JP7265775B2 - シェル構造 - Google Patents

Description

本発明は個々の組み合わされる要素から２つのシェルを有する面支持構造が、以下の説明の中で簡略化されて１次シェル支持構造と呼ばれる１次シェル支持構造の形で成形される、２つのシェルを有する面支持構造モジュールに関わる。

特許文献１からスチール製格子構造を有し壁パネル、天井パネルおよび支柱から成る、部材の特別な構築および部材間の接続方法を有するプレハブ建築システムが公知である。

特許文献２は建造物の屋根パネルおよび壁パネルの支持構造としての特に鋼鉄から成る簡易建築枠組みを説明する。この解決法は骨組みとして公知であり、ここではロッド部材（支持体、ボルト）の特別な接続方法とともに迅速な骨組みの組み立てのために設けられる。

特許文献３から３つの面で交差するリブを有する裏返った鉄筋コンクリート製仕切り天井が公知である。そのとき鉄筋コンクリートパネルから成る下面１、リブおよび凹部から成る面２およびリブの交差点上に着座したパネル／タイルから成る面３が調整された空気または取り付け管の分配のための高さとともに成形される。そのとき天井要素はそれらの隅で支持体上に着座し特別な装置によって互いに接続される。

特許文献４は天井および屋根構造のための、支持構造として設けられる、交差した平行帯状の骨組支持体が説明される。

特許文献５から格子組み立て部品と同じまたは類似のプロファイルから成る平行に延びる平らな平行帯状の骨組み支持体上に着座する交差曲げロッドから成るプレハブ格子組み立て部品が公知である。骨組み支持体はそのとき建物の主要部材（支持体、壁）上に着座し、格子ハニカム構造は取り外し可能なパネルによって覆われる。このシステムから成る下部天井は平らな骨組み支持体にまたは建物の主要支持体材に吊り下げられ、それによってほとんど全面で着座する格子天井および吊り下げられた下部天井の間の間隙へのアクセスが達成される。

これら全ての公知の解決法には、パネルを支持する作用に関する間隔を設けた面要素の協働が達成されず、また比較的難しい解決法であるという不利がある。

中国特許第１０２１７４８５８号明細書 独国特許出願公開第３４１５３４４号明細書 欧州特許出願公開第１６０９９２４号明細書 英国特許出願広告第１１７５７１１号明細書 米国特許出願公開第２００９／０２８２７６６号明細書

本発明の課題は従来技術の不利を排除し、ほぼ同一で連続的に工業的に予め製作されるモジュールを組み立てることにより、異なる建造方法の建築物の中の様々な形状の中の、必要に応じて部分的に予め組み立てられ、輸送および組み立てが簡単に可能である面領域に取り付け可能な１次シェル支持構造を経済的に作成する解決法を提案することである。

本発明の解決法は以下で実施形態例および図によって詳細に説明される。

例示的に２つの対角線ロッド６および連結用開口部４を有するモジュールの等尺図を示す。 モジュールの間隔のない配列の場合の対角ロッド６の接続のための代替詳細を示す。 連結用開口部４の代わりをする連結用ブラケット４ａの形成の代替詳細を示す。 対角線ロッド６を示さない２次シェル要素１および２の骨格透明図で屋根構造の例を示す。 補助枠１０がロッド３および６の代わりをしているところを示す。 モジュール節点の直接下にはない支持体の場合の荷重部分を２次シェル要素の骨格透明図で示す。 直線的に縁取りされない面を形成するための部分的に台形の２次シェル要素１および２を有する１次シェル支持構造の可能な形態の概略上面図を示す。 １軸湾曲する１次シェル支持構造の可能な形態の概略断面図を示す。 ネジ結合のための相応な楔ディスク１６を有するスペーサパネル１４およびアダプタ楔１５の取り付けによって１軸湾曲する１次シェル構造の可能な形態の概略断面図を示す。 図３のように間隙からせり上がったベッド１８を示す。 図１のように挿入されたパネル２０パネル（２０）が挿入されて保持されるＬ型アングル１９を有するシェル要素を示す。 ２次シェル要素１および２の可変の間隔を有する面支持構造の可能な形態の概略断面図を示す。 ２次シェル要素１および２並びにフィラーロッド３および６から成りアダプタ要素２１を有する鞍屋根として軒および尾根に成形される面支持構造の可能な斜めの配置の概略断面図を示す。

