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発明の名称 建築構造体
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2007−120032(P2007−120032A)
公開日 平成19年5月17日(2007.5.17)
出願番号 特願2005−310359(P2005−310359)
出願日 平成17年10月25日(2005.10.25)
代理人 【識別番号】100095267
【弁理士】
【氏名又は名称】小島 高城郎
発明者 竹嶋 一郎 / 鴨下 勉
要約 課題
新規の基本構造からなるチューブ架構を有する建築構造体を提供する。建築物、特に高層及び超高層の建築物において、従来よりも優れた構造的安定性と耐震性を確保できると同時に、従来のチューブ架構による建築構造体よりもさらに大きな設計上の自由度を実現する。

解決手段
六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させてメインフレームを形成した外周チューブ架構1を有し、六角形構造ユニットが、柱と、梁またはスラブの一部とを含む。具体的には六角形構造ユニットが、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した2本の斜柱を連結した2辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置する。
特許請求の範囲
【請求項1】
六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した外周チューブ架構を有することを特徴とする建築構造体。
【請求項2】
前記六角形構造ユニットが、柱と、梁とを含むことを特徴とする請求項1に記載の建築構造体。
【請求項3】
前記六角形構造ユニットが、柱と、スラブの一部とを含むことを特徴とする請求項1に記載の建築構造体。
【請求項4】
前記六角形構造ユニットが、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した2本の斜柱を連結した2辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置したことを特徴とする請求項1に記載の建築構造体。
【請求項5】
前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項6】
前記スラブ間を4層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする請求項5に記載の建築構造体。
【請求項7】
前記六角形構造ユニットの高さの2分の1と同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項8】
前記スラブ間を2層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする請求項7に記載の建築構造体。
【請求項9】
前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けた部分と、前記六角形構造ユニットの高さの2分の1と同間隔にて複数のメインフレームとしてのスラブを設けた部分とを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項10】
前記外周チューブ架構の内側に鉛直方向に延在する、メインフレームとしての1または複数の中柱を設けることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項11】
前記外周チューブ架構の内側において、第2六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した1または複数の内部チューブ架構を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項12】
前記第2六角形構造ユニットの高さが前記六角形構造ユニットの高さの2分の1であることを特徴とする請求項11に記載の建築構造体。
【請求項13】
前記外周チューブ架構と前記内部チューブ架構とがメインフレームとしてのスラブまたは梁を介して結合されていることを特徴とする請求項11または12に記載の建築構造体。
【請求項14】
前記内部チューブ架構の内側にメインフレームとしてのスラブを設けることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項15】
前記内部チューブ架構の内側をボイドとすることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項16】
前記メインフレームとしてのスラブを設ける場合、該スラブがフラットスラブまたは梁付きスラブであることを特徴とする請求項3〜15のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項17】
前記外周チューブ架構の頂部にて複数の五角形構造ユニットを挿入したドーム形状部を有することを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項18】
前記外周チューブ架構の軸方向の一部において、複数の五角形構造ユニットを挿入したチューブ幅員移行部を有し、前記チューブ幅員移行部の上方部分における前記外周チューブ架構の幅員が下方部分における該外周チューブ架構の幅員より小さいことを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の建築構造体。
【請求項19】
請求項1〜18に記載の建築構造体を複数用いて構成され、隣接する2つの建築構造体同士が、各々の外周チューブ架構における一部の前記六角形構造ユニットを共有することにより結合したことを特徴とする拡大建築構造体。
【請求項20】
請求項1〜18に記載の建築構造体を複数用いて構成され、互いに間隔を空けて配置した複数の前記建築構造体をメインフレームとしての梁またはスラブにより結合したことを特徴とする拡大建築構造体。
【請求項21】
X状またはΛ状に結合された2つの斜形外周チューブ架構を有し、2つの前記斜形外周チューブ架構の各々が、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成したことを特徴とする建築構造体。
【請求項22】
前記2つの斜形外周チューブ架構の各々の内側において、第2六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した斜形内部チューブ架構をそれぞれ設けることを特徴とする請求項21に記載の建築構造体。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、建築構造体に関し、特にチューブ架構を有する構造躯体ないしはスケルトンの構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、高層または超高層の建築構造体としては柱と梁を3次元格子状に組み合わせた純ラーメン架構が一般的であったが、全ての柱間に梁があるため内部設計に制約が多いという欠点があった。これに対し、建築物の外周に連続的に配置した柱とそれをつなぐ梁で構成されるチューブ架構は、内部に柱や梁のない空間を確保できるため、設計上の自由度が大きいという利点がある。また、建築物全体がチューブ状に変形することにより耐震性、耐風圧性にも優れるとされている。
