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空間構造とは？大スパン構造との関係・シェル・トラス・膜構造の種類と特徴

この記事の要点

体育館やドーム、空港のような大きな空間を柱なしで実現するために「空間構造」が使われます。平面的に荷重を伝える梁と異なり、3次元的に力を分散させるため、大スパンに有利です。シェル・トラス・膜・スペースフレームが代表的な形式です。

このページでは空間構造の定義・主な種類と特徴・体育館・ドームなどへの適用事例を解説します。

体育館の屋根、ドームの屋根、競技場の屋根などが空間構造の例です。

この記事では、空間構造とは何か、どのような種類があるのか、シェル構造との関係を整理します。

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空間構造とは、外周部のみ柱があって、中には柱が無く、広い空間を覆うような構造です。

体育館の屋根、ドームの屋根、競技場の屋根などが空間構造の例です。

空間構造は、屋根がない分、広々とした空間で、建築的にも驚きがあります。

今回は空間構造の意味、大スパン構造、シェル構造との関係について説明します。

※下記の関連用語も、併せて参考にしてくださいね。

無柱空間とは？読み方・実現する構造（立体トラス・アーチ・シェル）と建築事例

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空間構造とは？

空間構造とは、外周部のみ柱があり、中間部分には柱がなく、その広い空間を覆うような構造です。「広い空間をつくる構造」と考えてください。大規模な空間が必要な建築物として、

・体育館

・ドーム

・競技場

などがあります。上記の建築物を、空間構造といいます。空間構造は、大スパン構造なので、単一の柱・梁では対応できません。よって、

・トラス構造

・アーチ構造

・吊り構造

・シェル構造

など、少し特殊な構造形式とします。※構造形式の意味は、下記が参考になります。

構造形式とは？ラーメン・トラス・アーチの種類と建築物への適用

空間構造の種類

空間構造には下記の種類があります。それぞれ説明します。

・トラス構造

・アーチ構造

・吊り構造

・シェル構造

トラス構造

トラス構造とは、部材同士を３角形になるよう組んだ構造です。

平面的に組んだトラスを平面トラス、立体的に部材を組んだトラスを、立体トラスといいます。

橋梁にもトラス構造がよく用いられます。

橋梁のトラス構造は、平面トラスです。

体育館の屋根などは、立体トラスも多いです。

トラス構造は下記が参考になります。

トラス構造とは？強さの理由・メリット・デメリット・計算法を解説

システムトラスとは？1分でわかる意味、メーカー、ボールジョイントとは

アーチ構造

部材を山なり（上側に凸）にして空間をつくる構造を、アーチ構造といいます。アーチ構造とすることで、水平の梁より強くなります。アーチ構造の詳細は、下記の記事が参考になります。

アーチ構造とは？仕組みと力の流れをわかりやすく解説

吊り構造

吊り構造は、引張力のみ生じる部材で建物の重量を支え、空間をつくる構造です。部材には引張力のみ作用するので、合理的な部材断面とできます。※吊り構造の詳細は下記の記事が参考になります。

吊り構造とは？1分でわかる意味、メリット、仕組み、張力構造との違い

シェル構造

シェル構造とは、薄板で曲面や多面をつくる構造です。ドームの屋根などに採用されます。曲面の形状に応じて、応力の大きさが変わります。曲面の形状を色々変えることで、斬新な建築の形に挑戦できます。

空間構造と大スパン構造の違い

空間構造と大スパン構造の違いを下記に整理しました。

空間構造　⇒　建築物の中に柱がなく、広い空間を覆うような構造

大スパン構造　⇒　スパン（柱芯間距離）が大きな構造（建築物）のこと

両者は同じ意味と考えてよいです。

混同しやすい用語

空間構造（くうかんこうぞう）

外周のみに柱を設けて広い無柱空間をつくる構造です（体育館・ドームなど）。

大スパン構造とほぼ同義です。

トラス構造

部材を三角形に組んだ構造で、空間構造に多く採用されます。

平面トラスと立体トラスがあり、ラーメン構造とは力の流れが異なります。

アーチ構造

部材を山なり（上凸）にした構造で、水平の梁より大スパンに対応できます。

支点に水平反力（スラスト力）が生じる点がトラス構造と異なります。

空間構造の種類を整理した表を示します。

構造形式	特徴	主な用途
トラス構造	部材を三角形に組んで大スパンを実現	体育館・橋梁の屋根
アーチ構造	部材を山なりにして圧縮力で支える	競技場・大空間建物
シェル構造	薄板で曲面をつくり荷重を面内力で伝達	ドーム・文化施設の屋根