JP7828064B2 - 立体トラス構造物及びそれに用いるモジュール - Google Patents

Description

本発明は、立体トラス構造物及びそれに用いるモジュールに関する。

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。

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３２、図３３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。（特願２０２１－１８８７７１号）

なお、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。

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。

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あわせるのに、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。

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。

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。

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、図３２に示すようにテトラモジュール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な四角錐状トラス架構領域Ｂが構成される。

図３４に示すようにテトラモジュール１を頂点を一点に集めるように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、ここに相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂが形成される。

この相補的な四角錐状トラス架構領域Ｂについて、さらに説明すると、正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Ｂの底辺面の正方形枠Ａが形成される。

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。

図３４に示すような四角錐状トラス架構は盤状トラス構造物を形成する場合にテトラモジュール１の相互に回転が生じると四角錐状トラス架構領域の底辺面である正方形枠に変形を生じる不安定構造となるおそれがある。

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。

一方、経年変化や地震等の力が加わり、曲げや劣化を生じて前記の立体トラス構造物の補修を行う必要がある場合、下記２つの方法が考えられる。

その１つはテトラモジュール１を構成する細長接合面２を有するフレーム３を１本ずつ入れ替えて、立体トラス構造物の内部でテトラモジュール１を作り直す方法である。他の１つは補修を必要とするテトラモジュール１を取り除き、新しいテトラモジュール１と入れ替える方法である。

前者に比べて後者は手間と時間を短縮でき、工事の安全性が高いものであるが、それでも、テトラモジュール１を一つずつ嵌め込む作業が面倒である。

本発明の目的前記従来例の不都合を解消し、立体トラス構造物を正四面体状架構のテトラモジュールで組み立てる場合に、四角錐領域を有するトラス構造の強度と剛性を向上でき、さらに、構築されたトラス構造物のモジュールの入れ替え補修も簡単に行え、作業の効率を上げることができる立体トラス構造物及びそれに用いるモジュールを提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、立体トラス構造物として、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の端部を連結してなる正四面体状架構のテトラモジュールで組み立てる立体トラス構造物であり、接合する２個のテトラモジュールの相対向する頂上部にテトラモジュールを構成するフレームの√２倍の長さを有するフレームを架設したモジュールを組み入れたことを要旨とするものである。

請求項１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の端部を連結してなる正四面体状架構のテトラモジュールで組み立てる立体トラス構造物なので、モジュールを立体トラス構造物を構築するように組みあわせるのに、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、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、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、しかもモジュールのみの組みあわせで形成できるので、プレハブ化が向上する。

さらに、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。

また、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多層の安定した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。

必要なモジュール空間の数に応じてビニールハウス、ロッジ、シェルター等の小規模な組立式構造物からビルディング等の大規模構造物まで様々なモジュール空間構造物への適用が可能である。

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。

正四面体状架構であるテトラモジュールを２個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と、この細長接合面が重なるフレームは斜材となり、一方、他のフレームは細長接合面を外側に向けて水平または垂直にかつ直交方向に並ぶ。これがさらに組み合わさると立体トラス構造物の内部に相補的な四角錐状トラス架構領域が構成され、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。

さらに、前記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対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、構造の不安定性となる正方形が排除されるので、強度・剛性に富むものとなる。

請求項２記載の本発明は、√２倍の長さを有するフレームは、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の底辺面である正方形枠の角に架け渡されることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、相補的に形成される四角錐状トラス架構領域の底辺面である正方形枠の対角に架け渡される√２倍の長さを有するフレームは、２個のテトラモジュール相互を連結する連結部材であり、この２個のテトラモジュール相互を連結するモジュールを１つのモジュールとして立体トラス構造物を組むことで、√２倍の長さを有するフレームを別途あとから立体トラス構造物に付加することなく配置することができ、立体トラス構造物構築のプレハブ化を実現できる。

請求項３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を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て立体トラス構造物を形成する場合において、形成した立体トラス構造物の２個分のテトラモジュールを当該テトラモジュール２個を相互に連結し、互いに平行な√２倍の長さを有するフレームを追加してなる八面体状架構であるオクタモジュールで入れ替えることを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、経年変化や地震等の力が加わり、曲げや劣化を生じて前記の立体トラス構造物の補修を行う必要がある場合、テトラモジュールを２個まとめて入れ替えることができ、作業の効率を上げることができる。