【0003】
特許文献1では、中央部に共用ゾーンが、外周に住戸ゾーンが形成され、住戸ゾーンの外周に配置された外周柱とその間の外周梁とからなる四角形格子の一般ラーメン構造をもつ外周チューブ架構を形成し、共用ゾーンには内周柱とその間の内周梁とからなる一般ラーメン構造をもつ内周チューブ架構を有する、いわゆるダブルチューブ構造が開示されている。
【0004】
特許文献2もまた、一般ラーメン架構である外周架構と内部架構とを有するダブルチューブ構造を開示している。
【0005】
特許文献3では、垂直な柱と水平な梁からなる一般ラーメン構造の格子内に交差するブレースを設けた外周チューブ架構を有する建築物を開示するが、この外周チューブ架構は、従来の純ラーメン架構と同様の耐力、剛性を確保するために内部にスラブ状のダイヤフラムを設けている。
【0006】
なお、従来、六角形格子を連結したハニカム構造は強固な構造として知られており、建築物の種々の箇所または建築部材として利用されている(特許文献4、5等)が、チューブ架構への適用としては、例えば特許文献6に示すように水平面内で六角形格子を連結してハニカム構造を形成し、鉛直方向に直柱を介して積層した構造が知られている。
【0007】
また、非特許文献1には、曲面表層にハニカム状のスティール部材を設け、内部を柱で支持した建築物が提示されている。もっともこの建築物の表層におけるハニカム状のスティール部材は、同形の六角形格子を均等バランスで連結したものではなく、格子の各辺も一般的な線状部材(柱、梁等)ではない。
【特許文献1】特開2002−317565号公報
【特許文献2】特開2004−251056号公報
【特許文献3】特開平7−197535号公報
【特許文献4】特開平9−4130号公報
【特許文献5】特開平10−18431号公報
【特許文献6】特開平9−60301号公報
【非特許文献1】「グラウンド・ゼロ再生への始動ニューヨークWTC跡地建築コンペティション選集」スザンヌ・スティーブンス著、下山裕子訳、2004年12月1日発行、発行所株式会社エクスナレッジ、p.137
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来のチューブ架構の基本構造は、垂直な柱(直柱)と水平な梁とからなる四角形格子を結合させた一般ラーメン構造である。そして、特に高層や超高層の建築物において一定の構造的安定性と耐震性を確保するためには、単に外周チューブ架構のみでは不十分であることが多く、そのために外周チューブ架構及び/または内部チューブ架構の柱を一定以上の密度で配置したり、内部チューブ架構を設けたり、外周チューブ架構と内部チューブ架構とをフラットスラブや特定の梁で結合したり、外周チューブ架構内にさらにサブフレームを組み込んだり、複数の外周チューブ架構同士を連結したり等の種々の構造的な制約が必須となる場合がほとんどであった。
例えば、特許文献1及び2では、少なくともダブルチューブ架構とすることが必須であり、特許文献3では、水平なスラブ状のダイヤフラムを内部に設けることが必須である。
【0009】
このように、チューブ架構の基本構造として直柱と水平梁とからなる一般ラーメン構造を構造ユニットとして採用する限り、特に高層または超高層となるほど、構造上の強度を確保するために種々の制約が必要となり、チューブ架構の利点である設計上の自由度が損なわれることとなっていた。
【0010】
また、ハニカム構造のチューブ架構への適用のほとんどは特許文献6のように水平面内にハニカム構造を設け鉛直方向には直柱を介して積層するものであり、少なくとも鉛直荷重については一般ラーメン架構と同様に直柱で支持している。
また、非特許文献1では表層にハニカム状のスティール部材を設けているが、内部に支持柱を必要としており、表層のみで全体を支持するものではない。
【0011】
以上の現状に鑑み本発明は、従来のチューブ架構の基本構造とは全く異なる新規の基本構造からなるチューブ架構を有する建築構造体を提供することを目的とする。本発明は、建築構造体において、特に高層及び超高層に適用される建築構造体において、外周チューブ架構のみにより従来よりも優れた構造的安定性と耐震性を確保できると同時に、従来のチューブ架構による建築構造体よりもさらに大きな設計上の自由度を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記の目的を達成するべく本発明は、以下の構成を提供する。
(1)請求項1に係る建築構造体は、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した外周チューブ架構を有することを特徴とする。
【0013】
(2)請求項2に係る建築構造体は、請求項1において、前記六角形構造ユニットが、柱と、梁とを含むことを特徴とする。
【0014】
(3)請求項3に係る建築構造体は、請求項1において、前記六角形構造ユニットが、柱と、スラブの一部とを含むことを特徴とする。
【0015】
(4)請求項4に係る建築構造体は、請求項1において、前記六角形構造ユニットが、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した2本の斜柱を連結した2辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置したことを特徴とする。
【0016】
(5)請求項5に係る建築構造体は、請求項1〜4のいずれかにおいて、前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする。
【0017】
(6)請求項6に係る建築構造体は、請求項5において、前記スラブ間を4層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする。
【0018】
(7)請求項7に係る建築構造体は、請求項1〜4のいずれかにおいて、前記六角形構造ユニットの高さの2分の1と同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けることを特徴とする。
【0019】
(8)請求項8に係る建築構造体は、請求項7において、前記スラブ間を2層に区画するサブフレームを設けることを特徴とする。
【0020】
(9)請求項9に係る建築構造体は、請求項1〜4のいずれかにおいて、前記六角形構造ユニットの高さと同間隔にて複数のメインフレームとしてのスラブを設けた部分と、前記六角形構造ユニットの高さの2分の1と同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けた部分とを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の建築構造体。
【0021】
(10)請求項10に係る建築構造体は、請求項1〜9のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の内側に鉛直方向に延在する、メインフレームとしての1または複数の中柱を設けることを特徴とする。
【0022】
(11)請求項11に係る建築構造体は、請求項1〜10のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の内側において、第2六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した1または複数の内部チューブ架構を有することを特徴とする。
