JP4365447B1 - ハニカム建築構造体及びその点検方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地震後の点検及び再生を効率的かつ低コストで行うことが可能な、ハニカム建築構造体及びその点検方法を提供する。
【解決手段】ハニカム建築構造体は、最大の第１フレームからなり露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、第２フレームから最小の第ｎフレームまでからなるサブフレームとを備え、少なくとも第ｎフレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。六角形フレーム内の、より小さい各フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する第１ステップと、より小さいフレームの全てに損傷が無いときは、その六角形フレームの点検を不要と決定する第２ステップと、より小さいフレームの少なくとも１つに損傷が有るときは、損傷の有るフレームの交換を決定すると共に、その六角形フレームの点検を必要と決定する第３ステップを有する点検方法である。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、六角形フレームをハニカム接合して構築されたハニカム建築構造体、並びに、当該ハニカム建築構造体が地震等を被った後における損傷の有無についての点検方法に関する。

本出願人は、既に特許文献１〜５に開示されたハニカム建築構造体（以下、"ハニカム構造体"と略称する場合がある）を提示している。これらの文献におけるハニカム構造体は、好適には、チューブ架構に適用される。

図１７は、チューブ架構を形成するハニカム構造体のメインフレームの一例を概略的に示している（特許文献１に開示）。メインフレームは、建築物全体の長期負荷（固定荷重＋積載荷重）を負担しており、最も重要な骨格である。図１７の右下に、このメインフレーム１００を構成する基本ユニット（本明細書では"Ａタイプ"と称する）を示している。この基本ユニットは、１つの六角形フレームＨａのみで構成されている。図１７に示したメインフレーム１００では、隣り合う六角形フレームＨａが１つの辺部材を共有するようにハニカム接合されている。

メインフレーム１００における梁は、六角形フレームＨａの上辺と下辺の部材１０１に相当しており、水平方向に連続していない。また、柱は、六角形フレームＨａの左右における屈曲した部材１０２に相当しており、鉛直方向にジグザグに連続する斜柱となる。このようなハニカム構造は、様々な方向から建築物に加わる負荷を、梁又は斜柱の軸力に変換しやすいという長所がある。加えて、ハニカム構造に特有の剛性を有することにより、チューブ架構のみによっ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できる。構造解析の結果からも、ハニカム構造のチューブ架構は、一般ラーメン構造のチューブ架構に比べて同じ水平負荷に対する変形及び曲げモーメントの応力が小さいことが確認された。つまり、同じ量の変形及び曲げモーメントの応力に対する強度を確保する場合に、ハニカム構造では、一般ラーメン構造に比べて梁及び柱を細くできる。加えて、チューブ架構の内部に補強構造がなくとも十分な強度が得られるため、自由な内部空間を十分確保できる。

特許文献４では、フラクタル的要素を取り入れたハニカム構造（以下、フラクタルハニカム構造と称する場合がある）を提示した。フラクタルハニカム構造の基本ユニットは、図１７に示したＡタイプユニットの六角形フレームＨａの内部にさらにサブフレームを有する。サブフレームは、六角形フレームＨａと相似形の、より小さい複数の六角形フレームから構成される。サブフレームは、相似比の異なるすなわち大きさの異なる六角形フレームを含んでもよい。サブフレームとメインフレームは接合されている。特許文献４の構造におけるサブフレームでは、個々の六角形フレームが６つの辺部材を有し、隣り合う六角形フレームが各々の辺部材を互いに沿わせるようにハニカム接合されている。

フラクタルハニカム構造の一例は、メインフレームの各六角形フレームＨａの内部に、複数の２次六角形フレームからなるハニカムが嵌め込まれ、そして各２次六角形フレームの内部に、複数の３次六角形フレームからなるハニカムが嵌め込まれた構造である。このような２次及び３次六角形フレームからなるサブフレームを設けることにより、基本ユニットの強度が向上する。特に、曲げモーメント応力の集中する六角形フレームＨａの頂点近傍の剛性を高めることができる。この結果、ハニカム構造体全体の強度が向上する。また、サブフレームのフラクタル構成は豊富な多様性を有するため、必要に応じて剛性のレベルを容易に調整することができる。

本発明に関連して、別の局面における従来技術を述べておく。例えば、建物が大きな地震を被った場合、その被害状況の点検が必要となる。特許文献６では、建物の構造データ及び地盤データに基づき、その建物の振動応答解析モデルを予め作成し、このモデルに対し参考観測値を用いて振動応答解析を実行することにより、大きな損傷を生じると推定される部位を特定する。特定された部位に地震計を設けておく。地震計の計測値が設定値以上となったとき、点検作業を行う。最も重要かつ有効な点検作業は、目視により柱や梁の損傷又は破断の有無を調べることである。

特許第３８１１７０８号公報 特許第４１０８１０１号公報 特許第４１９２２０７号公報 特許第４２１０３２３号公報 特許第４１４６５１１号公報 特開２００６−６３５９３号公報

ここで、耐火の観点から、一定規模以上の鉄骨造の建物では、所定の部位の構造部材に対して耐火被覆を施すことが法規（建築基準施行令第70条、107条等）により定められている。所定の部位とは、長期負荷（固定荷重＋積載荷重）を担う部分であって、構造耐力上主要な部分に相当する。仮にこれらの構造部材が焼損すると、建物が倒壊してしまうからである。一方、地震力や風圧力等の短期負荷のみを担う構造部材については、耐火被覆を免除されている。

地震等の被害状況を目視点検する場合に不都合な点は、耐火被覆を施した構造部材については、その耐火被覆を除去しなければ、点検ができないことである。また、耐火被覆を除去して点検した結果、異常が無かった場合、再度耐火被覆を施さなければならない。このように、耐火被覆を施した構造部材については、点検及び再生のためのコストが非常に高くなる。

再び、特許文献４のフラクタルハニカム構造に戻ると、発明者らは、このようなフラクタルハニカム構造が、耐力試験において極めて特徴的な損傷経過を示すことを見出した。詳細は後述するが、概略すると、フラクタルハニカム構造においては、短期負荷に対して必ずサブフレームから損傷し始め、その後にメインフレームに損傷を生じるということである。さらに、サブフレームにおいても、より小さい六角形フレームから先に損傷を生じることが実証された。構造部材の損傷は、通常、微小な亀裂などから始まり、次第に拡大して最終的には破断に至る。

本発明は、上記のフラクタルハニカム構造の特性に着目してなされたものである。この特性を生かして、地震等の後の点検及び再生を、確実かつ効率的に行うことが可能であり、さらに低コストで行うことが可能であるハニカム建築構造体及びその点検方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明の構成は、以下の通りである。
本発明によるハニカム構造体は、互いに相似形であって最大の第１フレームから最小の第ｎフレームまでのｎ種類（ｎは２以上）の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されている。このハニカム建築構造体は、複数の第１フレームをハニカム状に接合して形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置され、第２フレームから第ｎフレームまでのｎ−１種類の複数の六角形フレームをハニカム状に接合して形成されたサブフレームとを備える。例えば、ｎ＝２の場合、サブフレームの六角形フレームは、１種類のみ（第２フレームのみ）からなる。また例えば、ｎ＝３の場合、サブフレームの六角形フレームは、２種類からなる。そして、サブフレームにおける少なくとも第ｎフレーム（すなわち最小の六角形フレーム）が、損傷の有無を点検するためのセンサ部として、耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有することを特徴とする。

さらに、上記のハニカム構造体において、ｎ種類の六角形フレームは、より大きい六角形フレームを形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントが、より小さい六角形フレームを形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントよりも大きいことが好適である。

一実施例においては、上記サブフレームが、第１フレームの内側に配置された３個の第２フレームから形成され、かつ、各第２フレームが前記センサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。

別の実施例においては、上記サブフレームが、第１フレームの内側に配置された３個の第２フレーム、及び、各第２フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第３フレームから形成され、かつ、各第２フレーム及び各第３フレームが前記センサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。

