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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023126073
(43)【公開日】2023-09-07
(54)【発明の名称】盤状立体トラス構造
(51)【国際特許分類】
E04B 1/342 20060101AFI20230831BHJP
E04B 1/343 20060101ALI20230831BHJP
【ＦＩ】
E04B1/342 A
E04B1/343 U
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022075739
(22)【出願日】2022-05-02
(31)【優先権主張番号】P 2022029226
(32)【優先日】2022-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】521507774
【氏名又は名称】梶川 泰司
(74)【代理人】
【識別番号】100078695
【弁理士】
【氏名又は名称】久保 司
(72)【発明者】
【氏名】梶川 泰司
(57)【要約】 （修正有）
【課題】モジュールを組み合せてトラス構造物を形成するのに、モジュールだけの組み合わせで可能な盤状立体トラス構造を提供する。
【解決手段】水平材による上弦材αと下弦材βとこれらを結合する斜材γによる四角錘トラスの盤状立体トラス構造において、正四面体の稜線部分を細長接合面を有するフレーム３で形成し、これら細長接合面を有するフレーム端部を連結してなるテトラモジュールを単位モジュールとし、テトラモジュール同士を細長接合面を有するフレーム３の相互を接合させて連結させることで、前記四角錘トラスをテトラモジュールの組合せで生じる相補的な四角錐状トラス架構領域として出現させる。
【選択図】図１
【解決手段】水平材による上弦材αと下弦材βとこれらを結合する斜材γによる四角錘トラスの盤状立体トラス構造において、正四面体の稜線部分を細長接合面を有するフレーム３で形成し、これら細長接合面を有するフレーム端部を連結してなるテトラモジュールを単位モジュールとし、テトラモジュール同士を細長接合面を有するフレーム３の相互を接合させて連結させることで、前記四角錘トラスをテトラモジュールの組合せで生じる相補的な四角錐状トラス架構領域として出現させる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水平材による上弦材と下弦材とこれらを結合する斜材による四角錘トラスの盤状立体トラス構造において、四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端部を連結してなるテトラモジュールを単位モジュールとし、テトラモジュール同士を細長接合面を有するフレームの相互を接合させて連結させることで、前記四角錘トラスをテトラモジュールの組合せで生じる相補的な四角錐状トラス架構領域として出現させることを特徴とする盤状立体トラス構造。
【請求項2】
単位モジュールは、四面体の各頂点と各稜線を四面体の重心方向に削り取り新たな平面を生成して、四面体の重心と稜線の中点を結ぶ垂線に対して直交する向きにできた長方形領域に細長接合面を有するフレームを設け、これら細長接合面を有するフレーム端部を各頂点を切頂してできた三角形領域で連結してなるテトラモジュールである請求項１記載の盤状立体トラス構造。
【請求項3】
四面体のテトラモジュールは正四面体である請求項１または請求項２記載の盤状立体トラス構造。
【請求項4】
四面体のテトラモジュールはこれを構成する６本のフレームのうち、上下水平になる２本のフレームに対してこれら２本のフレームを接続する斜めフレーム４本の長さを前記２本のフレームの長さよりも短いものとした正四面体でない変形四面体である請求項１記載の盤状立体トラス構造。
【請求項5】
水平材による上弦材と下弦材とこれらを結合する斜材による盤状立体トラスは、上弦材で形成する格子はテトラモジュールのフレームが形成する正方形枠の連続であり、下弦材で構成する格子はテトラモジュールのフレームが形成する正方形枠の連続で、該正方形枠は前記上弦材で形成する格子の正方形枠の中心位置を交点とする十字クロスの連続で形成され、斜材はテトラモジュールのフレームの相互を重合した２重構造であり、上弦材で構成する格子と下弦材で構成する格子の正方形枠は上下位置で重なり合わない請求項１記載の盤状立体トラス構造。
【請求項6】
四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端部を連結してなるテトラモジュールをその頂点を一箇所に集めるように４個を組み合わせて、上面はフレームで形成する正方形枠、下面は前記正方形枠に対してフレームで形成するクロスがその中心を前記正方形枠の中心に位置する十字、側面はフレームで形成するハの字形であり、上面、下面、側面は直方体状ブロック面である請求項１記載の盤状立体トラス構造。
【請求項7】
盤状立体トラス構造は水平方向と垂直方向で直交させて構築する請求項１記載の盤状立体トラス構造。
【請求項8】
