して立体トラス構造物を構築するモジュール式骨組構造であり、単位モジュールは、正四面体または正八面体の稜線部分を細長接合面２を有するフレーム３で形成し、これら細長接合面２を有するフレーム３の端部を連結して正四面体状架構であるテトラモジュール１、または正八面体状架構であるオクタモジュールに組み立て、細長接合面２を有するフレーム３の相互を細長接合面２を接合させて単位モジュールであるテトラモジュール１またはオクタモジュール同士を相互に連結して立体トラス構造物を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、立体トラスを用いた構造物のモジュール式骨組構造及びそれに用いる単位モジュールに関する。

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モジュールで構造物の屋根や側壁等を構成するトラス構造体は、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、部材のモジュール化により施工作業の効率化を図ることができる。

例えば、下記特許文献は、リチャードバックミンスター・フラー(Richard Buckminster Fuller)氏によって提案されたもので、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モジュール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。
米国特許第２９８６２４１号明細書

この特許文献１では平面状または層状になったベクトル平衡体のような構造であるオクテットトラス構造ついて述べられており、図４３、図４４に示すようなＢ－３６爆撃機のドックの屋根と壁を形成する例が示されている。

なお、オクテットトラス構造については従来多くの提案がなされており、フレーム（弦材）をジョイント（連結部材）で結合して立体トラス構造の単位架構となる４面体架構を造り、４面体架構を相互に接合して立体トラス構造物を構築する内容は下記特許文献にその例がある。
特許第４４３１８０５号公報 特許第４７０９９８２号公報

単一形状の部材を組み合わせて立体トラス構造物を形成するのにモジュール（ユニット）化が重要な要素となるが、前記特許文献１ではストラットモジュールの代わりに図４１に示すようなシートモジュールを構築したオクテットトラス構造の例が示されている。オクテットトラス構造とは正四面体状架構領域と正八面体状架構領域からなり、そのどちらか一方を相補的な空間領域とするトラス構造である。

シートモジュールは図４０に示すようにフランジ４０が１つの縁から延びるアルミニウムの薄いシート３９であってもよいが、その片方の端から延びるフランジ４１と４２は、その他の２つのエッジから、適切な角度で延びて、フレームワークシステムの八面体および四面体の面に横たわる。

フランジ４１はシートの上方および外側方向に向いて、フランジ４２は下方および外側に向いている。

図４２のトラスの八面体の１つは４枚のアルミニウムシート３９が組み立てられる。

下記特許文献４の構造物のユニット式骨組構造及び骨組部材ユニットはベクトル平衡体形トラスを基本モジュールとすることにより、内部に広い空間を確保できるようにとの提案である。
特許４８８９０２０号公報

特許文献４は、同じ長さの骨組部材で構成された複数のベクトル平衡体形トラスのユニットを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の対合節点を相互に接合して側面方向に連結する。

この特許文献４によれば、連結するベクトル平衡体形トラス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のユニットを安定トラス構造として組み立てることができる。

また、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を基本ユニットとするので、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。

前記特許文献１では図４０に示すモジュールでは、シートのフランジのシートの角度は統一されたものではなく、その使用箇所によって適宜変わるもので、すべて同一の部材というものではない。また、図４１のトラスの八面体は４枚のアルミニウムシート３９が組み立てられるが、この八面体を単一のモジュールとしてトラス構造物を構築するには難がある。

また、特許文献１のトラス構造物では、図４３、図４４に示すように三角形を形成するトラスからなる屋根、壁および床の枠組を形成するのに、屋根に対して壁が斜めに形成されてしまう。

前記特許文献４の構造物のユニット式骨組構造及び骨組部材ユニットはベクトル平衡体形トラスのユニットを複数組み合わせて立体トラス構造とするのに、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いう２種類の部材の組合せを必要としている。

本発明の目的前記従来例の不都合を解消し、単位モジュールを組み合せてトラス構造物を形成するのに、単位モジュール以外の連結部材を用いることなく、単位モジュールだけの組み合わせで可能となり、しかも、内部に相補的な四角錐領域の形成などで安定したトラス構造として組み立てることができるとともに、トラス構造で屋根や床などの水平な枠組みに対して壁などの垂直な枠組みを直角な結合をもって形成できるモジュール式骨組構造およびそれに用いる単位モジュールを提供することにある。

前記目的を達成するため本発明は、モジュール式骨組構造としては、第１に、立体トラス構造の単位架構となる単位モジュールを造り、単位モジュールを相互に接合して立体トラス構造物を構築するモジュール式骨組構造であり、
単位モジュールは、正四面体または正八面体の稜線部分を細長接合面を有するフレームで形成し、これら細長接合面を有するフレームの端部を連結して、立体トラス構造の単位架構となる単位モジュールを造り、単位モジュールを相互に接合して立体トラス構造物を構築するモジュール式骨組構造であり、
単位モジュールは、正四面体または正八面体の稜線部分を細長接合面を有するフレームで形成し、これら細長接合面を有するフレームの端部を連結して、フレームの細長接合面は正四面体または正八面体の稜線を平面的に削り取った面としてモジュールの中心から細長接合面の各中点とを結ぶ垂線に直交するように前記細長接合面の向きを定めた正四面体状架構であるテトラモジュール、または正八面体状架構であるオクタモジュールに組み立て、
細長接合面を有するフレームの相互を細長接合面を接合させて単位モジュールであるテトラモジュールまたはオクタモジュール同士を相互に連結して立体トラス構造物を形成することを要旨とするものである。

第２に、立体トラス構造物は正四面体状架構領域と正八面体状架構領域からなり、そのどちらか一方を相補的な空間領域とするオクテットトラス構造であることを要旨とするものである。