さらに別の実施例においては、上記サブフレームが、第１フレームの内側に配置された３個の第２フレーム、及び、該第１フレームと各第２フレームとの間の空間にそれぞれ配置された３個の第３フレームから形成され、かつ、各第２フレーム及び各第３フレームが前記センサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。

さらに別の実施例においては、上記サブフレームが、第１フレームの内側に配置された３個の第２フレーム、及び、各第２フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第３フレーム)から形成されると共に、各第２フレームの露出面全体が耐火被覆で覆われており、かつ、各第３フレームが前記センサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。

さらに別の実施例においては、上記サブフレームが、第１フレームの内側に配置された３個の第２フレーム、及び、第１フレームと各第２フレームとの間の空間にそれぞれ配置された３個の第３フレームから形成されると共に、各第２フレームの露出面全体が耐火被覆で覆われており、かつ、各第３フレームが前記センサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。

本発明による、ハニカム構造体における損傷の有無の点検方法は、互いに相似形であって最大の第１フレームから最小の第ｎフレームまでのｎ種類（ｎは２以上）の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されたハニカム構造体を対象とする。このハニカム構造体は、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置され、第２フレームから第ｎフレームまでのｎ−１種類の複数の六角形フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける少なくとも第ｎフレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。このハニカム構造体の点検方法は、次の各ステップを有する。
第１ステップでは、前記第ｎフレームを内側に直接接合した六角形フレーム毎に、該直接接合された第ｎフレームの各々のセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する。
第２ステップでは、前記第１ステップにおいて、前記直接接合された全ての第ｎフレームに損傷が無いときは、その六角形フレームの点検を不要と決定する。
第３ステップでは、前記第１ステップにおいて、前記直接接合された第ｎフレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第ｎフレームの交換を決定すると共に、その六角形フレームの点検を必要と決定する。

さらに、上記点検方法において、ハニカム構造体の上記ｎ種類の六角形フレームは、より大きい六角形フレームを形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントが、より小さい六角形フレームを形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントよりも大きいことが好適である。

本発明による点検方法の一実施例は、互いに相似形である大きい方の第１フレームと小さい方の第２フレームの２種類の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されたハニカム構造体を対象とする。このハニカム構造体は、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置されかつ３個の第２フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける各第２フレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。このハニカム構造体の点検方法は、次の各ステップを有する。
第１ステップでは、３個の第２フレームを内側に直接接合した第１フレーム毎に、該直接接合された各第２フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する。
第２ステップでは、上記第１ステップにおいて、１つの第１フレームの内側に直接接合された全ての第２フレームに損傷が無いときは、その第１フレームの点検を不要と決定する。
第３ステップでは、上記第１ステップにおいて、１つの第１フレームの内側に直接接合された第２フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第２フレームの交換を決定すると共に、その第１フレームの点検を必要と決定する。

本発明による点検方法の別の実施例は、互いに相似形である最大の第１フレーム、中間の第２フレーム及び最小の第３フレームの３種類の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されたハニカム構造体を対象とする。このハニカム構造体は、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第２フレーム及び各第２フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第３フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける各第２フレーム及び各第３フレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。このハニカム構造体の点検方法は、次の各ステップを有する。
第１ステップでは、３個の第３フレームを内側に直接接合した第２フレーム毎に、該直接接合された各第３フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する。
第２ステップでは、上記第１ステップにおいて、１つの第２フレームの内側に直接接合された全ての第３フレームに損傷が無いときは、その第２フレームの点検を不要と決定する。
第３ステップでは、上記第１ステップにおいて、１つの第２フレームの内側に直接接合された第３フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第３フレームの交換を決定すると共に、その第２フレームの点検を必要と決定する。
第４ステップでは、上記第３ステップにおいて点検を必要とされた第２フレームを内側に直接接合した第１フレーム毎に、該点検を必要とされた各第２フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する。
第５ステップでは、上記第４ステップにおいて、上記点検を必要とされた全ての第２フレームに損傷が無いときは、その第１フレームの点検を不要と決定する。
第６ステップでは、上記第４ステップにおいて、上記点検を必要とされた第２フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第２フレームの交換を決定すると共に、その第１フレームの点検を必要と決定する。

本発明による点検方法のさらに別の実施例は、互いに相似形である最大の第１フレーム、中間の第２フレーム及び最小の第３フレームの３種類の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されたハニカム構造体を対象とする。このハニカム構造体は、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第２フレーム及び該第１フレームと各第２フレームとの間の空間にそれぞれ配置された３個の第３フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける各第２フレームの露出面全体が耐火被覆で覆われると共に、各第３フレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。このハニカム構造体の点検方法は、次の各ステップを有する。
第１ステップでは、３個の第２フレーム及び３個の第３フレームを内側に直接接合した第１フレーム毎に、該直接接合された各第２フレーム及び各第３フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する。
第２ステップでは、上記第１ステップにおいて、１つの第１フレームの内側に直接接合された全ての第２フレーム及び第３フレームに損傷が無いときは、その第１フレームの点検を不要と決定する。
第３ステップでは、上記第１ステップにおいて、１つの第１フレームの内側に直接接合された第２フレーム及び第３フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第２フレーム又は第３フレームの交換を決定すると共に、その第１フレームの点検を必要と決定する。

本発明による点検方法のさらに別の実施例は、互いに相似形である最大の第１フレーム、中間の第２フレーム及び最小の第３フレームの３種類の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されたハニカム構造体を対象とする。このハニカム構造体は、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第２フレーム及び各第２フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第３フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける各第２フレームの露出面全体が耐火被覆で覆われると共に、各第３フレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。このハニカム構造体の点検方法は、次の各ステップを有する。
第１ステップでは、３個の第３フレームを内側に直接接合した第２フレーム毎に、該直接接合された各第３フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する。
第２ステップでは、上記第１ステップにおいて、１つの第２フレームの内側に直接接合された全ての第３フレームに損傷が無いときは、その第２フレームの点検を不要と決定する。
第３ステップでは、上記第１ステップにおいて、１つの第２フレームの内側に直接接合された第３フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第３フレームの交換を決定すると共に、その第２フレームの点検を必要と決定する。

本発明による点検方法のさらに別の実施例は、互いに相似形である最大の第１フレーム、中間の第２フレーム及び最小の第３フレームの３種類の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されたハニカム構造体を対象とする。このハニカム構造体は、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第２フレーム及び該第１フレームと各第２フレームとの間の空間にそれぞれ配置された３個の第３フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける各第２フレームの露出面全体が耐火被覆で覆われると共に、各第３フレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有する。このハニカム構造体の点検方法は、次の各ステップを有する。
第１ステップでは、３個の第３フレームを内側に直接接合した第１フレーム毎に、該直接接合された各第３フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する。
第２ステップでは、上記第１ステップにおいて、１つの第１フレームの内側に直接接合された全ての第３フレームに損傷が無いときは、その第１フレーム及びその第１フレーム内の各第２フレームの点検を不要と決定する。
第３ステップでは、上記第１ステップにおいて、１つの第２フレームの内側に直接接合された第３フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第３フレームの交換を決定すると共に、その第１フレーム及びその第１フレーム内の各第２フレームの点検を必要と決定する。

本発明によるハニカム建築構造体は、フラクタルハニカム構造を有しており、互いに相似形のｎ種類（ｎは２又はそれ以上）の六角形フレームを組み合わせてハニカム接合することにより構築されている。メインフレームは、最大の第１フレームをハニカム接合して形成され、各第１フレームの内部にはサブフレームを備えている。サブフレームは、第２フレームから最小の第ｎフレームまでのｎ−１種類の六角形フレームをハニカム接合して形成されている。例えば、ｎ＝２の場合、サブフレームは第２フレームのみから形成される。