【0023】
(12)請求項12に係る建築構造体は、請求項11において、前記第2六角形構造ユニットの高さが前記六角形構造ユニットの高さの2分の1であることを特徴とする。
【0024】
(13)請求項13に係る建築構造体は、請求項11または12において、前記外周チューブ架構と前記内部チューブ架構とがメインフレームとしてのスラブまたは梁を介して結合されていることを特徴とする。
【0025】
(14)請求項14に係る建築構造体は、請求項11〜13のいずれかにおいて、前記内部チューブ架構の内側にメインフレームとしてのスラブを設けることを特徴とする。
【0026】
(15)請求項15に係る建築構造体は、請求項11〜13のいずれかにおいて、前記内部チューブ架構の内側をボイドとすることを特徴とする。
【0027】
(16)請求項16に係る建築構造体は、請求項3〜15のいずれかにおいて、前記メインフレームとしてのスラブを設ける場合、該スラブがフラットスラブまたは梁付きスラブであることを特徴とする。
【0028】
(17)請求項17に係る建築構造体は、請求項1〜16のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の頂部にて複数の五角形構造ユニットを挿入したドーム形状部を有することを特徴とする。
【0029】
(18)請求項18に係る建築構造体は、請求項1〜17のいずれかにおいて、前記外周チューブ架構の軸方向の一部において、複数の五角形構造ユニットを挿入したチューブ幅員移行部を有し、前記チューブ幅員移行部の上方部分における前記外周チューブ架構の幅員が下方部分における該外周チューブ架構の幅員より小さいことを特徴とする。
【0030】
(19)請求項19に係る拡大建築構造体は、請求項1〜18に記載の建築構造体を複数用いて構成され、隣接する2つの建築構造体同士が、各々の外周チューブ架構における一部の前記六角形構造ユニットを共有することにより結合したことを特徴とする。
【0031】
(20)請求項20に係る拡大建築構造体は、請求項1〜18に記載の建築構造体を複数用いて構成され、互いに間隔を空けて配置した複数の前記建築構造体をメインフレームとしての梁またはスラブにより結合したことを特徴とする。
【0032】
(21)請求項21に係る建築構造体は、X状またはΛ状に結合された2つの斜形外周チューブ架構を有し、2つの前記斜形外周チューブ架構の各々が、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成したことを特徴とする。
【0033】
(22)請求項22に係る建築構造体は、請求項21において、2つの斜形外周チューブ架構の各々の内側において、第2六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させメインフレームを形成した斜形内部チューブ架構をそれぞれ設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【0034】
・請求項1〜4に係る基本構造をもつ建築構造体では、メインフレームである外周チューブ架構が、六角形構造ユニットをハニカム状すなわち蜂の巣状に剛接合することにより形成される。メインフレームは構造躯体の主要部を構成しており、構造耐力上主要な部分である。各六角形構造ユニットは六角形格子形状であり、これらがハニカム状に剛接合する場合、六角形格子の各辺は隣接する六角形格子の各辺と共有されることとなる。そして、ハニカム状に剛接合させたものの全体を筒形状とすることにより、極めて強固なチューブ架構を実現することができる。六角形構造ユニットの各辺は、メインフレームの部材で構成され、例えば柱、梁、またはスラブの一部である。
このように、本発明の六角形構造ユニットからなる外周チューブ架構は、梁(またはスラブの一部)が水平方向に連続しておらず、柱も全てジグザグに連続する斜柱で構成されている点で従来の一般ラーメン構造のチューブ架構とは全く異なる構成である。
また、本発明の六角形構造ユニットからなる外周チューブ架構は、チューブ架構の周面をハニカム構造で形成している点で、従来の水平面内にハニカム構造を設け鉛直方向には直柱を介して積層した六角形チューブ架構とも全く異なる構成である。
【0035】
本発明による建築構造体では、外周チューブ架構のみによって高層及び超高層のメインフレームとして建築物全体の構造的安定性と耐震性を確保することが可能となる。すなわち、前述の従来技術におけるようにダブルチューブとしたり、スラブ状のダイヤフラムを内部に設けたり、内部に支持柱を設けたりする必要がない。これにより、部材量を低減することができ、工期も短縮でき、かつ自由な内部空間を確保できる。なお、このような六角形構造ユニットのハニカム状結合構造は、技術分野は全く異なるが、ナノテクノロジー分野におけるカーボンナノチューブの炭素同士の強固な結合構造と本質的に共通する点がある。カーボンナノチューブは炭素原子が六角形のハニカム状に結合し全体が筒状となった構造であり、極めて曲げや引っ張りに強く安定であるいわれている。
【0036】
本発明による建築構造体は、チューブ構造であることによりいずれの方向からの水平負荷に対しても大きな支持力を発揮することができる。また、六角形構造ユニットからなる外周チューブ架構における全ての柱と梁(またはスラブの一部)の結合がバランス的に安定している。この結果、負荷力により柱と梁(またはスラブの一部)の結節点において生じる応力が、一般ラーメン構造からなる外周チューブ架構における応力に比べて小さくなる。これは、曲げ応力の一部が部材(斜柱や梁等)の軸力に変換されて伝わるためである。そして、一般的なRC等の部材は圧縮力に対して強いため、軸力を支持することに関して有利である。
【0037】
構造解析の結果からも、本発明のハニカム状に剛接合した六角形構造ユニットからなる外周チューブ架構は、従来の直柱と水平梁による一般ラーメン構造からなる外周チューブ架構に比べて、同じ水平負荷に対する変形が小さいことが確認された。このことは、言い換えるならば、同じ変形を生じさせる水平負荷に対し、従来の外周チューブ架構に比べて細い柱及び梁を使用できることを意味する。この結果、構造体総量を低減できコスト削減できる。
【0038】
同じく構造解析の結果から、水平負荷に対する六角形構造ユニットの各辺に作用する曲げモーメントについても、従来の直柱と水平梁による一般ラーメン構造からなる外周チューブ架構におけるそれよりも小さく、負担が軽減されることが確認された。このことは、言い換えるならば、同じ曲げモーメントを生じる場合、従来の外周チューブ架構に比べて細い柱及び梁を使用できることを意味する。この結果、構造体総量を低減できコスト削減できる。
【0039】
さらに、六角形構造ユニットの左右両辺に2本ずつ存在する斜柱は、鉛直方向に沿ってジグザグ形状に連結されることになり、いわば柱とブレースの両方の役割を同時に果たすことから、長期鉛直荷重を支持するだけでなく、水平方向等の鉛直方向以外の短期外力負荷をも効果的に支持することができる。
【0040】
また、外周チューブ架構の面上における構成部材のすべての部位が線材構造体であるため、開口を設けやすい。
【0041】
基本的に同一形状の多数の六角形構造ユニットからなる構造であるので、すべての柱と梁の大きさ及び形状を1種類または数種類に統一することができるため、施工性の向上と短工期化、コスト削減をはかることができる。
【0042】
六角形構造ユニットを予めユニット化してプレキャストコンクリートとしたプレストレストコンクリート構造とし、施工性の向上と短工期化、コスト削減をはかることができる。
