JP7109127B1 - 多重立体トラスシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】より多くの接合面を有する多重立体トラスシステムを提供する。【解決手段】多重立体トラスシステムSは、複数のノード10、・・・と、複数のノード10、10間を連結する複数のビーム20、・・・と、を備え、複数のノード10、・・・は、外形が菱形立方八面体に形成されており、立方体に由来する6つの接合面であるF面10fと、菱形十二面体に由来する12の接合面であるE面10eと、正八面体に由来する8つの接合面であるV面10vと、から構成され、複数のビーム20、・・・は、F面10f、10f間を連結するFビーム20fと、E面10e、10e間を連結するEビーム20eと、V面10v、10v間を連結するVビーム20vと、から構成されている。【選択図】図1

Description

本発明は、大型架梁などに使用される多重立体トラスシステムに関するものである。
従来から、立体トラスは接合部のノード(結び目)と弦材(ビーム)とから構成されており、主として大型架梁に活用されている。具体的に言うと、水平弦材と斜弦材が12方向の接合面を持つノードに連結されて、全体として立体構造を呈するようになっている。
例えば、特許文献1には、ドーム状トラス骨組屋根体20の最下段に位置する節点部材51を、筒状壁体10のコンクリート躯体部11に接合した単層ラチスドーム構造が開示されている。
特開2007-239206号公報
しかしながら、特許文献1を含む従来型の立体トラスは、部材構成こそは立体的であるものの、その役割は屋根・天井という面的部分を担うに留まっている。そこで、本発明は、より多くの接合面を有する多重立体トラスシステムを提供することを目的としている。
すなわち、本システムにおいても、部材構成は主にノードとビームによって成り立つが、決定的に異なるポイントが、ノードにおける新たな相を接合面として持つことであり、これが本システムの多重たる所以ともなる。
前記目的を達成するために、本発明の多重立体トラスシステムは、複数のノードと、複数の前記ノード間を連結する複数のビームと、を備え、複数の前記ノードは、外形が菱形立方八面体に形成されており、立方体に由来する6つの接合面であるF面と、菱形十二面体に由来する12の接合面であるE面と、正八面体に由来する8つの接合面であるV面と、から構成され、複数の前記ビームは、前記F面間を連結するFビームと、前記E面間を連結するEビームと、前記V面間を連結するVビームと、から構成される。
このように、本発明の多重立体トラスシステムは、複数のノードと、複数のノード間を連結する複数のビームと、を備え、複数のノードは、外形が菱形立方八面体に形成されており、立方体に由来する6つの接合面であるF面と、菱形十二面体に由来する12の接合面であるE面と、正八面体に由来する8つの接合面であるV面と、から構成され、複数のビームは、F面間を連結するFビームと、E面間を連結するEビームと、V面間を連結するVビームと、から構成される。このような構成であれば、6個のF面、12個のE面、及び、8個のV面、の合計26面となり、より多くの接合面を有する多重立体トラスシステムとなる。
さらに、このような構成を有する本システムを活用すれば、既存立体トラスの面的な展開から自立する真の立体造形へと昇華し、システム内で空間構成を完結することが可能となる。つまり、本システムに期待される役割とは単に構造のみならず、空間意匠への大いなる貢献を果たすことである。さらに、建築空間にとどまらず、家具・照明器具・遊具など単体の構成も可能であり原理応用の可能性は広がる。ここでの目的は、具体的な製品開発を示すものではなく、あくまでも造形理論の展開であり多分野での応用の一助となるところにある。
多重立体トラスシステムの全体構成を説明する斜視図である。 菱形立方八面体の概念について説明する説明図である。 菱形立方八面体のノードに外接する仮想立方体の斜視図である。 ビームの長さについて説明する説明図である。 Fモードで構築された多重立体トラスシステムの斜視図である。 Fモードで構築された多重立体トラスシステムの説明図である。(a)は平面図であり、(b)は正面図であり、(c)は側面図である。 Eモードで構築された多重立体トラスシステムの斜視図である。 Eモードで構築された多重立体トラスシステムの説明図である。(a)は平面図であり、(b)は正面図であり、(c)は側面図である。 Vモードで構築された多重立体トラスシステムの斜視図である。 Vモードで構築された多重立体トラスシステムの説明図である。(a)は平面図であり、(b)は正面図であり、(c)は側面図である。 ミニチュアノードモデルの斜視図である。 設計手法の説明図である。(a)はノードの階層の説明図であり、(b)はノードの空間配置の説明図であり、(c)はビームの架橋の説明図である。 ビームの構成について説明する斜視図である。 ノードとビームの接合(連結)の手順の説明図である。