特開 2024-4221 傾斜面を有するトラス構造体およびそれに使用するテトラモジュール

(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】P2024004221

(43)【公開日】2024-01-16

(54)【発明の名称】傾斜面を有するトラス構造体およびそれに使用するテトラモジュール

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/32 20060101AFI20240109BHJP

   E04B 1/19 20060101ALI20240109BHJP

   E04C 3/17 20060101ALI20240109BHJP

   E04B 7/20 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

E04B1/32 101B

E04B1/19 A

E04C3/17

E04B7/20 521C

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022103763

(22)【出願日】2022-06-28

(71)【出願人】

【識別番号】523360212

【氏名又は名称】テトラモジュール株式会社

(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

【テーマコード（参考）】

2E163

【Ｆターム（参考）】

2E163FB32

(57)【要約】      （修正有）

【課題】傾斜面を形成することができる傾斜面を有するトラス構造体およびそれに使用するテトラモジュールを提供する。
【解決手段】テトラモジュールを内包する仮想的六面体ブロックの想定面の対角線上にフレームが位置するテトラモジュールを単位モジュールとし、このテトラモジュール同士を同じ長さの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て形成するトラス構造体において、テトラモジュールは、六面体ブロックがひし形側面、矩形の傾斜上下面、矩形の垂直前後面を形成するもので、六面体ブロックの向かい合う３組６本のフレームのうち、２組４本のフレームは正四面体を形成する場合のフレームと同一の長さであり、残る１組２本のフレームのうち１本のフレームはそれより短く、残り１本のフレームはそれより長くした正四面体でない変形四面体であり、この変形四面体のテトラモジュールの組合せでトラス構造体の上床面を傾斜面１３とした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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もので、フレームが内接する面により六面体のブロックを仮想できるテトラモジュールを単位モジュールとし、このテトラモジュール同士を同じ長さの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て形成するトラス構造体において、六面体のブロックの相対向する面のうち１組は平行四辺形、残りの２組は矩形であり、テトラモジュールを構成する６本のフレームのうち４本のフレームは正四面体を形成する場合のフレームと同一の長さであり、他の１本のフレームはそれより短く、残りの１本のフレームはそれより長くした正四面体でない変形四面体であり、この変形四面体のテトラモジュールの組合せでトラス構造体の上床面を傾斜面とすることを特徴とした傾斜面を有するトラス構造体。

【請求項2】

テトラモジュールは、フレームが内接する面により六面体のブロックを仮想できるもので、六面体のブロックが相対向する面のうち１組は平行四辺形、残りの２組は矩形であり、テトラモジュールを構成する６本のフレームのうち４本のフレームは正四面体を形成する場合のフレームと同一の長さであり、他の１本のフレームはそれより短く、残りの１本のフレームはそれより長くした正四面体でない変形四面体である傾斜面を有するトラス構造体に使用するテトラモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建物の屋根、太陽電池の設置架台、林業その他のモノレール用設置架台、索道など傾斜面を必要とする場合のトラス構造体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

トラス構造は、部材同士を三角形につなぎ合わせた構造形式であり、部材の両端がピン接合で三角形のため、外力を加えても軸力しか発生しない。

【0003】

例えば四角形に力を作用させると、四角形は力を受けて曲がってしまうが、一方、三角形は力に対して「曲がる」ではなく、「縮む」又は「伸びる」ような変形をする。「曲がる」という変形が起きる部材には、曲げモーメントが作用しているが、「縮む、伸びる」変形には軸力しか作用していない。

【0004】

同じ大きさの部材でも、曲げモーメントが作用する部材と、軸力のみ作用する部材では、後者が圧倒的に有利である。つまり、軸力のみ作用する部材は効率的な断面が選定できる。

【0005】

このようにして、トラス構造のメリットを下記に示すと、
・部材間には軸力しか作用しない。
・よって、細い部材で構造物を構成することが可能。
・大規模空間の屋根構造等にも適した構造形式である。
・軽快で細い部材で建築物を創ることができ、意匠的にも魅力がある。
ということが挙げられる。

【0006】

発明者は先に、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として、図１１に示すような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同士を相互に連結して立体トラス構造物を形成する発明を特許出願した。

【特許文献1】特願２０２１－１８８７７１号

【0007】

この特許文献１のテトラモジュール１はフレーム３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り、その用途に応じた部材強度のものを用いることができる。

【0008】

前記発明によれば、単位モジュールはブロック的に用いることができるもので、立体トラス構造の構築にプレハブ化が可能となる。

【0009】

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合わせるのに、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る。

【0010】

さらに、単位モジュール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として立体トラス構造物自体が堅牢なものとなる。

【0011】

もしくは、正四面体の稜線部分となるフレームを重ね合わせて斜材強度を得ることができるので、薄いフレームで単位モジュールを形成することができ、単位モジュール自体の軽量化を図ることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