テトラモジュールはそ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て相互に連結した２個を相対向する頂上部相互をテトラモジュールを形成するフレームの√２倍の長さを有するフレームで連結して八面体状架構であるオクタモジュールとする請求項１記載の盤状立体トラス構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、橋梁の床盤や人工地盤、もしくは建築の屋根・床・壁などをトラス構造で形成する盤状立体トラス構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、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。
【0003】
立体トラスのラチス形式として、上下面に正三角形、正方形あるいは正方形を４５°回転させた菱形等を組み合わせる種々な形式が考案されている。
【0004】
なかでも、四角錐によって構成される立体トラスは上面を菱形に面を正方形のラチスとし、斜材を下弦材への投影面で重ね合わせる部材構成である。
【0005】
この四角錐立体トラスの各個材は、３次元方向の部材構成である。したがって、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。また四角錐立体トラスは他の立体トラスの部材構成と比較すると、部材数と節点数の少ない経済性に富む立体トラスである。
【0006】
四角錐立体トラスの適用例として、１９７０年大阪万博のイベント会場でのお祭り広場の大屋根を見ることができる。（図３５参照）
【0007】
これは建築家、丹下健三氏の代表作の一つであり、鋼管を三角形に組んでつなげた立体トラス構造の大屋根は東西１０８メートル、南北２９１．６メートルに及び、重さは約５０００トン。これを６本の柱で支え、直下に３ヘクタール超の広大な空間を生み出している。広大な空間を生み出している。
【0008】
なお、このような四角錐立体トラスは、その構成がボールジョイントによるピン接合で形成されることがほとんどで、モジュールによる組立構成の概念は無かった。
【0009】
一方、トラス構造で床、壁、屋根を床、壁、屋根を連続的に構築できるものとして、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下記特許文献を挙げることができる。
【特許文献1】米国特許第２９８６２４１号明細書
【0010】
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を含むオクテットトラス構造ついて述べられており、図３３、図３４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。
【0011】
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３１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。
【0012】
シートモジュールは図３０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。
【0013】
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３２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から組立てられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
前記四角錐立体トラスの有効性については説明した通りであるが、モジュール化という概念がなく、パイプを使用し、ボールジョイントによるピン接合での構成では、現場での組立てに労力を必要とする。
【0015】
また、モジュールを用いるものとして、前記特許文献１では図３０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。図３２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。
【0016】
さらに、特許文献１のトラス構造物では、図３３、図３４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。また、図３５の例でわかるように、屋根の端部が斜めにしか形成できない。
【0017】
本発明の目的前記従来例の不都合を解消し、モジュールを組み合せでトラス構造を形成するので施工の合理化が図れ、しかも、必要な強度が得られ、安定したトラス構造として組み立てることができ、また、トラス構造の端部を垂直に形成でき、それにより屋根や床などの水平なトラス構造に対して壁などの垂直なトラス構造を直角に結合して構築できる盤状立体トラス構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0018】
前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、水平材による上弦材と下弦材とこれらを結合する斜材による四角錘トラスの盤状立体トラス構造において、四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端部を連結してなるテトラモジュールを単位モジュールとし、テトラモジュール同士を細長接合面を有するフレームの相互を接合させて連結させることで、前記四角錘トラスをテトラモジュールの組合せで生じる相補的な四角錐状トラス架構領域として出現させることを要旨とするものである。
【0019】