以下の実施形態に含まれるパネル、ディスクおよびシェルという概念はここでは技術力学的な意味で使用される。それによってパネルは垂直力および／または曲げモーメントにより平行軸に負荷される平たい建築部材であると定義される。それによるとディスクはその平面内の力によってのみ負荷される平たい面支持構造である。シェル（特別な場合はフラットシェル）は、垂直方向でもその平面内でも荷重を受容できる面支持構造である。

本発明により面支持構造モジュールは２つのシェルで形成される。そのとき本発明の面支持構造モジュールは上部２次シェル要素１および下部シェル要素２から成形され、それらは静力学的に必要なフィラーロッドを使って１次シェル支持構造にトラス支持効果で組み合わされる。

本発明の面支持構造モジュールは、６つの四角形からなり８つの頂点と１２の辺を有し、前記四角形が互いに直交するように配置されている場合には直方体となる、凸多面体の形で作成される。そのとき２つの向き合う面は、上部および下部２次シェル要素１および２を成形する面として形成され、４つの余った辺に沿って横ロッド３が設置され、静力学的に必要なまたは合目的的な対角線ロッド６による補完後に上部および下部２次シェル要素１および２の辺での近隣モジュールとの結合により、１軸または２軸のトラス効果を有する１次シェル構造の形状の２つのシェルを有する面支持構造が成形され、近隣のモジュールの２次シェル要素１および２の辺は隣り合って存在する。

２次シェル要素１および２は複数の、多くは同様の予め製作された面支持構造モジュール（図１）の構成要素であり、それらは２次シェル要素１および２から並びに９０度あるいはほぼ９０度これらに対して伸びる横ロッド３から成る。

図１ではモジュールが直行形態で示される。他の形状も本発明の構想に属する。例えば２軸湾曲１次シェルの形成のための切頭ピラミッドが可能であり合目的的である。

合目的的な平面寸法を有する２次シェル要素１および２は好ましくはあるいは主に長方形、正方形または台形に形成される。それらはそれらの隅で合目的的な長さの横ロッド３によって互いに接続されおよび間隔を設ける。

横ロッド３は図１で２次シェル要素１および２にネジおよび／または溶接結合によって固定される角プロファイルから成形される。基本的に横ロッド３として他の断面または長さを変更できるロッドも可能である。

２次シェル要素１および２は図１、あるいは詳細図１ａの特別な形態で各隅に上部または下部または上下に開いた合目的的大きさの連結用開口部４を有し、それらは少なくとも外側に、つまり２次シェル要素１および２の外側の垂直な面で好ましくは金属プロファイルまたは金属板で画定され、それらの垂直な外面は適用されたネジ接続の場合に孔５を有する。

例えば建物の天井として使用される１軸または２軸の荷重を支持する１次シェル支持構造の作成のために、例えば図１のモジュールがネジによって孔５を通し２次シェル要素１および２の両面で互いに結合されることができる。

シェル横力の受容のために、そのうちの２つのロッドが図１で例示的に示される対角線ロッド６が静的要件に従って設置され、モジュールも互いに接続する同じネジで、さらなる剪断面の中で接続される。これらの対角線ロッド６も同様に１次シェル支持構造のフィラーロッドに属する。

対角線ロッド６は図１全図に示されるようにモジュールの間に、または代替詳細図１ａに示されるように、モジュールの間隔のない配列において、モジュール毎に１つのロッドが連結用開口部４内に設置されうる。設置方向において対角線ロッド６の中に可能な限り面支持力のみが生成されるよう配慮されるべきである。対角線ロッド６中に大きな圧力が発生したとき、例えば角プロファイルのようなより大きな座屈安定性を有する断面が使用されなければならない。

