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発明の名称 構造物における自由曲面形成構法および自由曲面形成用パネル
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−207544(P2001−207544A)
公開日 平成13年8月3日(2001.8.3)
出願番号 特願2000−20698(P2000−20698)
出願日 平成12年1月28日(2000.1.28)
代理人 【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 (外3名)
【テーマコード(参考)】
2E162
【Fターム(参考)】
2E162 BA03 BB10 CB08 CB15 
発明者 小野 正 / 松本 信二 / 杉崎 健一 / 難波 治之 / 内山 協一 / 瀬尾 文彰 / 前田 利民
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 構造物の屋根や壁等の面状要素を自由曲面として形成する際に適用する構法であって、目的とする自由曲面を多数の小区画に分割してそれら小区画のそれぞれに対応するパネルを製作し、それらパネルどうしを所望角度を以て多数連結することで目的とする自由曲面に実質的に合致する疑似曲面を形成することを特徴とする構造物における自由曲面形成構法。
【請求項2】 前記パネルの各辺にフックを設けて、該フックを連結部材に対して連結角度調節自在に係合せしめることで、それらパネルどうしを所望角度を以て連結することを特徴とする請求項1記載の構造物における自由曲面形成構法。
【請求項3】 前記パネルとして三角形平板状のパネルを用いることを特徴とする請求項1または2記載の構造物における自由曲面形成構法。
【請求項4】 構造物の屋根や壁等の面状要素を自由曲面として形成する際に用いるパネルであって、平板状のパネル本体の各辺にフックを設けてなり、該フックを連結部材に対して連結角度調節自在に係合せしめることで該連結部材を介して相互に所望角度を以て連結可能に構成されてなることを特徴とする構造物における自由曲面形成用パネル。
【請求項5】 前記パネル本体の平面形状が三角形であることを特徴とする請求項4記載の構造物における自由曲面形成用パネル。
【請求項6】 前記パネル本体は、ハニカム材を芯材としてその表面に面板を取り付けたハニカムパネルからなることを特徴とする請求項4または5記載の構造物における自由曲面形成用パネル。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の屋根や壁等の面状要素を自由曲面として形成するための構法およびそれに用いるパネルに関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、近代建築は柱や梁等の単純な直線部材と屋根、床、壁等の単純な平面部材とを組み合わせて構築され、全体として単純な直方体の形態とされるものが殆どである。勿論、特殊な建物において一部に曲面を使用するものもあり、ガウディの建築のように自由曲面を多用したものもあるが、その施工はたとえば彫刻の製作のような手仕事ないし職人芸によるものであって、施工生産性を重要視せざるを得ない工業的手法による施工は著しく困難であることから自由曲面を一般の建物や構造物に広く適用することは容易ではない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、構造物の形態に自然を模した様々な自由曲面、たとえば山や丘陵のうねり、海原の波、砂丘の風紋等を採用したいという要請があり、それを計画的かつ効率的に実現し得る有効適切な工業的手法の開発が望まれている。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記事情に鑑み、請求項1の発明は、構造物の屋根や壁等の面状要素を自由曲面として形成する際に適用する構法であって、目的とする自由曲面を多数の小区画に分割してそれら小区画のそれぞれに対応するパネルを製作し、それらパネルどうしを所望角度を以て多数連結することで目的とする自由曲面に実質的に合致する疑似曲面を形成するようにしたものである。
【0005】請求項2の発明は、請求項1の発明の構法において、前記パネルの各辺にフックを設けて、該フックを連結部材に対して連結角度調節自在に係合せしめることで、それらパネルどうしを所望角度を以て連結するようにしたものである。
【0006】請求項3の発明は、請求項1または2の発明の構法において、前記パネルとして三角形平板状のパネルを用いるものである。
【0007】請求項4の発明は、構造物の屋根や壁等の面状要素を自由曲面として形成する際に用いるパネルであって、平板状のパネル本体の各辺にフックを設けてなり、該フックを連結部材に対して連結角度調節自在に係合せしめることで該連結部材を介して相互に所望角度を以て連結可能に構成されてなるものである。
【0008】請求項5の発明は、請求項4の発明のパネルにおいて、前記パネル本体は平面形状が三角形とされたものである。
