JP4552129B2 - Tense grid structure - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば大規模施設における屋根架構等に適用して好適なテンセグリッド構造に関する。 The present invention relates to a tense grid structure suitable for application to, for example, a roof frame in a large-scale facility.
テンセグリッド構造は特許文献1に示されているように一種の張弦トラス構造であって、図3に示すようなグリッドユニットA(テンセグリティーとも称される)を構成要素としてそれを多数連結した形態の架構を構成するものである。
The tense grid structure is a kind of stringed truss structure as shown in
すなわち、テンセグリッド構造における構成要素としてのグリッドユニットAは、図3に示すように鋼管や鋼棒等による4本のグリッド材1を枠状(図示例では正方形状)に組んでフレーム体2を形成し、そのフレーム体2の内側に同じく鋼管や鋼棒等による束材3をフレーム体2により形成される面(図示例では平面)に交差するように配し、束材3の両端とフレーム体2の各頂点との間にそれぞれケーブルからなる全8本の斜材4を所定張力で張設してなるものである。
That is, as shown in FIG. 3, the grid unit A as a constituent element in the tense grid structure is composed of four
そして、図4に示すように、多数のグリッドユニットAを組み合わせて各フレーム体2の頂点どうしを互いに連結することで単層のグリッドフレームBを構成するとともに、隣接するグリッドユニットAの束材3の上端部どうしおよび下端部どうしをそれぞれ所定張力を付与したケーブルからなる弦材5により連結することにより、単層のグリッドフレームB全体が弦材5によって支持されて安定なテンセグリッド構造が構成されるものである。このようなテンセグリッド構造は十分に軽量でありながら大スパンが可能であり、しかも自己釣合型で自ずと十分に安定な架構であることから、たとえばスタジアムや体育館のような大規模施設の屋根架構に適用して好適なものである。
Then, as shown in FIG. 4, a single-layer grid frame B is formed by combining a large number of grid units A and connecting the vertices of the
ところで、上記のテンセグリッド構造は基本的に単層で軽量な架構であることから、地震力や風力等の外力を受けた際には多少なりとも変形し振動することは不可避であり、特に大スパンになるほど変形や振動が生じ易くなるので、所望の変形性能や耐震性能を確保するためには各部材の断面を大きくしたり、あるいは高強度材料を使用することによってグリッドフレームBを十分に高剛性化し、それにより耐荷能力と変形能力を確保する設計とすることが通常である。また、この種の架構に免震装置やダンパー装置等を組み込んで振動を制御し減衰させることも検討され、たとえば特許文献2には上記のグリッドユニットAにおける束材3にTMDユニット等のダンパー(チューンド・マス・ダンパー)を組み込むというものが提案されている。
しかし、この種のテンセグリッド構造においては、部材の断面や強度の設計のみで架構全体を高剛性化することは必ずしも容易ではないばかりでなく、そのようなことは本来の利点である軽量性が損なわれ、またコスト的にも不利であるので好ましいことではない。また、TMDダンパー等の特殊装置を用いることも著しいコスト増が不可避であるので現実的ではない。 However, in this type of tense grid structure, it is not always easy to increase the rigidity of the entire frame only by designing the cross-section and strength of the members. It is not preferable because it is damaged and disadvantageous in terms of cost. In addition, it is not practical to use a special device such as a TMD damper because a significant increase in cost is inevitable.
上記事情に鑑み、本発明は本来の軽量性を犠牲にすることなく振動特性と耐震性能を低コストで向上させることのできる有効なテンセグリッド構造を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an effective tense grid structure capable of improving vibration characteristics and seismic performance at a low cost without sacrificing the original lightness.