【0043】
六角形構造ユニットからなるハニカム構造を外周チューブ架構として用いることは、建築物の美的外観にも寄与する。
【0044】
・請求項5では、六角形構造ユニットの高さと同間隔にメインフレームとしての複数のスラブを設ける。また、請求項7では、六角形構造ユニットの高さの2分の1と同間隔にメインフレームとしての複数のスラブを設ける。メインフレームとしてのスラブを設けることにより、建築構造体全体の強度向上を実現できる。この結果、外周チューブ架構の負担を軽減することができ、外周チューブ架構の柱や梁の大きさを適宜細くすることも可能となる。このように、外周チューブ架構に加えてさらに他のメインフレーム要素を追加した場合は、それぞれの負担割合を設計により調整でき、また使用する部材の大きさ等を調整できる。
【0045】
・請求項6では、スラブ間を4層に区画するサブフレームを設ける。また、請求項8では、スラブ間を2層に区画するサブフレームを設ける。サブフレームもまた構造躯体の一部であるが、主として各層を支持するものであり建築構造体全体の耐震性と耐風圧性を負担する必要はない。従って、メインフレームであるスラブ間の任意の位置にサブフレームを接合したり、分離したりすることができるため、平面的及び立体的な空間の自由度が大きい。
【0046】
六角形構造ユニットの高さを建築物4層分の階高とする場合は、実際には2層ごとに 梁が交互に設けられることになる(鉛直方向に結合した複数の六角形構造ユニットの列は、それに隣接する列に対してユニット高さの2分の1だけずれているため)。このため、メインフレームにおいては2層または4層の空間を形成することが容易である。
【0047】
・請求項9では、六角形構造ユニットの高さと同間隔にて、メインフレームとしての複数のスラブを設けた部分と、六角形構造ユニットの高さの2分の1と同間隔にて複数のメインフレームとしてのスラブを設けた部分とを混在させる。この場合、請求項5〜8について述べたことと同様の効果を奏することに加えて、内部設計のバリエーションがさらに大きいという利点がある。
【0048】
・請求項10では、外周チューブ架構の内側に鉛直方向に延在する、メインフレームとしての1または複数の中柱を設けることにより、建築構造体の強度向上を実現できる。特に長期鉛直荷重に対する強度を強化することができる。この結果、外周チューブ架構の負担を軽減することができ、外周チューブ架構の柱や梁の大きさを適宜細くすることも可能となる。
【0049】
・請求項11では、外周チューブ架構の内側において、第2六角形構造ユニットからなる1または複数の内部チューブ架構を設けたことにより、ダブルチューブ架構となる。内部チューブ架構は外周チューブ架構と同様に、第2六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させ形成するので極めて強固である。但し、六角形構造ユニットと第2六角形構造ユニットは必ずしも同形状ではない。内部チューブ架構を設けることは、建築構造体の強度向上に大きく寄与する。この結果、外周チューブ架構の負担を軽減することができ、外周チューブ架構の柱や梁の大きさを適宜細くすることも可能となる。
【0050】
・請求項12では、内部チューブ架構の第2六角形構造ユニットの高さが外周チューブ架構の六角形構造ユニットの高さの2分の1である。第2六角形構造ユニット高さを小さくすることにより、対応する各辺の斜柱も短くなるため曲げや引っ張りに対してさらに強固になる。また、鉛直方向における六角形構造ユニットと第2六角形構造ユニットとの整合位置(下辺または上辺が同じ水平位置にある)において、双方を結合するためのスラブや梁を設けやすい。
【0051】
・請求項13では、外周チューブ架構と内部チューブ架構とがメインフレームとしてのスラブまたは梁を介して結合されていることにより、建築構造体全体の強度向上を実現できる。
【0052】
・請求項14では、内部チューブ架構の内側にメインフレームとしてのスラブを設けることにより、内部チューブ架構がさらに強固なものとなる。
【0053】
・請求項15では、内部チューブ架構の内側をボイド(中空)とすることにより、様々な構成要素を組み込むことができる。例えば、エレベーターや共用設備配管スペース、階段、吹き抜けなどの設置に大きな自由度がある。なお、本発明の建築構造体は、外周チューブ架構のみで全体を支持可能であるので、コア部分(内部チューブ架構)内部の空間自由度が大きい。
【0054】
・請求項16では、メインフレームとしてのスラブがフラットスラブまたは梁付きスラブのいずれでもよい。フラットスラブは住戸内に梁がないという利点があり、梁付きスラブはスラブ厚を薄くできる利点がある。
【0055】
・請求項17では、外周チューブ架構の頂部にて複数の五角形構造ユニットを挿入したドーム形状部を有することにより、建築物の頂部を丸みのあるドーム形状で閉じることが可能となる。デザイン上のバリエーションを豊富にすることができる。また、挿入される五角形構造ユニットの部分は、悪影響を及ぼすような歪みや応力を生じることなく他の六角形構造ユニットの部分と結合されるため、構造的な強度にも問題を生じない。
【0056】
・請求項18では、外周チューブ架構の軸方向の一部において、複数の五角形構造ユニットを挿入したチューブ幅員移行部を有することにより、外周チューブ架構の幅員を下方から上方へ向かって縮小させることができる。例えば、高層または超高層の建築物において上層部分からの負荷を軽減するために、チューブ幅員移行部を設けて上層部分を縮小させることが有用である。デザイン上のバリエーションを豊富にもできる。外周チューブ架構の幅員は、平面形状が円形のチューブの場合は直径に相当し、平面形状が多角形のチューブの場合は平均直径や差し渡し長さに相当する。また、挿入される五角形構造ユニットの部分は、悪影響を及ぼすような歪みや応力を生じることなく他の六角形構造ユニットの部分と結合されるため、構造的な強度にも問題を生じない。
【0057】
・請求項19では、請求項1〜18に記載の建築構造体を複数用いて構成される拡大建築構造体である。各々の建築構造体が前述の通りの構造的強度を有することに加えて、互いに外周チューブ架構の一部を共有して結合されることにより、拡大建築構造体全体が水平負荷による曲げや捻れによる変形に対して強固な、耐震性、耐風圧性を有する構造となる。
【0058】
・請求項20では、請求項1〜18に記載の建築構造体を複数用いて構成される拡大建築構造体である。各々の建築構造体が前述の通りの構造的強度を有することに加えて、互いにメインフレームとしての梁またはスラブにより結合されることにより、拡大建築構造体全体が水平負荷による曲げや捻れによる変形に対して強固な、耐震性、耐風圧性を有する構造となる。
【0059】
・請求項21では、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合してそれぞれ形成された2つの斜形外周チューブ架構がX状またはΛ状に結合されているため、水平負荷による曲げや捻れによる変形に対して強固な、耐震性及び耐風圧性を有する構造となる。
【0060】