請求項４記載の本発明は、立体トラス構造物に用いるモジュールとして、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を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個のテトラモジュールの相対向する頂上部相互を前記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したことを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、図２９に示すようにテトラモジュール１を相互に接合する場合において、テトラモジュール１のＡ，Ｂが接合箇所の回転軸Ｘを中心に左右に回転する動きを生じた場合に、フレーム３ａは接合する２個のテトラモジュール１同士の回転を阻止する部材となる。

また、図２９においてフレーム３ａがあることでＯＰＱＲが４面体を形成することになる。

そして、モジュール自体が強化されたことに加えて、さらに、前記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、構造の不安定性となる正方形が排除されるので、強度・剛性に富むものとなる。

このように、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を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て立体トラス構造物を形成する場合において、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対角に前記フレームの√２倍の長さを有するフレームを架け渡すことができるモジュールであり、強度・剛性に富む立体トラス構造物を形成することができるものである。

以上述べたように本発明の立体トラス構造物及びそれに用いるモジュールは、トラス構造物を形成するのに、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可能となり、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上に、四角錐領域を有するトラス構造の強度と剛性を向上でき、さらに、構築されたトラス構造物の補修もテトラモジュールを２個まとめて入れ替えることができ、作業の効率を上げることができるものである。

本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、√２オクタモジュールを２つ平行に組み合わせた正面方向からの斜視図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、√２オクタモジュールを２つ平行に組み合わせた背面方向からの斜視図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、図1、図２のものにさらに左右に√２オクタモジュールを追加した場合の背面方向からの斜視図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、図３に示すトラス構造物を最小限単位にして横方向に進展させたトラス構造物の斜視図である。 本発明の立体トラス構造物の１実施形態を示すもので、図４のように組まれた盤状のトラス構造物をさらに進展させたトラス構造物の斜視図である。 本発明の立体トラス構造物の１実施形態を示すもので、√２オクタモジュールを直交方向に組み合わせたものを最小限単位として展開させたトラス構造物の斜視図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、√２オクタモジュールを縦、横に並進させるように展開させたトラス構造物の正面図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、４個の√２オクタモジュールからなる並進によるトラス構造物を形成する最小限の構造単位の1例を示す正面図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、４個の√２オクタモジュールからなる並進によるトラス構造物を形成する最小限の構造単位の1例を示す斜視図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、４個の√２オクタモジュールからなる並進によるトラス構造物を形成する最小限の構造単位を縦、横に並進させるように展開させたトラス構造物の斜視図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、３個の√２オクタモジュールからなる３回回転対称によるトラス構造物を形成する最小限の鏡像の構造単位（左勝手と右勝手の構造単位）を示す正面図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、３個の√２オクタモジュールからなる３回回転対称によるトラス構造物を形成する最小限の鏡像の構造単位（左勝手と右勝手の構造単位）を示す斜視図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、図９に示す√２オクタモジュールからなる３回回転対称によるトラス構造を形成する最小限の左勝手と右勝手の鏡像の構造単位を両方組み合わせて√２のフレームがすべての８面体内部に自動的に形成される場合のトラス構造物の１例を示す正面図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、図１１に示す３個の√２オクタモジュールからなる３回回転対称によるトラス構造を形成する最小限の右勝手の構造単位を中心にして左勝手の構造単位が６個が配置された場合のトラス構造物の斜視図である。 本発明の立体トラス構造物に用いるテトラモジュールの斜視図である。 本発明の立体トラス構造物に用いるテトラモジュールの平面図である。 正四面体の説明図である。 正四面体の中心と頂点の関係を示す説明図である。 テトラモジュールの細長接合面を有するフレームをアングル材で作成した例を示す斜視図である。 テトラモジュールの細長接合面を有するフレームをＨ形鋼で形成した例を示す斜視図である。 テトラモジュールの細長接合面を有するフレームをチャンネル材で作成した例を示す斜視図である。 本発明の立体トラス構造物に用いるテトラモジュールに使用するジョイント部材の一例を示す正面図である。 本発明の立体トラス構造物に用いるテトラモジュールに使用するジョイント部材の一例を示す斜視図である。 ジョイント部材相互の結合を示す説明図である。 細長接合面を有するフレームに対するジョイント部材の接合を示す説明図である。 本発明の立体トラス構造物に用いる√２オクタモジュールの斜視図である。 本発明の立体トラス構造物に用いる√２オクタモジュールの他の角度からの斜視図である。 本発明の立体トラス構造物に用いる√２オクタモジュールの組立を示す斜視図である。 本発明の立体トラス構造物に用いる√２オクタモジュールの説明図である。 本発明の立体トラス構造物に用いる√２オクタモジュールのジョイント部材の斜視図である。 本発明の立体トラス構造物に用いる√２オクタモジュール相互の組立に使用するジョイント部材の斜視図である。 テトラモジュールで組んだ立体トラス構造物の平面図である。 テトラモジュールで組んだ立体トラス構造物の斜視図である。 骨組構造でテトラモジュールの場合に、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。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、テトラモジュールで組んだ立体トラス構造物の一部を√２オクタモジュールで置き換える場合の斜視図である。 本発明の立体トラス構造物の1実施形態を示すもので、テトラモジュールで組んだ立体トラス構造物の一部を√２オクタモジュールで置き換える場合の平面図である。 本発明の立体トラス構造物に用いる√２オクタモジュールで√２倍の長さを有するフレーム同士で接合できる例を示す接合前の斜視図である。 本発明の立体トラス構造物に用いる√２オクタモジュールで√２倍の長さを有するフレーム同士で接合できる例を示す接合後の斜視図である。