一定規模以上の建築物においては、長期負荷（固定荷重＋積載荷重）を負担する部位に耐火被覆を設けることが義務付けられている。フラクタルハニカム構造におけるメインフレームとサブフレームとは互いに接合されているので、実際には、長期負荷と短期負荷が、メインフレームとサブフレームに明確に振り分けられるものではない。しかしながら、メインフレームついては、必ず長期負荷を負担するように構造設計される。従って、メインフレームは、常にその露出面全体を耐火被覆で覆わなければならない。サブフレームは、メインフレームが"単独で"長期負荷を負担可能であるか否かにより、その耐火被覆の要否が分かれる。
メインフレームが単独で長期負荷を負担可能に構造設計されている場合は、サブフレームは、基本的に長期負荷を負担する必要がなく、短期負荷（地震力や風圧力等）を補強的に負担すればよい。この場合、サブフレームを構成する六角形フレーム（第２〜第ｎフレーム）に耐火被覆は不要である。
メインフレームが単独で長期負荷を負担可能に構造設計されていない場合は、サブフレームが長期負荷の一部を負担しかつ短期負荷も補強負担するように構造設計されている。この場合、サブフレームのうちで最も大きい第２フレームが長期負荷の一部を負担するので、第２フレームについては、その露出面全体を耐火被覆で覆わなければならない。
サブフレームにおいて、第３フレームより小さい六角形フレームについては、長期負荷を負担することはないので、常に耐火被覆は不要である。

耐力試験の結果によれば、フラクタルハニカム構造においては、地震等の短期負荷に対して、必ず、より小さい六角形フレームからより大きい六角形フレームへと順次損傷が進行する性質があることが実証された。このことは、"フラクタルハニカム構造に含まれる所定の大きさの六角形フレームに損傷が無い場合には、それより大きい六角形フレームにも損傷が無い"、と保証されることを意味する。

この事実に基づき、本発明のハニカム構造体は、サブフレームを形成する六角形フレームのうち少なくとも最小の六角形フレームが耐火被覆の無い非被覆部分を有するように、構成されている。例えば、サブフレームが第２フレームのみから形成される場合は、第２フレームが耐火被覆の無い非被覆部分を有する。また例えば、サブフレームが第２フレームと第３フレームから形成される場合は、少なくとも第３フレームが耐火被覆の無い非被覆部分を有する。

そして、非被覆部分は、目視点検することができるので、地震等による損傷の有無を点検するためのセンサ部としての役割を果たすことができる。本明細書では、このような役割をもつ六角形フレームを、"センサフレーム"と称する。

例えば、１つの六角形フレームの内側に配置された全てのセンサフレームに損傷が無い場合は、当該六角形フレームにも損傷が無いことが保証される。従って、当該六角形フレーム自体の点検が不要となる。これにより、点検作業の効率が向上する。特に、当該六角形フレームに耐火被覆が施されている場合に有用である。従来の一般ラーメン構造や、センサフレームの無いハニカム構造では、耐火被覆を施した多くの構造部材について、その耐火被覆を除去して点検しなければならなかった。これに対し、センサフレームを設けた本発明のハニカム構造においては、点検不要と判定された六角形フレームについては、その耐火被覆を除去する必要がない。

この結果、建築構造体全体について、耐火被覆の除去作業、除去後の点検作業、点検後の耐火被覆の再生作業に要する労力とコストを大幅に低減することができる。また、地震後における建築構造体の速やかな修復及び利用再開を実現することができる。

（ａ）は、本発明によるハニカム構造体を形成する主要な基本ユニットの種類を示し、（ｂ）は、(ａ)の基本ユニットを形成する六角形フレームの種類を示している。 本発明によるハニカム構造体の基本構成を説明する図である。 ハニカム構造体の実施例１を示す立面図である。 図２Ａで用いられているＢタイプ、Ｃタイプ及びＤタイプの各基本ユニットの拡大図である。 ハニカム構造体の実施例２を示す立面図である。 図３Ａで用いられているＢタイプ、Ｃタイプ及びＤタイプの各基本ユニットの拡大図である。 ハニカム構造体の実施例３を示す立面図である。 図４Ａで用いられているＣタイプ及びＤタイプの各基本ユニットの拡大図である。 ハニカム構造体の実施例４を示す立面図である。 図５Ａで用いられているＣタイプ及びＤタイプの各基本ユニットの拡大図である。 ハニカム構造体の比較例を示す立面図である。 、図２Ａ及び図３Ａにそれぞれ示した実施例１、２のハニカム構造体に含まれるタイプＢユニットの点検フローの一例である。 図２Ａ及び図３Ａにそれぞれ示した実施例１、２のハニカム構造体に含まれるタイプＣユニットの点検フローの一例である。 図２Ａ及び図３Ａにそれぞれ示した実施例１、２のハニカム構造体に含まれるタイプＤユニットの点検フローの一例である。 、図４Ａ及び図５Ａにそれぞれ示した実施例３、４のハニカム構造体に含まれるタイプＣユニットの点検フローの一例である。 、図４Ａ及び図５Ａにそれぞれ示した実施例３、４のハニカム構造体に含まれるタイプＤユニットの点検フローの一例である。 （ａ）は、Ｂタイプユニットの試験体の立面図であり、(ｂ)は、第１フレームＨａの断面図であり、（ｃ）は、第２フレームＨｂの断面図である。 Ｂタイプユニットについての荷重変形曲線を示すグラフである。 （ａ）は、Ｃタイプユニットの試験体の立面図であり、(ｂ)は、第３フレームＨｃの断面図である。 Ｃタイプユニットについての荷重変形曲線を示すグラフである。 （ａ）は、Ｄタイプユニットの試験体の立面図であり、(ｂ)は、挿入フレームＨｄの断面図である。 Ｄタイプユニットについての荷重変形曲線を示すグラフである。 Ｈ型鋼の強軸を示す図である。 （ａ）は、Ｂタイプユニットにおける、耐火試験に用いた試験体の箇所を示す図である。（ｂ）は、試験体の断面図である。 耐火試験結果を示すグラフである。 チューブ架構を形成するハニカム構造体のメインフレームの一例を概略的に示す図である。

図１Ａは、本発明によるハニカム構造体を形成する各部品を説明する表である。（ａ）は、ハニカム構造体を形成する主要な基本ユニットの種類を示し、（ｂ）は、(ａ)の基本ユニットを形成する六角形フレームの種類を示している。

図１Ａの(ａ)に示すように、典型的な３種類の基本ユニットを、Ｂタイプ、Ｃタイプ、Ｄタイプと称することとする。これらの基本ユニットを形成する六角形フレームには、(ｂ)に示すように、第１フレームＨａ、第２フレームＨｂ、第３フレームＨｃ及び挿入フレームＨｄの４種類がある。１つの六角形フレームは６つの辺を有し、各辺は構造部材で形成されている。４種類の六角形フレームは互いに相似形である。第１、第２及び第３フレームは、大きい順に番号が付けられ、第２フレームＨｂは第１フレームＨａの内側に、第３フレームＨｃは第２フレームＨｂの内側に、直接接合される。挿入フレームＨｄは、第２フレームＨｂより小さく、第３フレームＨｃより大きく、第１と第２のフレームの間の空間に配置される。

第１フレームＨａは、メインフレームを形成するための最大の六角形フレームである。第２フレームＨｂ、第３フレームＨｃ及び挿入フレームＨｄは、第１フレームＨａの内側に配置されるサブフレームを形成するための六角形フレームである。

図１Ｂは、本発明のハニカム構造体の基本構成を説明する図である。本発明のハニカム構造体は、複数の第１フレームＨａをハニカム状に接合したメインフレーム１００と、各第１フレームＨａの内側にそれぞれ配置され接合されたサブフレームとから構築される。メインフレーム１００における隣り合う第１フレームＨａは、１つの辺部材を共有するように接合されている。サブフレームには幾つかの種類がある。いずれのサブフレームも、第１フレームＨａの内側に嵌合する大きさである。主要なサブフレームは、次の３種類である。

サブフレームＳｂは、３個の第２フレームＨｂをハニカム状に接合して形成される。隣り合う第２フレームＨｂは、各々の辺部材を互いに沿わせて接合されている。サブフレームＳｂを構成する六角形フレームは、第２フレームＨｂの１種類である。サブフレームＳｂを第１フレームＨａの内側に配置することにより、Ｂタイプの基本ユニットが形成される。