請求項１記載の本発明によれば、モジュールをトラス構造物の構成要素として、これを結晶に例え、モジュールによる量子化を実現し、結晶学のおける周期性を持たせることができるものである。なお、結晶学でいう周期性とは回転対称性と並進対称性および鏡像対称性のことであるが、本発明もモジュール相互の結合でこの回転対称性と並進対称性および鏡像対称性が実現できるようにした。
【0020】
さらに、モジュールはテトラモジュールを採択することで、内部に相補的な四角錐領域を形成でき、これを四角錐トラスの連続体として全体を安定したトラス構造として組み立てることができる。
【0021】
モジュールの組合せで、従来と同じような四角錐立体トラスの構造体を形成できるものであり、四角錐立体トラスの各個材は、３次元方向の部材構成である。したがって、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。また四角錐立体トラスは他の立体トラスの部材構成と比較すると、部材数と節点数の少ない経済性に富む立体トラスである。
【0022】
そして、モジュールを組み合わせるのに、四面体の稜線部分となるフレームは相互に重なり、これが水平材による上弦材と下弦材とこれらを結合する斜材による盤状立体トラス構造物の斜材の部分が２重となるので強度が増し、立体トラス構造自体が堅牢なものとなる。
【0023】
また、モジュールによるものであり、モジュール以外の連結部材を用いることなく、モジュールだけの組み合わせで立体トラス構造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、プレハブ化が向上する。
【0024】
各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安定トラス構造を組み立てることができる。さらに、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。
【0025】
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。
【0026】
請求項２記載の本発明は、単位モジュールは、四面体の各頂点と各稜線を四面体の重心方向に削り取り新たな平面を生成して、四面体の重心と稜線の中点を結ぶ垂線に対して直交する向きにできた長方形領域に細長接合面を有するフレームを設け、これら細長接合面を有するフレーム端部を各頂点を切頂してできた三角形領域で連結してなるテトラモジュールであることを要旨とするものである。
【0027】
請求項２記載の本発明によれば、単位モジュールであるテトラモジュールの構成をより明確にしたものであり、ここで四面体の重心とは、四面体の各頂点と相対する面である三角形の重心とを結ぶ四つの直線は１点に交わる、この点を四面体の重心という。この点で頂点と対面の重心とを結ぶ線分は３対１の比に内分される。四面体の重心は四つの頂点を等質量の質点と考えたときの力学的重心であり、また、四面体を密度が均一の剛体と考えたときの力学的重心でもある。
【0028】
請求項３記載の本発明は、四面体のテトラモジュールは正四面体であることを要旨とするものである。
【0029】
請求項３記載の本発明によれば、四面体のテトラモジュールは正四面体とすることで、四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端部を連結してなるテトラモジュールのすべてフレームを同一長さのもので形成できる。
【0030】
請求項４記載の本発明は、四面体のテトラモジュールはこれを構成する6本のフレームのうち、上下水平になる２本のフレームに対してこれら２本のフレームを接続する斜めフレーム４本の長さを前記２本のフレームの長さよりも短いものとした正四面体でない変形四面体であることを要旨とするものである。
【0031】
請求項４記載の本発明によれば、四面体のテトラモジュールは上下の高さを四面体のテトラモジュールよりも低く設定することができ、これにより水平材による上弦材と下弦材とこれらを結合する斜材による四角錘トラスの盤状立体トラス構造も厚みの薄いものとして形成できる。
【0032】
請求項５記載の本発明は、水平材による上弦材と下弦材とこれらを結合する斜材による盤状立体トラスは、上弦材で形成する格子はテトラモジュールのフレームが形成する正方形枠の連続であり、下弦材で構成する格子はテトラモジュールのフレームが形成する正方形枠の連続で、該正方形枠は前記上弦材で形成する格子の正方形枠の中心位置を交点とする十字クロスの連続で形成され、斜材はテトラモジュールのフレームの相互を重合した２重構造であり、上弦材で構成する格子と下弦材で構成する格子の正方形枠は上下位置で重なり合わないことを要旨とするものである。
【0033】
請求項５記載の本発明によれば、水平材による上弦材と下弦材とこれらを結合する斜材による盤状立体トラスがテトラモジュールでどのように組み上がるかを示すもので、四角錐トラスの連続体としての状態を示したものである。従来のボールジョイントによる四角錐トラスの形成と同じような四角錐トラスがこれにより形成できる。
【0034】
請求項６記載の本発明は、正四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端部を連結してなるテトラモジュールをその頂点を一箇所に集めるように４個を組み合わせて、上面はフレームで形成する正方形枠、下面は前記正方形枠に対してフレームで形成するクロスがその中心を前記正方形枠の中心に位置する十字、側面はフレームで形成するハの字形であり、これは上面、下面、側面は直方体状ブロック面であることを要旨とするものである。