第３に、テトラモジュールで組み立てる立体トラス構造物は、テトラモジュール同士の細長接合面を有するフレームの相互を細長接合面を接合させた結合の結果、立体トラス構造物の内部に相補的な四角錐状トラス架構領域が構成されることを要旨とするものである。

第４に、オクタモジュールで組み立てる立体トラス構造物は、オクタモジュール同士の細長接合面を有するフレームの相互を細長接合面を接合させた結合の結果、立体トラス構造物の内部に相補的な正四面体状架構領域が構成されることを要旨とするものである。

第５に、オクタモジュールは、テトラモジュール２個を相互に連結し、互いに並行な√２の長さを有するフレームを追加して形成し、このオクタモジュールを相互に連結することによって、√２の長さを有するフレームによって形成される相補的な四面体状架構領域を構成することを要旨とするものである。

第６に、単位モジュール同士の結合は、細長接合面を有するフレーム同士の相互の固定によることを要旨とするものである。

第７に、単位モジュール同士の結合は、ジョイント部材相互の固定によることを要旨とするものである。

第８に、単位モジュール同士の結合は、細長接合面を有するフレーム同士の固定およびジョイント部材相互の固定の両方によることを要旨とするものである。

第９に、単位モジュール同士の結合は、細長接合面に凹凸を形成し、この凹凸による相欠きによる接合によることを要旨とするものである。

第１０に、単位モジュールのジョイント同士の集合箇所をガセットプレートで覆って連結し、単位モジュール間の接合を補強することを要旨とするものである。

第１１に、ガセットプレートはディスクプレートによることを要旨とするものである。

第１２に、外周部の単位モジュールのジョイント同士の集合箇所を９０°に折曲げたディスクプレートで覆って連結し、単位モジュール間の接合を補強することを要旨とするものである。

モジュール式骨組構造に用いる単位モジュールとしては、第１に、正四面体を想定し、正四面体の稜線部分となるフレームを細長接合面を有する部材で形成し、これら細長接合面を有する部材は同一の長さであり、その端部を連結してフレームの細長接合面は正四面体または正八面体の稜線を平面的に削り取った面としてモジュールの中心から細長接合面の各中点とを結ぶ垂線に直交するように前記細長接合面の向きを定めた正四面体状架構であるテトラモジュールに組み立てたことを要旨とするものである。

第２に、正八面体を想定し、正八面体の稜線部分となるフレームを細長接合面を有する部材で形成し、これら細長接合面を有する部材は同一の長さであり、その端部を連結してフレームの細長接合面は正四面体または正八面体の稜線を平面的に削り取った面としてモジュールの中心から細長接合面の各中点とを結ぶ垂線に直交するように前記細長接合面の向きを定めた正八面体状架構であるオクタモジュールに組み立てたことを要旨とするものである。

第３に、正四面体を想定し、正四面体の稜線部分となるフレームを細長接合面を有する部材で形成し、これら細長接合面を有する部材は同一の長さであり、その端部を連結して組み立てた正四面体状架構であるテトラモジュール２個を相互に連結し、互いに並行な√２の長さを有するフレームを追加して正八面体状架構であるオクタモジュールに組み立てたことを要旨とするものである。

第４に、細長接合面を有するフレーム端部は、ジョイント部材で連結すること、第５に、細長接合面を有するフレームは、平板、中空管材、Ｈ形その他の型鋼、アングル材、チャンネル材のいずれかを選択することを要旨とするものである。

第６に、ジョイント部材は、細長接合面を有するフレームへの接合片部を３つ平面視で相互に１２０°もしくは９０°の開きで展開し、これら接合片部は天板もしくは側板で相互に連結してなることを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、ブロック的に用いることができる単位モジュールを構築し、この単位モジュールを立体トラス構造物を構築するように組みあわせるのに、正四面体または八面体の稜線部分となるフレームを細長接合面を有する部材の細長接合面を接合させて行うことができるので、特に、単位モジュール以外の部材を連結部材として用いることなく、単位モジュールだけの組み合わせで立体トラス構造物を構築することが可能となり、組立を少ない工数で簡易かつ迅速に行うことができ、しかも単位モジュールのみの組みあわせで形成できるので、プレハブ化が向上する。

さらに、単位モジュールを組み合わせるのに、正四面体または八面体の稜線部分となるフレームは相互に重なり、２重となるので強度が増し、これが立体トラス構造物の斜材の部分であれば立体トラス構造物自体が堅牢なものとなる。

また、各単位モジュールは稜線部分となるフレームを細長接合面を接合させて行うことにより、側面方向だけでなく上下方向にもモジュール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。

さらに、単位モジュール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。

必要な単位モジュール空間の数に応じてビニールハウス、ロッジ、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モジュール空間構造物への適用が可能である。

単位モジュールのみの組みあわせで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モジュール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。

また、床・壁としてテトラモジュールの組み合わせを水平または垂直展開させて立体トラス構造物とした場合に、床部分と壁部分の結合は前記水平または垂直にかつ直交方向に並ぶフレーム同士の接合となり、床・壁としての立体トラス構造物を直角に組むことができ、床に対して直角に立ち上がる（または立ち下がる）壁を形成することができる。

請求項２記載の本発明によれば、モジュール式骨組構造として正四面体状架構領域と正八面体状架構領域があるオクテットトラス構造であり、正四面体状架構領域と正八面体状架構領域がそのどちらか一方を相補的な空間領域とするので、テトラモジュールだけで安定したトラス構造を組み立てることができる。

請求項３記載の本発明によれば、正四面体状架構であるテトラモジュールを２個稜線部分となるフレームを細長接合面を有する部材の細長接合面を接合させて行うと、この細長接合面が重なるフレームは斜材となり、一方、他のフレームは細長接合面を外側に向けて水平または垂直にかつ直交方向に並ぶ。これがさらに組み合わさると立体トラス構造物の内部に相補的な四角錐状トラス架構領域が構成される。