サブフレームＳｃは、３個の第２フレームＨｂをハニカム状に接合し、さらに各第２フレームＨｂの内側に３個の第３フレームＨｃをハニカム状に接合して形成される。隣り合う第２フレームＨｂ及び隣り合う第３フレームＨｃは、各々の辺部材を互いに沿わせて接合されている。サブフレームＳｂを構成する六角形フレームは、第２フレームＨｂ及び第３フレームＨｃの２種類である。サブフレームＳｃを第１フレームＨａの内側に配置することにより、Ｃタイプの基本ユニットが形成される。

サブフレームＳｄは、３個の第２フレームＨｂをハニカム状に接合し、さらにその外側に３個の挿入フレームＨｄを接合している。隣り合う第２フレームＨｂは、各々の辺部材を互いに沿わせて接合されている。１つの挿入フレームＨｄは、２つの第２フレームＨｂの間に嵌合するように接合されている。サブフレームＳｄを構成する六角形フレームは、第２フレームＨｂ及び挿入フレームＨｄの２種類である。サブフレームＳｄを第１フレームＨａの内側に配置することにより、Ｄタイプの基本ユニットが形成される。

なお、Ｄタイプユニットにおける最小フレームである挿入フレームＨｄは、厳密には、このＤタイプユニットにおける"第３フレーム"と称するべきであるが、上記のＣタイプユニットにおける第３フレームＨｃとの混乱を避けるために、本明細書中では"挿入フレームＨｄ"と称することとする。但し、特許請求の範囲においては、Ｄタイプユニットの最小フレームを、"第３フレーム"と記載している。

一般的には、本発明のフラクタルハニカム構造をもつ建築構造体は、最大の第１フレームから最小の第ｎフレームまでのｎ種類の相似形の六角形フレームを組合せ、ハニカム接合することにより構築される。ここで、六角形フレームの大小の定義は、互いに相似形である六角形の一辺の長短を基準としている。メインフレームは、最大の第１フレームＨａにより形成される共通形状である。一方、サブフレームは、第２フレームから第ｎフレームまでのｎ−１種類の六角形フレームを組み合わせて形成されるので、上記のサブフレームＳｂ、Ｓｃ及びＳｄ以外にも多様な変形例が存在し得る。このようなサブフレームの変形例を第１フレームＨａの内側に配置することにより、基本ユニットの変形例を形成することができる。これらの基本ユニットの変形例を用いたハニカム構造体も、本発明の範囲に含まれるものとする。これらの変形例については説明を省略するが、主要な基本ユニットＢ、Ｃ、Ｄを用いた実施例についての説明から、容易に類推されるであろう。

本発明における"ハニカム接合"とは、メインフレーム１００においては、同じ大きさの隣り合う六角形フレームが１つの辺部材を共有している接合形態をいう。また、サブフレームにおいては、同じ大きさ又は異なる大きさの各六角形フレームが、それぞれ６つの辺部材を有し、隣り合う六角形フレームが互いの辺部材と辺部材とを沿わせて接合されている形態をいう。さらに、"ハニカム接合"には、メインフレームの内側にサブフレームを嵌合させて接合することも含む。"ハニカム接合"においては、相対的に小さい１つの六角形フレームにおける２つ以上の辺が、相対的に大きい１又は複数の六角形フレームのいずれかの辺と接合されている。またさらに、接合の方法は、特定の方法に限定されず、例えば、剛接合、半剛接合、ローラー接合が含まれる。

再び、図１Ａの(ｂ)を参照する。表の下段に、各六角形フレームの耐火被覆の要否と、センサフレームとしての利用可能性との関係を記載している。長期負荷を負担するように構造設計されている六角形フレーム（以下、"長期負荷フレーム"と称する）には、耐火被覆を施すことが法規により義務付けられている。

一方、短期負荷を補強負担するように構造設計されている六角形フレーム(以下、"短期負荷フレーム"と称する)には、耐火被覆の義務はなく、外観を目視できる。よって、短期負荷フレームは、損傷の有無を点検するためのセンサフレームとして利用できる。なお、短期負荷フレームには、制震を目的とするものも含む。図１Ａの(ｂ)に示した六角形フレームでは、耐火被覆ＦＣで覆われた部分を斜線掛けで示している（以下の図において同じ）。

補足すると、本発明における"長期負荷フレーム"及び"短期負荷フレーム"は、それぞれが実際に"長期負荷のみ"及び"短期負荷のみ"を負担することを意味しない。つまり、実際のハニカム構造体において、長期負荷と短期負荷が、長期負荷フレームと短期負荷フレームに明確に振り分けられて掛かるわけではない。実際の長期負荷フレームは、当然に短期負荷も担っている。また、短期負荷フレームは長期負荷フレームと接合されているから、実際には長期負荷も掛かるが、構造設計上は、短期負荷フレームが長期負荷を担うことは想定されていない。従って、"長期負荷フレーム"の意味は、長期負荷を負担可能に構造設計されている、ということであり、"短期負荷フレーム"の意味は、長期負荷を負担する必要がないように構造設計されている、ということである。そして、耐火被覆の要否は、長期負荷を負担可能に構造設計されているか否かに基づいて決定される。

メインフレーム用の第１フレームＨａは、常に長期負荷フレームであるので、その露出面全体を耐火被覆ＦＣで覆うことが義務付けられている。よって、センサフレームとはなり得ない。ここで"露出面"とは、被覆がなければ周囲空間に露出する面を意味する（ここでは、建物完成時に非構造部材により被覆されることは、考えない）。

サブフレーム用の第２フレームＨｂについては、長期負荷フレームとする場合は、その露出面全体を耐火被覆ＦＣで覆うことが義務付けられる一方、短期負荷フレームとする場合は耐火被覆ＦＣは不要である。前者の場合は、センサフレームとして利用できないが、後者の場合は、センサフレームとして利用できる。

サブフレーム用の第３フレームＨｃ及び挿入フレームＨｄは、短期負荷フレームである。よって、耐火被覆ＦＣは不要であるので、いずれもセンサフレームとして利用できる。

一般的には、本発明のハニカム構造体は、最大の第１フレームから最小の第ｎフレームまでのｎ種類の相似形の六角形フレームから形成され、少なくとも最小の第ｎフレームをセンサフレームとして利用する。一例として、第１フレームから第ｎ−１フレームまでを長期負荷フレームとし、最小の第ｎフレームのみをセンサフレームとして利用する。この例の場合、第１フレームから第ｎ−１フレームまでの総合耐力が、必ず長期負荷を負担するように構造設計されている。

図２Ａ及び図２Ｂ〜図５Ａ及び図５Ｂは、図１Ａに示した基本ユニットを組み合わせて構築した本発明のハニカム構造体の各実施例を示す。

図２Ａは、ハニカム構造体の実施例１を示す立面図である。この立面図は、ハニカム構造体の一部を示しており、例えば図１６示したようなチューブ架構の一部に相当する。基本ユニットＢ、Ｃ、Ｄは、荷重に対する強度に差があるため、ハニカム構造体においては、より強度のある基本ユニットを、より下層に配置することが好適である。従って、Ｄタイプユニットを下層に、Ｃタイプユニットを中間層に、Ｂタイプユニットを上層に配置している。これらのことは、以下の図３Ａ、４Ａ、５Ａについても同様である。

図２Ｂは、図２Ａで用いられているＢタイプ、Ｃタイプ及びＤタイプの各基本ユニットの拡大図である。図２Ｂに示すように、実施例１では、サブフレームを構成する第２、第３及び挿入フレームＨｂ、Ｈｃ及びＨｄは、いずれも短期負荷フレームであり、耐火被覆ＦＣを有していないため、センサフレームとして利用できる。

