力の流れとは？建物の構造部材を通じた応力の伝達経路をわかりやすく解説

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建物の設計をするとき、「この荷重は最終的にどこへ流れるのか」をイメージできると、構造部材の役割が直感的に理解できます。

力の流れを把握することは、構造設計の出発点です。

この記事では、建物における力の流れの考え方と、各構造部材が担う役割を解説します。

構造力学や材料力学、建物の構造設計などで「力の流れ」という用語を使います。

特に、建築物の構造設計では力の流れを意識した部材配置を行います。

今回は力の流れの意味、構造力学、建物の構造部材との関係について説明します。

トラス構造の力の流れ、構造部材の意味は、下記が参考になります。

力の流れとは？

机の真ん中に本を置くと、本の重量は机の「天板」⇒「脚」⇒「床」の順に伝わります。これが力の流れです。

構造力学で、力が「どのように伝わるか」はとても重要な問題です。下図をみてください。本を机の脚の真上に置きました。

図　机と力の流れ

この場合、本の重量はほとんど直接、脚に伝わります。机の真ん中に本を置く場合と比較して、力の流れが変わります。

力の流れが変わると、構造部材の大きさが変わります。作用する力が小さければ、部材も小さくて良いからです。

また構造部材に伝わる力は、大きく分けて下記の３つがあります。

引張力

圧縮力

せん断力

各応力の意味は、下記が参考になります。

外力の作用位置、種類、構造部材の配置など、色々な条件で「力の流れ」と「伝わる力」が変わります。

優れた建築物の多くは、力の流れを上手くデザインしています。そういった構造設計者の方を、構造家（こうぞうか）といいます。構造設計のスペシャリストです。詳細は下記が参考になります。

構造力学＝数学や物理、というイメージがあるかもしれません。しかし、実際は異なる分野です。構造力学の本質は、力の流れを把握することです。

極端にいうと「どの部材に、どういった力が作用するのか、どう伝わるのか」が理解できれば、細かい構造力学の計算を暗記する必要も無いでしょう。

建物の構造部材は、必ず力の流れを意識して設計します。さらに、建物は鉛直方向の力だけでなく、水平方向の力（水平力）に対して力の流れを考えます。代表的な水平力として、

地震力

風圧力

があります。詳細は下記が参考になります。

水平力に対する力の流れは、普段の生活では意識しません。よって、直感的に理解しにくい部分もあり、構造設計の実務を経験して初めて分かるでしょう。

力の流れを整理した表を示します。