本発明の解決法のさらなる特別な形態では詳細図１ｂで連結用開口部４の代わりに連結用ブラケット４aが配置されうる。

この連結用ブラケット４aはそれぞれ２次シェル要素１および２の間の間隙の方向に突出した２次シェル要素１および２の隅の好ましくは金属板から成る角度面から成形される。

複数の１次シェル要素の接続のために適用される孔５はこの特別な形態で同様に連結用ブラケット４ａの中に配置される。

連結用ブラケット４ａの使用の際、２次シェル要素１および２の互いとの接続並びに横ロッド３および対角線ロッド６の接続は２次シェル要素１および２に接してこの２次シェル要素１および２の外にあるため、面支持構造モジュールから成る連続面が成形される。

この面は図１および詳細図１ａの連結用開口部４の適用の際、連結用開口部４によって成形された後に閉鎖されまたは被覆される凹部を有する。

図２は図１で成形された１次シェル支持構造の個別モジュールから成る例の部分を、壁７、個別支柱８および凹部９上の線状支持体を有する天井の利用において示し、より良い理解のために２次シェル要素１および２が骨格透視図で示され、より明解に示すために対角線ロッド６は図示されない。

ロッド３および６または２次シェル要素１および２の領域の設置がシェルの間隙の所望の使用が妨げられる場合あるいは場所では、図３の補助フレーム１０も代わりに設置されることができる。

つまり基本的に、その中に２次シェル要素１および２がパネルとして局所垂直荷重を受容し転送し、ディスクとしてトラス支持効果を両直交方位に受容する、多軸トラス支持効果を有する空間的１次シェル支持構造が生成される。

例えば風および補強壁にある建物の支持構造上の欠陥からの水平補剛荷重の誘導は最終的に１次シェル支持構造を介して天井を使用する場合に生じる。

２次シェル要素１および２の隅に生じるモジュール節点２２の任意の有意義な箇所で、１次シェル支持構造は例えば壁７または個別の支持体８によって支持されることができる。

直接モジュール節点２２に存在しない支持体が所望されまたは必要とされたとき、例えば図４ａ、４ｂ、４ｃに示された、図４ａの付加的なトラス１１が、図４ｂの上部モジュール隅への斜め支柱１２、または図４ｃの垂直荷重を隣接するモジュール節点２２の方向に導く下部２次シェル要素２の補強部１３が使用されることができる。

新しい建物では、天井グリッドは寸法上、建物の基本グリッドに合目的的に相応する。既存の建造物に設置するときには、場合によりパスモジュールを作成する必要がある。

本発明の解決法の特別な形態では台形の２次シェル要素１および２の使用により直線的に縁取りされない１次シェル支持構造（図５）も作成されることができる。

例えば角錐台形状のモジュールの形成の際、異なる面を有する２次シェル要素１および２の適用は２軸湾曲の１次シェル支持構造の作成を可能にする。

図６は例示的に１軸湾曲のみの１次シェル支持構造の断面を示す。１次シェル支持構造の湾曲は直交モジュール（図１）の使用の際、ネジ接続のための相応の楔ディスク１６を有するスペーサパネル１４およびアダプタ楔１５の設置によっても実現されうる。

それらによって例えば変形が負荷の結果として補償され、または平屋根の低排水勾配が実現されうる１次シェル支持構造の僅かな湾曲は、スペーサディスクをそのために合目的的な図１のモジュールのネジ接続の中に挿入することによっても生成されうる。

２次シェル要素１および２の異なる形成および／または材料によりこれらは例えば積載量、防火、遮音、断熱、軽量構造に関する異なる要件に適応されうる。

２次シェル要素１および２の間の間隙はその後非常に簡単に拡張、縮小、修理、洗浄または再建されることができる建築技術的設備のために、並びに絶縁面のために使用されることができる。

本発明の面支持構造モジュールの合目的的な天井の使用の場合、２次シェル要素１および２の中に暖房または冷媒ラインが統合されるとき、それぞれ床（２次シェル要素１）から暖房され、空間の天井（２次シェル要素２）から冷却されることができ、それによってエネルギー効率と快適性が達成される。