図３Ａは、ハニカム構造体の実施例２を示す立面図である。図３Ｂは、図３Ａで用いられているＢタイプ、Ｃタイプ及びＤタイプの各基本ユニットの拡大図である。図３Ｂに示すように、実施例２は実施例１と同様に、サブフレームを構成する第２、第３及び挿入フレームＨｂ、Ｈｃ、Ｈｄは、いずれも短期負荷フレームであり、各々の主要部分は耐火被覆ＦＣを有していない非被覆部分である。よって、センサフレームとして利用できる。

実施例２が実施例１と相違する点は、第２、第３及び挿入フレームＨｂ、Ｈｃ及びＨｄにおいて、第１フレームＨａと直接接合された辺部材が、耐火被覆ＦＣで覆われている点である。また、Ｃタイプの第３フレームＨｃにおいては、第２フレームＨｂの耐火被覆ＦＣで覆われている辺部材と直接接合されている辺部材が、耐火被覆ＦＣで覆われている。実施例２におけるサブフレームは短期負荷フレームであるので、耐火被覆の義務は無いが、熱の影響を受けやすい部分の保護を強化している。センサフレームとしての役割は、非被覆部分で十分に果たすことができる。

図４Ａは、ハニカム構造体の実施例３を示す立面図である。図４Ｂは、図４Ａで用いられているＣタイプ及びＤタイプの各基本ユニットの拡大図である。図４Ｂに示すように、実施例３では、サブフレームを構成する第２フレームＨｂが長期負荷フレームであり、その露出面全体が耐火被覆ＦＣで覆われている。従って、Ｃタイプユニットでは、第３フレームＨｃのみが短期負荷フレームであり、センサフレームとして利用される。また、Ｄタイプでは、挿入フレームＨｄのみが短期負荷フレームであり、センサフレームとして利用される。

図５Ａは、ハニカム構造体の実施例４を示す立面図である。図５Ｂは、図５Ａで用いられているＣタイプ及びＤタイプの各基本ユニットの拡大図である。図５Ｂに示すように、実施例４は実施例３と同様に、サブフレームを構成する第２フレームＨｂが長期負荷フレームであり、その露出面全体が耐火被覆ＦＣで覆われている。従って、Ｃタイプユニットでは、第３フレームＨｃのみが短期負荷フレームである。第３フレームＨｃの主要部分は、耐火被覆で覆われていない非被覆部分となっているので、センサフレームとして利用される。また、Ｄタイプユニットでは、挿入フレームＨｄのみが短期負荷フレームである。挿入フレームＨｄの主要部分は、耐火被覆で覆われていない非被覆部分となっているので、センサフレームとして利用される。

実施例４が実施例３と相違する点は、第３フレームＨｃ及び挿入フレームＨｄにおいて、第１又は第２フレームＨａ、Ｈｂと直接接合された辺が耐火被覆ＦＣで覆われ、熱に対する保護を強化されている点である。

上記の実施例１〜４に示したように、本発明のハニカム構造体を形成するＢ、Ｃ又はＤタイプの各基本ユニットは、そのサブフレームを構成する六角形フレームのうち少なくとも最小の六角形フレームが、必ず非被覆部分を有している。非被覆部分を有する六角形フレームはセンサフレームとして利用することができ、その非被覆部分は目視点検用のセンサ部の役割を果たす。

図６は、ハニカム構造体の比較例を示す立面図である。この比較例は、Ａタイプ及びＢタイプの基本ユニットを含む。長期負荷フレームである第１フレームＨａは、いずれも耐火被覆ＦＣで覆われている。Ｂタイプユニットの第２フレームＨｂは、この場合、長期負荷フレームであるので、耐火被覆ＦＣで全体が覆われている。従って、比較例では、非被覆部分を有するセンサフレームは存在しない。この比較例においては、いずれの箇所を点検しようとする場合も、先ず耐火被覆を除去する必要がある。

図７〜図１１は、本発明のハニカム構造体の点検方法の各実施例を示す概略的なフロー図である。この点検は、ハニカム構造体が地震等の短期負荷を被った後に、構造部材の損傷の有無を調べるために行う。サブフレームの構造部材に損傷が発見された場合には、これを交換することにより構造体を再生する。なお、軽度の損傷の場合は、実際の交換ではなく修復で足りる場合もある。以下の説明において、単に"交換"という場合は、"交換又は修復"を意味する。

図７は、ハニカム構造体の点検フローの第１実施例である。このフローは、図２Ａ及び図３Ａにそれぞれ示した実施例１、２のハニカム構造体に含まれるタイプＢユニットを対象としている。この場合のセンサフレームは、第２フレームＨｂである。

・ステップ７１：各第１フレームＨａ毎に、その内側に直接接合された３個の第２フレームＨｂについて、損傷が有るか無いかを目視にて点検する。

・ステップ７２：上記ステップ７１において、１つの第１フレームＨａ内の全ての第２フレームＨｂに損傷の無いときは、それらの第２フレームＨｂを"交換不要"と決定する。同時に、それらの第２フレームＨｂを含む第１フレームＨａを"点検不要"と決定する。これにより、当該第１フレームＨａの耐火被覆を除去する必要がなくなる。

・ステップ７３：上記ステップ７１において、１つの第１フレームＨａ内の少なくとも１つの第２フレームＨｂに損傷が有るときは、その損傷した第２フレームＨｂを"交換必要"と決定する。同時に、その損傷した第２フレームＨｂを含む第１フレームＨａを"点検必要"と決定する。

・ステップ７４：上記ステップ７３で"点検必要"とされた第１フレームＨａの耐火被覆を除去し、目視にて点検する。異常の無いことを確認して、点検を終了する。

上記ステップ７４について補足する。本発明は、地震等を被った構造体の速やかな再生を図ることを目的としているので、メインフレームを形成する第１フレームＨａの破断までは想定していない（メインフレームの破断は、この構造体の再生不能を意味するからである）。従って、上記ステップ７４での第１フレームＨａの点検は、致命的な損傷の無いことを一応確認することが主目的である。以下の実施例における第１フレームＨａの点検についても、同様である。

図８は、ハニカム構造体の点検フローの第２実施例である。このフローは、図２Ａ及び図３Ａにそれぞれ示した実施例１、２のハニカム構造体に含まれるタイプＣユニットを対象としている。この場合のセンサフレームは、第２フレームＨｂ及び第３フレームＨｃである。

・ステップ８１：各第２フレームＨｂ毎に、その内側に直接接合された３個の第３フレームＨｃについて、損傷が有るか無いかを目視にて点検する。

・ステップ８２：上記ステップ８１において、１つの第２フレームＨｂ内の全ての第３フレームＨｃに損傷の無いときは、それらの第３フレームＨｃを"交換不要"と決定する。同時に、それらの第３フレームＨｃを含む第２フレームＨｂを"点検不要"と決定する。

・ステップ８３：上記ステップ８１において、１つの第２フレームＨｂ内の少なくとも１つの第３フレームＨｃに損傷が有るときは、その損傷した第３フレームＨｃを"交換必要"と決定する。同時に、その損傷した第３フレームＨｃを含む第２フレームＨｂを"点検必要"と決定する。

・ステップ８４：１つの第１フレームＨａに含まれる３個の第２フレームＨｂの全てについて、上記ステップ８１〜８３が完了したか否かを判断し、完了していなければ、ステップ８１に戻る。完了したならば、ステップ８５へ進む。

・ステップ８５：上記ステップ８３で"点検必要"とされた第２フレームＨｂについて、損傷が有るか無いかを目視にて点検する。

・ステップ８６：上記ステップ８５において、点検した全ての第２フレームＨｂに損傷が無いときは、それらの第２フレームＨｂを"交換不要"と決定する。同時に、それらの第２フレームＨｂを含む第１フレームＨａを"点検不要"と決定する。これにより、当該第１フレームＨａの耐火被覆を除去する必要がなくなる。

・ステップ８７：上記ステップ８５において、少なくとも１つの第２フレームＨｂに損傷が有るときは、その損傷した第２フレームＨｂを"交換必要"と決定する。同時に、その損傷した第２フレームＨｂを含む第１フレームＨａを"点検必要"と決定する。

