椭圆形建筑物的设计方法及其建筑物

摘要

本发明提供一种由结合圆弧近似地获得椭圆形建筑物的设计方法，所述椭圆形建筑物的设计方法特征为，对于对称、在整个外周为椭圆形外形曲线的椭圆形建筑物外形线的设定，在椭圆形建筑物的外侧确定第一定点，以其为中心，从第一定点通过原点，以和预定长度的直线具有相同长度的第一直线作为半径，从第一定点以任意角度设定第一圆弧，在第一直线上设定第二定点，从第二定点起以任意角度设定连接第一圆弧的第二圆弧，以第(n－1)定点的第(n－1)直线与长轴的交点作为最终点，以其为中心，设定到达长轴的第n圆弧，形成一部分的外形线，同样地设定在第II～第IV象限的一部分外形线、设定整体外形线，以及利用这种方法获得的椭圆形建筑物。

说明书

技术领域

本发明涉及用于设计椭圆形建筑物的设计方法及其建筑物。

背景技术

在现有技术中，作为建筑用建筑物，一般典型地为方形、矩形或者圆筒形，也会看到将各种曲线形成的壁面作为外壁等来使用的例子，但将截面构成椭圆形的圆筒状的建筑物却很少见。即使有的结构在其外壁的一部分上采用椭圆曲线的形状，但整体上截面构成椭圆形的筒体的建筑物，即作为整个外周构成椭圆形的建筑物是极为稀少的。这里，由截面为椭圆形的筒体构成的建筑物，其外形非常优美，并且具有很高的强度，所以，作为今后的建筑用建筑物，作为在过去没有见过的带来崭新感和美观的建筑物，人们极其期待它的出现和普及。

本发明提供一种在建筑椭圆形建筑物时，有助于对其进行设计、制图、土地测量、制作、施工的高效率且经济的方案。椭圆曲线，具有其曲线上的坐标点到两个焦点的距离之和为恒定的性质，是一种具有两个焦点的二次曲线。同时，在将该椭圆曲线作图时，将应当位于该椭圆曲线上的两个坐标点进行连接的方法，是方便地用一个直线连接或者更正确地用折线连接。但是，当想要用折线连接时，必须将两个点的坐标之间的距离划分得很细，描绘微小的折线成分，并相互连接。从而，为了用这样的折线连接获得近似的椭圆曲线，需要复杂的计算和操作。同时，在进行椭圆形建筑物的建筑时，利用这样获得的椭圆曲线，当然在设计时需要进行复杂的计算和制图，此外在建筑现场进行椭圆形建筑物的土地测量、进而在制作这种建筑物的构件时，都不是高效率的、很经济的，也是不实际的。

发明的内容

本发明通过将圆弧结合求出近似的椭圆曲线，来解决这些问题。圆的轨迹由中心和半径所决定，求圆弧是比较容易的，通过将该圆弧结合求出椭圆曲线，可以大幅度提高椭圆形建筑物的设计、制图的效率，成为一种对于椭圆形建筑物的施工的实际性方案。

本发明的第一个目的，是在获得椭圆形建筑物的椭圆形状时，通过将圆弧结合近似地获得该椭圆形状。

本发明的第二个目的是，通过将圆弧结合近似地获得椭圆形建筑物的椭圆形状，获得一种高效率的、经济且实际的椭圆形建筑物的设计方法。

本发明的第三个目的是，通过将圆弧结合近似地获得椭圆形建筑物的椭圆形状，获得一种被高效率、经济地、实际地设计、施工的椭圆形建筑物。

这些目的通过本发明来达到，下面，通过附图和发明的详细说明来描述其具体的实施例。此外，对其细节的修改和变形包括在后面所述的权利要求的范围内。

如后面的附图所示，本发明提供了以下的[1]、[2]、[3]三项技术方案。

[1]、一种椭圆形建筑物的设计方法，在设计长轴、短轴上对称的、具有椭圆形外形曲线的外形线的椭圆形建筑物的前述外形线时，其特征在于该方法包括：

a)在椭圆形建筑物的外侧，确定第一定点，以该点为中心，描绘通过短轴与长轴的交点的原点、至短轴的最端点的预定的一定长度的直线，以与其相同长度的第一直线为半径，从第一定点设定任意的角度，从前述短轴的最端点起设定第一圆弧的工序，

