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

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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。

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学改訂版/工学社」

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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。

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アーチの構造と仕組み

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。

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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。

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まとめ

今回は、張弦梁構造について説明しました。意味が理解頂けたと思います。張弦梁構造は、梁構造とケーブル構造を組み合わせた構造形式です。ケーブルと梁に生じる軸力が釣り合うので、大きな反力が生じません。また、各部材に生じる応力は軸力なので、力を合理的に伝達できます。大スパン建築にも採用されます。下記の記事も併せて参考にしてください。

ケーブル構造の設計方法について

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