このように単位モジュールがテトラモジュールの場合、テトラモジュールが前後、左右に組まれると単位モジュールの側面間に相補的な四角錐状トラス架構領域が構成され、または、相補的な四角錐状トラス架構領域を合体させたオクテットトラス構造が構成されるものであり、テトラモジュールだけで安定したトラス構造を組み立てることができる。

請求項４記載の本発明によれば、単位モジュールがオクタモジュールの場合、オクタモジュールが組まれると単位モジュールの側面間に相補的な正四面体状架構領域が構成されるテトラトラス空間が構成されるものであり、テトラモジュールだけで安定したトラス構造を組み立てることができる。

請求項５および請求項１５記載の本発明によれば、オクタモジュールの形成をテトラモジュール２個を用い、互いに並行な√２の長さを有するフレームを追加して形成されるオクタモジュールを相互に連結することによって、相補的な√２の長さを有する四面体状架構領域を構成することができる。

請求項６～請求項８記載の本発明によれば、単位モジュール同士の結合を長接合面を有するフレーム同士の相互の固定によるか、ジョイント部材相互の固定によるか、細長接合面を有するフレーム同士の固定およびジョイント部材相互の固定の両方によるかを選択できるものであり、いずれの場合も正四面体または八面体の稜線部分となるフレームを細長接合面を有する部材の細長接合面を接合させて行うことができるので、堅牢な結合を行うことができる。

請求項９記載の本発明によれば、細長接合面に凹凸を形成し、この凹凸による相欠きによる接合によることで、細長接合面を接合させて単位モジュール同士を相互に連結するのに、強固な結合とすることができる。

請求項１０～１２記載の本発明によれば、ガセットプレートにより単位モジュール間の接合をジョイント部材相互の間で補強することができる。また、ガセットプレートはディスクプレートによることで、一枚のガセットプレートで４つの単位モジュールの接合を補強することができる。さらに、外周部の単位モジュールのジョイント同士の集合箇所を９０°に折曲げたディスクプレートで覆って連結し、単位モジュール間の接合を補強することができる。

請求項１３記載の本発明によれば、正四面体状架構であるテトラモジュールは同一の長さの部材を組み立てるだけで形成でき、少ない部材点数で安価に作成することができる。

請求項１４記載の本発明によれば、正八面体状架構であるオクタモジュールは同一の長さの部材を組み立てるだけで形成でき、少ない部材点数で安価に作成することができる。

請求項１５記載の本発明によれば、正四面体または正八面体の稜線部分を細長接合面を有するフレームで形成する単位モジュールは、フレーム端部は、ジョイント部材で連結することで形成でき、フレーム端部相互を溶接するなど面倒な作業なしに形成でき、また、構造強度もジョイント部材により十分確保できる。

請求項１６記載の本発明によれば、フレームは細長接合面を有するものであれば種々の断面形状のものを用いることができ、平板、中空管材、Ｈ形その他の型鋼、アングル材、チャンネル材のいずれかを選択することが可能である。

請求項１７記載の本発明によれば、ジョイント部材の一例を示すものであり、ジョイント部材に細長接合面を有するフレームへの接合片部を形成することで、この接合片部を介してフレームを簡単に組み立てることができる。

以上述べたように本発明のモジュール式骨組構造およびそれに用いる単位モジュールは、単位モジュールを組み合せてトラス構造物を形成するのに、単位モジュール以外の連結部材を用いることなく、単位モジュールだけの組み合わせで可能となり、しかも、内部に相補的な空間領域の形成などで安定したトラス構造として組み立てることができるとともに、トラス構造で屋根や床などの水平な枠組みに対して壁などの垂直な枠組みを直角な結合をもって形成できるものである。