・ステップ８８：上記ステップ８７で"点検必要"とされた第１フレームＨａの耐火被覆を除去し、目視にて点検する。異常の無いことを確認して、点検を終了する。

図９は、ハニカム構造体の点検フローの第３実施例である。このフローは、図２Ａ及び図３Ａにそれぞれ示した実施例１、２のハニカム構造体に含まれるタイプＤユニットを対象としている。この場合のセンサフレームは、第２フレームＨｂ及び挿入フレームＨｄである。

・ステップ９１：各第１フレームＨａ毎に、その内側に直接接合された３個の第２フレームＨｂ及び３個の挿入フレームＨｄについて、損傷が有るか無いかを目視にて点検する。

・ステップ９２：上記ステップ９１において、１つの第１フレームＨａ内の全ての第２フレームＨｂ及び挿入フレームＨｄに損傷の無いときは、それらの第２フレームＨｂ及び挿入フレームＨｄを"交換不要"と決定する。同時に、それらの第２フレームＨｂ及び挿入フレームＨｄを含む第１フレームＨａを"点検不要"と決定する。これにより、当該第１フレームＨａの耐火被覆を除去する必要がなくなる。

・ステップ９３：上記ステップ９１において、１つの第１フレームＨａ内の少なくとも１つの第２フレームＨｂ又は挿入フレームＨｄに損傷が有るときは、その損傷した第２フレームＨｂ又は挿入フレームＨｄを"交換必要"と決定する。同時に、その損傷した第２フレームＨｂ又は挿入フレームＨｄを含む第１フレームＨａを"点検必要"と決定する。
・ステップ９４：上記ステップ９３で"点検必要"とされた第１フレームＨａの耐火被覆を除去し、目視にて点検する。異常の無いことを確認して、点検を終了する。

図１０は、ハニカム構造体の点検フローの第４実施例である。このフローは、図４Ａ及び図５Ａにそれぞれ示した実施例３、４のハニカム構造体に含まれるタイプＣユニットを対象としている。この場合のセンサフレームは、第３フレームＨｃである。

・ステップ１０１：各第２フレームＨｂ毎に、その内側に直接接合された３個の第３フレームＨｃについて、損傷が有るか無いかを目視にて点検する。

・ステップ１０２：上記ステップ１０１において、１つの第２フレームＨｂ内の全ての第３フレームＨｃに損傷の無いときは、それらの第３フレームＨｃを"交換不要"と決定する。同時に、それらの第３フレームＨｃを含む第２フレームＨｂを"点検不要"と決定する。これにより、当該第２フレームＨｂの耐火被覆を除去する必要がなくなる。

・ステップ１０３：上記ステップ１０１において、１つの第２フレームＨｂ内の少なくとも１つの第３フレームＨｃに損傷が有るときは、その損傷した第３フレームＨｃを"交換必要"と決定する。同時に、その損傷した第３フレームＨｃを含む第２フレームＨｂを"点検必要"と決定する。

・ステップ１０４：１つの第１フレームＨａに含まれる３個の第２フレームＨｂの全てについて、上記ステップ１０１〜１０３が完了したか否かを判断し、完了していなければ、ステップ１０１に戻る。完了したならば、ステップ１０５へ進む。

・ステップ１０５：上記ステップ１０３で"点検必要"とされた第２フレームＨｂについて、耐火被覆を除去し、損傷が有るか無いかを目視にて点検する。

・ステップ１０６：上記ステップ１０５において、点検した全ての第２フレームＨｂに損傷が無いときは、それらの第２フレームＨｂを"交換不要"と決定する。同時に、それらの第２フレームＨｂを含む第１フレームＨａを"点検不要"と決定する。これにより、当該第１フレームＨａの耐火被覆を除去する必要がなくなる。

・ステップ１０７：上記ステップ１０５において、少なくとも１つの第２フレームＨｂに損傷が有るときは、その損傷した第２フレームＨｂを"交換必要"と決定する。同時に、その損傷した第２フレームＨｂを含む第１フレームＨａを"点検必要"と決定する。

・ステップ１０８：上記ステップ１０７で"点検必要"とされた第１フレームＨａの耐火被覆を除去し、目視にて点検する。異常の無いことを確認して、点検を終了する。

図１１は、ハニカム構造体の点検フローの第５実施例である。このフローは、図４Ａ及び図５Ａにそれぞれ示した実施例３、４のハニカム構造体に含まれるタイプＤユニットを対象としている。この場合のセンサフレームは、挿入フレームＨｄである。

・ステップ１１１：各第１フレームＨａ毎に、その内側に直接接合された３個の挿入フレームＨｄについて、損傷が有るか無いかを目視にて点検する。

・ステップ１１２：上記ステップ１１１において、１つの第１フレームＨａ内の全ての挿入フレームＨｄに損傷の無いときは、それらの挿入フレームＨｄを"交換不要"と決定する。同時に、それらの挿入フレームＨｄを含む第１フレームＨａと当該第１フレームＨａに含まれる第２フレームＨｂを"点検不要"と決定する。これにより、当該第１フレームＨａ及び第２フレームＨｂの耐火被覆を除去する必要がなくなる。

・ステップ１１３：上記ステップ１１１において、１つの第１フレームＨａ内の少なくとも１つの挿入フレームＨｄに損傷が有るときは、その損傷した挿入フレームＨｄを"交換必要"と決定する。同時に、その損傷した挿入フレームＨｄを含む第１フレームＨａと当該第１フレームＨａに含まれる第２フレームＨｂを"点検必要"と決定する。

・ステップ１１４：上記ステップ１１３で"点検必要"とされた第１フレームＨａ及び第２フレームＨｂの耐火被覆を除去し、目視にて点検する。第２フレームＨｂについては、損傷の有るときは"交換必要"と決定し、損傷の無いときは"交換不要"と決定する。第１フレームＨａについては、異常の無いことを確認して、点検を終了する。

本発明のハニカム構造体は、鉄骨造とすることが好適である。この場合、メインフレームは、鋼材で作製される。サブフレームは、鋼材の他に、ステンレス、アルミ、鉛、合金等の種々の金属で作製されてもよい。

図１２Ａ及び図１２Ｂ〜図１４Ａ及び図１４Ｂを参照して、鋼材で作製した基本ユニットについて行った耐力試験について説明する。

図１２Ａの（ａ）は、Ｂタイプユニットの試験体の立面図であり、(ｂ)は、第１フレームＨａの断面図であり、(ｃ)は、第２フレームＨｂの断面図である。このユニットは、Ｈ型鋼を溶接して作製した（以下の耐力試験における各試験体も同様）。符号１１はフランジを、符号１２はウェブを、符号１３はＨ型鋼の溶接部を示す。
この試験体は、実寸の１／４縮小モデルである（以下の耐力試験における各試験体も同様）。
第１フレームＨａの寸法は、次の通りである。
La1＝1174mm、La2＝148mm、La3＝100mm、
ウェブ厚さ＝6mm、フランジ厚さ＝9mm
第２フレームＨｂの寸法は、次の通りである。
Lb1＝483mm、Lb2＝100mm、Lb3＝100mm、
ウェブ厚さ＝6mm、フランジ厚さ＝8mm

＜耐力試験方法＞
図示の加力方向の矢印のように、水平方向に正負の変位を、変位量が次第に増大するようにサイクル的に載荷した。この間、継続的に荷重を計測すると共に損傷経過を観測した。この試験方法は、後述する別のタイプの試験体についても同様である。

＜試験結果＞
図１２Ｂは、荷重変形曲線を示すグラフである。表１は、Ｂタイプ試験体の損傷経過を示している。表１の各番号は、各損傷箇所に対し、損傷した順に付している。図１２Ａに、各損傷箇所を同じ番号で示している。図１２Ｂのグラフにも同じ番号を示している。
図１２Ｂ及び表１に示すように、Ｂタイプユニットでは、第２フレームＨｂが先に損傷し、その後、第１フレームＨａが損傷した。
この結果から、Ｂタイプユニットにおいては、第１フレームＨａが破壊する前に必ず第2フレームＨｂが破壊することが確認された。