b)接着，在前述第一直线上设定第二定点，从该第二定点设定任意的角度，利用成为始于第二定点的半径的第二直线，与前述第一圆弧连接从而设定第二圆弧的工序，

c)接着，在前述第二直线上设定第三定点，从该第三定点设定任意角度，利用始于第三定点的成为半径的第三直线，与前述第二圆弧连接从而设定第三圆弧的工序，

d)依次根据需要继续重复该手法的工序，

e)最终以从第(n-1)定点开始的第(n-1)直线与长轴的交点为中心，以从第(n-1)直线线段与长轴的交点起到第(n-1)圆弧的终点的第(n-1)直线线段的一部分为半径，设定到达长轴的第n圆弧的工序，

f)利用这些方法在各个其它象限中，设定形成外形线的一部分的外形线，并设定整体外形线的工序。

[2]、一种椭圆形建筑物的设计方法，在设计长轴、短轴上对称的、整个外周具有椭圆形外形曲线的外形线的椭圆形建筑物的前述外形线时，其特征在于该方法包括：

a)在该椭圆形建筑物的外侧，确定第一定点，以该点为中心，描绘通过短轴与长轴的交点的中心的、至短轴的最端点的预定的一定长度的直线，以与其相同长度的第一直线为半径，从第一定点起设定任意的角度，从前述短轴的最端点起设定第一圆弧的工序，

b)接着，在前述第一直线上设定第二定点，从该第二定点起设定任意的角度，利用半径为从第二定点起的第二直线，设定与第一圆弧连接的第二圆弧的工序，

c)以前述第二直线与长轴的交点作为最终点的第三定点，以其为中心，设定到达长轴的与第二圆弧连接的第三圆弧的工序，

d)利用这些方法在各个其它象限，设定形成外形线的一部分外形线、并设定整体外形线的工序。

[3]、一种椭圆形建筑物，所述椭圆形建筑物是利用上述[1]、或[2]的任一个所述的设计方法所设计的建筑材料来进行施工的、整个外周是由具有椭圆形外形曲线的外形线构成的。

附图的简单说明

图1是本发明的椭圆形建筑物的总体图。

图2是图1所示的椭圆形建筑物的椭圆曲线的制图的一个例子的图示。

图3是说明本发明的椭圆形建筑物的设计方法的实施例的图示。

图4是说明本发明的椭圆形建筑物的设计方法的另一个实施例的图示。

发明的具体实施方式

图1是表示根据本发明所建筑的椭圆形建筑物A的全景的图示。同时，图2是表示将图1所示的整个外周呈椭圆形的椭圆状建筑物A的外形的椭圆形状利用手工作业或者计算机等的方式作为数学计算的椭圆形形状的图示，在坐标轴x，y(成为中心线)上具有长轴M和短轴N，将第一象限I、第二象限II、第三象限III、第四象限IV的各一部分外形线b₁、b₂、b₃、b₄合起来，构成具有椭圆形的外形曲线的整体外形线B，相对于长轴M和短轴N上下、左右对称。

在本发明中，在获得椭圆形建筑物A的椭圆形状时，通过将圆弧结合起来而形成。

如图3所示，通过圆弧的结合求出近似于前述外形线B的外形线B₁并对其加以利用。这时，设定外形线B₁的长轴M和短轴N、即坐标轴x、y，在该坐标轴y上确定第一定点C₁。在从该第一定点C₁起至长轴M的长度，即到达作为长轴M与短轴N的交点的原点o的长度上，加上预定的短轴N的长度的二分之一的长度，通过划定长度与上述长度相等的直线线段L₀求出应该存在于外形线B₁上的点P₀。然后，在前述第一定点C₁处设定角α₁，以该第一定点C₁为中心，以设定成与直线L₀相同的长度第一直线L₁为半径，由点P₀划定第一圆弧d₁，至点P₁。顺便提及，该点P₁是在第一圆弧d₁的终点上的第一切线线段k₁与第一直线L₁构成直角的点，是在点P₁处角度γ₁成90°的点。首先，该第一圆弧d₁构成前述一部分外形线b₁的最初的圆弧。