本発明の骨組構造の1実施形態を示す平面図である。 本発明の骨組構造に用いる単位モジュールが正四面体状架構である場合の単位モジュール相互の組立状態を示す説明図である。 本発明の骨組構造で全体が盤状体である状態の図１の斜視図である。 本発明の骨組構造で盤状体を直交させた状態を示す側面図である。 本発明の骨組構造で盤状体を直交させた状態を示す斜視図である。 本発明の骨組構造に用いる単位モジュールがテトラモジュールである１実施形態を示す斜視図である。 本発明の骨組構造に用いる単位モジュールがテトラモジュールである１実施形態を示す平面図である。 本発明の骨組構造に用いる単位モジュールに使用するジョイント部材の一例を示す正面図である。 本発明の骨組構造に用いる単位モジュールに使用するジョイント部材の一例を示す斜視図である。 ジョイント部材相互の結合を示す説明図である。 細長接合面を有するフレームに対するジョイント部材の接合を示す説明図である。 単位モジュールの相互の接合の一例を示す斜視図である。 本発明の骨組構造で、単位モジュールがテトラモジュールの場合に、内部に四角錐状トラス架構領域が形成されることを示す平面図である。 本発明の骨組構造で、単位モジュールがテトラモジュールの場合に、内部に四角錐状トラス架構領域が構成れる結合の状態を示す斜視図である。 本発明の骨組構造で、単位モジュールがテトラモジュールの場合に、内部に四角錐状トラス架構領域が形成されることを示す説明図である。 本発明の骨組構造で、単位モジュールがテトラモジュールの場合に、内部に正八面体状架構領域が形成されることを示す平面図である。 図１６の部分拡大図である。 ガセットプレートの応用例を示す正面図である。 本発明の骨組構造で単位モジュールの組立の展開を示す説明図である。 正四面体の説明図である。 正四面体の中心と頂点の関係を示す説明図である。 本発明の骨組構造に用いる単位モジュールが、正八面体状架構であるオクタモジュールの場合の1実施形態示す斜視図である。 本発明の骨組構造に用いる単位モジュールが正八面体状架構であるオクタモジュールの場合の1実施形態示す平面図である。 本発明の単位モジュールが正八面体状架構であるオクタモジュールの場合の単位モジュールの組立によるトラス構造物で、内部に正四面体状架構領域が形成されることの１例を示す平面図である。 図２３の単位モジュールをさらに増殖させた場合の平面図である。 正八面体状架構であるオクタモジュールをテトラモジュール２個で作成することを示す斜視図である。 テトラモジュール２個で作成したオクタモジュールの組み合わせを示す斜視図である。 単位モジュールの細長接合面を有するフレームをアングル材で作成した例を示す斜視図である。 細長接合面を有するフレームをＨ形鋼で形成したテトラモジュールの実施形態示す斜視図である。 細長接合面を有するフレームをＨ形鋼で形成したテトラモジュールの組み合わせ状態を示す斜視図である。 単位モジュールの細長接合面を有するフレームをチャンネル材で作成した例を示す斜視図である。 細長接合面を有するフレームをチャンネル材で形成したテトラモジュールの組み合わせ状態を示す斜視図である。 テトラモジュール４個の組合せによる正八面体状架構の形成を示す斜視図である。 テトラモジュール６４個の組合せによる骨組構造の斜視図である。 テトラモジュール２１６個の組合せによる骨組構造の斜視図である。 本発明の骨組構造に用いる単位モジュールが一体型テトラモジュールである実施形態示す斜視図である。 一体型テトラモジュールによる組立状態を示す説明図である。 本発明の骨組構造に用いる単位モジュールが一体型テトラモジュールである他の実施形態を示す斜視図である。 他の実施形態による一体型テトラモジュールによる組立状態を示す説明図である。 従来例で、バックミンスター・フラーが提案した単位モジュールの一例を示す斜視図である。 従来例で、バックミンスター・フラーが提案した提案の単位モジュールで組まれた立体トラス構造物を示す平面図である。 従来例で、バックミンスター・フラーが提案した提案の単位モジュールで組まれた八面体の斜視図である。 従来例で、バックミンスター・フラーが提案した提案の立体トラス構造物で飛行機ドックの屋根と壁を形成する例を示す正面図である。 従来例で、バックミンスター・フラーが提案した提案の立体トラス構造物で飛行機ドックの屋根と壁を形成する例を示す側面図である。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の 骨組構造の１実施形態を示す平面図で、立体トラス構造の単位架構（単位モジュールと称する）となる４面体架構を造り、４面体架構であるテトラモジュール１を相互に接合して立体トラス構造物を構築する。

まず、テトラモジュール１について説明する。テトラモジュール１は正四面体であり、正四面体は図２０に示すように、正三角形の３つの面Ａからなるもので、４つの頂点Ｂと６つの辺Ｃを有する。さらに、図２１に示すように、正４面体の中心Ｄと正４面体の頂点Ｂを結ぶ線Ｅの相互の角度が１０９．５度である。

フレーム３の細長接合面２は正４面体の辺Ｃ（稜線）を平面的に削り取った面であり、その平面のなす角度は正４面体の中心Ｄに対して細長接合面２の幅方向では傾きのないものである。また、細長接合面２の幅寸は前記削り取った程度によるが、特に限定されるものではない。すなわち、フレーム３の細長接合面２の向きはテトラモジュール１の中心から細長接合面の各中点とを結ぶ垂線に直交するように定められる。

図６、図７に示すようにテトラモジュール１は、正四面体であるが、正確には正四面体を想定し、正四面体の稜線部分となるフレームを細長接合面２を有するフレーム３で形成し、これら細長接合面２を有するフレーム３の端部をジョイント部材４で連結して正四面体状架構に組み立てた。正四面体の正三角形は開口面となる。なお、フレーム３はすべて同一の長さである。

前記細長接合面２を有するフレーム３は、正四面体状架構の軸材となるものであり、計６本がジョイント部材４で相互に組まれる。前記、正四面体状架構の「状」とは、テトラモジュール１では細長接合面２が計６面あり、また４つの頂点部分にジョイント部材４の天井部である正三角形の平面７があり、全部で１４面体であるが、概正四面体状であることによる。

前記細長接合面２を有するフレーム３は図示では帯状角材である長方形細長平板であるが、正四面体状架構として組んだ時に外側に向かう面が細長接合面２であれば、軸材としてその断面が蒲鉾形もしくは三角形その他の角形、もそくは中空のパイプ状など特に形状を問わない。

このようにフレーム３は細長接合面２を有するものであれば種々の断面形状のものを用いることができ、平板、中空管材、Ｈ形その他の型鋼、アングル材、チャンネル材のいずれかを選択することが可能である。

図２８にフレーム３をアングル材１１で作成した例を、図２９、図３０にＨ形鋼１３で形成した例を、図３１，図３２にチャンネル材１４で作成した例を示す。

また、細長接合面２を有するフレーム３の材質も完成する立体トラス構造物の用途によって種々選択でき、鋼、アルミニュウムなどの金属、木、合成樹脂等である。海洋構造物等を対象とする場合防食性の高いチタンを使用することも可能である。

ジョイント部材４の材質も同様であり、用途によって種々選択でき、鋼、アルミニュウムなどの金属、木、合成樹脂等である。

細長接合面２を有するフレーム３を組み立てるジョイント部材４はこの細長接合面２を有するフレーム３により正四面体架構に組み立てる事ができるものであれば特に形状を問わないが、細長接合面２を有するフレーム３への接合片部５を３つ平面視で相互に１２０°の開きで展開し、これら接合片部５は天板もしくは側板６で相互に連結するものが好適である。図示の例は側板６で相互に連結した。側板６はこれがなくてもよい。