【0009】請求項6の発明は、請求項4または5の発明のパネルにおいて、前記パネル本体は、ハニカム材を芯材としてその表面に面板を取り付けたハニカムパネルからなるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】図1〜図3は本発明の実施形態を示すものである。本実施形態は、構造物における面状の構造要素、たとえば建物の屋根面や天井面、壁面等を自由曲面として形成するに際し、形成するべき自由曲面を擬似的に多数の小三角形平面に分割し、分割された各小三角形に対応する辺長の小三角形パネル(自由曲面形成用パネル)を製作して、それらパネルをそれぞれの位置に応じて適正な角度を以て互いに連結することで、目的とする自由曲面に実質的に合致している疑似曲面(より正確には小三角形平面の連結面)を形成するものである。すなわち、本実施形態では、たとえば図2に示すような三角形平板状のパネル1を用いて、それらパネル1を図1に示すように任意の角度を以て多数連結することで、たとえば図3に示すような自由曲面に限りなく近似している疑似曲面Sを形成するものである。
【0011】本実施形態において使用するパネル1は、図2に示すように三角形の平板状のパネル本体2の各辺にエッジ材3を取り付けたものである。パネル本体2はアルミハニカム材を芯材2aとしてその両面にアルミ板からなる面板2bを取り付けてなるアルミハニカムパネルからなり、十分に軽量で優れた強度を有するものである。エッジ材3はパネル本体2の各辺のほぼ全長にわたる長さのアルミ成形品であって、中空角パイプ状の基部3aとその一側部の全長にわたって形成されたフック3bからなり、そのフック3bをパネル本体2の外周に若干突出させた状態で基部3aをパネル本体2の面板2b間に固着することでパネル本体2と一体化せしめているものである。
【0012】上記のパネル1は、目的とする自由曲面が擬似的に分割された多数の小三角形のそれぞれに対応してその形状と寸法が決定されるものであるから、それぞれのパネル1の形状や寸法は目的とする自由曲面とその分割の形態に応じて様々に異なるものであり、したがってそれらパネル1の製作に当たってはコンピュータによる高度の生産システムが不可欠である。すなわち、上記のパネル1を製作するに当たっては、目的とする自由曲面の三次元的なコンピューターデータに基づいて最適な分割をシミュレートして決定し、それにより得られた分割データに基づいて個々のパネル1の位置、形状、寸法、その周囲に連結される他のパネルとの連結角度を決定し、そのデータに基づいて各パネル1を工場において精度良く製作する必要があり、そのような製作が可能な柔軟な生産体制と管理体制の整備が必要である。
【0013】なお、自由曲面をどのような寸法、形状の小三角形に分割するか、換言すれば、その自由曲面に近似する疑似曲面Sを形成するためのパネル1としてどのような形状、寸法のものを用いるかは、目的とする自由曲面全体の形態や寸法に応じて最適に決定すれば良い。ここで、自由曲面を細かく分割すればするほど正確な近似を行い得ることは当然であるが、細かく分割すればするほどパネル1の所要枚数およびそれらの連結作業工数が増大するので、過度に細かく分割することは現実的ではなく、建築土木構造物における面状の構造要素を対象とするものとしてはパネル1の1辺の長さをせいぜい1m程度とすることが現実的である。
【0014】また、本実施形態では、個々のパネル1の形状と寸法が様々に異なるのみならず、それらパネル1どうしの連結角度も様々に異なるものとなる。したがって、パネル1どうしを通常の継手により単に固定的に連結しようとするとパネル1ごとに継手の形状や寸法を変更しなければならないが、そのようなことは現実的ではない。また、パネル1どうしを直接的に溶接すれば継手の形状は単純化できるが、それも施工性の点で現実的ではない。
【0015】そこで本実施形態では、図1に示すように、パネル1の各辺に設けた上記のフック3bを連結部材4に対して角度調節自在に係合せしめることで、連結するべき双方のパネル1の連結角度を自由に変更可能としている。連結部材4は、平板状の締結部4aの一端部に、各パネル1のフック3bが連結角度調節可能な状態で係合するフック4bが形成されたもので、この連結部材4のフック4bにパネル1のフック3bをそれぞれ係合せしめた状態で、それら連結部材4を束材5を介して相互に締結することにより、双方のパネル1のフック3bどうしを束材5を挟んで連結部材4により挟持して強固に連結するようにしている。
【0016】このような連結の構造では、パネル1のフック3bが連結部材4のフック4bから脱落しない範囲で蝶番のように自由に回転可能であるから、連結すべき双方のパネル1の連結角度を幅広く変更可能であるし、パネル1の寸法誤差や施工誤差もある程度は吸収可能である。そして、このような構造の採用により各パネル1のエッジ材3は共通のもので良いから、パネル1ごとに異なる形状や寸法の継手を設ける場合に比較するとその製作を格段に簡略化することができる。
【0017】また、上記のようなフック3bと連結部材4とによる連結の構造は実質的にピン接合であって各パネル1に作用する外力を相互に伝達可能であり、したがってそのような接合形態でパネル1どうしが連結されて形成される疑似曲面Sは構造的安定性を十分に確保し得るものである。たとえば図3(b)に示した疑似曲面Sを建物の屋根とした場合、その周辺を拘束するのみで全体の形態を安定に保持し得ることが構造解析により確認されている。