其次，在第一直线L₁上，将从第一定点C₁起隔开任意长度l1的点设定为第二定点C₂，设定角α₂，设定到达点P₂的第二直线L₂，以该第二定点C₂为中心，以该第二直线L₂为半径，在前面的第一圆弧d₁上接着设定第二圆弧d₂，到达点P₂。该第二圆弧d₂的起点是在第二圆弧d₂的开始端的第二切线k′₁与第一直线L₁成直角的点，即，是在P₁处角γ′₁成90°的点。这里角γ₁+角γ′₁＝180°，在点P₁处，第一圆弧d₁的第一切线k₁和第二圆弧d₂的开始端的第二切线k′₁构成直线，前面设定的第一圆弧d₁和后面设定的第二圆弧d₂之间的接缝不会中间变细地重合，它们具有以顺滑的曲线连接的特色。

接着，在第二直线L₂上，以任意长度l₂的点作为第三定点C₃，设定角α₃，设定到达点P₃的第三直线L₃，以该第三定点C₃为中心，以该第三直线L₃为半径，在前面的第二圆弧d₂上接着设定第三圆弧d₃，到达点P₃。该第三圆弧d₃的起点是在第二圆弧d₂的终端的第三切线k₂与第三圆弧d₃的开始端的第四切线k′₂与第二直线L₂成直角的点，即，是在P₂处角γ₂，γ′₂成90°的点。这里角γ₂+角γ′₂＝180°，在点P₂处，第二圆弧d₂的第三切线k₂和第三圆弧d₃的第四切线k′₂构成直线，前面设定的第二圆弧d₂和后面设定的第三圆弧d₃之间的接缝不会中间变细地重合，它们被顺滑曲线地连接。

接着，在第三直线L₃上，以任意的长度l₃的点作为第四定点C₄，设定角α₄，设定到达点P₄的第四直线L₄，这时，长轴M与该第四直线L₄相交，将该点作为最终点的第五定点C₅，在第四圆弧d₄继续设定到达长轴M的第五圆弧d₅，成为点P₅。借此，现实地确定长轴M的一端。此外，在点P₃、点P₄处的第三直线L₃、第四直线L₄的交角同样地为90°+90°＝180°。这样，依次地在外形线B₁的第一象限I形成一部分外形线b₁。

这样，当给出角α₁、α₂、α₃、α₄，长度l₁，l₂，l₃时，可以通过计算求出图中所示的长度l₄、l₅(后面将描述)，同时，如可以很容易地从下面的图4(但该图4是说明另外一个实施例的图示)推测出来的那样，对于该外形线B₁的第二象限II，在第一定点C₁的左侧用同样的方法设定一部分外形线b₂，对于第三象限III、第四象限IV，设定和第一定点C₁对称的定点C′₁，用同样的方法设定一部分外形线b₃、b₄。这里，利用这些一部分外形线b₁、b₂、b₃、b₄，可以形成前面所述的作为整体的外形线B₁。通过前述角度进一步细分为角α₁、角α₂、角α₃、角α₄、角α₅…，并且设定第一直线L₁、第二直线L₂、第三直线L₃、第四直线L₄，…第n直线L_n，可以将构成外形线B₁的椭圆形曲线的精度进一步精细化。

在图3中，直线L₀的长度等于第一定点C₁与点P₀的距离，第一直线L₁＝第一定点C₁与点P₁的距离，第二直线L₂＝第二定点C₂与点P₂的距离，第三直线L₃＝第三定点C₃与点P₃的距离，第四直线L₄＝第四定点C₄与点P₄的距离，另外，其关系虽然在图中没有示出，但为第n直线L_n＝第n定点C_n与点P_n的距离，长轴M与第n-1直线L_n-1的交点，成为最终的第n定点C_n。

