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スペースフレームまたはスペース構造（3Dトラス）は、幾何学的なパターンで連結された支柱から構成される、剛性が高く軽量なトラス状の構造物です。スペースフレームは、建築や構造工学において、内部支持部材を少なくして広い面積を支えるために使用できます。トラスと同様に、スペースフレームは三角形の固有の剛性によって強度が高く、曲げ荷重（曲げモーメント）は各支柱の長さに沿って引張荷重と圧縮荷重として伝達されます。
主な用途としては、建物や車両などが挙げられる。
1898年から1908年にかけて、アレクサンダー・グラハム・ベルは主に航海工学と航空工学のために、四面体幾何学に基づいた空間フレームを開発しました。彼は四面体トラスを発明しました。[ 1 ] [ 2 ]
マックス・メンゲリングハウゼンは、1943年にドイツでMERO（ME ngeringhausen RO hrbauweiseの頭文字）と呼ばれる空間グリッドシステムを開発し、建築における空間トラスの最初の使用例となった。 [ 3 ]現在も使用されている一般的な方法は、個々の管状部材が節点ジョイント（球形）で接続されており、空間デッキシステム、オクテットトラスシステム、立方体システムなどのバリエーションがある。
フランスのステファン・ド・シャトーは、三方向SDCシステム（1957年）、ユニバットシステム（1959年）、ピラミテック（1960年）を発明した。[ 4 ] [ 5 ]個々の柱を置き換えるために、ツリーサポート方式が開発された。[ 6 ]
バックミンスター・フラーは、建築構造に焦点を当てながら、 1961年にオクテットトラス（米国特許2,986,241）の特許を取得しました[ 7 ] 。
1980年にギルマンが開発した四面体トラスは、結晶性固体の分子マトリックスに関する研究で知られる材料科学者、ジョン・J・ギルマンによって考案された。ギルマンはバックミンスター・フラーの建築用トラスに感銘を受け、四面体ノードの配列を互いの位置関係で回転させることで、より強固なマトリックスを開発した。
空間フレームは通常、剛性マトリックスを用いて設計されます。建築空間フレームにおける剛性マトリックスの特長は、角度係数に依存しないことです。接合部が十分に剛性であれば、角度変位を無視できるため、計算が簡略化されます。
空間フレームの最もシンプルな形態は、アルミニウムまたは鋼管製の支柱で構成された、互いに連結された四角錐と四面体の水平スラブです。より強度のある形態は、すべての支柱の長さが単位長さである、互いに連結された四面体で構成され、等方性ベクトルマトリックス、または単一の単位幅を持つ八面体トラスと呼ばれます。より複雑なバリエーションでは、支柱の長さを変更して構造全体を湾曲させたり、他の幾何学的形状を取り入れたりすることもあります。
空間フレームはさまざまな方法で分類できます。[ 8 ]
曲率分類
要素の配置による分類
空間構造に分類されるその他の例としては、以下のようなものがある。
建物
車両：
建築設計要素
スペースフレームは現代建築においてよく見られる構造であり、モダニズム建築の商業ビルや工業ビルの大きな屋根スパンによく用いられている。
空間フレーム構造に基づいた建物の例としては、以下のようなものがある。
大型の移動式ステージや照明用架台も、スペースフレームやオクテットトラスを用いて構築されることが多い。
CAC CA-6 ワケットとヨーマン YA-1 クロップマスター 250Rは、ほぼ同じ溶接鋼管製の胴体フレームを使用して製造された。
初期の「旋回式」ブーム型ヘリコプターの多くは、ベル47シリーズのように、管状のスペースフレーム構造のブームを備えていた。
スペースフレームは、自動車やオートバイのシャーシ設計に用いられることがある。スペースフレームとチューブフレームのどちらのシャーシにおいても、サスペンション、エンジン、ボディパネルはチューブ状の骨組みに取り付けられ、ボディパネルは構造的な役割をほとんど、あるいは全く果たさない。これに対し、ユニボディまたはモノコック構造では、ボディ自体が構造体の一部となる。