請求項1の発明は、グリッド材を枠状に組んでなるフレーム体の内側に該フレーム体により形成される面に交差するように束材を配して、該束材の両端と前記フレーム体の各頂点との間にケーブルからなる斜材を張設してなるグリッドユニットを構成要素とし、該グリッドユニットのフレーム体の頂点どうしを互いに連結して単層のグリッドフレームを構成するとともに、隣接するグリッドユニットの束材どうしをケーブルからなる弦材により連結して該弦材に張力を付与してなるテンセグリッド構造であって、前記グリッドフレームの要所における弦材としてのケーブルに代えて、該グリッドフレームが地震力や風力等の外力を受けて変形した際に塑性化してその外力を塑性歪エネルギーとして吸収する減衰部材を用い、該減衰部材を前記グリッドフレームにより形成される面と交差しないように配置してなることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a bundle member is arranged inside a frame body formed by assembling grid members in a frame shape so as to intersect a surface formed by the frame body , and both ends of the bundle member and the frame body A grid unit in which a diagonal member made of a cable is stretched between each vertex of the grid unit is used as a constituent element, and the vertexes of the frame body of the grid unit are connected to each other to form a single-layer grid frame and adjacent to each other. A tense grid structure in which the grid unit bundle members are connected by a string member made of a cable and tension is applied to the string member, and instead of a cable as a string member at a key point of the grid frame, using a damping member in which the grid frame to absorb the external force as plastic strain energy by plasticized when deformed by an external force, such as seismic forces and wind, the said damping member And characterized by being arranged so as not to intersect the plane formed by the lid frame.
請求項2の発明は、請求項1の発明のテンセグリッド構造であって、減衰部材として小断面の鋼棒を用いてなることを特徴とする。
The invention of
請求項3の発明は、請求項1または2の発明のテンセグリッド構造であって、グリッドフレームをアーチ形状とし、該グリッドフレームのピン支持部または外力により形成されるヒンジ部に減衰部材を設けてなることを特徴とする。
The invention of claim 3 is the tense grid structure of the invention of
本発明によれば、従来一般のテンセグリッド構造における弦材としてのケーブルの一部を減衰部材に置換することのみで、その減衰部材を制震ダンパーとして機能させることができ、それにより架構全体の変形性能と耐震性能を自ずと向上させることができる。 According to the present invention, the damping member can be made to function as a vibration damping damper only by replacing a part of the cable as a string member in the conventional general tense grid structure with the damping member. Deformation performance and seismic performance can be improved naturally.
また、減衰部材としては単なる小断面の鋼棒が好適に採用可能であり、それを採用すればコスト増は無視できる程度であり、耐震性能に優れたテンセグリッド構造を最も経済的に実現することが可能である。 In addition, a steel bar with a small cross section can be suitably used as the damping member, and if it is used, the cost increase is negligible, and the tense grid structure with excellent seismic performance is most economically realized. Is possible.
さらに、本発明をアーチ架構に適用してそのピン支持部やヒンジ部に減衰部材を設けることにより、アーチ架構全体に対する減衰効果が最も効率的に得られる。 Furthermore, by applying the present invention to an arch frame and providing a damping member at the pin support portion or hinge portion, the damping effect on the entire arch frame can be obtained most efficiently.
本発明のテンセグリッド構造の一実施形態を図1〜図2に示す。これは図4に示した従来のテンセグリッド構造を3ヒンジアーチに適用した場合の一例を示すものである。 One embodiment of the tense grid structure of the present invention is shown in FIGS. This shows an example in which the conventional tense grid structure shown in FIG. 4 is applied to a three-hinge arch.