・請求項22では、X状またはΛ状に結合された2つの斜形外周チューブ架構の各々の内側において、第2六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させ形成されるメインフレームとしての斜形内部チューブ架構をそれぞれ設けることにより、構造的な強度を向上させることができる。さらに、斜形内部チューブ架構同士を隣接させて直接結合したり、スラブや梁を介して結合したりできる。また、それぞれの内部チューブ架構の内側にエレベーターや共用設備配管等の多様な構成要素を組み込むこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0061】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図1A〜図1Cは、本発明による建築構造体の基本形態を示す図である。図1Aは外観斜視図であり、図1Bは部分拡大図であり、図1Cは平面図である。
【0062】
図1Aは、建築構造体のメインフレームである外周チューブ架構1である。外周チューブ架構1は、6つの辺から構成される六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合させることにより形成された筒体すなわちチューブ形状を有する。チューブの軸は鉛直方向に沿って延びている。メインフレームは、構造躯体の主要部であり、構造耐力上主要な部分である。六角形構造ユニットの各辺はメインフレームの構成要素であり、柱、梁、またはスラブの一部である。図示の例では、六角形構造ユニットの各辺が全て柱と梁で構成されている。また、図示の例では、筒体が角筒であるが円筒でもよい。
【0063】
なお、本発明による建築構造体は、外周チューブ架構1の全体がハニカム状に剛接合した六角形構造ユニットから形成される形態が基本であるが、本発明の主旨に沿う限りにおいて、また構造力学上許容される限りにおいて、外周チューブ架構1の一部に六角形構造ユニット以外の構造を組み込んだ場合も本発明の範疇に含まれるものとする。
【0064】
図1Bは、図1Aの外周チューブ架構1の一部を拡大して示している。1つの六角形構造ユニット10は、下辺11、上辺12、左下辺13、左上辺14、右下辺15、右上辺16の6つの辺にメインフレームを構成する部材を配置し、結合させることにより六角形の格子を形成している。さらに、1つの六角形構造ユニット10はその周囲を6個の同形状の六角形構造ユニットにより囲まれており、各辺をそれぞれ隣接する六角形構造ユニットと共有している。なお、鉛直方向Gに沿って結合された複数の六角形構造ユニット10からなるa列と、a列の隣に位置して同じく鉛直方向Gに沿って結合された複数の六角形構造ユニットからなるb列とは、六角形構造ユニットの高さの2分の1の長さだけ互い違いにずれた位置にある。そして、チューブの周方向に沿ってa列とb列が交互に存在する。
【0065】
六角形構造ユニット10は左右対称形状であり、例えば右辺についてはそれぞれ鉛直方向Gに対して互いに逆向きに傾斜した2本の斜柱である右下辺15と右上辺16を連結し配置させている。右下辺15は鉛直方向Gに対して角度−αだけ傾斜しており、右上辺16は鉛直方向Gに対して角度αだけ傾斜している。左辺を構成する左下辺13と左上辺14についても同様に傾斜した斜柱である。
【0066】
図1Cに示すように図示の例では、外周チューブ架構1の平面形状がほぼ四角形である。平面形状の四隅にそれぞれ配置された六角形構造ユニット10の面が四角形の頂点の方向に向いているため、平面形状の四隅が切り欠かれた形状となっている。外周チューブ架構1の平面形状は、円形または任意の多角形のいずれでもよく、また凹部を含む形状でもよい。
【0067】
六角形構造ユニット10の各辺は、柱と梁とを用いて構成できる。左下辺13、左上辺14、右下辺15及び右上辺16の4つの辺は上記の通り斜柱であり、下辺11と上辺12については梁、またはスラブの一部とする。柱同士、柱と梁、柱とスラブの一部との接合は剛接合であり、この接合には公知の種々の手段を用いることができる。
【0068】
下辺11と上辺12は、双方とも梁でもよく、双方ともスラブの一部でもよく、あるいは一方が梁で他方がスラブの一部でもよい。「スラブの一部」とは、例えば、スラブの端部である(後述する図4参照)。あるいは、スラブが片持ち梁状に外周チューブ架構1から突出する場合はその突出部分の基部である。
【0069】
メインフレームとして用いるスラブは、フラットスラブまたは梁付きスラブのいずれでもよい。後述する他の実施形態においても同様である。梁がないフラットスラブは、空間の自由度を制約されない点で好適である。
【0070】
なお、六角形構造ユニット10のスケールについては様々に設定することができる。例えば、六角形構造ユニット10の高さを建築物1層分の階高とすることもできるが、建築物2層分あるいは4層分の階高とすることが空間の自由度が大きくなる点で好適である。なお、六角形構造ユニット10は、必ずしも正六角形でなくともよいが、左右に配置される4辺の各々は同じ長さとし、また、上辺と下辺も同じ長さとする。
【0071】
図2A〜図2Dは、本発明と従来技術に対応する2つの構造モデル比較の結果を示す。これらを参照しつつ、図1Aに示した外周チューブ架構を有する本発明による建築構造体の構造特性を説明する。図2Aは、本発明と従来技術とを比較するための構造解析の条件説明図であり、図2Bは、水平負荷に対する変形比較の結果を示す図であり、図2Cは、変形に関連する部材比較の結果を示す図であり、図2Dは水平負荷に対する応力比較の結果を示す図である。
【0072】
一般に柱など(梁やスラブの一部を含む)が外周部に多数バランスよく立設されているチューブ架構は構造安定性が高く、耐震性と耐風圧性に優れている。本発明による建築構造体は、従来のチューブ架構の特性を備えるだけでなく、次の効果を奏するものである。すなわち、すべての柱が斜柱であってそれらが上下方向に連結していることにより、長期鉛直荷重を支持するだけでなく水平等の短期外力負荷をも効果的に支持することができる。つまり、斜柱はいわば柱とブレースの両方の役割を同時に果たしている。
【0073】
そして、六角形構造ユニットによる外周チューブ架構では、負荷力により柱と梁(またはスラブの一部)において生じる曲げモーメントの応力が、垂直柱と水平梁からなる一般ラーメン構造のチューブ架構よりも小さくなる。
【0074】
図2Aにおいて、(A)が本発明の六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合して形成される外周チューブ架構の構造モデルである「六角チューブ架構」であり、(B)が垂直柱と水平梁からなる一般ラーメン構造モデルである「直柱チューブ架構」である。
六角チューブ架構と直柱チューブ架構とは、構造モデル全体の平面形状(外周部52.3m)及び平面寸法(面積193.1m)、高さ寸法(6m×5層=30m)の条件を同一としており、柱と梁の交点数を同じとした。六角チューブ架構は、直柱チューブ架構の各柱を図2Aに示すように傾けた架構とした。
【0075】
第1の構造解析では、図2Bに示すように、柱、梁共にRC‐500mm×500mmの同寸法部材とした場合の変形の比較を行った。具体的には構造一次設計に必要とされる水平力を与えて解析を行った。解析結果は、図2B中に数値で示すように、(B)の直柱チューブ架構が最大50mmであるのに対し、(A)の六角チューブ架構が最大34mmの変形であった。従って、六角チューブ架構の方が変形量が小さく、構造強度が大きいことが裏付けられた。
【0076】
第2の構造解析では、図2Cに示すように、両架構共に1/250の変形角とした場合の柱、梁部材の断面寸法の比較を行った。解析結果は、図2Cの下にそれぞれ記載するように、(B)の直柱チューブ架構が柱、梁共にRC‐550mm×550mmであるのに対し、(A)の六角チューブ架構が柱、梁共にRC‐500mm×500mmであった。従って、ほぼ同一構造強度の場合においては、六角チューブ架構のほうが柱、梁部材の断面寸法が小さく、構造体総量を小さくできることが判明した。