前記テトラモジュール１で組み立てる立体トラス構造物は、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。

【0013】

例え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。

【0014】

しかし、建物の屋根、太陽電池の設置架台、林業その他のモノレール用設置架台、索道など傾斜面を必要とする場合のトラス構造体をテトラモジュールのみで組み立てることは出来なかった。

【0015】

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、トラス構造体をテトラモジュールで組み立てる場合に、傾斜面を形成することができる傾斜面を有するトラス構造体およびそれに使用するテトラモジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

前記目的を達成するため本発明は、傾斜面を有するトラス構造体としては、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もので、フレームが内接する面により六面体のブロックを仮想できるテトラモジュールを単位モジュールとし、このテトラモジュール同士を同じ長さの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て形成するトラス構造体において、六面体のブロックの相対向する面のうち１組は平行四辺形、残りの２組は矩形であり、テトラモジュールを構成する６本のフレームのうち４本のフレームは正四面体を形成する場合のフレームと同一の長さであり、他の１本のフレームはそれより短く、残りの１本のフレームはそれより長くした正四面体でない変形四面体であり、この変形四面体のテトラモジュールの組合せでトラス構造体の上床面を傾斜面とすることを要旨とするものである。

【0017】

トラス構造体に使用するテトラモジュールとしては、テトラモジュールは、フレームが内接する面により六面体のブロックを仮想できるもので、六面体のブロックが相対向する面のうち１組は平行四辺形、残りの２組は矩形であり、テトラモジュールを構成する６本のフレームのうち４本のフレームは正四面体を形成する場合のフレームと同一の長さであり、他の１本のフレームはそれより短く、残りの１本のフレームはそれより長く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。

【0018】

本発明によれば、フレームが内接する面により六面体のブロックを仮想した場合に、特許文献１のテトラモジュール１のフレームが内接する面により仮想される立方体の六面体のブロックに比べて、扁平な六面体のブロックとするものであり、扁平な六面体のブロックが相対向する面のうち1組は平行四辺形となることで、傾斜面が確保でき、このような六面体のブロックを並べることを想定して変形四面体のテトラモジュール１′を組んでトラス構造体を形成すれば、トラス構造体の上床面は傾斜面となる。

【0019】

なお、本発明のトラモジュールはトラス構造を形成するものとして、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たので、フレームを細長接合面を接合させてテトラモジュール同士を組み合わせることができる。

【0020】

さらに、テトラ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、２重となるので強度が増し、これがトラス構造の斜材の部分としてトラス構造自体が堅牢なものとなる。

【0021】

また、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。

【0022】

床の場合は、モジュール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は相互に重なり、２重となるので強度が増し、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の斜材の部分としてトラス構造自体が堅牢なものとなる。

【0023】

一方、テトラモジュールという構成要素は、レゴ（登録商標）ブロック的な積木の技術思想と、トラス構造という構造技術をドッキングさせることで、トラス構造のブロックを生み出したものであり、積木を重ねる感覚でテトラモジュールを組合せて、立体トラス構造の展開を図ることができる。

【0024】

本発明はレゴ（登録商標）ブロック的な積木の技術思想と、トラス構造という構造技術をドッキングさせることで、トラス構造を形成する六面体の仮想ブロックを生み出したものである。

【発明の効果】

【0025】

以上述べたように本発明の傾斜面を有するトラス構造体およびそれに使用するテトラモジュールは、トラス構造体をテトラモジュールで組み立てる場合に、傾斜面を形成することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の傾斜面を有するトラス構造体の1実施形態を示す側面図である。

【図2】本発明の傾斜面を有するトラス構造体の1実施形態を示す斜視図である。

【図3】本発明の傾斜面を有するトラス構造体の1実施形態を示す平面図である。

【図4】本発明の傾斜面を有するトラス構造体を建築の屋根に適用した場合の説明図である。

【図5】本発明の傾斜面を有するトラス構造体の平面図である。

【図6】本発明の傾斜面を有するトラス構造体に用いる変形四面体のテトラモジュールの説明図である。

【図7】変形四面体のテトラモジュールと正四面体テトラモジュールの接合状態を示す斜視図である。

【図8】変形四面体のテトラモジュールを示す斜視図である。

【図9】変形四面体のテトラモジュールを示す側面図である。

【図10】変形四面体のテトラモジュールの他の角度からの斜視図である。

【図11】正四面体テトラモジュールの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

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は本発明の傾斜面を有するトラス構造体の1実施形態を示す側面図、図２は同上斜視図で、図中１３は傾斜面、図１４は平坦面である。

【0028】

傾斜面１３を有するトラス構造体はテトラモジュール１′の組合せで形成するが、先に本発明のテトラモジュール１′について説明する。図６の左が本発明の変形四面体のテトラモジュール１′、右が正四面体のテトラモジュール１である。

