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張弦梁構造とは？1分でわかる意味、仕組み、特徴、トラス構造との関係

この記事の要点

張弦梁構造とは、梁構造とケーブル構造を組み合わせた構造形式です。

アーチ構造やケーブル構造と違い、大きな水平反力が生じません。

この記事では、張弦梁構造とは何か、仕組みはどうなっているのか、トラス構造とどう違うのかを整理します。

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張弦梁構造とは、梁構造とケーブル構造を組み合わせた構造形式です。

アーチ構造やケーブル構造と違い、大きな水平反力が生じません。

大スパン建築に採用される構造形式です。

今回は、張弦梁構造の意味、仕組み、特徴、トラス構造との関係について説明します。

※大スパン建築、空間構造の意味は下記の記事が参考になります。

大スパン建築とは？意味・トラス・アーチ・吊構造の工法を解説

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

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張弦梁構造とは？

張弦梁構造とは、梁構造とケーブル構造を組み合わせた構造形式です。下図をみてください。張弦梁構造の一例です。

張弦梁構造

上図のように、上弦材の「梁」、下弦材のケーブル（引張材）、束材（圧縮材）で構成されます。各部材には軸力のみ生じるため、合理的に力を伝達できます。

ケーブル構造やアーチ構造は、支点に生じる水平力が問題です。水平力が大きいと、その処理が大変です。アーチ構造では、水平力を処理する方法として、「タイバー」が採用されます。

張弦梁構造は、引張材に生じる水平軸力が、上弦材に生じる水平軸力と釣り合います。

よって、支点反力として大きな水平反力は生じません。

張弦梁構造は、大スパン建築にも採用される構造形式です。

※ケーブル構造、アーチ構造の意味は下記の記事が参考になります。

ケーブル構造の設計方法について

アーチ構造とは？仕組みと力の流れをわかりやすく解説

張弦梁構造の仕組み

下図に、張弦梁構造の各部材に生じる応力の流れを示しました。

張弦梁構造の仕組み

下弦材と上弦材の水平軸力がつり合い、反力が生じないと理解頂けたと思います。

また、下図のように上弦材をアーチ状、下弦材をケーブル状にして、間を束材で繋ぐ張弦梁構造もあります。アーチとケーブルに生じる水平反力は互いに逆方向なので、水平反力は生じません。

張弦梁構造とアーチ構造、ケーブル構造

※アーチ構造、ケーブル構造の特徴は下記が参考になります。

アーチ構造とは？仕組みと力の流れをわかりやすく解説

ケーブル構造の設計方法について

張弦梁構造の特徴

張弦梁構造の特徴を下記に整理しました。

・外力を軸力で伝達するため、部材断面を小さくしやすい

・大きな水平反力が生じない

・大スパン建築に採用可能

・斬新なデザインにできる

張弦梁構造とトラス構造の関係

上弦材と下弦材、束材を組み合わせた構造形式に、トラス構造があります。張弦梁構造は三角形をつくらず成立しますが、トラスをつくると、より合理的な形状です。※トラス構造の仕組み、特徴は下記の記事が参考になります。

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

混同しやすい用語

トラス構造

上弦材・下弦材・束材を三角形に組み合わせた構造形式で、張弦梁構造と構成部材は似ています。

ただしトラスは三角形で成立し、各部材に軸力のみ生じる点が特徴です。

アーチ構造

上弦材をアーチ状にした構造形式で、支点に大きな水平反力が生じます。

張弦梁構造では引張材がこの水平反力を内部で釣り合わせるため、支点への反力が生じない点が異なります。

ケーブル構造

引張力のみ作用する部材（ケーブル）で荷重を支える構造形式です。

ケーブル単独では大きな水平反力が生じますが、張弦梁構造ではケーブルと梁の軸力を釣り合わせることでこれを回避します。

張弦梁構造を整理した表を示します。

項目	内容	備考
定義	梁構造とケーブル構造を組み合わせた構造形式	大スパン建築に採用
特徴	大きな水平反力が生じない・各部材に軸力のみ作用	アーチ・ケーブル構造との違い
構成部材	上弦材（梁）・下弦材（ケーブル）・束材	トラス構造と類似した構成