すると将来の建築技術（暖房、換気、衛生、電気設備、コミュニケーション）の新しい発展は後に設備することもでき、それは本発明の２シェル面支持構造によって形成された建物の持続可能性を著しく向上させる。

また、例えば恒久的には使用されていない設備を使用していないときに、２次シェル要素１および２の間の面に下降させまたは上昇させることができることにより、効率的な空間使用への大きな貢献が実現されることができる。

そのための例として、日中使用されるテーブル１７を夕方に上方へと移動させ、図８で示されるように同じ面を床からせり上げられたベッド１８のために使用する可能性が提示される。そのときテーブル１７およびベッド１８は油圧または空圧シリンダー、電動リニア駆動またはスクリュー駆動またはネジ駆動あるいは内部ロープローラシステムを有する伸縮式支持体によって垂直に移動される。

同様に中間面にはレールが設置され、それに接してまたはその上で２次シェルの１つの中の１つまたは複数の開口部を通してアクセス可能になる保存容器が移動されうる。

間隙の直接のアクセス可能性をもはや可能にしない両２次シェル面の間隔が選択されるとき、２次シェル要素１および２は少なくとも部分的に図９のＬ型アングル１９から成る周囲を巡る枠とともに作成されるべきであり、その下部水平脚上では隅に凹部を有するパネル２０が適合する材料から取り出し可能に挿入され、その側面の縁部が水平の角度脚への圧接によるディスク作用を保証するために設置されるべきである。連結用開口部４の代わりに連結用ブラケット４ａを適用する際、パネル２０の隅の凹部は省略されうる。

説明されるモジュールを平行な２次シェル要素１および２のみによって作成するのではなく、２次シェル要素１および２の間隔を曲げ応力に適合させることも同様に可能である。

本発明の面支持構造の利点は特に水平の状態で、つまり例えば建物の天井として使用されるときに発揮される。しかしそれば例えば鞍屋根または斜面屋根の形成のための斜めの状態でもアダプタ要素２１によって庇および尾根に（図１１）または垂直の状態で、つまり壁として使用されることもできる。

ここで説明される面支持構造のこれまでに公知の構造に対するさらなる利点は、ほぼ同一の連続して工業的に予め作成され、必要に応じて部分的に予め取り付けられた、簡単に輸送および取り付けができる様々な形状の面領域を互いに対して組み立てることによって、それが経済的に作成され異なる建造方法の建造物に設置されうることにもある。さらに、ここで説明される面支持構造の使用は水平の１次シェル支持構造に限定されないことが有利と認められる。

２次シェル要素１および２のパネルおよびディスクとしての有意義な使用により従来の構造の場合よりも明確により高い建築部材の負荷容量の総潜在力が利用される。横ロッド３および枠角プロファイル１８のようなロッド状の建築部材の場合、高い圧力のとき安定性の障害が簡単な手段で防止され阻止されることができる。これは構造自体の重さと可能な実用荷重の間の非常に良好な関係をもたらす。

１ 上部２次シェル要素
２ 下部２次シェル要素
３ 横ロッド
４ 連結用開口部
４ａ 連結用ブラケット
５ ４または４ａ中の孔
６ 対角線ロッド
７ 支持壁
８ 個別支持体
９ 凹部
１０ 補助枠
１１ トラス
１２ 斜め支柱
１３ ２の補強部
１４ スペーサパネル
１５ アダプタ楔
１６ 楔ディスク
１７ テーブル
１８ ベッド
１９ Ｌ型アングル
２０ １９上のパネル
２１ アダプタ要素
２２ モジュール節点

Claims (9)

