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トラス構造とは何か?概要や種類を紹介!

トラス構造とは、部材をピン接合し、その集合体で建築物を作る形式です。
ピン接合すると三角形が構成されるため、その集合体となります。
橋梁、ドーム、屋根組みなどで使用されることが多いです。
本記事では、トラス構造の概要や種類などを紹介します。

トラス構造とは

プロポーザル方式

トラス構造とは、部材をピンでとめて三角形を作り、その三角形の集合体によって建築物を作る形式のことを指します。
主に、木材や鋼鉄などで作られます。
橋梁やドーム、屋根組みなどで使用されることが多いです。

トラス部材の名称

・上弦材
トラス上部を構成する勾配を持った部材のことです。
・下弦材
トラス下部にある部材です。
屋根組等の場合、天井面を構成する部材となります。
・束材
トラスの内側を構成する部材です。
・軒の出
屋根で軒先を構成する部分です。
上弦材が支持点よりも外側に伸びています。

トラス構造のメリット

トラス構造には以下のようなさまざまなメリットが挙げられます。

・非常に強い構造
三角形は四角形に比べて強い構造とされています。
それに加え、部材の両端がピン接合のトラス構造は外から力が加わっても、軸力しか発生しないのが特徴です。
このため、構造的に安定するとされているのです。

・部材にかかる負担が少ない
三角形は上からの荷重に対して、曲がるのではなく縮んだり、伸びたりします。
部材にかかる負担が少なく、「曲げモーメント」が発生しないので、細い部材を使うことも可能です。
このため、意匠的にも自由度が高いとされています。

トラス構造のデメリット

非常に強い構造物を作れるトラス構造ですが、以下のようなデメリットもあります。

・手間がかかる
トラス構造は、上弦材、下弦材、斜材などの部材が必要です。
また接合部は複雑になりがちとされています。
このため施工の手間がかかり、その分コストも増大しがちです。

ラーメン構造との違い

トラス構造と逆の考え方をしているのが、ラーメン構造と呼ばれる形式です。
ラーメン構造は、柱と梁を剛接合することで一体化させます。
そうすれば地震等が起きても一体化して抵抗するため、強くなるのです。
通常、四角形は弱い形とされています。
しかし剛接合などの工夫をすることで、耐震構造にもなります。
トラス構造のような斜材が不要なので、空間を広く取れるが特徴です。
トラス構造は三角形、ラーメン構造は四角形と覚えるのが簡単です。

トラス構造の種類

トラス構造は基本的に三角形で構成されますが、さまざまな種類の構造があります。
ここではトラス構造の種類とそれぞれの特徴を紹介します。

プラットトラス

斜材が中央に向かって下向きになっている構造のことを指します。
長い斜材は引張力、短い垂直材は圧縮力を受けるとされます。
斜めの部材の鋼材は簡素化することが可能なため、より効率的な設計が可能です。
また構造のコスト削減や、自重を減らすことにより、構築性を容易にできます。
水平スパンに最適とされています。

Kトラス

プラットトラスを少し複雑にした構造をしています。
垂直メンバーが短くなっているのが特徴です。
これにより、座屈に対する体制が向上するとされています。
やや複雑な構造のため、その場所に合った構造であるかしっかりチェックが必要です。

ウォーレントラス

斜材が上向き、下向きと交互になっているトラス構造です。
構造がスパン荷重を受けている場合は、負荷を均等に分散できます。
他の種類に比べて剛性が大きく、使用する鋼材が少ないことから構造上有利とされています。
このため鋼トラス橋などに用いられることが多いです。

直弦トラス

上下弦材が並行しているものを指します。
平行弦トラスとも呼ばれます。

曲弦トラス

上下弦材が水平でないトラスのことです。
スパン60メートル以上のものは部材の応力が小さくなるとされ、最近ではあまり使用されていません。
そのため古い構造物に良く見られます。

ハウトラス

プラットトラスと似ていますが、斜材の向きが異なります。
ハウトラスは、斜材が圧縮材として機能するのが特徴です。
主に木造トラスに多く見られる構造とされています。

フィンクトラス

既存のトラス構造に、さらにトラス構造を用いて補強したものです。
フィンクトラスの派生したものに、ダブルフィンク等があります。
ダブルフィンクは、両側でパターンを2回繰り返すフィンクラスを指します。

ガンブレルトラス

中心から傾斜が急になるのが特徴のトラス構造です。
外に突き出た形状となっているため、中空のセンターを取り付けるのに適しているとされます。
派生物に「マンサード屋根」があり、フランスで人気なことから「フランス屋根」とも呼ばれています。

細い部材でも構造物を構成できる

トラス構造は、三角形の構造体によって作られた構造型式の一つです。
部材同士を三角形に繋ぎ合わせ作るため、部材には軸力しか作用しないとされています。
このため曲げモーメントが発生せず、非常に強い構造とされています。
トラス構造にもさまざまな種類があるため、建築物に合わせて選ぶ必要があります。
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