【0018】本実施形態の構法によれば、複雑な自由曲面を擬似的に多数の小三角形に分割し、その分割した小三角形に対応した平板状のパネル1を所望角度を以て連結することで、目的とする自由曲面に十分に近似して実質的にそれに合致する疑似曲面Sを工業的手法で効率的かつ合理的に実現することができる。特に、各パネル1の各辺にフック3bを設けてそれらフック3bにより各パネル1どうしを角度調節自在に連結することから、各パネル1の製作とパネル1どうしの連結作業の単純化を十分に図ることができる。
【0019】以上で本発明の基本的な実施形態を説明したが、以下にその応用例、変形例を列挙する。
【0020】上記実施形態は、図1に示したように連結部材4の間に束材5を挟持し、その束材5の上下にそれぞれ連結部材4を介してパネル1を連結することにより、束材5の上下に疑似曲面Sを二重に形成したダブルレイヤー構造とした場合の例であるが、本発明はそのようなダブルレイヤー構造に限らず単一の疑似曲面Sのみのシングルレイヤー構造とすることも勿論可能である。
【0021】本発明では、上記実施形態のように形成される疑似曲面Sそれ自体を屋根や天井、壁等の構造体とすることが可能であるが、その疑似曲面Sを、目的とする自由曲面の下地材として形成したり、あるいはその疑似曲面Sを型枠としてコンクリートを打設することによって目的とする自由曲面を形成することも考えられる。そして、いずれにしても、上記のようにして形成する疑似曲面Sには、その用途や目的に応じて必要とされる各種の補助材、たとえば仕上材や断熱材、遮音材、建具、施工上必要な各種の器具や治具、設備器具等を取り付け可能であり、その場合にはそれら補助材を予めパネル1に取り付けておくか、あるいはパネル1を連結して疑似曲面Sを形成した後に取り付ければ良い。
【0022】各パネル1は1枚ずつ順次連結していくことでも勿論良いが、形成するべき自由曲面が大規模であるような場合、あるいは屋根面等として高所に形成するような場合、所望枚数のパネル1を予め連結してユニットとし、そのユニットどうしを連結することで最終的に自由曲面全体を形成することとすれば、各パネル1を個々に連結していく場合よりも作業効率を改善することができる。
【0023】パネル1としてはハニカム材が好適に採用可能であり、特に上記実施形態のようにパネル本体2としてアルミハニカムパネルを採用することが好適であるが、他の素材も任意に採用可能であり、たとえばパネル本体2としてガラス等の透明素材を用いれば透明な自由曲面を形成することができる。勿論、異種素材のパネル1を混用することも可能である。
【0024】パネル1に設けるエッジ材3やパネル1どうしを連結するための連結部材4の形態や素材も任意であり、特にパネル1のフック3bや連結部材4のフック4bの形態は、パネル1どうしを任意の連結角度を以て連結できるように構成する限りにおいて上記実施形態に限定されることなく適宜の変更が可能である。
【0025】上記実施形態のように自由曲面を小三角形状に分割して三角形平板状のパネル1を用いることが好適かつ現実的であるが、本発明は必ずしもそれに限るものではなく、目的とする自由曲面の形態によっては、また上記実施形態と同等程度に工業的手法により合理的な施工を行い得る限りにおいては、自由曲面を四角形をはじめとする任意の多角形あるいは任意の形状の小区画に分割し、したがってパネルを四角形や任意の多角形あるいはその他の任意の形状とすることも不可能ではなく、さらには異なる形状のパネルを混用したり、湾曲パネルや折曲パネルを用いることも妨げるものではない。
【0026】
【発明の効果】請求項1の発明の構法は、目的とする自由曲面を多数の小区画に分割してそれら小区画のそれぞれに対応するパネルを製作し、それらパネルどうしを所望角度を以て多数連結することで目的とする自由曲面に実質的に合致する疑似曲面を形成するので、任意かつ複雑な自由曲面に十分に近似する疑似曲面を工業的手法で効率的かつ合理的に実現することができる。
【0027】請求項2の発明の構法は、パネルの各辺に設けたフックを連結部材に対して連結角度調節自在に係合せしめるようにしたので、各パネルの製作とパネルどうしの連結作業の単純化、合理化を十分に図ることができる。
【0028】請求項3の発明の構法は、三角形平板状のパネルを用いるので、目的とする自由曲面に十分に近似する疑似曲面を形成することが可能である。
【0029】請求項4の発明のパネルは、平板状のパネル本体の各辺にフックを設けて、そのフックを介して相互に任意の角度を以て連結可能に構成されているので、任意かつ複雑な形状の自由曲面に十分に近似して実質的に合致するような疑似曲面をそれらパネルの連結により形成することができる。
【0030】請求項5の発明のパネルは、パネル本体の平面形状を三角形としたので、目的とする自由曲面に十分に近似する疑似曲面を形成することができる。
【0031】請求項6の発明のパネルは、パネル本体をハニカム材を芯材としてその表面に面板を取り付けたハニカムパネルにより形成したので、軽量でありながら十分な強度が得られる。




 

 


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