本実施形態のテンセグリッド構造は、図3に示したグリッドユニットAを構成要素として、それを図4に示したように多数連結して単層のグリッドフレームBを構成するともに、隣接しているグリッドユニットAどうしをケーブルからなる弦材5により連結したことを基本とし、それにより図1に示すように両端部と頂部とを実質的にピン支承とした3ヒンジアーチ架構を構成したものであるが、図1に示しているようにその頂部に設ける弦材5としてはケーブルに代えて減衰性能を有する減衰部材6を用い、その減衰部材6をグリッドフレームBにより形成される面(図示例ではアーチ状の曲面)と交差しないように配置することとしており、しかもその減衰部材6としては単なる小断面の鋼棒を採用しているものである。
In the tense grid structure of the present embodiment, the grid unit A shown in FIG. 3 is used as a component, and a large number of them are connected as shown in FIG. Although the grid units A are basically connected to each other by a
上記の減衰部材6としての鋼棒は、通常時は他の弦材5としてのケーブルと同様にグリッドユニットAどうしを連結し得る引張強度を有するものであるが、グリッドフレームBが想定規模の地震力や風力等の外力を受けて変形ないし振動した際にはその外力によって減衰部材6が自ずと塑性化するように設計されており、その際には減衰部材6の塑性化による塑性歪エネルギーによって外力を有効に吸収してグリッドフレームBに対する制震効果を発揮するものである。すなわち、減衰部材6としての鋼棒は図2に示すように通常の鋼材ダンパーと同様の復元力特性を示すものであって、地震時や強風時には十分なエネルギー吸収効果を発揮し得るものである。
The steel rod as the
したがって本実施形態のテンセグリッド構造によれば、従来一般のテンセグリッド構造における弦材5としてのケーブルの一部を単なる小断面の鋼棒からなる減衰部材6に置換することのみで、その減衰部材6を制震ダンパー(鋼材ダンパー)として有効に機能させることができるものであり、それにより架構全体の変形性能と耐震性能を自ずと向上させることができる。勿論、減衰部材6としての鋼棒は安価な建設資材であるし、それをケーブルに代えて弦材5として設置することも何等困難ではないから、そのために要するコスト増は無視できる程度であり、従来のように部材の断面や強度を高めることでグリッドフレームBを高剛性化する場合のように軽量性が損なわれることはなく、またTMD等の特殊な減衰装置を組み込む場合のように大幅なコスト増となることもなく、耐震性能に優れたテンセグリッド構造を経済的に構築することが可能である。
Therefore, according to the tense grid structure of the present embodiment, the damping member can be obtained simply by replacing a part of the cable as the
なお、上記実施形態のテンセグリッド構造は3ヒンジアーチ架構への適用例であるので、減衰部材6の設置位置をヒンジ部となる頂部に設定し、それにより架構全体に対する減衰効果が最も効率的に得られるものとなっているが、減衰部材6の設置位置は架構全体の形態や規模に応じて所望の減衰効果が得られるように最適位置に設定すれば良く、必要に応じて複数箇所に分散設置することでも良い。勿論、本発明のテンセグリッド構造による架構の形態は3ヒンジアーチに限るものではなく、様々な形態、規模、用途の架構に広く適用できるものである。
In addition, since the tense grid structure of the said embodiment is an application example to a 3 hinge arch frame, the installation position of the
また、上記実施形態では減衰部材6として単なる小断面の鋼棒を用いたが、減衰部材6としては通常時においては弦材5として必要とされる所定の引張強度を有しつつ、想定される地震時や強風時には所望の減衰性能を発揮し得るものであれば良く、その限りにおいて鋼棒に限らず他の素材や形態の部材を採用することも妨げるものではない。
Further, in the above embodiment, a steel bar having a small cross section is used as the
A グリッドユニット
B グリッドフレーム
1 グリッド材
2 フレーム体
3 束材
4 斜材(ケーブル)
5 弦材(ケーブル)
6 減衰部材(鋼棒)
A Grid unit
5 String material (cable)
6 Damping member (steel bar)
Claims (3)
該グリッドユニットのフレーム体の頂点どうしを互いに連結して単層のグリッドフレームを構成するとともに、隣接するグリッドユニットの束材どうしをケーブルからなる弦材により連結して該弦材に張力を付与してなるテンセグリッド構造であって、
前記グリッドフレームの要所における弦材としてのケーブルに代えて、該グリッドフレームが地震力や風力等の外力を受けて変形した際に塑性化してその外力を塑性歪エネルギーとして吸収する減衰部材を用い、該減衰部材を前記グリッドフレームにより形成される面と交差しないように配置してなることを特徴とするテンセグリッド構造。 A bundle member is arranged inside a frame body made of a grid material in a frame shape so as to intersect a surface formed by the frame body, and between the both ends of the bundle member and each vertex of the frame body A grid unit formed by stretching diagonal members made of cables is a component,
The vertices of the frame body of the grid unit are connected to each other to form a single-layer grid frame, and bundles of adjacent grid units are connected to each other by a string material made of cable to apply tension to the string material. Tense grid structure
Instead of a cable as a chord material at the main point of the grid frame, a damping member that plasticizes when the grid frame is deformed by receiving external force such as seismic force or wind force and absorbs the external force as plastic strain energy is used. The tense grid structure is characterized in that the damping member is arranged so as not to intersect the surface formed by the grid frame .
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