【0077】
第3の構造解析では、図2Dに示すように、同条件における直柱チューブ架構と、六角チューブ架構との応力の比較を行った。図2Dでは各チューブ架構の右側面における各柱と各梁の曲げモーメントが示されている。また、各図の右下にそれぞれ示したモーメント図に代表的な数値を示している。解析結果は、(B)の直柱チューブ架構の柱が277kN・m、梁が393kN・mであるのに対し、(A)の六角チューブ架構の柱が190kN・m、梁が365kN・mであった。従って、六角チューブ架構のほうが柱、梁共に曲げモーメントすなわち応力が小さく、より小さい部材で構成可能であり構造体総量を小さくできることが判明した。
【0078】
以上の構造解析の結果から、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合して形成される外周チューブ架構のほうが、垂直柱と水平梁からなる一般ラーメン構造のチューブ架構より構造強度が大きく、耐震性や耐風圧性により優れた建築構造体であるといえる。また、同一強度条件であれば、六角形構造ユニットをハニカム状に剛接合して形成される外周チューブ架構のほうが、一般ラーメン構造のチューブ架構よりも構造体総量を小さくできるため、省資材・省資源化でき、かつ構造体コストの削減が可能である。
【0079】
なお、本発明の建築構造体は、さまざまな構造材料により建設可能で、木造、鉄骨造、RC造、SRC造、CFT造、プレストレストコンクリート造などとすることができる。
【0080】
以下、図3〜図21を参照しつつ、本発明の建築構造体の種々の実施形態を説明する。
【0081】
図3の建築構造体は、図1Aと同様に、柱と梁からなる外周チューブ架構1を有し、その内部に複数のスラブ21a、21bを設けている。鉛直方向に結合したa列の六角形構造ユニットにおいては、下辺と上辺の梁11aに対してスラブ21aが接合されている。一方、隣接するb列の六角形構造ユニットにおいても下辺と上辺の梁11bに対してスラブ21bが接合されている。よって、a列のスラブ21aとb列のスラブ21bとは、六角形構造ユニットの高さの2分の1の距離だけ高さ方向に離間して交互に配置されている。
【0082】
図3では、a列の六角形構造ユニットの梁11aに接合されるスラブ21aの平面形状が、その端部21a2がb列の六角形構造ユニットの面上から後退するように切り欠かれている。また、b列の六角形構造ユニットの梁11bに接合されるスラブ21bの平面形状は、その端部21b2がa列の六角形構造ユニットの面上から後退するように切り欠かれている。
【0083】
図4の建築構造体は、柱と、スラブの一部とからなる外周チューブ架構2を有する。本形態では、鉛直方向に結合したa列の六角形構造ユニットの下辺と上辺には梁がない。その替わりに、内部に設けたスラブ21aの端部21a1が左右両側の斜柱の端部と接合されることにより、六角形構造ユニットの下辺及び上辺を構成する。一方、隣接するb列の六角形構造ユニットにおいても下辺と上辺には梁がない。その替わりに、内部に設けたスラブ21bの端21b1が左右両側の斜柱の端部と接合されることにより六角形構造ユニットの下辺及び上辺を構成する。a列のスラブ21aとb列のスラブ21bとは、六角形構造ユニットの高さの2分の1の距離だけ高さ方向に離間して交互に配置されている。
【0084】
図4では、a列の六角形構造ユニットに接合されるスラブ21aの平面形状が、その端部21a2がb列の六角形構造ユニットの面上から後退するように切り欠かれている。また、b列の六角形構造ユニットに接合されるスラブ21bの平面形状は、その端部21b2がa列の六角形構造ユニットの面上から後退するように切り欠かれている。
【0085】
図5の建築構造体は、図1Aと同様に、柱と梁とからなる外周チューブ架構1を有し、その内部に複数のスラブ21aを設けている。鉛直方向に結合したa列の六角形構造ユニットにおいては、下辺と上辺の梁11aに対してスラブ21aが接合されている。一方、隣接するb列の六角形構造ユニットにおいては、下辺と上辺の梁11bに対してスラブが接合されていない。よって、六角形構造ユニットの高さHが、スラブ21a間の距離となる。例えば、このスラブ21a間の距離が建築物の4層分であるとすると、後述するサブフレームを用いて4層に区画することができる。
なお、図5におけるスラブ21aは、外周チューブ架構の断面全体に設けられている。
【0086】
図6の建築構造体は、図1Aと同様に、柱と梁とからなる外周チューブ架構1を有し、その内部に複数のスラブ21a、21bを設けている。鉛直方向に結合したa列の六角形構造ユニットにおいては、下辺と上辺の梁11aに対してスラブ21aが接合されている。一方、隣接するb列の六角形構造ユニットにおいても、下辺と上辺の梁11bに対してスラブ21bが接合されている。よって、六角形構造ユニットの高さHの2分の1が、スラブ21aと21b間の距離となる。このスラブ21aと21b間の距離が建築物の2層分であるとすると、後述するサブフレームを用いて2層に区画することができる。
なお、図6におけるスラブ21a、21bは、外周チューブ架構の断面全体に設けられている。
【0087】
図7の建築構造体は、図1Aと同様に、柱と梁とからなる外周チューブ架構1を有し、その内部に複数のスラブ21a、21bを設けている。鉛直方向に結合したa1列の六角形構造ユニットにおいては、下辺と上辺の梁11aに対してスラブ21aが接合されている。一方、隣接するb1列の六角形構造ユニットにおいても、下辺と上辺の梁11bに対してスラブ21bが接合されている。よって、六角形構造ユニットの高さHの2分の1が、スラブ21aと21b間の距離となる。
【0088】
図7では、a1列の六角形構造ユニットの梁11aに接合されるスラブ21aの平面形状が、その端部21a2が左側のb1列の六角形構造ユニットの面上から後退するように適宜切り欠かれている。一方、右側のb2列の六角形構造ユニットではその面上にスラブ21aの端部21a3が位置する。また、b1列の六角形構造ユニットの梁11bに接合されるスラブ21bの平面形状は、その端部21b2が右側のa1列の六角形構造ユニットの面上から後退するよう適宜切り欠かれている。一方、左側のa2列の六角形構造ユニットではその面上にスラブ21bの端部21b3が位置する。
スラブ21a、21bの平面形状をこのように形成した場合、例えば、a1列の六角形構造ユニットの面上では、スラブ間の距離が六角形構造ユニットの高さHの部分と、高さHの2分の1となる部分とが交互に現れる。
【0089】
以上の図3〜図7に示した形態における各スラブの平面形状については、いずれも一例である。六角形構造ユニットの下辺または上辺それ自体として機能するスラブ端部についてはメインフレームの一部であるので取り除くことはできないが、それ以外の部分の平面形状については構造力学上許容される限りにおいて任意の形状とすることができる。
【0090】
図8の建築構造体は、外周チューブ架構1の内側に鉛直方向に延在する複数の中柱6を設けている。中柱6はメインフレームの構成要素である。中柱6の数については1または複数であり限定しないが、複数配置する場合は、外周チューブ架構1の中心軸に対称に配置することが好適である。図8の建築構造体は、中柱6を除いて前述の図5に示したものと同じであり、中柱6は各スラブ21aを貫通して設けられ、各スラブ21aを支持している。スラブ21a間の距離は六角形構造ユニットの高さと同じである。