【0035】
請求項６記載の本発明によれば、正四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端部を連結してなるテトラモジュールをその頂点を一箇所に集めるように４個を組み合わせることで内部に相補的な四角錐領域の形成でき、これを四角錐トラスとして用いることができるが、かかる四角錐トラスを構成する４個のテトラモジュールの組合せ体は直方体状ブロックとして捉えることができ、直方体状ブロックをもって積み木のような組み上げで盤状立体トラス構造を形成することができる。
【0036】
請求項７記載の本発明は、盤状立体トラス構造は水平方向と垂直方向で直交させて構築することを要旨とするものである。
【0037】
請求項７記載の本発明によれば、水平方向の盤状立体トラス構造を床または屋根、垂直方向の盤状立体トラス構造を壁とした場合に、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、床部分と壁部分の結合は前記盤状立体トラス構造で水平または垂直にかつ直交方向に並ぶテトラモジュールの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。
【0038】
特に、請求項６のように盤状立体トラス構造が直方体状ブロックの集合で構成されるとすると、その盤状立体トラス構造の相互の接合面は水平または垂直なものであり、直角な連結となる。
【0039】
請求項８記載の本発明は、テトラモジュールはそ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て相互に連結した２個を相対向する頂上部相互をテトラモジュールを形成するフレームの√２倍の長さを有するフレームで連結して八面体状架構であるオクタモジュールとして形成することを要旨とするものである。
【0040】
請求項８記載の本発明によれば、テトラモジュールを相互に接合する場合において、テトラモジュールが接合箇所の回転軸を中心に左右に回転する動きを生じた場合に、√２倍の長さを有するフレームは接合する２個のテトラモジュール同士の回転を阻止する部材となる。
【0041】
また、√２倍の長さを有するフレームがあることで四角錐状トラス架構領域に対しては、その底辺面である正方形枠の角に前記フレームの√２倍の長さを有するフレームをたすき架けしたことで四角錐の正方形がトラス（三角形）に分割され、強度・剛性に富むものとなる。
【発明の効果】
【0042】
以上述べたように本発明の盤状立体トラス構造は、モジュールを組み合せでトラス構造を形成するので施工の合理化が図れ、しかも、必要な強度が得られ、安定したトラス構造として組み立てることができ、また、トラス構造の端部を垂直に形成でき、それにより屋根や床などの水平なトラス構造に対して壁などの垂直なトラス構造を直角に結合して構築できるものである。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明の盤状立体トラス構造の１実施形態を示す斜視図である。
【図2】本発明の盤状立体トラス構造の１実施形態を示す平面図である。
【図3】本発明の盤状立体トラス構造の水平方向のものと、垂直方向のものの組合せを示す斜視図である。
【図4】本発明の盤状立体トラス構造の水平方向のものと、垂直方向のものの組合せを示す説明図である。
【図5】本発明の盤状立体トラス構造において、テトラモジュールの４個で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斜視図である。
【図6】本発明の盤状立体トラス構造において、テトラモジュールの４個で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。
【図7】本発明の盤状立体トラス構造において、テトラモジュールの４個で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側面図である。
【図8】本発明の盤状立体トラス構造において、テトラモジュールの４個で内部に四角錐状トラス架構領域が形成される組み合わせ体が直方体状ブロックとなることを示す斜視図である。
【図10】本発明の盤状立体トラス構造の上下組み合わせを示す斜視図である。
【図13】正四面体のテトラモジュールと変形四面体のテトラモジュールの比較を示す斜視図である
【図14】正四面体のテトラモジュールと変形四面体のテトラモジュールの比較を示す側面図である。
【図15】変形四面体のテトラモジュールによる本発明の盤状立体トラス構造の１実施形態を示す斜視図である。
【図16】本発明の盤状立体トラス構造の正四面体のテトラモジュールの斜視図である。
【図17】本発明の盤状立体トラス構造の正四面体のテトラモジュールの平面図である。
【図18】本発明の盤状立体トラス構造の変形四面体のテトラモジュールの斜視図である。
【図19】本発明の盤状立体トラス構造の変形四面体のテトラモジュールの平面図である。
【図20】本発明の盤状立体トラス構造の変形四面体のテトラモジュールの側面図である。
【図21】本発明の盤状立体トラス構造の変形四面体のテトラモジュールの分解斜視図である。
【図22】本発明の盤状立体トラス構造の√２オクタモジュールの斜視図である。
