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門型ラーメンとは?1分でわかる意味、モーメント図、応力図、構造計算

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門型ラーメン(もんがたらーめん)とは、柱と梁の接合部を一体化することで、柱と梁のみで外力に抵抗する構造形式です。単に「ラーメン」または「フレーム」ともいいます。柱と梁だけで構成する構造形式なので、空間を広くとることが可能です。耐力壁や筋交い(ブレース)が無いので、開口も比較的自由に開けられます。


今回は門型ラーメンの意味、モーメント図、応力図、構造計算について説明します。なお柱と梁を一体化するような接合方法を「剛接合(ごうせつごう)」といいます。ラーメン構造、剛接合の詳細は下記が参考になります。

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門型ラーメンとは?

門型ラーメン(もんがたらーめん)とは、柱と梁の接合部を一体化することで、柱と梁のみで外力に抵抗する構造形式です。ラーメン構造の意味は下記も参考になります。

ラーメン構造とは?1分でわかる意味、特徴、由来、メリットとデメリット


下図をみてください。これが門型ラーメンです。


図 門型ラーメン


上図のように、柱と梁だけで構成するので広い空間がとれます。下図に耐力壁付ラーメン構造、筋交い付きラーメンを示しました。


図 門型ラーメンと筋交い


耐力壁や筋交いがあると空間を遮ってしまいます。また門型ラーメンの方が、比較的自由に開口を開けることが可能です。


さて、柱と梁の接合部を一体化するような接合を「剛接合(ごうせつごう)」といいます。剛接合の詳細は下記をご覧ください。

剛接合とピン接合の意味と、納まりと構造性能の違い


鉄筋コンクリート造(RC造)、鉄骨造(S造)は、柱と梁の接合部を一体化させる方法が確立されています。よってRC造・S造では門型ラーメンとするのが一般的です。


しかし木造では「柱と梁の接合部を剛接合すること」が、あまり一般的では無いのが現状です。例えば住宅では耐力壁や筋交いを配置して外力に抵抗する構造形式を用います。詳細は下記が参考になります。

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門型ラーメンの曲げモーメント、モーメント図

門型ラーメンに水平力が作用する時、柱と梁に曲げモーメントが生じます。下図にモーメント図の例を示しました。


門型ラーメンの曲げモーメント、モーメント図


また鉛直荷重が作用するときにも、梁と柱に曲げモーメントが生じます。


ラーメン構造の曲げモーメント図


門型ラーメンの曲げモーメントは「梁の曲げモーメントの計算」と同様の求め方です。梁についての学習が不十分な方は下記をご覧ください。

梁の反力と、演習問題から学ぶ計算方法

単純梁の曲げモーメントは?1分でわかる求め方(計算)、公式、等分布荷重と集中荷重との関係


また門型ラーメンの曲げモーメント図は「部材の引張側に描く」のがルールです。下図に例を示します。赤部分が曲げモーメント図を表します。


図 門型ラーメンの曲げモーメント図


上図の場合「柱、梁ともに内側が引張の状態」という意味です。曲げモーメント図の描き方は下記も参考になります。

ラーメン構造の曲げモーメント図は?3分でわかる書き方、曲げモーメントの求め方

門型ラーメンの応力図、構造計算

実際の構造物としての門型ラーメンには「建物の重さ、人の重さ」などによる鉛直荷重、地震力や風圧力による「水平力」が作用します。


このとき門型ラーメンには


・曲げモーメント

・せん断力

・軸力


が生じます。よって上記の値、応力の生じる位置がわかるよう「応力図」を描くことが重要です。


鉄筋コンクリート造、鉄骨造では、門型ラーメンの構造計算は基本です。構造計算の流れ、考え方は下記の書籍などが参考になります。

まとめ

今回は門型ラーメンについて説明しました。門型ラーメンとは、柱と梁の接合部を一体化し、柱と梁だけで外力に抵抗する構造形式です。耐力壁や筋交い付きの構造に比べて、空間を広く取れます。また開口なども比較的自由に開けられるでしょう。意匠計画のメリットが大きいためRC造、S造では一般的な構造形式です。


ただし木造の場合、柱と梁の接合部を剛接合とすることがRC造、S造と比べると一般的では無いです。ラーメン構造、剛接合の意味など下記も勉強しましょう。

ラーメン構造とは?1分でわかる意味、特徴、由来、メリットとデメリット

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