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。先に本発明で使用するモジュールについて説明すると、図１５、図１６に示すように正四面体であるテトラモジュール１と、図２６に示すように、テトラモジュール１を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個のテトラモジュールの相対向する頂上部相互を前記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の第２のモジュールがある。（この第２のモジュールは以下√２オクタモジュール１５と称する。）

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とは、テトラモジュールを形成するフレームが１であるとして、その長さが√２であるということである。

また、ここでモジュールと称するのは、トラス構造物を構築するのにブロックとして組み合わせる単位体のことであり、このモジュールはブレハブとして予め作製しておき、これを組み合わせて構造物を構築する意味である。

テトラモジュール１は正四面体であり、正四面体は図１７に示すように、正三角形の３つの面Ａからなるもので、４つの頂点Ｂと６つの辺Ｃを有する。さらに、図１８に示すように、正４面体の中心Ｄと正４面体の頂点Ｂを結ぶ線Ｅの相互の角度が１０９．５度である。

フレーム３の細長接合面２は正４面体の辺Ｃ（稜線）を平面的に削り取った面であり、その平面のなす角度は正４面体の中心Ｄに対して細長接合面２の幅方向では傾きのないものである。また、細長接合面２の幅寸は前記削り取った程度によるが、特に限定されるものではない。

図１５、図１６のテトラモジュール１は、正四面体であるが、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。

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。

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、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。

図１９にフレーム３をアングル材１１で作成した例を、図２０にＨ形鋼１３で形成した例を、図２１にチャンネル材１４で作成した例を示す。

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。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。

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。

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の一例を図２２、図２３、図２４に示すと、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３つ平面視で相互に１２０°の開きで展開し、これら接合片部５は天板もしくは側板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。

なお、単位モジュールであるテトラモジュール１の相互の接合に支障をきたさないように、長方形細長接合面２の端面はジョイント部材４の天井部には覆い被さらないようにし、ジョイント部材４の天井部７は正三角形の開口面とするとか、図示のように平面視略正三角形状（六角形状）の天板とする。この天井部７の各（辺）縁に接合片部５の端部や側板６が連続的に接続している。

図示は省略するが、ジョイント部材４の天井部７を天板で構成する場合は、その中央部にボルト接合用の貫通孔を設けてもよい。

また、ジョイント部材４は図２１に示すように、複数個（図示では４個）を溶接やその他の手段で結合させて全体を大きな塊とすることもできる。

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。

図２５に内側（ａ参照）で接合する場合と、外側（ｂ参照）で接合する場合の両方の接合例を示す。

なお、接合片部５が細長接合面２を有するフレーム３の外側で接合する場合は細長接合面２に対してジョイント部材４の接合片部５は突出しないように面一を同じくすれば、ジョイント部材４の存在が細長接合面２を有するフレーム３同士の重ね合わせ接合に邪魔になることはない。

