この記事はトラス構造について主に解説いたします。

合わせて、トラス構造とラーメン構造の違いに関してもご紹介いたします。

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トラス構造とはなにか？

トラス構造とは部材で三角形を構成し、その集合体によって建築物を作る構造のことです。

トラス構造は節点が自由に回転するピン接合によって部材が三角形を構成しているため、軸方向力にのみ力が作用することで、非常に構造的な安定性が高いという特徴があります。そのため、古くから大型構造物に採用されてきました。

また、トラス構造は「ワーレントラス構造」や「プラットトラス構造」などの種類に分類されます。

ワーレントラス構造

ワーレントラス構造は斜材を交互に配置したトラス構造のことです。

ワーレントラス構造は新幹線の橋梁などによく採用されている構造で、斜材が上向き下向きと交互になっていることから、横から見るとギザギザになっているように見えます。

しかし昭和以降では長期的に強度を保つために、鉛の垂直材を入れることで端部から中央部まで引張力と圧縮力を交互に負担する形式が主流となりました。

プラットトラス構造

プラットトラス構造は斜材が中央に向かって下向きになっているトラス構造のことです。

斜材を逆ハの字に配置し、上弦財、下弦財、鉛直材によって構成されています。プラットトラスは長い斜材が主として引張力を負担し、短い垂直材は圧縮力を負担するという構造になっています。

似たトラス構造にハウトラス構造がありますが、ハウトラスは斜材がハの字型になっており、鉛直材に引張力、斜材に圧縮力が作用するようになっています。

トラス構造のメリット7選

トラス構造にはどのようなメリットがあるのでしょうか。

トラス構造はドームや橋などの大型の建築物に利用される構造の1つで、私たちの生活の中でもさまざまな場所で使用されています。

ここではトラス構造のメリット7選をご紹介しますので、どのようなメリットのある構造なのか参考にしてみてはいかがでしょうか。

トラス構造のメリット1：強度がある

トラス構造は非常に強度の高い構造というメリットがあります。

トラス構造は部材で三角形を構成する点が特徴ですが、三角形は四角形と比較して安定しており、強度が強い構造です。トラス構造はその三角形の性質を利用しています。

さらにトラス構造では節点をピン接合にしており、部材の両端がピン接合となっているため、外から力を加えても軸力しか発生しないという特徴があります。

トラス構造のメリット2：曲げモーメントが作用しない

トラス構造では曲げモーメントが作用しないというメリットがあります。

曲げモーメントとは「曲げる力」のことです。つまり曲げモーメントが発生する場所は梁が曲がろうとする場所であり、壊れそうな場所ということになります。

しかしトラス構造は三角形で構成されているため、曲げるのではなく縮む、もしくは伸びる変形をします。そのため、同じサイズの部材でも効率的な断面を選定することが可能です。

トラス構造のメリット3：細い部材で構成できる

トラス構造は細かい部材で構造物を構成できるというメリットがあります。

トラス構造では部材をピン接合によって三角形にしたものを組み合わせて構成するため、部材にかかる負担が少なく、部材の間では軸方向力の力しか作用しません。

そのため、大きな部材ではなく細かな部材のみでも構成することが可能です。

トラス構造のメリット4：軽量化ができる

トラス構造はより軽量化ができるというメリットがあります。

トラス構造では構造部にかかる力を「圧縮力」と「引張力」という軸力のみに単純化し、負担する構造になっています。

そのため、ドームなどを構成する際にも大きな部材を使用してすべて覆う必要がなく、必要な細かい部材のみで構築できるため、より軽量に構造物を建築することが可能です。

トラス構造のメリット5：曲線も構成できる

トラス構造は曲線も構成できるというメリットがあります。

建築物の構造形式の1つにアーチがありますが、アーチ構造にすることで曲げモーメントが発生する水平の梁よりも長期間耐えることができます。

トラス構造では細かな三角形の部材を組み合わせることで大きな曲線を描いたアーチ状の建築物も構成できるため、ドームや建物の屋根などさまざまな場所で用いられています。

トラス構造のメリット6：デザイン性がある

トラス構造ではデザイン性の高い建築物を構成できるというメリットがあります。

前述のとおり、トラス構造は細く繊細な部材を三角形に組み合わせることで丈夫な建築物を創ることができるため、見た目もデザイン性が高いものが造れます。

また、アーチ構造にも対応できるため、強度などのメリットだけでなく、意匠的に魅力のある建築物が創れる点はトラス構造の大きなメリットだと言えるでしょう。

トラス構造のメリット7：大規模な構造物に向いている

トラス構造は大規模な構造物を構成できるというメリットがあります。

前述のとおり、トラス構造は曲線も構成できます。また、構造的な安定性が極めて高いという特徴があるため、体育館の屋根やドームなどの屋根構造にも適しており、さまざまな大きな建造物に採用することが可能です。