(a)はノードにインターフェースを連結した状態であり、(b)はインターフェースに側方からビーム本体部を挿し込む状態であり、(c)は接合(連結)が完了した状態である。 E面(F面)とEビーム(Fビーム)の接合について説明する斜視図である。 EF係合部とEFインターフェースの構成の説明図である。(a)はEF係合部であり、(b)はEFインターフェースである。 V面とVビームの接合について説明する斜視図である。 V係合部とVインターフェースの構成の説明図である。(a)はV係合部であり、(b)はVインターフェースである。 多重立体トラスシステムの具体例である。(a)はFモードであり、(b)はEモード(その1)であり、(c)はEモード(その2)であり、(d)はVモード(その1)であり、(e)はVモード(その2)である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。以下の実施の形態において、まず実施例1で多重立体トラスシステムの基本概念について説明し、次に実施例2で多重立体トラスシステムの具体化における工夫点について説明する。
(基本的な原理)
本実施例の多重立体トラスシステムSは、図1に示すように、菱形立方八面体(又は「斜方立方八面体」)を原型とする複数のノード10、・・・と、複数のノード10、・・・の間を接続(連結)する複数のビーム20、・・・と、から構成されている。すなわち、この多重立体トラスシステムSは、既存の立体トラス(菱形十二面体の接合面を有している)の12方向に加えて、8方向+6方向の接合面を備えた菱形立方八面体をノード10の原型としている。
つまり、ノード10は、図2に示すように、菱形十二面体の12面と、正八面体の8面と、立方体の6面と、を組み合わせた形状となっている。すなわち、各面は前述した立体の合計26面の向きに方向付けられている。
ここで、図3を用いて、菱形立方八面体のノード10に外接する仮想立方体を考える。菱形立方八面体を構成する立方体の面は仮想立方体の面F(Face)と同じ相を成し、菱形立方八面体を構成する菱形十二面体の面は仮想立方体の辺E(Edge)と同じ相を成し、菱形立方八面体を構成する正八面体の面は仮想立方体の頂点V(Vertex)と同じ相を成す。さらに、角度(向き)や位置もそれぞれ対応している。
そして、以下では、立方体に由来する6面をF面(10f)と呼び、菱形十二面体に由来する12面をE面(10e)と呼び、正八面体に由来する8面をV面(10v)と呼ぶこととする。
次に、図4を用いて、接合面の種類に対応するビーム20の長さについて説明する。以下では、F面10fに繋がるビーム20をFビーム20fと呼び、E面10eに繋がるビーム20をEビーム20eと呼び、V面10vに繋がるビーム20をVビーム20vと呼ぶこととする。また、Fビーム20fが構成する角度・方向をF相と呼び、Eビーム20eが構成する角度・方向をE相と呼び、Vビーム20vが構成する角度・方向をV相と呼ぶこととする。
そして、ノード連結時の各相のノード芯々距離の比率に規制を設けることで、3相のビームは必ずノード10で出会うことになる。すなわち、図4に示すように、
20f:20e:20v=1:√2:√3
の比率でビーム20の長さを決めることによって、3相のビーム20f、20e、20vは、必ず立方体の頂点に配置されたノード10の対応面(F面、E面、V面)に接合されるように規制することができる。このときの距離を、それぞれF長、E長、V長と呼ぶことにする。
(システムのモード)
本実施例では、多重立体トラスシステムSが備える3種類の多面体の性格に基づいて、3種類のモードを選択することができる。
まず、図5、図6(a)~(c)を用いて、「Fモード」について説明する。このFモードは、図5に示すように、多重立体トラスシステムSの立方体的な性質を用いた使用法であり、必ずF面10fが接地し、Fビーム20fが垂直軸となる。
そして、図6(a)に示す平面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯は1X1のグリッド交点上に分布する。図6(b)、(c)に示す立面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯高さは1の整数倍のグリッド交点上に位置する。
次に、図7、図8(a)~(c)を用いて、「Eモード」について説明する。このEモードは、多重立体トラスシステムSの菱形十二面体的な性質を用いた使用法であり、図7(a)に示すように、必ずE面10eが接地し、Eビーム20eが垂直軸となる。さらに、図7(b)に示すように、ノードの方位(向き)は必ず一定になる。
そして、図8(a)に示す平面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯は√2/2X1のグリッド交点上に分布する。図8(b)、(c)に示す立面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯高さは√2/2の整数倍のグリッド交点上に位置する。