【図23】√２オクタモジュールを２つ組んだ斜視図である。
【図24】√２オクタモジュールを２つ組んだ他の角度からの斜視図である。
【図25】√２オクタモジュールの組立を示す斜視図である。
【図26】√２オクタモジュールの説明図である。
【図27】√２オクタモジュールでの本発明の盤状立体トラス構造の斜視図である。
【図28】変形四面体のテトラモジュールによる√２オクタモジュールの斜視図である。
【図29】変形四面体のテトラモジュールによる√２オクタモジュールを用いた本発明の盤状立体トラス構造の斜視図である。
【図30】従来例で、バックミンスター・フラー氏が提案した単位モジュールの一例を示す斜視図である。
【図31】従来例で、バックミンスター・フラー氏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。
【図32】従来例で、バックミンスター・フラー氏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。
【図33】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。
【図34】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。
【図35】１９７０年大阪万博のイベント会場でのお祭り広場の大屋根の写真である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
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は本発明の盤状立体トラス構造の1実施形態を示す斜視図、図２は同上平面図で、水平材による上弦材αと下弦材βとこれらを結合する斜材γによる四角錘トラスＢの盤状立体トラス構造である。
【0045】
本発明の盤状立体トラス構造は、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、この４面体架構であるテトラモジュール１を相互に接合して構築する。
【0046】
テトラモジュール１で組み立てる立体トラス構造は、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（補間的）な四角錐状トラス架構領域として四角錘トラスＢが構成される。（図２参照）
【0047】
この四角錘トラスＢの形成については、４個のテトラモジュール１の組合せで実現できる。図５～図７に示すようにテトラモジュール１をその頂点を一箇所に集めるように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（補間的）な四角錐トラスＢが形成される。
【0048】
この相補的（補間的）な四角錐状トラス架構領域としての四角錐トラスＢについてさらに説明すると、相補的（補間的）とは直接四角錐トラスを部材をもって形成するのではなく、テトラモジュール１を組む結果、テトラモジュール１の相互間で自動生成される意味であり、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の四角錐トラスＢの底辺面の正方形枠Ａが形成される。
【0049】
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。
【0050】
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としての四角錐トラス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。
【0051】
さらに、テトラモジュール１を組み合わせるのに、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。
【0052】
図１３の右図において、左右のテトラモジュール１は、同型ではなく互いに鏡像の関係で、２段組のテトラモジュール１は、左右が互いに鏡像にある。左勝手と右勝手がある。左勝手と右勝手の２種によって、盤状のトラスを形成する。
【0053】
図１１において、上弦材αと下弦材βとこれらを結合する斜材γによる盤状立体トラスは、上弦材αで形成する格子はテトラモジュール１のフレーム３が形成する正方形枠Ａの連続であり、下弦材βで構成する格子はテトラモジュール１のフレーム３が形成する正方形枠Ａ′の連続で、該正方形枠Ａ′は前記上弦材αで形成する格子の正方形枠Ａの中心位置を交点とする十字クロスの連続で形成される。この十字クロスが連結して正方形枠Ａ′を形成する。
【0054】
図２に示すように、このようにして四角錐トラスＢは天地を逆にしたものが、連続的に並び四角錐立体トラスによる盤状立体トラス構造を形成する。
【0055】
上弦材αで構成する格子と下弦材βで構成する格子の正方形枠ＡとＡ′とは上下位置で重なり合わないものとして、格子の正方形枠Ａの中心に正方形枠とＡ′の角部が位置し、正方形枠Ａの角部は正方形枠Ａ′の中心に位置し、正方形枠Ａの角部から正方形枠Ａ′の中心に、正方形枠とＡ′の角部から正方形枠Ａの中心に斜材γが渡される。
【0056】
斜材γはテトラモジュール１のフレーム３の相互を重合した２重構造である。
【0057】
