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張力構造とは?1分でわかる意味、特徴、種類、張弦梁構造、吊り構造との違い

張力構造とは、主に張力で外力を伝達する構造です。張力に対して、構造部材は経済的に設計できます。「吊り構造」は張力構造の1つです。今回は、張力構造の意味、特徴、種類、張弦梁構造、吊り構造との違いについて説明します。※吊り構造の意味は、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


張力の意味は、下記の記事が参考になります。

張力とは?1分でわかる意味、向き、単位、応力、求め方、問題

張力構造とは?

張力構造とは、主に張力で外力を伝達する構造です。下図をみてください。下側に膨らんだ形状をしたケーブルです。下向きの荷重を作用させると、ケーブルには張力が生じます。

張力構造の仕組み

このケーブルで屋根をつくります。屋根の自重や、積雪荷重をケーブルで負担できれば、張力構造ですね。


また、下図のような吊り橋は、橋梁の床板などを吊って負担するので、張力構造です(吊り構造ともいいます)。

吊橋

張力に対して、構造部材は比較的経済的に設計できます。座屈やせん断破壊のような脆性破壊が生じないためです。


同じ力の大きさでも、張力が生じる部材Aと、圧縮力が生じる部材Bでは部材断面が変わります。部材Bの方が、大きな断面が必要でしょう。


よって、張力構造は大スパン建築に対応できます。張力、大スパン建築の意味は、下記の記事が参考になります。

張力とは?1分でわかる意味、向き、単位、応力、求め方、問題

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張力構造の種類

張力構造の種類は下記です。


吊り構造

膜構造

張弦梁構造

などがあります。膜構造は、ドーム建築に使われます。テントを思い出してください。テントは、ピンと張って形をつくりますね。テントの膜には、張力が生じています。


または風船を思い浮かべましょう。薄い膜に空気をいれて、形をつくります。膜構造の中には、空気膜構造があります。空気を送り込んで、屋根膜の形状を維持する構造形式です。

張力構造と張弦梁構造の関係

張力構造の1つに、張弦梁構造があります。これは、下図の力の流れを利用した構造形式です。

張梁弦構造

斜材には張力のみ生じます。よって、鋼製ケーブルなど小さい断面で十分です。上弦材は圧縮力が生じるので、比較的太い断面とします(座屈を防ぐためです)。

張力構造と吊り構造の違い

張力構造と吊り構造の違いを下記に整理しました。


張力構造 ⇒ 主に張力で力を伝達する構造

吊り構造 ⇒ 張力構造の1つともいえる。床や屋根などを吊って空間をつくる構造

まとめ

今回は、張力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。張力構造は、主に張力で外力を伝達する構造形式です。吊り構造、膜構造、張弦梁構造などがあります。張力構造の種類を覚えましょう。張力構造は、大スパン建築にも対応します。大スパン建築は、構造形式がデザインにも表れます。構造設計者を目指される方は、是非挑戦したい建築だと思います。下記の記事も併せて参考にしてください。

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