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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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ラーメン構造とは、柱と梁が交わる部分（接合部）を固く留め、変形を抑えた構造形式です。空間を広く活用できるため、マンションや公共建築物など様々な建物に利用されています。今回はラーメン構造の意味と由来、特徴、メリットとデメリットについて説明します。※ラーメン構造以外の架構には、トラス構造やアーチ構造などがあります。下記の記事が参考になります。

トラス構造とは？1分でわかるメリット、デメリット、計算法

アーチの構造と仕組み

純ラーメン構造とは？1分でわかる意味、特徴と利点、ブレース構造、耐震壁構造との違い

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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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ラーメン構造とは？

ラーメン構造は、柱と梁の接合部を剛接合とし（※剛接合とは、接合部が変形しないよう接合方法）、変形を抑えた構造形式です。※剛接合については下記の記事が参考になります。

剛接合とピン接合の意味と、納まりと構造性能の違い

下図をみてください。これがラーメン構造です。

ラーメン構造

下図のように、ブレース構造はブレースが邪魔をして空間に制限があります。一方、ラーメン構造は空間を最大限活用できますね。

ラーメン構造とブレース構造

よって、マンションや公共建築物など、一般的な建物は、ラーメン構造の採用が多いです。近代建築における最も一般的な構造形式です。空間が有効活用できる分、

・開口の位置が自由に設定可能

など意匠的なメリットも多いです。

ラーメン構造の由来は、ドイツ語の「Rahmen」です。Rahmenは、日本語で「枠、額縁」という意味があります。英語では、フレーム構造といいます。確かに、ラーメン構造は建物という箱を構成する「枠」つくるイメージに似ています。

ラーメン構造の特徴（メリットとデメリット）

ラーメン構造は、空間を広くとれるメリットがあります。しかし、当然デメリットもあります。メリットとデメリットに分けて説明します。

メリット

メリットは下記です。

・空間が広くとれる
・比較的自由に開口が空く
・構造部材の施工が簡単
・構造設計も簡単

空間が広い、開口が自由に開けられるメリットがあります。また、ラーメン構造は最も普及している構造形式です。施工、加工が難しくないので工事がスムーズに進みます。

同様に、構造設計も難しくありません。ブレース構造や、トラス、アーチ構造と比べて、検討項目も少ないです。よって、構造設計の初学者が最初に担当する構造形式ですね。ラーメン構造の計算法については下記の記事が参考になります。

静定ラーメンの解法

上記のメリットから、今後もラーメン構造は普及していく構造形式でしょう。

デメリット

デメリットは下記です。

・柱、梁など、部材が大きくなりやすい（ブレース構造などと比べた場合）
・地震で変形が大きくなりやすい（ブレース構造などと比べた場合）

実は、ラーメン構造は構造的なデメリットが目立ちます。例えばブレース構造と比較すると、ラーメン構造のほうが、部材が大きくなります。これは地震時に作用する曲げモーメントの影響です。ブレース構造は、地震力をブレースが負担するので、曲げモーメントはほとんど生じません。

よって所定の耐力を満たすため、柱や梁を大きくします。構造部材が大きいと、構造部材の費用が高くなりますね（但し、全体の費用としては安いまたは同等になる場合も有り）。

また地震による変形が大きくなりやすいです。ブレースや耐震壁を設けた構造は、とても固いです。下図を見てください。四角形と三角形を横に押した場合、どちらが固そうですか？三角形ですよね。

三角形と四角形の違い

上図の通り、ラーメン構造はけっして固い構造ではないのです。ブレース構造、トラス構造の意味、特徴は下記が参考になります。

ブレース構造とは何か？

トラス構造とは？1分でわかるメリット、デメリット、計算法

ラーメン構造の耐震性

前述で、「変形しやすい」「部材が大きくなりやすい」と説明しました。しかし、ラーメン構造の耐震性には影響ないでしょう。実は、「変形しやすいこと」はデメリットであると同時に、メリットでもあるのです。

「暖簾に腕押し」「柳に風」という言葉をご存知ですか。柳は柔らかいので、強い風が吹いてもちぎれることが無いですね。ブレース構造や耐震壁付きの構造と比べると、ラーメン構造は「柔らかい構造」です。

地震時は、柔らかいので変形が大きいですが、変形した分、地震エネルギーを効果的に吸収できます。変形が大きくても、効果的にエネルギーを吸収出来れば、耐震性に問題ないのです。

エネルギーは、力×変形です。下図をみてください。ラーメン構造とブレース構造を比較すると、構造的な特性は違いますが、耐震性の優劣は一概にいえません。

ラーメン構造の耐震性とエネルギー

ラーメン構造の例

ラーメン構造を使った建築物の例は下記があります。

・マンション（集合住宅）
・国立西洋美術館（ル・コルビュジェ）
・ファンズワース邸（ミ－ス・ファン・デル・ロ―エ）

まず、一般的な建物ではマンションです。お住いのマンションで天井を見上げてください。部屋の途中や外壁にブレースはないですよね。ベランダ側には大きく窓があるはずです。ラーメン構造の特徴の１つです。

次に有名建築物でいうと、世界遺産にも登録された「国立西洋美術館」です。これはル・コルビュジェという世界的な建築家が設計した建物です。ラーメン構造の特徴を活かした建築物です。東京都にあるので、ぜひ訪れてみましょう。

もう１つはファンズワース邸です。設計はミ－ス・ファン・デル・ロ―エが担当しました。ラーメン構造の特徴を活かし、外壁をガラス張りとすることで、透明感のある空間を演出しています。ラーメン構造をデザインとして活かした構造です。

まとめ

今回はラーメン構造について説明しました。意味や特徴が理解頂けたと思います。ラーメン構造は、空間が広いこと、施工が簡単など、メリットが多いです。一方で、構造的なデメリットもあります。もちろん、構造設計では所定の変形量以下にし、所定の耐力を満足させているのでご安心ください。下記、他の構造形式の記事も併せて参考にしてくださいね。

純ラーメン構造とは？1分でわかる意味、特徴と利点、ブレース構造、耐震壁構造との違い

ブレース構造とは何か？

トラス構造とは？1分でわかるメリット、デメリット、計算法