なお、単位モジュールであるテトラモジュール１の相互の接合に支障をきたさないように、長方形細長平板２の端面はジョイント部材４の天井部には覆い被さらないようにし、ジョイント部材４の天井部７は正三角形の開口面とするとか、図示のように平面視略正三角形状（六角形状）の天板とする。この天井部７の各（辺）縁に接合片部５の端部や側板６が連続的に接続している。ジョイント部材４の拡大を図８、図９に示す。

図示は省略するが、ジョイント部材４の天井部７を天板で構成する場合は、その中央部にボルト接合用の貫通孔を設けてもよい。

また、ジョイント部材４は図１０に示すように、複数個（図示では４個）を溶接やその他の手段で結合させて全体を大きな塊とすることもできる。

前記細長接合面２を有するフレーム３とジョイント部材４との結合に関しては、ジョイント部材４の接合片部５と長方形細長平板２の結合箇所では、双方を重ね合わせてから固定することや、細長接合面２を有するフレーム３にスリットを形成し、接合片部５をこのスリットへ差し込んで挟み込むものであり、接合片部５とフレーム３の双方の固定はボルト・ナットによる締結や溶接などによる。

図６、図７はジョイント部材４の接合片部５が細長接合面２を有するフレーム３の外側で接合する例を示したが、これが逆に内側で接合するものでもよい。図１１に内側（図１１ａ参照）で接合する場合と、外側（図１１ｂ参照）で接合する場合の両方の接合例を示す。

なお、接合片部５が細長接合面２を有するフレーム３の外側で接合する場合は細長接合面２に対してジョイント部材４の接合片部５は突出しないように面一を同じくすれば、ジョイント部材４の存在が細長接合面２を有するフレーム３同士の重ね合わせ接合に邪魔になることはない。

次にかかるテトラモジュール１により立体トラス構造物を形成することについて説明する。テトラモジュール１は単位モジュールとして相互に接合して組立てられて立体トラス構造物を形成するが、このテトラモジュール１同士の接合は図２等に示すように細長接合面２を有するフレーム３の相互を細長接合面２で重ね合せて接合する。

なお、このテトラモジュール１の相互を接合し、かつ固定するは、細長接合面２を有するフレーム３の相互をフレーム３の部分で固定する行う場合と、細長接合面２を有するフレーム３同士は固定せずにジョイント部材４相互を結合して行う場合と、その両方を採用する場合とがある。

また、細長接合面２を有するフレーム３を重ね合わせての相互をこのフレーム３の部分で固定するには、ボルト・ナットによる締結、溶接、凹凸結合、バンド等による加締めなどの手段で結合することが可能である。

さらに、フレーム３相互に重ね合わせを強固にするため、図１２に示すように細長接合面２に凹凸８を形成し、この凹凸８による相欠きによる接合としてもよい。

かかる凹凸８による相欠きによる接合例としては、図１２の図示の他に細長接合面２を点状の凹凸のエンボスにする場合、歯の波状のギザギザによる場合などが想定できる。

テトラモジュール１の相互の接合によって組み立て可能な立体トラス構造物の形態は盤状やキューブ状など種々可能であり、図１に示すように内部に相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂを構成することができる。

テトラモジュール１で組み立てる立体トラス構造物は、テトラモジュール１同士の細長接合面２を有するフレーム３の相互を細長接合面２を接合させた結合の結果、立体トラス構造物の内部に相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂが構成される。

図１３に示すようにテトラモジュール１を頂点を一点に集めるように4個を組み合わせた場合、テトラモジュール１の頂点が対向する面を形成する辺に該当するフレーム３の細長接合面２のうち１つは前記一点に集めるようにした頂点の集合に対してこれを囲むような正方形枠Ａを構成し、ここに相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂが形成される。

この相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂについて、さらに説明すると、正四面体状架構である単位モジュールのテトラモジュール１を２個稜線部分となるフレーム３の部分で細長接合面２を接合させると、この細長接合面２が重なるフレーム３は斜材となり、一方、他のフレーム３は細長接合面２を外側に向けて水平または垂直にかつ直交方向に並ぶ。これが組み合わさると前記相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂの底辺面の正方形枠Ａが形成される。

ちなみに、前記相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂの体積はテトラモジュール１を２つ合わせた体積と同一である。

このように連結するテトラモジュール１が前後、左右に組まれた場合、単位モジュールの側面間に相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂを形成することができ、テトラモジュールだけで安定したトラス構造を組み立てることができる。

さらに、テトラモジュール１を組み合わせるのに、正四面体の稜線部分となるフレーム３は相互に重なり、２重となるので強度が増し、これが斜材の部分であれば立体トラス構造物の斜材が堅牢なものとなる。

また、図１４、図１５、図１６に示す様に前記相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂを合体させた正八面体状架構領域Ｃを内部に組むようにトラス構造物を形成することも可能である。

図３３は図１４の構造体と同じものであるが、４個のテトラモジュール１から形成される稜線の長さがテトラモジュール１の２倍の正四面体状トラス（グレーで示す）が形成され、その内部に、相補的な正八面体状架構領域Ｃを形成する。

該正四面体状トラスと同じ大きさの正四面体状トラス（白で示す）が正四面体状トラスの互いの中点で交差して、新たな双対の正四面体状トラスを形成する。この場合、双対の正四面体状トラスの外側に位置する４個ずつの頂点は、キューブ状トラス構造の８個の頂点を構成している。該キューブ状トラス構造は、８個の正四面体状モジュールからなる。