进而，在图3中，长度l₁＝第一定点C₁与第二定点C₂的距离，长度l₂＝第二定点C₂与第三定点C₃的距离，长度l₃＝第三定点C₃与第四定点C₄的距离，长度l₄＝第四定点C₄与第五定点C₅的距离，这里，第五直线L₅＝长度l₅，第五直线L₅＝第五定点C₅与点P₅的距离，第五直线L₅＝第四直线L₄-长度l₄。这里，第五定点C₅是前述最终点，它是从第四定点C₄划定的第四直线L₄与长轴M的交点。以该第五定点C₅为中心，从点P₄连接到第四圆弧d₄上的第五圆弧d₅设定得一直到达长轴M，成为前述点P₅。借此，如前面所述，完成第一象限的一部分的外形线b₁。同时，从第四定点C₄向x轴方向描绘与y轴平行的直线s时形成的角θ，为角θ＝角α₁+角α₂+角α₃+角α₄。

进而，在这里，对通过任意设定第一定点C₁、点P₀间的距离，第一定点C₁、原点o之间的距离，短轴N的二分之一(N/2)，长度l₁、长度l₂、长度l₃，角α₁、角α₂、角α₃、角α₄，而求出长度l₄、长度l₅的情况进行说明。在图3中，将从第二定点C₂起与x轴平行、与y轴相交的直线的交点作为E₁，令第一定点C₁与E₁间的距离作为l′₁，下面同样地，从第三定点C₃起与x轴平行、与y轴相交的直线的交点作为E₂，E₁、E₂间的距离为l′₂，从第四定点C₄起与x轴平行、与y轴相交的直线的交点作为E₃，E₂、E₃间的距离为l′₃。即，l′₂＝E₁、E₂间的距离，l′₃＝E₂、E₃间的距离，l′₄＝E₃与原点o之间的距离。用下面的公式进行说明。

$$ >>>>cos>\alpha >>1>>=>>>>l>\text{'}>>1>>>l>1>>>>$$

$$ >>>l>1>>=>>>>l>\text{'}>>1>>>>cos>\alpha >>1>>>->->->->->>>l>\text{'}>>1>>=>>l>1>>cos>>\alpha >1>>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>>(>1>)>>>$$

$$ >>>l>2>>=>>>>l>\text{'}>>2>>>cos>>(>>\alpha >1>>+>>\alpha >2>>)>>>>->->->->->->>>l>\text{'}>>2>>=>>l>2>>cos>>(>>\alpha >1>>+>>\alpha >2>>)>>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>>(>2>)>>>$$

$$ >>>l>3>>=>>>>l>\text{'}>>3>>>cos>>(>>\alpha >1>>+>>\alpha >2>>+>>\alpha >3>>)>>>>->->->->>>l>\text{'}>>3>>=>>l>3>>cos>>(>>\alpha >1>>+>>\alpha >2>>+>>\alpha >3>>)>>.>.>.>.>.>>(>3>)>>>$$

(如果C₁，o为C₁、o间的距离，P₀，C₁为P₀、C₁间距离的话)

C₁，o＝P₀，C₁-N/2是已知数，这里，l′₁、l′₂、l′₃可以从前面的公式(1)、(2)、(3)中计算出来，求出

l′₄＝C₁，o-l′₁-l′₂-l′₃。

同时，由$$ >>cos>\theta >=>>>>l>\text{'}>>4>>>l>4>>>>$$求出$$ >>>l>4>>=>>>>l>\text{'}>>4>>>cos>\theta >>>.>>$$

这里θ＝α₁+α₂+α₃+α₄

其次，L₄的长度＝L₀-l₁-l₂-l₃

l₅＝L₄的长度-l₄，这样长度l₅可以通过计算求出。

此外，作为第n直线的一般式，

L_n＝L_n-1-l_n-1，其中，n≥2

这里，$$ >>>l>>n>->1>>>=>>>>l>\text{'}>>>n>->1>>>>cos>>(>>\alpha >1>>+>>\alpha >2>>+>·>·>·>·>·>·>>>+>\alpha >>>n>->1>>>)>>>>>$$