トラス構造のデメリット3選

トラス構造にはいくつかのデメリットもあります。

トラス構造は見た目も美しく、軽量で丈夫なので大規模な建築物にも採用できるメリットの多い構造形式です。しかし一方でデメリットもあります。

ここではトラス構造のデメリット3選をご紹介しますので、トラス構造をより深く理解するためにはデメリットも参考にしてみましょう。

トラス構造のデメリット1：組み立てが面倒

トラス構造は組み立てに手間がかかるというデメリットがあります。

トラス構造は三角形にした部材を組み合わせて建築物を構築することから、非常に構造が複雑です。材料も上弦材や下弦材、束材、斜材などのさまざまな部材が必要になり、それぞれの部材を交錯させることになるため、接合部が複雑になります。

そのため、他の構造形式と比較して施工に手間がかかります。

トラス構造のデメリット2：費用がかかる

トラス構造は費用がかかるというデメリットがあります。

前述の組み立てが面倒という点と同じ理由ですが、トラス構造は上弦材、下弦材、束材、斜材などの部材を必要とします。

さらに接合部の構造が複雑で、施工には技術が必要になることから、一般的な施工よりも高い費用がかかります。

トラス構造のデメリット3：高さが必要

トラス構造を採用するためには高さが必要になるというデメリットがあります。

トラス構造では高さを出すことにより各部材に作用する力を小さくしています。そのため、トラス構造では構造上、どうしても梁の高さが非常に大きくなるという特徴があります。

トラス構造は新幹線の橋などには採用できますが、一般的な建築物では階高に制限があることから採用できません。

トラス構造とラーメン構造の相違点3選

トラス構造とラーメン構造にはどのような違いがあるのでしょうか。

建築物の構造形式として有名なものに「ラーメン構造」があります。ラーメン構造は柱と梁でできた構造体の接合部が溶接によって一体化している点が特徴で、語源はドイツ語で「額縁」を意味する「Rahmen」から来ています。

ここでは最後に、トラス構造とラーメン構造の相違点3選をご紹介します。

トラス構造とラーメン構造の相違点1：ピン接合と剛接合

ラーメン構造は剛接合になっているという違いがあります。

ラーメン構造は溶接などによって部材を一体化させるように剛接合しており、部材に曲げモーメントが発生することで強靭な枠を形成するという特徴があります。これにより、柱と梁が変形しないようになっています。

一方、トラス構造は前述のとおり、柱と梁がピンなどで自由に回転できるようにジョイントされたピン接合になっています。

トラス構造とラーメン構造の相違点2：三角形と四角形

ラーメン構造は四角形の構造になっているという違いがあります。

ラーメン構造は四角形にした部材を複数組み合わせることで構成しています。四角形は三角形よりも弱く、力が加わることによって変形しやすいですが、ラーメン構造では剛接合によってしっかりと接合することにより変形を防いでいます。

一方、トラス構造は三角形に組み合わせた部材を複数使用することで構成されているため、変形しにくいようになっています。

トラス構造とラーメン構造の相違点3：空間の広さ

ラーメン構造は自由で大きな開口を取ることができるという違いがあります。

四角形を基本とするラーメン構造はトラス構造のように斜材を必要としないため、空間を広く使うことができます。そのため、一般的に鉄筋コンクリートなどの建築物に採用されています。

一方、トラス構造は柱と柱の間に斜材が必要となるため、ラーメン構造のように広い空間を取ることはできません。そのため、大スパン架構の屋根や橋梁に使用されます。

トラス構造とラーメン構造の適している構造物はそれぞれ違うことを知ろう

トラス構造は三角形に組み合わせた部材を使用することにより、大型建築物の屋根や橋などに採用されている構造形式です。

トラス構造には多くのメリットがありますが、一方でデメリットもあります。この記事ご紹介したトラス構造の仕組みやトラス構造のメリット・デメリット、トラス構造とラーメン構造の相違点などを参考に、トラス構造について理解を深めてみてはいかがでしょうか。

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