図１５の右側が四角錐状トラス架構領域Ｂをあわせて内部に正八面体状架構領域Ｃを構成する場合、左側は四角錐状トラス架構領域Ｂの底辺面四角形を開放面として外側に向けて正八面体状架構領域Ｃを構成しない場合である。上側が組立後の状態、下側が組立後の状態である。

なお、テトラモジュール１の組合せは比較的自由であり、図１８にその展開の例を示すと、テトラモジュール１の４つを３回転対称で結合させたもの（図１８の左端）を２つ準備し、そのうちの１つを裏返して（図１８の中央）、互いの頂点４箇所が合うようにフレーム３を接合すると平面状の３回回転対称のトラス構造（図１８の右端）が形成できる。

図１６、図１７に示すように前記正四面体状架構であるテトラモジュール１の頂点のジョイント４同士の集合箇所をガセットプレート９よる連結で被覆することもできる。

ガセットプレート９は図示の例では円形のディスクプレートであり、ガセットプレート９により単位モジュール間の接合をジョイント部材相互の間で補強する。

また、ガセットプレート９はディスクプレートによることで、一枚のガセットプレートで４つの単位モジュールの接合を補強することができる。

さらに、図１８に示すように、外周部の単位モジュールのジョイント同士の集合箇所を９０°に折曲げたディスクプレートによるガセットプレート９′で覆って連結し、単位モジュール間の接合を補強する。このようにすれば、ガセットプレート９′が単位モジュール間の接合を補強することができる。

図３４、図３５にテトラモジュール１の組合せの増殖形態を示す。図３４は正四面体状モジュールの稜線の長さの４倍の正四面体状トラス構造（グレーで示す）は、２４個の正四面体状モジュールから形成される。

該稜線の長さが４倍の正四面体状トラス構造と同じ大きさの正四面体状トラス構造（白で示す）が互いの稜線の中点で交差して、双対の正四面体状トラス構造を形成する。この場合、双対の正四面体状トラスの外側に位置する４個ずつの頂点は、キューブ状トラス構造の８個の頂点を構成している。最終的にキューブ状トラス構造は、６４個の正四面体状モジュールから形成される。

図３５では、双対の正四面体状トラスの外側に位置する４個ずつの頂点は、キューブ状トラス構造の８個の頂点を構成している。すべて正四面体状モジュールからなるキューブ状トラス構造は、２１６個の正四面体状モジュールから形成される。

本発明のモジュール式骨組構造で、その構築物として床Ｘ・壁Ｙや屋根Ｚのあるものを構築する場合は、前記四角錐状トラス架構領域Ｂの底辺面四角形が水平または垂直に並び、構築面を形成するようにすればよい。

図３は全体が盤状体である状態の斜視図で、水平にテトラモジュール１が相互に結合するための接合面ａとテトラモジュール１を相互に接合するための接合面ｂとが形成される。

前記盤状体を直交させた状態を図4、図５に示す。図４，図５に示すように床Ｘ部分と壁Ｙ部分の結合、もしくは壁Ｙと屋根Ｚ部分の接合は水平または垂直にかつ直交方向に並ぶフレーム同士の接合となり、床Ｘ・壁Ｙや屋根Ｚとしての立体トラス構造物を直角に組むことができ、床や屋根Ｚに対して直角に立ち上がる（または立ち下がる）壁Ｙを形成することができる。

図４において、ｃは水平にテトラモジュール１を相互に接合するための該モジュールの接合面で床Ｘの拡張となる。ｄは垂直にテトラモジュール１を相互に接合するための該モジュールの接合面で、壁Ｙの拡張となる。ｅは水平にテトラモジュール１を相互に接合するための該モジュールの接合面で、屋根Ｚの拡張となる。

このようにして構築された立体トラス構造物の耐力・変形形状については、テトラモジュールによる相補的な四角錐トラスである四角錐状トラス架構領域Ｂの効用について説明する。

立体トラス構造は軽量で大径間を形成できることから屋根構造等に用いられることが多い 。したがって、荷重は雪荷重や風荷重等の鉛直荷重が支配的であり、設計上は強度設計により検討が行われる。平面的に大径間を形成する立体トラス構造 を長期にわたり極めて大きな鉛直荷重を支持する構造物に適用することを考える 。この場合、地震による影響も考慮しなければならず、水平荷重に対する 立体トラスの保有耐力や塑性変形能力が要求される。

図１に示す立体トラスをラチス形式として見れば、テトラモジュールによる相補的な四角錐状領域が構成される立体トラスは上面、下面を正方形のラチスとし，斜材を下面を構成する下弦材への投影面で重ね合わせる部材構成として見立てられる。この場合、相補的な四角錐状トラス架構領域を形成する各個材は、３次元方向の部材を構成している。

したがって、立体トラス構造を構成するトラス個材が座屈しても応力の再配分が考えられ、地震力に対する靱性が期待できる。また、テトラモジュールによる相補的な四角錐状トラス架構領域を構成するトラス構造は他の立体トラスの部材構成と比較すると、部材数と節点数が最小限のテトラモジュールによるプレハブ化によって経済性に富む立体トラスが形成可能である。

前記実施形態では、テトラモジュール１は細長接合面２を有するフレーム３の端部をジョイント部材４で連結して正四面体状架構に組み立てた例を示したが、このジョイント部材４を省略し、フレーム３の端部同士を直接結合して一体型のものとしてもよい。

図３６にかかる一体型のテトラモジュール１の第1例を示す。フレーム３の端部同士は結合板１５で固定した。この固定は溶接または接着による。

また、一体型のテトラモジュール１の第２例としてフレーム３の端部同士を直接溶接または接着した場合を図３８に示す。

このような一体型のテトラモジュール１の組立例を図３７，図３９に示す。図３７は図３６の一体型のテトラモジュール１で組立てたもの、図３９は図３８の一体型のテトラモジュール１で組立てたものである。