前記四角錘トラスＢを形成する４個のテトラモジュール１（四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の端部を連結してなるテトラモジュール）の組合せの構造体は、図８に示すように、上面Ｘはフレーム３で形成する正方形枠Ａ、下面Ｙは前記正方形枠Ａに対してフレーム３で形成するクロスがその中心を前記正方形枠Ａの中心に位置する十字、側面Ｚはフレームで形成するハの字形であり、これら上面Ｘ、下面Ｙ、側面Ｚは直方体状ブロックＮの面として成り立つ。
【0058】
【0059】
【0060】
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および同幅である。
【0061】
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。
【0062】
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、もしくは中空のパイプ状など特に形状を問わない。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。
【0063】
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、カーボンその他の合成樹脂等である。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。
【0064】
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。
【0065】
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と長方形細長接合面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。
【0066】
図示では、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。一体型のテトラモジュール１はフレーム３の端部同士は結合板で固定する。この固定は溶接または接着による。
【0067】
かかるテトラモジュール１により立体トラス構造を形成するのにテトラモジュール１同士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。
【0068】
なお、このテトラモジュール１の相互を接合し、かつ固定するには、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。
【0069】
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。
【0070】
図３に示すように、本発明により形成する盤状立体トラス構造は、これを水平方向と垂直方向で直交させて構築することができる。
【0071】
図３、図４において水平方向の盤状立体トラス構造が床または屋根を構成するもの、垂直方向の盤状立体トラス構造を壁を構成するものとした場合に、水平方向の盤状立体トラス構造の端面はテトラモジュール１のフレーム３がハの字に並ぶ垂直な平坦面Ｒであり、垂直方向の盤状立体トラス構造の面も垂直な平坦面Ｒで、これら平坦面Ｒ同士の結合が水平方向の盤状立体トラス構造と垂直方向の盤状立体トラス構造の結合を直角なものとする。
【0072】
なお、同様に壁を形成する垂直方向の盤状立体トラス構造同士を直角に結合することも可能であり、図示は省略するが、これにより、筒状型の盤状立体トラス構造を実現でき、高層建物など適用できる。
【0073】
図１０は図１に示すような盤状立体トラス構造を上下に重ね合わせて構築する本発明の盤状立体トラス構造を示すもので、図１１，図１２に示すように、図５～図７に示す四角錘トラスＢを形成する４個のテトラモジュール１の組合せを四角錘トラスＢの底辺正方形枠を重ね合わせるようにすることで、内部に正八面体（オクテットトラス）を形成する盤状立体トラス構造として組むこともできる。
【0074】
この盤状立体トラス構造は図１に示すような盤状立体トラス構造の２倍の厚さ（セイ）のものとなるが、内部に正八面体（オクテットトラス）を形成することで、その空間の有効活用が可能である。
【0075】
前記テトラモジュール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ものであるが、図１８～図２１に示すように、四面体のテトラモジュール１１はこれを構成する6本のフレームのうち、上下水平になる２本のフレーム３－１に対してこれら２本のフレームを接続する斜めフレーム３－２の４本の長さを前記２本のフレームの長さよりも短いものとした正四面体でない変形四面体とした。
【0076】
変形四面体のテトラモジュール１１において、２本のフレーム３－１は共に同じ長さ、斜めフレーム３－２の４本の長さは共に同じ長さで、前記フレーム３－１を1とした場合にフレーム３－２はその０．７～０．５の長さとする。
【0077】
なお、フレーム３－２はフレーム３－１よりも短いものであればよいが、強度面等から好適は０．８～０．６倍の長さである。
【0078】
前記四角錘トラスＢを形成する４個のテトラモジュール１１（四面体の稜線部分を細長接合面２を有するフレーム３－１、３－２で形成し、これら細長接合面２を有するフレーム３－１、３－２の端部を連結してなるテトラモジュール）の組合せの構造体は、図示は省略するが図８のテトラモジュール１と同様に、上面Ｘはフレーム３で形成する正方形枠Ａ、下面Ｙは前記正方形枠Ａに対してフレーム３で形成するクロスがその中心を前記正方形枠Ａの中心に位置する十字、側面Ｚはフレームで形成するハの字形であり、これら上面Ｘ、下面Ｙ、側面Ｚは直方体状ブロックＮの面として成り立つ。