図１３Ａの（ａ）は、Ｃタイプユニットの試験体の立面図であり、(ｂ)は、第３フレームＨｃの断面図である。
第１フレームＨａ及び第２フレームＨｂの寸法は、上記のＢタイプユニットと同じである。第３フレームＨｃの寸法は、次の通りである。
Lc1＝180mm、Lc2＝50mm、Lc3＝100mm、
ウェブ厚さ＝6mm、フランジ厚さ＝8mm

＜試験結果＞
図１３Ｂは、荷重変形曲線を示すグラフである。表２は、Ｃタイプ試験体の損傷経過を示している。表２の各番号は、各損傷箇所に対し、損傷した順に付している。図１３Ａに各損傷箇所を同じ番号で示している。図１３Ｂのグラフにも同じ番号を示している。
図１３Ｂ及び表２に示すように、Ｃタイプユニットでは、先ず第３フレームＨｃが損傷し、次に第２フレームＨｂが損傷し、最後に第１フレームＨａが損傷した。なお、表２に記載されている"塗装の亀裂"は、本質的な破壊ではない。
この結果から、Ｃタイプユニットにおいては、第１フレームＨａが破壊する前に必ず第2フレームＨｂが破壊し、第２フレームＨｂが破壊する前に必ず第３フレームＨｃが破壊することが確認された。

図１４Ａの（ａ）は、Ｄタイプユニットの試験体の立面図であり、(ｂ)は、挿入フレームＨｄの断面図である。
第１フレームＨａ及び第２フレームＨｂの寸法は、上記のＢタイプユニットと同じである。挿入フレームＨｄの寸法は、次の通りである。
Ld1＝240mm、Ld2＝50mm、Ld3＝100mm、
ウェブ厚さ＝6mm、フランジ厚さ＝8mm

＜試験結果＞
図１４Ｂは、荷重変形曲線を示すグラフである。表３は、Ｄタイプ試験体の損傷経過を示している。表３の各番号は、各損傷箇所に対し、損傷した順に付している。図１４Ａに各損傷箇所を同じ番号で示している。図１４Ｂのグラフにも同じ番号を示している。
図１４Ｂ及び表３に示すように、Ｄタイプユニットでは、先ず第２フレームＨｂ及び挿入フレームＨｄが破壊し、次に第１フレームＨａが破壊した。
この結果から、Ｄタイプユニットにおいては、第１フレームＨａが破壊する前に必ず第2フレームＨｂ又は挿入フレームＨｄが破壊することが確認された。

上記の耐力試験により、本発明のハニカム構造体においては、第１フレームＨａの破壊に先立って、必ず第２〜４フレームＨｂ、Ｈｃ、Ｈｄが損傷することが確認された。これにより、メインフレームを直接点検することなくメインフレームの損傷の有無を決定するために、サブフレームを形成する第２〜４フレームＨｂ、Ｈｃ、Ｈｄをセンサフレームとして利用可能であることが実証された。

最大の第１フレームから最小の第ｎフレームまでのｎ種類の六角形フレームから形成されるフラクタルハニカム構造おいて、より小さいフレームからより大きいフレームへと順次損傷が進行するという特性を確実に保有させるには、次の条件を満たすことが重要である。
Ix(k-1)＞Ix(k) （k=2,．．n，n≧2）
上式のIx(k-1)は、第ｋ−１フレーム（相対的に大きい方の六角形フレーム）を形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントであり、Ix(k)は、第ｋフレーム（相対的に小さい方の六角形フレーム）を形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントである。図１５は、構造部材がＨ型鋼である場合の強軸を示す図である。Ｈ型鋼では、ウェブに垂直なｘ軸の断面２次モーメントが大きく、ｘ軸が強軸となる。

本発明のフラクタルハニカム構造における各六角形フレームの強度は、そのフレームを形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントにより評価することができる。そして、より大きい六角形フレームが、より強度をもつように設計する。なお、断面が対称形状であって強軸と弱軸の区別のない構造部材では、いずれの軸の断面２次モーメントを用いてもよいが、上式の関係を満たすように設計する点は同じである。

図１６Ａ及び図１６Ｂを参照して、Ｂタイプユニットについて行った耐火試験について説明する。図１６Ａ（ａ）は、Ｂタイプユニットにおける、耐火試験に用いた試験体の箇所を示す図である。（ｂ）は、試験体の断面図である。第１フレームＨａのウェブは400mm、第２フレームＨｂのウェブは200mm、両フレームのフランジは200mmである。なお、この試験体は、実寸の縮小モデルである。耐火被覆ＦＣ（斜線掛け部分）は、発泡性アクリル系樹脂塗料からなる耐火塗料であり、被覆の厚さは3mmである。図示のように、第１フレームＨａ全体と、第２フレームＨｂのウェブを覆うように設けられている。この耐火被覆は、通常時は、一般塗装仕上と同じ外観であるが高温時に発泡して断熱層を形成する。火災時には250℃前後で発泡を開始し、20〜30倍に発泡して断熱層を形成し、鉄骨の温度上昇を抑制する。

＜耐火試験方法＞
ＩＳＯ−８３４に準拠した１時間載荷加熱試験を行った。

＜試験結果＞
図１６Ｂは、耐火試験結果を示すグラフであり、横軸は時間を、縦軸は温度を示す。実線が試験体温度であり、破線は炉内温度である。試験体温度は、５００℃以下に留まっており、十分な耐火性能を有することが、確認された。この耐火試験の結果から、サブフレームを構成する六角形フレームに耐火被覆を設けなくとも、構造体全体の耐火性能を確保できることが裏付けられた。これは、サブフレームを構成する六角形フレームは露出させたままでよいことを意味し、すなわち、損傷の有無を点検するためのセンサフレームとして利用できることを意味する。

１ ハニカム建築構造体
１００ メインフレーム
Ｓｂ Ｂタイプユニットのサブフレーム
Ｓｃ Ｃタイプユニットのサブフレーム
Ｓｄ Ｄタイプユニットのサブフレーム
Ｈａ 第１フレーム
Ｈｂ 第２フレーム
Ｈｃ 第３フレーム
Ｈｄ 挿入フレーム
ＦＣ 耐火被覆

Claims (14)