【0029】

正四面体のテトラモジュール１は図１１に示すように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。

【0030】

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。

【0031】

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。このようなフレーム３の選択は後述のテトラモジュール１′も同様である。

【0032】

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。木の場合は間伐材を利用することで建築費用の低減が期待できる。

【0033】

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。

【0034】

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を有し、これら接合片部５は天板７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。

【0035】

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、図示は省略するがジョイント部材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。

【0036】

本発明のテトラモジュール１、１′はレゴ（登録商標）ブロック的な積木の技術思想と、トラス構造という構造技術をドッキングさせることで、トラス構造のブロックを生み出したものであり、フレーム３が内接する面により六面体のブロックを仮想できる。

【0037】

図６に示すように前記正四面体のテトラモジュール１はフレーム３が内接する面により六面体のブロックを仮想した場合に、すべての面が正方形面Ｒである立方体の六面体ブロック（Ｈ）となる。

【0038】

一方、テトラモジュール１′はかかる立方体の六面体ブロック（Ｈ）を扁平に変形させて、六面体のブロック（Ｉ）が相対向する面のうち１組（Ｘ，Ｘ）は平行四辺形（ひし形）、残りの組（Ｙ，Ｙ、Ｚ，Ｚ）は矩形(正方形)である。平行四辺形（ひし形）は一例として角度１２０°と６０°である。

【0039】

テトラモジュール１′はフレームが内接する面により六面体のブロックを仮想できるもので、六面体のブロックが相対向する面のうち１組は平行四辺形、残りの２組は矩形であり、テトラモジュールを構成する６本のフレームのうち４本のフレーム３（ａ）は正四面体を形成する場合のフレーム３と同一の長さであり、他の１本のフレーム３（ｃ）はそれより短く、残りの１本のフレーム３（ｂ）はそれより長くした正四面体でない変形四面体である

【0040】

一例としてテトラモジュール１′は正四面体のテトラモジュール１と比較した場合に、フレーム３（ａ）はテトラモジュール１のフレーム３と同一長さの１．０、フレーム３（ｂ）は１．２３、フレーム３（ｃ）は０．７１とするが、特にこれに限定するものではない。

【0041】

変形四面体であるテトラモジュール１′は長いフレーム（ｂ）が平行四辺形（ひし形）Ｘに角度６０°のコーナー間に架け渡されるように内接し、短いフレーム３（ｃ）が対向する平行四辺形（ひし形）Ｘに角度１２０°のコーナー間に架け渡されるように内接する。これによりフレーム３（ａ）は傾斜する面を構成するものとなり、これが連続することで傾斜面１３を有するトラス構造体が形成できる。

【0042】

図４は傾斜面１３により屋根１１を形成した建物の例であり、水平方向の盤状立体トラス構造が床１２を構成するもの、垂直方向の盤状立体トラス構造を壁１０を構成するものとした場合に、床１２はテトラモジュール１で、壁１０および屋根１１は変形四面体であるテトラモジュール１′で形成した。

【0043】

屋根１１は傾斜を有するものであるが、テトラモジュール１′は前記のように変形四面体であるテトラモジュール１′はこれを六面体ブロックとして見た場合にはひし形側面Ｘ、矩形の傾斜上下面Ｙ、矩形の垂直前後面Ｚの六面体にフレーム３が内接するものであり、このテトラモジュール１′を積上げてなる壁１０の盤状立体トラス構造の上端面も傾斜面であり、傾斜する屋根１１の接合が可能である。

【0044】

また、テトラモジュール１′を組み合わせて横および上下に積上げれば壁１０としても形成できる。

【0045】

なお、これらテトラモジュールの相互を接合し、かつ固定するには、細長接合面２を有するフレーム３、３（ａ）、フレーム３（ｂ）、フレーム３（ｃ）の相互をフレームの部分で固定して行う場合と、細長接合面２を有するフレーム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。

【0046】

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。壁１０、屋根１１および床１２は、前記テトラモジュール１で構成された盤状立体トラス構造とテトラモジュール1′で構成された盤状立体トラス構造との組み合わせにより傾斜のある盤状の立体トラス構造として組立てる。

【0047】

傾斜面１３を有するトラス構造体は、テトラモジュール１′同士の細長接合面２を有する同一の長さのフレーム３の相互を細長接合面２を接合させた結合の結果、図5に示すように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Ｂが構成される。

【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の相補的（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個稜線部分となる同一の長さのフレーム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の底辺面には正方形枠が形成される場合の一例である。

【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。

【符号の説明】

【0052】

１、１′…テトラモジュール ２…細長接合面
３…フレーム ４…ジョイント部材
５…接合片部 ６…側板
７…天板
１０…壁 １１…屋根
１２…床 １３…傾斜面
１４…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】