次に本発明の第２実施形態として、図２２、図２３に示すように立体トラス構造の単位架構となる単位モジュールを正八面体状架構であるオクタモジュール１０とした場合について説明する。正八面体とは正多面体の一種であり、空間を８枚の正三角形で囲んだ立体である。正四面体の各頂点を辺の中心まで切り落とした形でもある。

本発明のオクタモジュール１０の場合も前記テトラモジュール１と同じく、正確には正八面体を想定し、八面体の稜線部分となるフレームを細長接合面２を有するフレーム３で形成し、これら細長接合面２を有するフレーム３の端部をジョイント部材４で連結して正八面体状架構に組み立てた。

フレーム３はすべて同一の長さである。オクタモジュールは２つの四角錐状フレームが正方形フレームを共通にして上下に構成されたもので、３組の正方形のフレームが相互に交差して８個の三角形格子を形成するものである。

図示は省略するが、ジョイント部材４は、細長接合面を有するフレームへの接合片部を３つ平面視で相互に９０°の開きで展開し、これら接合片部は天板もしくは側板で相互に連結してなる。

細長接合面２を有するフレーム３は、正八面体状架構の軸材となるものであり、ジョイント部材４で計１２本が組まれ、正八面体状架構の「略」とは、細長接合面２が１２面あり、また６つの頂点部分には正四角形の平面があり、側面である正三形のトラス面の８個にこれらが加わり全部で２６面体であることによる。

ジョイント部材４はこの細長接合面２を有するフレーム３により正八面体状架構に組み立てる事ができるものであれば特に形状を問わないが、細長接合面２を有するフレーム３への接合片部５の４個を平面視で相互に９０°の開きで展開し、これら接合片部５は天板もしくは側板で相互に連結してもよい。

前記細長接合面２を有するフレーム３は図示では帯状角材である長方形細長平板であるが、正八面体状架構として組んだ時に外側に向かう面が細長接合面２であれば、軸材としてその断面が蒲鉾形もしくは三角形その他の角形、もそくは中空のパイプ状など特に形状を問わない。

前記テトラモジュール１の場合と同じく、細長接合面２を有するフレーム３は、平板、中空管材、Ｈ形その他の型鋼、アングル材、チャンネル材のいずれかを選択することができる。

また、細長接合面２を有するフレーム３の材質も完成する立体トラス構造物の用途によって種々選択でき、鋼、アルミニュウムなどの金属、木、合成樹脂等である。海洋構造物等を対象とする場合防食性の高いチタンを使用することも可能である。

ジョイント部材４の材質も同様であり、用途によって種々選択でき、鋼、アルミニュウムなどの金属、木、合成樹脂等である。

フレーム３の細長接合面２は正八面体の辺Ｃ（稜線）を平面的に削り取った面であり、その平面のなす角度は正八面体の中心に対して細長接合面２の幅方向では傾きのないものである。また、細長接合面２の幅寸は前記削り取った程度によるが、特に限定されるものではない（図示しない）。すなわち、フレーム３の細長接合面２の向きはテトラモジュール１の中心から細長接合面の各中点とを結ぶ垂線に直交するように定められる。

ジョイント部材４の接合片部５と長方形細長平板２の結合は、重ね合わせ、もしくは差し込みであり、固定はボルト・ナットによる締結、溶接などであり、ジョイント部材４の接合片部５が細長接合面２を有するフレーム３の内側で接合する場合、外側で接合する場合、また、差込による場合など前記テトラモジュール１と同じである。

次にかかるオクタモジュール１０により立体トラス構造物を形成することについて説明する。オクタモジュール１０は相互に接合して立体トラス構造物を形成するが、前記テトラモジュール１と同じくこの接合は細長接合面２を有するフレーム３の相互を細長接合面２で重ね合せて接合する。

なお、このオクタモジュール１０の相互の接合には、細長接合面２を有するフレーム３の相互の固定を行う場合と細長接合面２を有するフレーム３同士は固定せずにジョイント部材４相互の結合で行う場合と、その両方を採用する場合がある。

また、細長接合面２を有するフレーム３を重ね合わせての相互をこのフレーム３部分で固定するには、ボルト・ナットによる締結、溶接、凹凸結合、バンド等によるカシメなどの手段で結合することが可能であるが、細長接合面２に凹凸を形成し、相欠きによる接合としてもよい。

前記のように、内部に四角錐トラスの２つを底辺面四角形を共通にして有するオクタモジュール１０は、図２４に示すように、３回回転対称性で組んだ場合に、立体トラス構造物内部に相補的正四面体状架構領域Ｄが形成される。

図２５はさらにオクタモジュール１０の組合せを展開して盤体を構成した場合であり、細長接合面２を有するフレーム３の細長接合面２を接合させると、この細長接合面２が重なるフレームは斜材となる。立体トラス構造物の内部に相補的な正四面体状架構領域Ｄが形成されることについては、図２４と同様である。

このようにオクタモジュールのみによって形成される相補的正四面体状架構領域を有する立体トラス構造物の耐力・変形形状については、前記説明した通りである。

本発明の第３実施形態として、図２６に示すように、前記オクタモジュール１０をテトラモジュール２個を相互に連結し、かつ、フレーム３の√２の長さを有するフレーム３ａを追加して形成した。

図２７に示すようにこのオクタモジュール１０を相互に連結することによって、√２の長さを有するフレーム３ａによって形成される相補的な四面体状架構領域Ｄが形成できる。

図示は省略するが、前記オクタモジュール１０の場合も図３６、図３８に示す一体型のテトラモジュール１と同様にショイント部材を用いない一体型のモジュールとして構成してもよい。

