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トラス構造に鉛直力が作用するときの０部材、軸力の向きを検討する例題
この記事の要点
トラス構造では、外力が作用しない節点で釣り合い条件（ΣＶ=0、ΣＨ=0）を適用すると、軸力がゼロになる部材（０部材）を見つけることができる。
軸力の向きは節点での釣り合いを図で確認し、引張（＋）か圧縮（−）かを判断する。Ｈ27年問題では０部材の判定と軸力方向の特定が問われる。
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トラス構造は、節点にのみ外力が作用する場合、トラス部材には軸力（圧縮力または引張力）のみ生じます。
力のつり合いによりトラス部材の軸力の算定が可能で、建築士試験の問題でも頻出します。
今回はトラス構造の軸力を求める例題として、下図のトラス構造に鉛直力Ｐが作用したとき、各軸力が圧縮か引張か判断します。
本問題のポイントは、軸力の正確な値を求める必要はなく"トラス構造の計算の考え方を理解すること"が大切です。
なお、トラス構造の計算方法は、節点法と断面法があります。各計算方法の詳細は下記をご覧ください。
断面法とは？1分でわかる意味、リッター法、クルマン法、計算、節点法との違い
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本問題では上図に示すトラス構造に鉛直力が作用しており、部材A、B、Cに生じる軸力が圧縮力または引張力か、あるいは、０（軸力が生じない）か判断します。
本問題は、簡単に解くポイントがいくつかあります。１つは節点法で力の釣り合いを考えることです。
たとえばＢ部材に着目します。部材が斜めになっていて、ややこしいですが、Ｂ部材に直交して２つの部材が、節点に対して反対向きに取り付いています。
この節点には外力も作用しておらず、Ｂ部材の方向には力が作用しようがありません。よって、Ｂ部材の軸力＝０です。
トラス構造の軸方向力0の部材（ゼロメンバー）の見つけ方と考え方は？
次に、Ａ部材の節点をみると、外力Ｐが作用しています。Ａ部材以外の部材をみると、この２つは左右対称に取り付いています。
よって、軸力は打ち消し合います。Pは節点を押す方向に作用しており、Ａ部材に生じる軸力はＰ（圧縮外力）とつり合う必要があり、すなわち、Ａ部材には圧縮力が生じています。
なおＡとＢの答えがわかれば、Ｃは分からなくても問題は解けます。上記に合致した回答は３ですね。
Ｃ部材に生じる軸力の方向は、支点周りの部材に生じる軸力を整理すれば分かります。
本例題のトラス構造には鉛直力のみ作用します。よって、支点には鉛直反力のみ作用しており、斜め部材およびＣ部材に生じる軸力、
支点反力による力のつり合いを整理すると、Ｃ部材には圧縮力が生じることが分かります。
混同しやすい用語
圧縮力（－）
部材を縮める方向に作用する軸力。トラスの上弦材に多い。節点での釣り合いから判断し、部材を押しつぶす向きに力が働く。
引張力（＋）
部材を引き伸ばす方向に作用する軸力。トラスの下弦材に多い。節点で引っ張られる向きに力が働く。圧縮と引張を混同しやすい。
０部材
軸力がゼロの部材。外力が作用しない節点で特定の条件（1方向に直交する部材が1本だけ等）が成立するときに判定できる。
節点法
各節点でΣＶ=0・ΣＨ=0を立てて軸力を求める解法。０部材を先に見つけてから解くと計算が楽になる。
まとめ
今回はトラス構造の例題について解説しました。トラス構造の問題は建築士試験でも頻出されます。
トラス部材の軸力の算定方法（節点法、断面法）だけでなく、トラス構造の特徴も理解しましょう。
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意味を読んで終わりにせず、実際に理解できているかチェックしてみましょう。
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トラス問題は節点法か断面法のどちらかで解く。０部材の判定は試験で頻出なので、条件（T字・一直線上の節点）を覚えておこう。Ｈ27年問題では節点での釣り合いを丁寧に描くことが得点のカギ。