トラス構造の利点は？なぜ強い、有名建築、身近なものは？

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トラス構造の利点は「軽量かつ耐力が大きいこと」等です。なぜトラス構造は軽量かというとトラス構造は部材を三角形になるように組み、さらに、節点はピン接合とすることで、各部材には「概ね軸力のみ」生じます。軸力のみ生じる部材は変形が小さく、かつ、生じる応力度も小さいです。つまり、トラス部材は荷重に対して部材断面を細くすることが可能で、トラス構造の軽量化につながります。

今回はトラス構造の利点、なぜ強い、有名建築、身近なものについて説明します。トラス構造の詳細は下記が参考になります。

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

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トラス構造の利点は？

トラス構造の利点は「軽量かつ強いこと（外力に対して効率的な部材断面とできる）」等です。下図をみてください。トラス構造は三角形になるよう部材を組み、部材の接合部はピン接合とすることで、トラス部材に「概ね軸力のみ」生じるよう設計されます。

トラス構造の利点

直感的に理解頂けるはずですが、部材を「曲げる」のと「単純に引っ張る（あるいは圧縮する）」のでは、どちらがより変形が大きいでしょうか？

曲げモーメントと軸力の違い

当然、部材を曲げる方が変形は大きくなります。つまり、部材を単純に引っ張る方が変形は小さいのです。また、梁に集中荷重Pを加えて曲げる場合、梁を集中荷重Pで軸方向に引っ張った場合を比較します。

同じ荷重Pを加えても梁を曲げる場合は曲げモーメント、せん断力が生じる分、変形は大きく、応力度も大きくなります。

一方、軸力のみ生じる梁では、梁の断面積Aと荷重Pによる軸応力度σ＝P／Aのみ生じます。これは

・同じ荷重が作用しても、軸力のみ作用する部材の方が、より効率的な部材断面とできる

ことを意味します。つまり、おおむね軸力のみ生じるトラス部材は、曲げモーメントやせん断力が作用する部材と比べて「細く」できる、すなわち、トラス構造は軽量化できるのです。

また、梁の曲げモーメント、たわみの公式から明らかなように「曲げモーメントはスパンの二乗、たわみはスパンの四乗に比例」します。このような大きな無柱空間や無柱区間を構成する場合、通常の梁構造では、曲げモーメントやたわみが大きくなり過ぎるため、トラス構造が採用されるのです。

無柱空間

逆に言えば、一般的なスパンではトラス構造を使う意味はないでしょう。トラス構造は部材を三角形に組む必要があるため、梁構造やラーメン構造と比べて

・費用が高い

・施工が難しくなる

などの欠点（デメリット）があります。大スパンになると梁構造やラーメン構造で対応できないからこそトラス構造にするわけで、梁構造、ラーメン構造のような施工が簡単で安価な構造形式で設計可能であるならば、トラス構造は不要です。トラス構造の詳細は下記をご覧ください。

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

トラス構造はなぜ強い？

トラス構造はなぜ強いかというと、トラス部材にはおおむね軸力（圧縮力、引張力）のみ生じるよう部材が三角形に組んであるからです。軸力のみ生じる部材の変形は小さく、当然、トラス構造全体の変形も小さく済みます。トラス構造が強い理由は下記をご覧下さい。

トラス構造が強い理由は？力の流れと計算、身近な例、ワーレントラス構造とは？

トラス構造の有名建築は？

トラス構造の有名建築物（個人的な感想）を下記に示します。

・エッフェル塔（フランス、パリ）

・東京スカイツリー

・東京タワー

・京都駅ビル

特にトラス構造の建築物を見学したいのなら京都駅ビルが個人的におすすめです。というのも、京都駅ビルはトラス構造の宝庫であり、中央広場の大屋根、壁、それらを支える柱もトラス構造で、トラス部材が表しになっているので見学するには丁度良いです。構造設計者は金箱温春氏（金箱構造設計事務所）、素晴らしいという他ありませんね。