１…テトラモジュール ２…細長接合面
３，３ａ…フレーム ４…ジョイント部材
５…接合片部 ６…側板
７…天井部 ８…凹凸
９，９′…ガセットプレート
１０…オクタモジュール １１…アングル材
１３…Ｈ形鋼 １４…チャンネル材
３９…アルミニウムシート ４０，４１，４２…フランジ
Ａ…正方形枠 Ｂ…四角錐状トラス架構領域
Ｃ…正八面体状架構領域 Ｄ…正四面体状架構領域
Ｘ…床 Ｙ…壁
Ｚ…屋根
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ…正方形枠の一部

Claims (18)

1. 立体トラス構造の単位架構となる単位モジュールを造り、単位モジュールを相互に接合して立体トラス構造物を構築するモジュール式骨組構造であり、
   単位モジュールは、正四面体または正八面体の稜線部分を細長接合面を有するフレームで形成し、これら細長接合面を有するフレームの端部を連結して、フレームの細長接合面は正四面体または正八面体の稜線を平面的に削り取った面としてモジュールの中心から細長接合面の各中点とを結ぶ垂線に直交するように前記細長接合面の向きを定めた正四面体状架構であるテトラモジュール、または正八面体状架構であるオクタモジュールに組み立て、
   細長接合面を有するフレームの相互を細長接合面を接合させて単位モジュールであるテトラモジュールまたはオクタモジュール同士を相互に連結して立体トラス構造物を形成することを特徴としたモジュール式骨組構造。
2. 立体トラス構造物は正四面体状架構領域と正八面体状架構領域からなり、そのどちらか一方を相補的な空間領域とするオクテットトラス構造である請求項1記載のモジュール式骨組構造。
3. テトラモジュールで組み立てる立体トラス構造物は、テトラモジュール同士の細長接合面を有するフレームの相互を細長接合面を接合させた結合の結果、立体トラス構造物の内部に相補的な四角錐状トラス架構領域が構成される請求項１記載のモジュール式骨組構造。
4. オクタモジュールで組み立てる立体トラス構造物は、オクタモジュール同士の細長接合面を有するフレームの相互を細長接合面を接合させた結合の結果、立体トラス構造物の内部に相補的な正四面体状架構領域が構成される請求項１記載のモジュール式骨組構造。
5. オクタモジュールは、テトラモジュール２個を相互に連結し、互いに並行な√２の長さを有するフレームを追加して形成し、このオクタモジュールを相互に連結することによって、√２の長さを有するフレームによって形成される相補的な四面体状架構領域を構成する請求項４記載のモジュール式骨組構造。
6. 単位モジュール同士の結合は、細長接合面を有するフレーム同士の相互の固定による請求項１記載のモジュール式骨組構造。
7. 単位モジュール同士の結合は、ジョイント部材相互の固定による請求項１記載のモジュール式骨組構造。
8. 単位モジュール同士の結合は、細長接合面を有するフレーム同士の固定およびジョイント部材相互の固定の両方による請求項１記載のモジュール式骨組構造。
9. 単位モジュール同士の結合は、細長接合面に凹凸を形成し、この凹凸による相欠きによる接合による請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のモジュール式骨組構造。
10. 単位モジュールのジョイント同士の集合箇所をガセットプレートで覆って連結し、単位モジュール間の接合を補強する請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のモジュール式骨組構造。
11. ガセットプレートはディスクプレートによる請求項１０記載のモジュール式骨組構造。
12. 外周部の単位モジュールのジョイント同士の集合箇所を９０°に折曲げたディスクプレートで覆って連結し、単位モジュール間の接合を補強する請求項１１記載のモジュール式骨組構造。
13. 正四面体を想定し、正四面体の稜線部分となるフレームを細長接合面を有する部材で形成し、これら細長接合面を有する部材は同一の長さであり、その端部を連結してフレームの細長接合面は正四面体または正八面体の稜線を平面的に削り取った面としてモジュールの中心から細長接合面の各中点とを結ぶ垂線に直交するように前記細長接合面の向きを定めた正四面体状架構であるテトラモジュールに組み立てたことを特徴としたモジュール式骨組構造に用いる単位モジュール。
14. 正八面体を想定し、正八面体の稜線部分となるフレームを細長接合面を有する部材で形成し、これら細長接合面を有する部材は同一の長さであり、その端部を連結してフレームの細長接合面は正四面体または正八面体の稜線を平面的に削り取った面としてモジュールの中心から細長接合面の各中点とを結ぶ垂線に直交するように前記細長接合面の向きを定めた正八面体状架構であるオクタモジュールに組み立てたことを特徴としたモジュール式骨組構造に用いる単位モジュール。
15. 正四面体を想定し、正四面体の稜線部分となるフレームを細長接合面を有する部材で形成し、これら細長接合面を有する部材は同一の長さであり、その端部を連結して組み立てた正四面体状架構であるテトラモジュール２個を相互に連結し、互いに並行な√２の長さを有するフレームを追加して正八面体状架構であるオクタモジュールに組み立てたことを特徴としたモジュール式骨組構造に用いる単位モジュール。
16. 細長接合面を有するフレーム端部は、ジョイント部材で連結する請求項１３ないし請求項１５に記載のモジュール式骨組構造に用いる単位モジュール。
17. 細長接合面を有するフレームは、平板、中空管材、Ｈ形その他の型鋼、アングル材、チャンネル材のいずれかを選択する請求項１３ないし請求項１６のいずれかに記載のモジュール式骨組構造に用いる単位モジュール。
18. ジョイント部材は、細長接合面を有するフレームへの接合片部を３つ平面視で相互に１２０°もしくは９０°の開きで展開し、これら接合片部は天板もしくは側板で相互に連結してなる請求項１６または請求項１７記載のモジュール式骨組構造に用いる単位モジュール。
    

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