【0079】
このような変形四面体のテトラモジュール１１は水平材による上弦材αと下弦材βとこれらを結合する斜材γによる四角錘トラスＢの盤状立体トラス構造として組立てる場合にせい（梁高さ）を低いものとすることができる。
【0080】
図１３、図１４に示すように、前記正四面体のテトラモジュール１と比べて変形四面体のテトラモジュール１１は高さの低いものであり、それにより組立てられる四角錘トラスＢの盤状立体トラス構造も高さの低いものが得られる。（図１５参照）
【0081】
変形四面体のテトラモジュール１１はフレーム３－１とフレーム３－２の長さが異なることを除けば、テトラモジュール１と構成は同じであり、ジョイント部材４の使用や、フレームの部材形成などに相違はない。
【0082】
前記正四面体のテトラモジュール１での図３、図４において水平方向の盤状立体トラス構造が床または屋根を構成するもの、垂直方向の盤状立体トラス構造を壁を構成するものとした場合に、変形四面体のテトラモジュール１１を用いることで、水平方向の盤状立体トラス構造や垂直方向の盤状立体トラス構造を薄いもとすることができる。
【0083】
ところで、本発明の盤状立体トラス構造は、上弦材αおよび下弦材βはテトラモジュール１のフレーム３の結合であり、通し材で形成したものでないので、四角錐トラスの架構としてテトラモジュール１の相互に回転が生じると四角錐トラスＢの底辺面である正方形枠Ａに変形を生じる不安定構造となるおそれもないわけでない。
【0084】
なお、周辺に梁を配置して相対回転を拘束するとか、接合部を溶接による剛接合として両端固定のトラス部材に置換することで、立体トラスの不静定次数を向上させ、構造の安定化に寄与することも考えられるが、これではモジュールをブロック的に用いることで立体トラス構造の構築にプレハブ化が可能となるという利点が失われてしまう。
【0085】
図２２に示すように、テトラモジュール１を第１のモジュールとして、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を接合させて相互に連結した２個のテトラモジュール１の相対向する頂上部８の相互を前記テトラモジュール１を形成するフレーム３の√２倍の長さ（約１．４倍の長さ）を有するフレーム３ａで連結して八面体状架構であるオクタモジュール（√２オクタモジュール１０と称する。）を形成した。
【0086】
図２３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倍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。
【0087】
フレーム３ａをテトラモジュール１に接合するには、前記ジョイント部材４と同様の接合片部５を有するジョイント部材を接合部材として用いればよい。
【0088】
また、フレーム３ａもフレーム３と同様に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。
【0089】
√２オクタモジュール１０によりフレーム３ａは、立体トラス構造物の内部に構成されるテトラモジュール１自体の内部の正四面体状架構領域に対して、相補的に形成される四角錐状トラス架構領域Ｂの底辺面である正方形枠Ａの角にたすき架けもしくは袈裟懸けに架け渡され、前述の周辺に梁を配置して相対回転を拘束するとか、接合部を溶接による剛接合として両端固定のトラス部材に置換せずともプレハブ化を可能にする。
【0090】
フレーム３ａは正方形枠Ａの中に並び、ブレース的な役割となる。
【0091】
図９にこの√２オクタモジュール１０により形成した本発明の盤状立体トラス構造を示す。
【0092】
前記変形四面体のテトラモジュール１１においてもフレーム３の√２倍の長さ（約１．４倍の長さ）を有するフレーム３ａで連結して八面体状架構であるオクタモジュール（√２オクタモジュール１０）を形成でき（図２８参照）、フレーム３ａは正方形枠Ａの中に並び、ブレース的な役割となる。
【産業上の利用可能性】
【0093】
本発明の盤状立体トラス構造は、土木構造物としては橋梁の床盤や人工地盤、作業構台の床など、建築構造物としては、建築の屋根・床・壁などをトラス構造で形成する場合、その他種々の構造物に適用が可能なものである。
【符号の説明】
【0094】
１…テトラモジュール ２…細長接合面
３、３ａ、３－１、３－２…フレーム
４…ジョイント部材
５…接合片部 ６…側板
７…平面 ８…頂上部
１０…オクタモジュール １１…変形四面体のテトラモジュール
３９…アルミニウムシート ４０、４１、４２…フランジ
Ａ、Ａ′…正方形枠 Ｂ…四角錘トラス
α…上弦材 β…下弦材
γ…斜材
Ｘ…上面 Ｙ…下面
Ｚ…側面 Ｎ…直方体状ブロック
Ｒ…平坦面
３、３ａ、３－１、３－２…フレーム
４…ジョイント部材
５…接合片部 ６…側板
７…平面 ８…頂上部
１０…オクタモジュール １１…変形四面体のテトラモジュール
３９…アルミニウムシート ４０、４１、４２…フランジ
Ａ、Ａ′…正方形枠 Ｂ…四角錘トラス
α…上弦材 β…下弦材
γ…斜材
Ｘ…上面 Ｙ…下面
Ｚ…側面 Ｎ…直方体状ブロック
Ｒ…平坦面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