【0091】
図9の建築構造体は、外周チューブ架構1の内側に複数の中柱6を設けた別の形態である。図9の建築構造体は、中柱6を除いて前述の図6に示したものと同じであり、スラブ21a間の距離は六角形構造ユニットの高さの2分の1である。
【0092】
図10の建築構造体は、外周チューブ架構1の内側において、第2六角形構造ユニット30をハニカム状に剛接合させてメインフレームを形成した内部チューブ架構3を有する。第2六角形構造ユニット30もまた、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した2本の斜柱を連結した2辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置して形成される。柱同士、柱と梁、柱とスラブの一部との接合は剛接合であり、この接合には公知の種々の手段を用いることができる。
【0093】
なお、第2六角形構造ユニット30は、外周チューブ架構1を構成する六角形構造ユニットと同一または相似形である必要はない。しかしながら、少なくとも第2六角形構造ユニット30の高さが六角形構造ユニットの高さより小さいことが好ましい。図10の例では、第2六角形構造ユニット30の高さは、六角形構造ユニットの高さの2分の1である。さらに、第2六角形構造ユニット30の下辺及び上辺の長さも、六角形構造ユニットのそれらより短いことが好ましい。第2六角形構造ユニット30の各辺の長さを、六角形構造ユニットのそれよりも短くすることにより極めて強固な構造となる。これは、建築構造体を支持するコア部分として好適である。なお、内部チューブ架構3を設ける場合は、外部チューブ架構1との負荷分担を調整することにより、外部チューブ架構1のみで建築構造体を支持する場合よりもその柱や梁を小さくすることが可能となる。なお、第2六角形構造ユニット30は、必ずしも正六角形でなくともよいが、左右に配置される4辺の各々は同じ長さとし、また、上辺と下辺も同じ長さとする。
【0094】
内部チューブ架構3の内部には、メインフレームとしてのスラブを設けてもよい。これによりさらに強固な構造となる。あるいは、内部チューブ架構3の内側をボイドとすることにより、例えば、エレベーターや共用設備配管スペース、階段、吹き抜けなどを設置することができる。内部チューブ架構3の内部にメインフレームの要素を設けるか否かについては、外周チューブ架構1等の他のメインフレームとの負荷分担を考慮して設計することができる。
【0095】
図11の建築構造体は、外周チューブ架構1の内側に4つの内部チューブ架構3a、3b、3c、3dを設けた形態である。4つの内部チューブ架構は、外周チューブ架構1の中心軸について対称に四隅にそれぞれ配置されている。また、各々の内部チューブ架構は、外周チューブ架構1の内部に設けた複数のスラブ21を貫通するように設けられている。複数のスラブ21間の距離は、外周チューブ架構の六角形構造ユニットの高さHと同じである。
【0096】
図12の建築構造体は、外周チューブ架構1の中心に内部チューブ架構3を設けた別の形態である。図12の形態は、前述の図10の形態に複数のスラブ21をさらに設けた形態である。内部チューブ架構3は、複数のスラブ21を貫通している。複数のスラブ21間の距離は、外周チューブ架構の六角形構造ユニットの高さHと同じである。
【0097】
図13の建築構造体は、外周チューブ架構1の中心に内部チューブ架構3を設けた別の形態である。図13の形態は、前述の図10の形態に複数のスラブ21をさらに設けた形態である。内部チューブ架構3は、複数のスラブ21を貫通している。複数のスラブ21間の距離は、外周チューブ架構の六角形構造ユニットの高さHの2分の1である。
【0098】
図14及び図15の建築構造体は、外周チューブ架構1の中心に内部チューブ架構3を設けたさらに別の形態である。外周チューブ架構1の内部に設けたスラブの形状の変形例である。
【0099】
図16の建築構造体は、外周チューブ架構1の中心に内部チューブ架構3を設けたさらに別の形態である。図16の形態では、スラブ21aの外側の端部21a1が外周チューブ架構1の梁11aに接合されている。一方、スラブ21aの内側の端部21a4は内部チューブ架構3における第2六角形構造ユニットの柱と接合されることにより第2六角形構造ユニットの下辺を構成している。図16の形態では、スラブ21aを介して外周チューブ架構1と内部チューブ架構3とが結合され、一体化されている。
【0100】
さらに別の形態として、図示しないが、外周チューブ架構と内部チューブ架構とが、メインフレームとしての梁を介して結合されていてもよい。
【0101】
またさらに別の形態として、図示しないが、外周チューブ架構と接合されているスラブが内部チューブ架構と交差していてもよい。
【0102】
図17の建築構造体では、外周チューブ架構1の頂部に複数の五角形構造ユニット40を挿入することにより、チューブ先端を閉じて丸みのあるドーム形状部4を形成している。図示の例では、五角形構造ユニット40は、チューブの周方向に沿って1列おきに挿入されている。なお、図示のように外周チューブ架構1の平面形状が円形の場合のみでなく、平面形状が円形以外(多角形等)の場合も五角形構造ユニットを適宜挿入することによりチューブ先端を閉じることができる。
【0103】
図18の建築構造体では、外周チューブ架構1の軸方向の一部において、複数の五角形構造ユニット50を挿入することにより、チューブ幅員を縮小するチューブ幅員移行部5を設けている。図示の例では、上下方向に沿って2つの五角形構造ユニット50の頂点同士を突き合わせたものを、チューブの周方向に沿って一列おきに挿入している。チューブ幅員は、平面形状が円形の場合は直径であるが、平面形状が円形以外(多角形等)の場合は平均的な直径若しくは差し渡し幅等に相当する。チューブ幅員移行部5の上方部分におけるチューブ幅員は下方部分におけるチューブ幅員より小さい。高層または超高層の建築物における上層部分の荷重軽減に好適である。なお、チューブ幅員移行部5を、1つの外周チューブ架構の軸方向に沿って複数箇所設けてもよい。
【0104】
図19は、図1A〜図18で説明した外周チューブ架構をもつ建築構造体のいずれかを複数用いて構成した拡大建築構造体の一形態を示す外観斜視図である。図19では、4つの建築構造体1a、1b、1c、1dを互いに間隔を空けて四隅に配置し、全体をメインフレームとしての複数のスラブ24で結合している。この形態では、1つの建築構造体が拡大建築構造体における1本の柱の役割を果たしている。なお、建築構造体同士の結合は、梁を介して行ってもよい。
【0105】
なお、図示しないが、図1A〜図18で説明した建築構造体を複数用いて構成する拡大建築構造体の別の形態としては、建築構造体同士を隣接させて配置し、隣接する2つの建築構造体の各々における外周チューブ架構の一部の六角形構造ユニットを共有することにより結合する。このようにして複数の建築構造体を鎖状に結合していくことにより拡大建築構造体を形成する。
【0106】