图4表示另外一个实施例，这里，为了求出近似于前述外形线B的外形线B₂，设定椭圆形建筑物A的外形线B₂的长轴M和短轴N，即，坐标轴x、y，在y轴上确定第一定点C₁，通过设定在从图中所示的第一定点C₁起到长轴M的长度，即，直到长轴M和短轴N的交点的中心点o的长度上，加上预定的短轴N的长度的二分之一的长度的直线L₀，借此，决定存在于所定的外形线B₂上的点P₀，由前述第一定点C₁设定角α₁，以该第一定点C₁为中心，以与直线L₀长度相同的第一直线L₁₀为半径，从点P₀起设定第一圆弧d₁₀，获得点P₁₀。它是在点P₁₀角γ₁＝90°的点，即，在第一圆弧d₁₀的终点的第一切线k₁₀上，与第一直线L₁₀成直角的点。

接着，在第一直线L₁₀上，作为第二定点C₂₀来设定距离第一定点C₁为任意长度l₁₀的点，设定角度α₂，设定到达点P₂₀的第二直线L₂₀，以该第二定点C₂₀为中心，以该第二直线L₂₀为半径，设定与前面的第一圆弧d₁₀连接的第二圆弧d₂₀并到达点P₂₀。该第二圆弧d₂₀的开始点是在第二圆弧d₂₀的开始端的第二切线k′₁₀上与第一直线L₁₀成直角的点，即，在点P₁₀处的角γ′₁成90°的点。这里，角γ₁+角γ′₁＝180°，在点P₁₀处，第一圆弧d₁₀的第一切线k₁₀与第二圆弧d₂₀的第二切线k′₁₀成一直线，借此，前面设定的第一圆弧d₁₀和后面设定的第二圆弧d₂₀之间的接缝相互不会中间变细地重合，它们圆滑地呈曲线连接。

在点P₂₀处，图示的角γ₂，角γ′₂也成90°，角γ₂+角γ′₂＝180°，在点P₂₀处，第二圆弧d₂₀的终端的第三切线k₂₀与后面描述的第三圆弧d₃₀的开始端的第四切线k′₂₀成一直线，前面设定的第二圆弧d₂₀和后面设定的第三圆弧d₃₀之间的接缝相互不会中间变细地重合，它们圆滑地呈曲线连接。

并且这时，长轴M与该第二直线L₂₀以角度α₃相交，角α₁+角α₂+角α₃＝90°。以该交点作为第三定点C₃₀(最终点)，将连接到第二圆弧d₂₀上的第三圆弧d₃₀设定地到达长轴M。借此，确定长轴M的一端的点P₃₀的位置。这样，形成外形线B₂的第一象限I的一部分外形线b₁。

在该图4中，直线L₀＝第一定点C₁与点P₀的距离，第一直线L₁₀＝第一定点C₁与点P₁₀的距离，第二直线L₂₀＝第二定点C₂₀与点P₂₀的距离。从而，当给出角α₁、角α₂以及长度l₁₀时，确定第二直线L₂₀，可以通过计算求出长度l₂₀和l₃₀。即，由于通过确定第三定点C₃₀可以知道长度l₂₀，所以长度l＝第二直线L₂₀-度l₂₀。这样，在图4的例子中，也可以通过结合圆弧来形成椭圆形建筑物A的椭圆形状。同时，如图4所示，对于外形线B₂的第二象限II，在第一定点C₁的左侧，用相同的方法，设定一部分外形线b₂，对于第三象限III、第四象限IV，设定与第一定点C₁对称的对称点C′₁，用相同的方法，设定一部分外形线b₃、b₄。这里，用这些部分外形线b₁、b₂、b₃、b₄，作为一个整体可以形成前述外形线B₂。

同时，在本发明中，分别设计制作由图3、图4所示的根据第一圆弧d₁～第五圆弧d₅、第一圆弧d₁₀～第三圆弧d₃₀的构件，将它们结合起来，构成各个象限的建筑材料，进一步将它们组合，作为椭圆形建筑物A的各层，进而将它们构筑为整个椭圆形建筑物A。

本发明，在预定的建设场地内构筑椭圆形建筑物时，能够提供有助于它的设计、制图、土地测量、制作、施工的高效率、经济的方法。其是通过圆弧结合，可以形成椭圆形建筑物的外形线，这时，通过圆滑地形成各圆弧结合部、设定各圆弧的半径和必要的角度，能够进行相关地计算，借此，可以高效率地进行椭圆形建筑物的施工。这种椭圆形建筑物在结构上强度高、牢固，并且，还起着防止“高楼风”等的作用。