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。

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。

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。

√２オクタモジュール１５は、図２６～図２８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である。

フレーム３ａをテトラモジュール１に接合するには、図３０に示すように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４′を接合部材として用いればよい。

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。

さらに、√２オクタモジュール１５同士を組む場合にも図３０に示すように、前記ジョイント部材４′をもって組立てトラス構造物を形成することができる。

次にかかるテトラモジュール１および√２オクタモジュール１５により立体トラス構造物を形成することについて説明する。

テトラモジュール１と√２オクタモジュール１５の２つのモジュールで立体トラス構造物を形成する方法には、√２オクタモジュール１５を主たるモジュールとして使用する方法と、√２オクタモジュール１５にテトラモジュール１を連結していく方法があるが、いずれにせよ、√２オクタモジュール１５同士を連結する場合もテトラモジュール１同士を連結する場合と同じく、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で接合させて行うことは同一である。

前記のように√２オクタモジュール１５は２個のテトラモジュール１を√２倍の長さを有するフレーム３ａで連結してなるが、この√２オクタモジュール１５を構成するテトラモジュール１を２個とも接合するようにして、２個の√２オクタモジュール１５を相互に接合すると、図１、図２に示すようにフレーム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る。

図示の実施例ではフレーム３ａは正方形枠Ａの中に平行に並び、ブレース的な役割となる。

図３は前記図１、図２に示す状態からさらに√２オクタモジュール１５を左右につぎ足すように展開したものであり、つぎ足す√２オクタモジュール１５と図１、図２に示す構造体とで四角錐状トラス架構領域Ｂの底辺面である正方形枠Ａが構成されるが、つぎ足す√２オクタモジュール１５のフレーム３ａがこの正方形枠Ａの対角にたすき架けされる。

図４は図３に示す構造体を横方法に並進させるように展開させたものであるが、この場合は三角形化された相補的な四角錐領域が自動形成されるが、上面、下面とも総三角形化されない相補的な四角錐領域が周期的に残る。

図５は図４のように組まれた盤状のトラス構造物をさらに進展させたトラス構造物を斜めから見たもので、フレーム３ａが平行に並んで配置される正方形枠Ａの列に対して配置されない正方形枠Ａ′が互い違いとなっている。

図６は、前記√２オクタモジュール１５を相互に直角方向に組み合わせたものを１グループとして、これを横に並進させて列を構成し、さらにその列を並進させたものである。２個の√２オクタモジュール１５が最小限の構造単位となっている。

この図６の例ではトラス構造は完全に総三角形化された相補的な四面体領域を形成する。

図７は√２オクタモジュール１５を縦、横に並進させるように展開させたものである。この場合もトラス構造は完全に総三角形化された相補的な四面体領域を形成する。

なお、図６、図７に示す盤状トラス構造物において、周囲に形成されるギザギザ空間に単１のテトラモジュール１を嵌め込むことでギザギザを無くすことができる。

図８、√２オクタモジュール１５からなる並進のトラス構造を形成する最小限の構造単位を示すもので、図８では４個の√２オクタモジュール１５が接合して２本のフレーム３ａが平行に形成され最初の上下ふたつの相補的な４面体の領域が形成される。

図１０に、図８に示した最小限の構造単位のみを進展させて盤状に平面充填したトラス構造物を示す。

図１１、図１２に示す３個の√２オクタモジュール１５からなる３回回転対称による最小限の構造単位を左勝手と右勝手の鏡像の構造単位に形成し、それぞれ相補的な４面体領域が上下に形成される。上下に形成される相補的な２個の４面体を含む８面体領域で３個の√２オクタモジュール１５の３本のフレーム３ａは互いに接合し、互いに直交する。

図１３では、図１１に示す３個の√２オクタモジュール１５からなる３回回転対称による最小限の構造単位（左と右の構造単位）を同時に使用することによって、√２のフレーム３aが少なくとも１本以上、すべての８面体領域内部に自動的に配置される。