次に、図9、図10(a)~(c)を用いて、「Vモード」について説明する。このVモードは、多重立体トラスシステムSの正八面体的な性質を用いた使用法であり、図9(a)に示すように、必ずV面10vが接地し、Vビーム20vが垂直軸となる。さらに、図9(b)に示すように、ノードの方位(向き)は必ず一定になる。
そして、図10(a)に示す平面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯は1辺が√2/√3の正三角形グリッド交点上に分布する。図10(b)、(c)に示す立面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯高さは√3/3の整数倍のグリッド交点上に位置する。
(作用・効果)
次に、本実施例で説明した多重立体トラスシステムSの基本的な原理が奏する作用・効果を列挙して説明する。
(1)上述してきたように、多重立体トラスシステムSは、複数のノード10、・・・と、複数のノード10、10間を連結する複数のビーム20、・・・と、を備え、複数のノード10、・・・は、外形が菱形立方八面体に形成されており、立方体に由来する6つの接合面であるF面10fと、菱形十二面体に由来する12の接合面であるE面10eと、正八面体に由来する8つの接合面であるV面10vと、から構成され、複数のビーム20、・・・は、F面10f、10f間を連結するFビーム20fと、E面10e、10e間を連結するEビーム20eと、V面10v、10v間を連結するVビーム20vと、から構成されている。このような構成であれば、6個のF面10f、・・・、12個のE面10e、・・・、及び、8個のV面10v、・・・、の合計26面となり、より多くの接合面を有する多重立体トラスシステムSとなる。
(2)そして、複数のビーム20、・・・の長さは、
Fビーム20f:Eビーム20e:Vビーム20v=1:√2:√3
となるように規制されることが好ましい。このように構成すれば、3種類のビーム20f、20e、20vは必ずノード10の対応面に接合(連結)され、互いに他のブレースとして機能し、強固な構造として成立する。
(3)さらに、F面10fを接地させ、かつ、Fビーム20fを垂直軸とさせる、Fモードとして構築されることが可能である。Fモードとして構築すれば、平面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯は1X1のグリッド交点上に分布し、立面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯高さは1の整数倍のグリッド交点上に位置する。
(4)さらに、E面10eを接地させ、かつ、Eビーム20eを垂直軸とさせる、Eモードとして構築されることが可能である。Eモードとして構築すれば、平面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯は√2/2X1のグリッド交点上に分布し、立面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯高さは√2/2の整数倍のグリッド交点上に位置する。
(5)さらに、V面10vを接地させ、かつ、Vビーム20vを垂直軸とさせる、Vモードとして構築されることが可能である。Vモードとして構築すれば、平面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯は1辺が√2/√3の正三角形グリッド交点上に分布し、立面グリッド上では、F長を1としたときには、全てのノード芯高さは√3/3の整数倍のグリッド交点上に位置する。
以下、図11~図19を用いて、多重立体トラスシステムの具体化における工夫点について説明する。なお、実施例1で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
(システムの課題)
多重立体トラスシステムSの具体化に際しては、さらに以下のような課題が存在する。
・課題1:設計が難解である。
・課題2:接合面が多く組み立て作業時に適合する接合面を取り違え混乱を来す恐れが大きい。
・課題3:多数の接合が重なるためノード間内寸が規定され、ビーム組付けのためのストロークが取れなくなる。
以下、これらの課題の解決手段について説明する。
(解決手段)
「課題1の解決手段-(1)模型の活用による解決」
デザインのとりかかりとして、多くの場合、スケッチなど絵によることが多いが、本システムにおいては、なかなかその実像を頭に描くのが困難である。一方、立体は立体で考えるのが一番早い。そこで、本システムを完全に再現するシステムモデルを提案した。
図11に示すように、実際のノードと同じ相に接合突起を持つミニチュアノードモデル90を、作成市販のストローなどをF、E、Vそれぞれの比率にカットし突起91に差し込む。突起91はF、E、Vにそれぞれの位置角度に対応し形状によって接合面の種類を把握できる。どのモードにおいても使用する部材は全て共通である。知育玩具で遊ぶかのようにデザインを構成できる。
