張力構造とは？意味・特徴と種類（張弦梁・吊り構造）・折板との違い（大スパン設計）

この記事の要点

テントや吊り橋のように、引っ張る力（張力）で形を保つ構造を張力構造という。

圧縮に弱い材料でも大スパンを実現できるのが特徴で、ドームやアリーナでよく使われる。

張弦梁・吊り構造の特徴と、設計上の注意点を整理する。

張力に対して、構造部材は経済的に設計できます。

この記事では、張力構造とは何か、どのような種類があるのか、吊り構造・張弦梁構造とどう違うのかを整理します。

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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、下記が参考になります。

張力（ちょうりょく）とは？意味・向き・単位と応力・求め方を解説

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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）。

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（ちょうりょく）とは？意味・向き・単位と応力・求め方を解説

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

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

混同しやすい用語

吊り構造

張力構造の一種で、ケーブルに引張力のみを作用させて床や屋根を吊り上げる構造形式です。

張力構造は概念的な総称、吊り構造はその具体的な形式です。

張弦梁構造

張力構造の一種で、梁（上弦材）とケーブル（下弦材）を束材で組み合わせた構造です。

吊り構造と異なり、上弦材には圧縮力も生じます。

膜構造

張力構造の一種で、薄い膜（テントや空気膜）を張力によって形状を維持する構造です。

ドーム状の建築や競技施設の屋根に使われます。

張力構造を整理した表を示します。

項目	内容	備考
吊り構造	床や屋根をケーブルで吊り上げる	張力構造の代表例
膜構造	薄い膜を張力で形状維持する	ドーム建築などに使用
張弦梁構造	梁とケーブルを束材で組み合わせる	大スパン建築に対応