1. 複数の面支持構造モジュールが結合されて成形されたシェル構造であって、
   前記面支持構造モジュールは、上部シェル要素（１）および下部シェル要素（２）である２つのシェルによって形成され、６つの四角形からなり８つの頂点と１２の辺を有し、前記四角形が互いに直交するように配置されている直方体を含む６面体からなる、凸多面体であり、
   前記凸多面体の２つの向き合う面が、床、天井または壁表面として使用可能な、前記上部シェル要素（１）および前記下部シェル要素（２）を形成する面であり、上部および下部という概念は前記上部シェル要素（１）と前記下部シェル要素（２）とが上下に離間していることを表し、
   前記上部シェル要素（１）と前記下部シェル要素（２）との間にある４つの辺に沿って横ロッド（３）が設置され、対角線ロッド（６）が、前記上部シェル要素（１）と前記下部シェル要素（２）との間の面の対角線上に配置され、前記上部シェル要素（１）と前記下部シェル要素（２）とに接続され、
   複数の面支持構造モジュールが結合されてシェル構造が成形され、隣接する面支持構造モジュールの前記上部シェル要素（１）同士、および、前記下部シェル要素（２）同士が辺で結合されており、前記上部シェル要素（１）と前記下部シェル要素（２）との間には、物品の受容に用いられる空間が形成されており、
   一部の面支持構造モジュールにおいて、前記上部シェル要素（１）および前記下部シェル要素（２）の間の前記空間の中に前記横ロッド（３）および前記対角線ロッド（６）の代わりに、補助枠（１０）が設けられており、前記補助枠（１０）は、２つの前記横ロッド（３）の位置に直接配置された互いに平行な２つの部材、及び、２つの前記部材の下端を接続し、前記下部シェル要素（２）上に配置された１つの部材で構成されており、
   前記上部シェル要素（１）と前記下部シェル要素（２）との間の前記空間の中に、物品である保管容器が収容され、
   前記上部シェル要素（１）を取り外して、複数の前記上部シェル要素（１）で取り囲まれた１つまたは複数の開口部を形成し、前記開口部を通して前記保管容器にアクセス可能である、シェル構造。
2. 前記上部シェル要素（１）および前記下部シェル要素（２）は、各隅に、隣接する面支持構造モジュールと結合するための連結用開口部（４）を有する、請求項１に記載のシェル構造。
3. 前記上部シェル要素（１）および前記下部シェル要素（２）は、各隅に、隣接する面支持構造モジュールと結合するための連結用ブラケット（４ａ）を有し、
   前記連結用ブラケット（４ａ）は、前記上部シェル要素（１）および前記下部シェル要素（２）の各隅に沿って折れ曲がった略Ｌ字状のブラケットである、請求項１に記載のシェル構造。
4. 前記上部シェル要素（１）及び前記下部シェル要素（２）に対して９０°もしくはほぼ９０°に配置された横ロッド（３）及びせん断力を受けるための対角線ロッド（６）が、静力学的に必要な数および配置の、棒状の部材で形成されることを特徴とする請求項１に記載のシェル構造。
5. 前記上部シェル要素（１）および前記下部シェル要素（２）の隅に生じるモジュール節点（２２）の一部は、耐力壁（７）または個別の支柱（８）を使って支持されることを特徴とする請求項１に記載のシェル構造。
6. 前記上部シェル要素（１）および前記下部シェル要素（２）の隅に生じるモジュール節点（２２）以外の場所に支持体を配置するために、前記支持体と接続される付加的なトラス（１１）、または斜め支柱（１２）が設けられ、
   前記トラス（１１）は、４つの端部が前記横ロッド（３）の下端に接続されるＸ字状の部材であり、
   前記斜め支柱（１２）は、４つの支柱からなり、各支柱の一端は前記横ロッド（３）の上端に接続され、他端が互いに接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載のシェル構造。
7. 前記上部シェル要素（１）および前記下部シェル要素（２）が台形であることを特徴とする請求項１に記載のシェル構造。
8. 前記凸多面体の形状が切頭ピラミッド形状であることを特徴とする請求項１に記載のシェル構造。
9. 前記上部シェル要素（１）および前記下部シェル要素（２）が、パネル（２０）が挿入されて保持されるＬ型アングル（１９）で形成され、
   前記パネル（２０）の各隅には連結用開口部（４）を形成するための切り欠きが設けられている、または、隣接する面支持構造モジュールと結合するための連結用ブラケット（４ａ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシェル構造。

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