「課題1の解決手段-(2)3D CADでの図面化で解決」
図12(a)~(c)に示すように、また、各モードの解説でも述べたように、ノード10、・・・は決められた高さの階層に分布する。はじめに、階層ごとのノード分布図を作成し、図12(a)に示したが(1-1)、(1-2)というように、すべてに採番する。これは山の等高線上に点在するマンションに住所を割り振るような作業である。そして、それぞれの等高線階層に高さを定義すれば、ノード10、・・・の空間配置は完了する(図12(b))。そして、各ノード間にモデルでデザインしたビーム20、・・・を橋渡しすることによりフレーム構造(多重立体トラスシステムS)の完成を見ることができる。
「課題2及び課題3の解決手段-ビーム構成を再検討して解決」
既存の立体トラスのビームは、ノードとの接合を担うエンドコーン部と、荷重の伝達を担うパイプ部と、が一体化した構成を持っている。これに対して、本実施例の多重立体トラスシステムSのビーム20では、図13に示すように、エンドコーン部(インターフェース)とパイプ部(本体部)とを別体に分離して独立パーツとして構成するようにされている。
すなわち、本実施例の多重立体トラスシステムSのビーム20は、別体として独立したノード接合用パーツであるインターフェース21と、荷重の伝達を担う所定の長さの棒状のビーム本体部22と、を備える。このうち、ビーム本体部22は、インターフェース21との接合仕口23を有している。
接合仕口23は、インターフェース21に対してビーム本体部22の軸線に直交する向きから嵌め込み可能な形状になっている。例えば、インターフェース21は直方体形状(雄形)に形成され、接合仕口23は直方体形状のインターフェース21に嵌合する箱形状(雌形)に形成される。
実際の設計・施工の流れでは、CAD上で、全ノードを接触しているインターフェース21を含む形で抽出して、それぞれグループ化する。これを前項で割り振られたノードの住所ごとに行う。
そして、図14(a)に示すように、CADから得られた資料に基づいて、各ノード10、・・・にインターフェース21のみを先行して組付けて、さらに天地・方位の目印をつける。この作業は、必ず全体の組み立てに先立って実施する必要がある。このような事前作業によって、組み立て時に迷うことなく、適切な接合面へ正しいビームを接合できるようになる。すなわち、課題2が解決する。
次に、図14(b)に示すように、ノード接合面に対して直角方向から、ビーム20を差し入れる。すなわち、インターフェース21に横から接合仕口23を嵌め込む。これによって、課題3が解決する。最後に、図14(c)に示すように、ボルトなどでノード10に固定されたインターフェース21とビーム本体部22を固定すればノード-ビーム間の接合が完結する。
(具体的製品への適用例)
ここまで本システムの原理・課題と解決について解説してきた。最初に、本発明は具体的製品の開発を目指すものではないと説明したが、以下では、図15~図18を用いて、理解を助けるために具体的な展開例について説明する。なお、実際の使用においては、構造的強度に鑑み、部分的にブレースなどを用いることになる。
具現化に際して、多重立体トラスシステムSのインターフェース21は、ビーム20を誤って取り付けないように、E接合面10e及びF接合面10fに共通して取付可能なEFインターフェース21efと、V接合面10vに取付可能なVインターフェース21vと、に種類を分けられている。
・Fビーム20f及びEビーム20eとノード10のF面10f及びE面10eとの連結
図15に示すように、Eビーム20e(又はFビーム20f)は、嵌込仕口23を有するビーム本体部22と、ノード10に先行して設置されるEFインターフェース21efと、から構成されている。そして、EFインターフェース21efに、Eビーム20e(又はFビーム20f)の嵌込仕口23を嵌め込んでボルトで固定することで、ノード10にEビーム20e(又はFビーム20f)が連結される。
EFインターフェース21efは、図16(a)に示すように、全体として略四角形断面の筒状に形成されており、基端側の底面にE面10e(又はF面10f)への取付孔を有し、先端側の対向する側面に2つずつ凸部210、210を有している。また、接合仕口23は、図16(b)に示すように、全体として略四角形断面の筒状に形成されており、基端側の対向する側面に2つずつ凹部230、230が形成されており、先端側の側面にはビーム本体部22への取付孔を有している。
・Vビーム20vとノード10のV面10vとの連結
図17に示すように、Vビーム20vは、嵌込仕口23を有するビーム本体部22と、ノード10に先行して設置されるVインターフェース21vと、から構成されている。そして、Vインターフェース21vに、Vビーム20vの嵌込仕口23を嵌め込んでボルトで固定することで、ノード10にVビーム20vが連結される。このうち、Vインターフェース21vは、三股に分岐した取付ブラケット24を介して間接的にノード10に取り付けられている。