1. 互いに相似形であって最大の第１フレームから最小の第ｎフレームまでのｎ種類（ｎは２以上）の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されたハニカム建築構造体であって、
   複数の第１フレームをハニカム状に接合して形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、
   各第１フレームの内側にそれぞれ配置され、第２フレームから第ｎフレームまでのｎ−１種類の複数の六角形フレームをハニカム状に接合して形成されたサブフレームとを備え、
   前記サブフレームにおける少なくとも前記第ｎフレームが、損傷の有無を点検するためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有することを特徴とするハニカム建築構造体。
2. 前記ｎ種類の六角形フレームにおいて、より大きい六角形フレームを形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントが、より小さい六角形フレームを形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のハニカム建築構造体。
3. 前記サブフレーム(Sb)は、第１フレーム(Ha)の内側に配置された３個の第２フレーム(Hb)から形成され、かつ、各第２フレームが前記センサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有することを特徴とする請求項２に記載のハニカム建築構造体。
4. 前記サブフレーム(Sc)は、第１フレーム(Ha)の内側に配置された３個の第２フレーム(Hb)、及び、各第２フレーム(Hb)の内側にそれぞれ配置された３個の第３フレーム(Hc)から形成され、かつ、各第２フレーム及び各第３フレームが前記センサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有することを特徴とする請求項２に記載のハニカム建築構造体。
5. 前記サブフレーム(Sd)は、第１フレーム(Ha)の内側に配置された３個の第２フレーム(Hb)、及び、該第１フレーム(Ha)と各第２フレーム(Hb)との間の空間にそれぞれ配置された３個の第３フレーム(Hd)から形成され、かつ、各第２フレーム及び各第３フレームが前記センサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有することを特徴とする請求項２に記載のハニカム建築構造体。
6. 前記サブフレーム(Sb)は、第１フレーム(Ha)の内側に配置された３個の第２フレーム(Hb)、及び、各第２フレーム(Hb)の内側にそれぞれ配置された３個の第３フレーム(Hc)から形成されると共に、各第２フレーム(Hb)の露出面全体が耐火被覆(FC)で覆われており、かつ、各第３フレームが前記センサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有することを特徴とする請求項２に記載のハニカム建築構造体。
7. 前記サブフレーム(Sd)は、第１フレーム(Ha)の内側に配置された３個の第２フレーム(Hb)、及び、第１フレーム(Ha)と各第２フレーム(Hb)との間の空間にそれぞれ配置された３個の第３フレーム(Hd)から形成されると共に、各第２フレーム(Hb)の露出面全体が耐火被覆(FC)で覆われており、かつ、各第３フレーム(Hd)が前記センサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有することを特徴とする請求項２に記載のハニカム建築構造体。
8. ハニカム建築構造体における損傷の有無を点検する方法であって、
   前記ハニカム建築構造体は、互いに相似形であって最大の第１フレームから最小の第ｎフレームまでのｎ種類（ｎは２以上）の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されており、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置され、第２フレームから第ｎフレームまでのｎ−１種類の複数の六角形フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける少なくとも第ｎフレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有しており、
   （ａ）前記第ｎフレームを内側に直接接合した六角形フレーム毎に、該直接接合された第ｎフレームの各々のセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する第１ステップと、
   （ｂ）前記第１ステップにおいて、前記直接接合された全ての第ｎフレームに損傷が無いときは、その六角形フレームの点検を不要と決定する第２ステップと、
   （ｃ）前記第１ステップにおいて、前記直接接合された第ｎフレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第ｎフレームの交換を決定すると共に、その六角形フレームの点検を必要と決定する第３ステップとを有することを特徴とするハニカム建築構造体の点検方法。
9. 前記ｎ種類の六角形フレームにおいて、より大きい六角形フレームを形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントが、より小さい六角形フレームを形成する構造部材の強軸の断面２次モーメントよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載のハニカム建築構造体の点検方法。
10. ハニカム建築構造体における損傷の有無を点検する方法であって、
    前記ハニカム建築構造体は、互いに相似形である大きい方の第１フレームと小さい方の第２フレームの２種類の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されており、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置されかつ３個の第２フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける各第２フレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有しており、
    （ａ）３個の第２フレームを内側に直接接合した第１フレーム毎に、該直接接合された各第２フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する第１ステップと、
    （ｂ）前記第１ステップにおいて、１つの第１フレームの内側に直接接合された全ての第２フレームに損傷が無いときは、その第１フレームの点検を不要と決定する第２ステップと、
    （ｃ）前記第１ステップにおいて、１つの第１フレームの内側に直接接合された第２フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第２フレームの交換を決定すると共に、その第１フレームの点検を必要と決定する第３ステップとを有することを特徴とする請求項９に記載のハニカム建築構造体の点検方法。
11. ハニカム建築構造体における損傷の有無を点検する方法であって、
    前記ハニカム建築構造体は、互いに相似形である最大の第１フレーム、中間の第２フレーム及び最小の第３フレームの３種類の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されており、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第２フレーム及び各第２フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第３フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける各第２フレーム及び各第３フレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有しており、
    （ａ）３個の第３フレームを内側に直接接合した第２フレーム毎に、該直接接合された各第３フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する第１ステップと、
    （ｂ）前記第１ステップにおいて、１つの第２フレームの内側に直接接合された全ての第３フレームに損傷が無いときは、その第２フレームの点検を不要と決定する第２ステップと、
    （ｃ）前記第１ステップにおいて、１つの第２フレームの内側に直接接合された第３フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第３フレームの交換を決定すると共に、その第２フレームの点検を必要と決定する第３ステップと、
    （ｄ）前記第３ステップにおいて点検を必要とされた第２フレームを内側に直接接合した第１フレーム毎に、該点検を必要とされた各第２フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する第４ステップと、
    （ｅ）前記第４ステップにおいて、前記点検を必要とされた全ての第２フレームに損傷が無いときは、その第１フレームの点検を不要と決定する第５ステップと、
    （ｆ）前記第４ステップにおいて、前記点検を必要とされた第２フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第２フレームの交換を決定すると共に、その第１フレームの点検を必要と決定する第６ステップとを有することを特徴とする請求項９に記載のハニカム建築構造体の点検方法。
12. ハニカム建築構造体における損傷の有無を点検する方法であって、
    前記ハニカム建築構造体は、互いに相似形である最大の第１フレーム、中間の第２フレーム及び最小の第３フレームの３種類の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されており、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第２フレーム及び該第１フレームと各第２フレームとの間の空間にそれぞれ配置された３個の第３フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける各第２フレーム及び各第３フレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有しており、
    （ａ）３個の第２フレーム及び３個の第３フレームを内側に直接接合した第１フレーム毎に、該直接接合された各第２フレーム及び各第３フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する第１ステップと、
    （ｂ）前記第１ステップにおいて、１つの第１フレームの内側に直接接合された全ての第２フレーム及び第３フレームに損傷が無いときは、その第１フレームの点検を不要と決定する第２ステップと、
    （ｃ）前記第１ステップにおいて、１つの第１フレームの内側に直接接合された第２フレーム及び第３フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第２フレーム又は第３フレームの交換を決定すると共に、その第１フレームの点検を必要と決定する第３ステップとを有することを特徴とする請求項９に記載のハニカム建築構造体の点検方法。
13. ハニカム建築構造体における損傷の有無を点検する方法であって、
    前記ハニカム建築構造体は、互いに相似形である最大の第１フレーム、中間の第２フレーム及び最小の第３フレームの３種類の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されており、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第２フレーム及び各第２フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第３フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける各第２フレームの露出面全体が耐火被覆で覆われると共に、各第３フレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有しており、
    （ａ）３個の第３フレームを内側に直接接合した第２フレーム毎に、該直接接合された各第３フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する第１ステップと、
    （ｂ）前記第１ステップにおいて、１つの第２フレームの内側に直接接合された全ての第３フレームに損傷が無いときは、その第２フレームの点検を不要と決定する第２ステップと、
    （ｃ）前記第１ステップにおいて、１つの第２フレームの内側に直接接合された第３フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第３フレームの交換を決定すると共に、その第２フレームの点検を必要と決定する第３ステップとを有することを特徴とする請求項９に記載のハニカム建築構造体の点検方法。
14. ハニカム建築構造体における損傷の有無を点検する方法であって、
    前記ハニカム建築構造体は、互いに相似形である最大の第１フレーム、中間の第２フレーム及び最小の第３フレームの３種類の六角形フレームを組合せ、ハニカム状に接合することにより構築されており、複数の第１フレームにより形成されかつその露出面全体が耐火被覆で覆われたメインフレームと、各第１フレームの内側にそれぞれ配置された３個の第２フレーム及び該第１フレームと各第２フレームとの間の空間にそれぞれ配置された３個の第３フレームにより形成されたサブフレームとを備え、該サブフレームにおける各第２フレームの露出面全体が耐火被覆で覆われると共に、各第３フレームが点検のためのセンサ部として耐火被覆で覆われていない非被覆部分を有しており、
    （ａ）３個の第３フレームを内側に直接接合した第１フレーム毎に、該直接接合された各第３フレームのセンサ部に損傷が有るか無いかを点検する第１ステップと、
    （ｂ）前記第１ステップにおいて、１つの第１フレームの内側に直接接合された全ての第３フレームに損傷が無いときは、その第１フレーム及びその第１フレーム内の各第２フレームの点検を不要と決定する第２ステップと、
    （ｃ）前記第１ステップにおいて、１つの第２フレームの内側に直接接合された第３フレームのうち少なくとも１つに損傷が有るときは、該損傷の有る第３フレームの交換を決定すると共に、その第１フレーム及びその第１フレーム内の各第２フレームの点検を必要と決定する第３ステップとを有することを特徴とする請求項９に記載のハニカム建築構造体の点検方法。

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