図20Aに示す建築構造体は、X状に結合された2つの斜形外周チューブ架構7aと7bを有し、2つの斜形外周チューブ架構7a、7bの各々が、六角形構造ユニット70をハニカム状に剛接合してメインフレームを形成している。図20Bは、2つの斜形外周チューブ架構7aと7bの結合部分における水平方向の概略断面図である。斜形外周チューブ架構7a、7bでは、チューブ軸が鉛直方向に対して傾斜して延びているが、個々の六角形構造ユニット70の向きは、図1A〜図18に示した外周チューブ架構における六角形構造ユニットの向きと同じである。すなわち、六角形構造ユニット70は、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した2本の斜柱を連結した2辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置して形成される。柱同士、柱と梁、柱とスラブの一部との接合は剛接合であり、この接合には公知の種々の手段を用いることができる。
【0107】
図示しないが、2つの斜形外周チューブ架構をX状に結合する替わりに、互いの頂部同士を結合することによりΛ状としてもよい。X状またはΛ状に結合した形態は、耐震性及び耐風圧性に優れた強固な構造である。
【0108】
図20Aの建築構造体はさらに、2つの斜形外周チューブ架構7a、7bの各々の内側において、第2六角形構造ユニット80をハニカム状に剛接合してメインフレームを形成した斜形内部チューブ架構8a、8bをそれぞれ設けている。個々の第2六角形構造ユニット80の向きは、図11〜図16に示した内部チューブ架構における第2六角形構造ユニットの向きと同じである。すなわち、第2六角形構造ユニット80もまた、鉛直方向に対して互いに逆向きに傾斜した2本の斜柱を連結した2辺を左右対称にそれぞれ配置し、かつ、水平方向に沿った上辺と下辺にそれぞれ梁、またはスラブの一部のいずれかを配置して形成される。柱同士、柱と梁、柱とスラブの一部との接合は剛接合であり、この接合には公知の種々の手段を用いることができる。
【0109】
好適例では、2つの斜形外周チューブ架構7aと7bの結合部分において、2つの斜形内部チューブ架構8aと8b同士は互いに重ならず、図20Bに示すように互いに隣接するか、若しくは間隔を空けて配置される。そして、隣接する場合は直接結合し、間隔を空けて配置される場合はメインフレームとしてのスラブ若しくは梁を介して結合される。斜形内部チューブ架構8a、8bの内側は、メインフレームとしてのスラブまたは梁を設けてもよく、または、ボイドとすることによりエレベーターや共有設備配管スペース等に用いてもよい。
【0110】
図21は、図1A〜図20に示した建築構造体または拡大建築構造体において、外周チューブ架構または斜形外周チューブ架構の内部にサブフレーム25a、25b、25cを設けた形態を概略的に示している。(A)では、六角形構造ユニットの高さと同じ間隔でメインフレームのスラブ21が設けられている。このスラブ間隔は、建築物の4層分に相当する。従って、3つのサブフレーム25a、25b、25cにより、メインフレームのスラブ21間を4層に区画している。
【0111】
図21の(B)に示すように、六角形構造ユニットの上辺と下辺にメインフレームのスラブ21が存在し、六角形構造ユニットの高さが4層分である場合、3つのサブフレーム25a、25b、25cの全てまたは一部を分離したり、接合したりできる。なお、六角形構造ユニットの左右両辺の斜柱の内側には、サブフレームを受ける突起26a、26b、26cが設けられている。
【0112】
図21の(C)に示すように、六角形構造ユニットの中央高さにメインフレームのスラブ21が存在し、六角形構造ユニットの高さが4層分である場合、2つのサブフレーム25a、25cの双方または一方を分離したり、接合したりできる。
【0113】
サブフレームもまた、区画される各層を構造的に支持する構造躯体の一部ではあるが、メインフレームと異なり、建築物全体の耐震性と耐風圧性を担う必要がないため分離及び接合の適宜な設定が可能である。このようにサブフレームを利用することにより、平面的及び立体的な空間の自由度がさらに大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【0114】
【図1A】本発明による建築構造体の基本形態の外観斜視図である。
【図1B】本発明による建築構造体の基本形態の部分拡大図である。
【図1C】本発明による建築構造体の基本形態の平面図である。
【図2A】本発明と従来技術とを比較するための構造解析の説明図である。
【図2B】本発明と従来技術との変形比較の結果を示す図である。
【図2C】本発明と従来技術との変形に関連する部材比較の結果を示す図である。
【図2D】本発明と従来技術との水平負荷に対する応力比較の結果を示す図である。
【図3】本発明による建築構造体の一実施形態の外観斜視図である。
【図4】本発明による建築構造体の一実施形態の外観斜視図である。
【図5】本発明による建築構造体の一実施形態の外観斜視図である。
【図6】本発明による建築構造体の一実施形態の外観斜視図である。
【図7】本発明による建築構造体の一実施形態の外観斜視図である。
【図8】本発明による建築構造体において中柱を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図9】中柱を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図10】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図11】本発明による建築構造体において内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図12】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図13】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図14】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図15】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図16】内部チューブ架構を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図17】頂部にドーム形状部を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図18】外周チューブ架構の一部にチューブ幅員移行部を有する一実施形態の外観斜視図である。
【図19】図1A〜図18の外周チューブ架構をもつ建築構造体を複数用いて構成した拡大建築構造体の一形態を示す外観斜視図である。
【図20A】X状に結合された2つの斜形外周チューブ架構をもつ建築構造体の外観斜視図である。
【図20B】斜形外周チューブ架構の結合部分における水平方向の概略断面図である。
【図21】図1A〜図20に示した建築構造体または拡大建築構造体にサブフレームを設けた形態を示す図である。
【符号の説明】
【0115】
1、1a、1b、1c、1d 外周チューブ架構
3、3a、3b、3c、3d 内部チューブ架構
4 ドーム形状部
5 チューブ幅員移行部
6 中柱
7a、7b 斜形外周チューブ架構
8a、8b 斜形内部チューブ架構
10 六角形構造ユニット
11、11a、11b 下辺
12、12a、12b 上辺
13 左下辺
14 左上辺
15 右下辺
16 右上辺
21、21a、21b スラブ
21a1、21a2、21b1、21b2 スラブ端部
24 結合スラブ
25a、25b、25c サブフレーム
30 第2六角形構造ユニット
40、50 五角形構造ユニット
70 六角形構造ユニット
80 第2六角形構造ユニット




 

 


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