Vインターフェース21vは、図18(a)に示すように、全体として略四角形断面の筒状(1つの側面はなし)に形成されており、基端側の底面に取付ブラケット24に対する取付孔を有し、先端側の対向する側面に2つずつ凸部210、210を有している。また、接合仕口23は、図18(b)に示すように、全体として略六角形断面の筒状に形成されており、基端側の対向する側面に2つずつ凹部230、230が形成されており、先端側の側面にはビーム本体部22への取付孔を有している。
(具現化の展開例)
図19(a)~(e)に示すように、本発明の多重立体トラスシステムSは、様々な全体形状として具現化することができる。すなわち、図19(a)に示すようにFモードで構築したり、図19(b)、(c)に示すようにEモードで構築したり、図19(d)、(e)に示すようにVモードで構築したりできる。したがって、本発明の多重立体トラスシステムSは、様々な用途に適用することができる。
(作用・効果)
次に、本実施例で説明した多重立体トラスシステムSの具体化の工夫が奏する作用・効果を列挙して説明する。
(1)上述してきたように、具体化された多重立体トラスシステムSにおいて、ビーム20は、棒状に形成されるビーム本体部22と、ビーム本体部22の両端に設置される一対のインターフェース21、21と、から構成されることが好ましい。このように構成すれば、ノード10に先行してインターフェース21を取り付けることができ、後の工程でのビーム20の取り違えを防止しやすい。
(2)また、ビーム本体部22の両端には、インターフェース21、21に対してビーム本体部22の軸線に直交する向きから嵌め込み可能な嵌込仕口23、23が形成されていることが好ましい。このように構成すれば、ノード10、10間の限られた距離(スペース)において、インターフェース21、21を先行して設置して、後からビーム20を取り付けることができる。
(3)さらに、インターフェース21は、E接合面10e及びF接合面10fに共通して取付可能なEFインターフェース21efと、V接合面10vに取付可能なVインターフェース21vと、から構成されることが好ましい。このように構成すれば、ビーム20をノード10のどの接合面(10e、10f、10v)に接合すべきかを間違えることなく、正確に取り付けることができる。
なお、この他の構成および作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。
以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
S 多重立体トラスシステム
10 ノード
10f F面
10e E面
10v V面
20 ビーム
20f Fビーム
20e Eビーム
20v Vビーム
21 インターフェース
210 凸部
21ef EFインターフェース
21v Vインターフェース
22 ビーム本体部
23 接合仕口
230 凹部
24 取付ブラケット
90 ミニチュアノードモデル
91 突起

Claims (7)

  1. 複数のノードと、
    複数の前記ノード間を連結する複数のビームと、を備え、
    複数の前記ノードは、外形が菱形立方八面体に形成されており、立方体に由来する6つの接合面であるF面と、菱形十二面体に由来する12の接合面であるE面と、正八面体に由来する8つの接合面であるV面と、から構成され、
    複数の前記ビームは、前記F面間を連結するFビームと、前記E面間を連結するEビームと、前記V面間を連結するVビームと、から構成され、
    複数の前記ビームの長さは、
    前記Fビーム:前記Eビーム:前記Vビーム=1:√2:√3
    となるように規制される、多重立体トラスシステム。
  2. 前記F面を接地させ、かつ、前記Fビームを垂直軸とさせる、Fモードとして構築される、請求項1に記載された、多重立体トラスシステム。
  3. 前記E面を接地させ、かつ、前記Eビームを垂直軸とさせる、Eモードとして構築される、請求項1に記載された、多重立体トラスシステム。
  4. 前記V面を接地させ、かつ、前記Vビームを垂直軸とさせる、Vモードとして構築される、請求項1に記載された、多重立体トラスシステム。
  5. 前記ビームは、棒状に形成されるビーム本体部と、前記ビーム本体部の両端に設置される一対のインターフェースと、から構成される、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載された、多重立体トラスシステム。
  6. 前記ビーム本体部の両端には、前記インターフェースに対して前記ビーム本体部の軸線に直交する向きから嵌め込み可能な嵌込仕口が形成されている、請求項5に記載された、多重立体トラスシステム。
  7. 前記インターフェースは、前記E接合面及び前記F接合面に共通して取付可能なEFインターフェースと、前記V接合面に取付可能なVインターフェースと、から構成される、請求項5又は請求項6に記載された、多重立体トラスシステム。
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