トラス構造の力の流れとは？軸力の分布と節点法・断面法による計算

この記事の要点

トラス構造では、荷重は節点（部材の接合点）を介して各部材へ軸力（引張・圧縮）として伝達されます。

曲げモーメントは発生しません。

軸力の算定には節点法（各節点での力のつり合い）と断面法（部材を仮想断面で切断する方法）があります。

部材数が多いトラスでは、力の流れを図で確認してから計算するとミスが減ります。

軸力の方向は節点法・断面法で算定するが、外力と反力の向きから計算なしに判断できる場合も多い。

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トラス構造の力の流れは比較的単純ですが、トラス部材の組み方に応じて力の流れが変わります。

なお、トラス構造の力の流れを追うには、トラス部材に生じる「軸力の向き」を算定すればよく、軸力の算定は節点法、断面法を用います。

今回は、トラス構造の力の流れ、軸力との関係、トラス構造の特徴について説明します。トラス構造の詳細、特徴は下記が参考になります。

トラス構造とは？強さの理由・メリット・デメリット・計算法を解説

トラス構造が強い理由は？軸力のみで成り立つ仕組みと力の流れ

トラス構造の力の流れ、軸力との関係、特徴は？

トラス構造の力の流れは比較的単純です。なぜならトラス部材には、基本的に軸力のみ生じるからです。

トラスとは３つの部材を三角形に組み、それぞれの部材が交わる点を「ピン接合」とした構造形式です。

トラス構造の部材は全て両端ピン接合となります。よって、トラス部材の節点にのみ荷重が作用する場合、

その部材の曲げモーメントおよびせん断力は0であり、部材には軸力のみ生じます。

トラス構造の力の流れ1

よって、トラス構造の力の流れを追うには、トラス部材に生じる「軸力の向き」を算定すればよいので比較的簡単ですが、

トラス部材の組み方に応じて力の流れが変わる点に注意します。なお、軸力の算定は節点法、断面法を用います。

節点法、断面法の詳細な計算は下記をご覧ください。

節点法とは？トラスの軸力の求め方と計算手順

断面法とは？リッター法・クルマン法の計算手順と節点法との違い（例題付き）

単純なトラス構造であれば力の流れ（軸力の向き）は、計算しなくても知ることができます。点Aには上向きの反力が生じます。

上向きの反力と部材の軸力がつりあうためには、斜材に反力と逆向きに軸力が作用しなければなりません。

トラス構造の力の流れ2

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次に、図の下端材について考えます。斜材は圧縮力なので、斜材に生じる軸力を分解すると、水平方向の力は左向きだとわかります。

これと逆向きに軸力が作用しないと力はつりあいませんから図に示す軸力の向きになります。

トラス構造の力の流れ3

最後に、上図に示す垂直部材の軸力の向きを調べます。斜材の軸力を分解すると上向きの力が作用しおり、

これと逆向きの軸力は下図に示す圧縮力になります。

トラス構造の力の流れ4

このように、計算しなくても外力や反力の向きからトラス構造の力の流れ（軸力が圧縮力、引張力のどちらになるか判断）できます。

トラス構造の詳細、トラス構造が強い理由など下記も参考になります。

トラス構造とは？強さの理由・メリット・デメリット・計算法を解説

トラス構造が強い理由は？軸力のみで成り立つ仕組みと力の流れ

混同しやすい用語

節点法

各節点で部材断面を切断し、節点に作用する外力・部材軸力の水平・垂直つり合い（ΣH=0、ΣV=0）から軸力を求める方法。

断面法とは異なり、節点ごとに逐次解くため計算が多くなるが、全部材の軸力を求めるのに適している。

断面法

トラスを任意の位置で切断し、モーメントやせん断力のつり合いから一度に複数の部材軸力を求める方法。

節点法とは異なり、特定の部材の軸力のみを効率よく求めるのに向いており、リッター法やクルマン法が代表的である。

試験での問われ方｜管理人の一言

建築士試験では「トラス部材の圧縮材・引張材の判別」や「節点法・断面法の使い分け」として頻出される。

力の流れを図で追う練習を繰り返し、計算前に軸力の向きを直感的に見極められるようになろう。

トラス構造の力の流れを整理した表を示します。

部材の種類	力の流れ	備考
斜材（圧縮）	支点の反力と逆向きに部材力が作用する	圧縮力として力が流れる
下端材（引張）	斜材の水平成分と釣り合う向きに引張力が作用	軸方向に引張力が流れる
垂直材	斜材の鉛直成分と釣り合う方向に軸力が作用	部材の組み方で圧縮・引張が変わる