チューブフレームシャーシはスペースフレームシャーシよりも古く、初期のラダーシャーシの発展形である。以前の開溝断面ではなくチューブを使用する利点は、ねじり力に対する抵抗力が向上することである。チューブシャーシの中には、2本の太いチューブで作られたラダーシャーシ、あるいはバックボーンシャーシとして1本のチューブで作られたものもあった。多くのチューブシャーシは追加のチューブを開発し、「スペースフレーム」と表現されることもあったが、その設計はスペースフレームとして正しく応力が加えられることはほとんどなく、機械的には、取り付けられたコンポーネントを支えるための追加のブラケットを備えたチューブラダーシャーシとして動作した。真のスペースフレームの特徴は、各支柱にかかる力がすべて引張力または圧縮力であり、曲げ力は発生しないことである。[ 10 ]これらの追加のチューブはいくらかの追加荷重を支えたが、剛性のあるスペースフレームに斜めに配置されることはほとんどなかった。[ 10 ]
真のスペースフレームシャーシの最初の候補としては、1929年にオーストラリアのメルボルンでボブとビル・チェンバレン兄弟によって作られたワンオフのレース「スペシャル」であるチェンバレン8が挙げられる。 [ 11 ] 1930年代には、バックミンスター・フラーやウィリアム・ブッシュネル・スタウト（ダイマクションとスタウト・スカラベ）といったデザイナーが、建築や航空機設計から真のスペースフレームの理論を理解し、同様の車両を製作した。[ 12 ]
第二次世界大戦後、レーシングカーのスペースフレームを構築しようとした試みの一つが、1946年のシシタリア D46である。 [ 12 ]これは両側に2本の小径チューブを使用していたが、それらは垂直のより小さなチューブで間隔が空けられていたため、どの平面でも斜めにはなっていなかった。1年後、ポルシェはシシタリア向けにタイプ360を設計した。これは斜めのチューブを含んでいたため、真のスペースフレームとみなすことができ、おそらく最初のミッドリアエンジン設計と言えるだろう。[ 12 ]
1949年、ロバート・エベラン・フォン・エバーホルストは、同年のロンドン・モーターショーに出展されたジョウェット・ジュピターを設計した。ジョウェットはその後、1950年のル・マン24時間レースでクラス優勝を果たした。後に、英国の小型自動車メーカーであるTVRは、このコンセプトを発展させ、マルチチューブラーシャシーにアルミボディを載せた2シーターを製造し、1949年に発表した。
スペースフレーム構造のジャガーCタイプ・レーシングカーは1951年に発表され、1953年まで生産された。1954年には、メルセデス・ベンツがスペースフレーム構造の300 SL「ガルウィング」スポーツカーを発表した。これは当時最速の市販車だった。
多くのキットカーはスペースフレーム構造を採用している。なぜなら、少量生産の場合、シンプルで安価な治具だけで済み、また、アマチュアの設計者でも比較的容易にスペースフレームで十分な剛性を実現できるからである。
スペースフレームシャーシの欠点は、車内の作業空間の大部分を囲んでしまうため、運転席とエンジンへのアクセスが困難になる場合があることです。メルセデス・ベンツ300 SL「ガルウィング」は、チューブラー構造のスペースフレームを採用したため、通常のドアの使用が不可能となり、象徴的な上向きに開くドアが採用されました。
スペースフレームの中には、ボルトで固定されたピンジョイントで接合された取り外し可能なセクションを備えた設計のものもあります。このような構造は、ロータス マーク IIIのエンジン周辺ですでに使用されていました。[ 13 ]多少不便ではありますが、スペースフレームの利点は、チューブに曲げ力がないためピンジョイント構造 としてモデル化できること、そしてこのような取り外し可能なセクションを作成しても組み立てられたフレームの強度を低下させる必要がないことです。
チューブラーフレームは、エンジンをシャーシの応力部材として利用することが多く、オートバイでは一般的な構造となっている。1970年代には、 1978年にデビューしたホンダCBXなどのバイクで導入された。イタリアのオートバイメーカーであるドゥカティも、この構造を幅広く採用している。
スペースフレームは自転車にも使用されており、自転車は応力のかかる三角形断面構造を好んで用いる。