図１４では、前記鏡像の構造単位（左と右の構造単位）を同時に組み合わせる場合は、「右勝手の構造単位」を中心にして、周囲の６個の「左勝手の構造単位」が回転対称によって配置される。上面、下面ともに総三角形化されると同時に、すべての正八面体領域内部が、√２のフレームが少なくとも１本以上、最大３本配置されるので、√２オクタモジュール１５のみによって、盤状に平面充填された最強のオクテットトラスが形成可能である。

次に√２オクタモジュール１５をテトラモジュール１で組まれたトラス構造物の補修・補強に使用する場合について説明する。

前記図２９，図３０に示すようなテトラモジュール１で組まれたトラス構造物があるとして、その１部を補修もしくは補強する場合に、形成した立体トラス構え造物の２個分のテトラモジュール１を√２オクタモジュール１５で置き換えることができる。（図３５、図３６）

前記のように√２オクタモジュール１５はテトラモジュール１を２個接合したものであり、既設の立体トラス構造物の傷んだ部分の２個のテトラモジュール１を取り外して、ここに√２オクタモジュール１５を嵌め込む。

もしくは既設の立体トラス構造物の増補用として周辺に√２オクタモジュール１５を追加する。

このように√２オクタモジュール１５を組み込むことにより√２オクタモジュール１５の有するフレーム３ａが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の角にたすき架けされ、構造の強度も増加する。

また、経年変化や地震等の力が加わり、曲げや劣化を生じて前記の立体トラス構造物の補修を行う必要がある場合、テトラモジュールを２個まとめて入れ替えることができ、作業の効率を上げることができる。

前記√２オクタモジュール１５はこれを相互に組む場合に、図３７，図３８に示すようにフレーム３ａ同士を重ねて、このフレーム３ａで連結して組むことも可能である。

この場合、√２オクタモジュール１５はフレーム３ａをアングル材で形成し、かつ、２個のテトラモジュールの相対向する頂上部の相互を連結するのに外側に位置させた。

このようにすれば、√２オクタモジュール１５を並べて組むのに、重合するフレーム３ａ同士で固定できる。

このようにして、フレーム３ａを相互に連結させることで四角錐の１／２領域である四面体が２個結合した状態となり、相補的な四角錐が自動生成されることと相補的な四角錐の１／２領域である四面体が自動生成されることと比較すると、八面体モジュールの２個の四面体領域ＯＰＱＲ（図１９参照）が、√２Ｌ材によって四面体が相互に「二重結合」する機能を形成できる。

√２オクタモジュール１５の八面体モジュールに内包された四面体領域ＯＰＱＲは、正四面体モジュール２個と違って、八面体モジュールから分離できない四面体領域を形成している。稜線部のストラットの相互接合で連続していく正四面体モジュールと同様に、√２Ｌ材の相互の連結によって力学的安定性をトラス構造全体に形成することができる。

また、図１３に示すように、３本のフレーム３ａを互いに直交させて盤状トラス構造を形成して、４個の四面体領域ＯＰＱＲは正八面体を形成し、最強のオクテットトラスを形成できる。

１…テトラモジュール ２…細長接合面
３、３ａ…フレーム ４、４′…ジョイント部材
５…接合片部 ６…側板
７…天井部 ８…頂上部
１１…アングル材 １３…Ｈ形鋼
１４…チャンネル材 １５…√２オクタモジュール
Ａ…正方形枠 Ｂ…四角錐状トラス架構領域
Ｃ…正八面体状架構領域 Ｄ…正四面体状架構領域
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ…正方形枠の一部

Claims (4)

1. 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の端部を連結してなる正四面体状架構のテトラモジュールで組み立てる立体トラス構造物であり、接合する２個のテトラモジュールの相対向する頂上部にテトラモジュールを構成するフレームの√２倍の長さを有するフレームを架設したモジュールを組み入れたことを特徴とする立体トラス構造物。
2. √２倍の長さを有するフレームは、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の底辺面である正方形枠の角に架け渡される請求項1記載の立体トラス構造物。
3. 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を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て立体トラス構造物を形成する場合において、形成した立体トラス構造物の２個分のテトラモジュールを当該テトラモジュール２個を相互に連結し、互いに平行な√２倍の長さを有するフレームを追加してなる八面体状架構であるオクタモジュールで入れ替えることを特徴とする立体トラス構造物。
4. 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を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個のテトラモジュールの相対向する頂上部相互を前記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したことを特徴とする立体トラス構造物に用いるモジュール。