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

この記事の要点

トラス構造が強い理由は、すべての部材に軸力（引張力または圧縮力）のみが作用し、曲げモーメントが生じないためです。

曲げに弱い材料でも軸力なら効率よく力を伝達できます。

トラスは三角形を基本単位とした格子状の骨組みで、節点はピン結合（回転自由）します。

橋梁・体育館屋根・送電鉄塔などに使われます。

圧縮材には座屈の危険があるため、トラス設計では圧縮材の座屈に対する検討が重要になる。

この記事では、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何かを整理します。

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トラス構造が強い理由は、トラス部材に「ほぼ軸力だけ」作用するからです。一般に部材は、曲げモーメントやせん断力と比べて、

比較的、軸力（軸方向に作用する引張力、圧縮力）に対して強いです。よって、ほぼ軸力のみ作用するトラス構造は、変形も小さく、大きな荷重に抵抗できます。

今回はトラス構造が強い理由、力の流れと計算、身近な例、ワーレントラス構造について説明します。

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？

トラス構造が強い理由は、トラス部材に「ほぼ軸力だけ」作用するからです。

なぜ軸力のみ作用するかというと、トラス構造を構成する部材が「三角形を作るように構成され、かつ、部材がピン接合される」からです。

トラス構造が強い理由

一般に部材は、曲げモーメントやせん断力よりも、比較的「軸力（軸方向に作用する引張力、圧縮力）に対して強い」傾向があります。

身近にあるもので確認してもよいでしょう。ペンの軸方向に沿って「引っ張る、押す」と中々かたいですが、両端をもって曲げるのは比較的簡単です。

よって、ほぼ軸力のみ作用するトラス構造では変形も小さく、ラーメン構造や梁構造と比べて大きな荷重に抵抗できます。

ただし、トラス部材に作用する圧縮力には注意が必要です。圧縮力は「座屈」という不安定現象を引き起こし、急激に耐力が低下します。

トラス構造と座屈

トラス構造、座屈の詳細は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

座屈とは？意味・座屈荷重・座屈長さ・種類をわかりやすく解説

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トラス構造の力の流れと計算方法は？

トラス構造の力の流れは計算により簡単に確認できます。トラス構造の計算方法は主に下記があります。

・節点法　⇒　節点で部材断面を切断し、節点に作用する外力、部材力（軸力）の力のつり合い（ΣH=0、ΣV=0）から未知数（部材の軸力）を求める方法

・断面法　⇒　トラスを任意の位置で切断し、せん断力やモーメントのつり合いから部材軸力を求める方法

節点法、断面法の詳細な計算方法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）

トラス構造の身近な例、ワーレントラス構造とは？

トラス構造の身近な例の１つが「橋」です。毎日の通勤やお出かけの風景の一部になって忘れがちですが、

自動車や電車など大きな荷重が作用する橋は「トラス構造」とすることが多いです。

なお、トラス構造の種類にワーレントラス構造があります。ワーレントラスとは上弦材、下弦材、斜材が正三角形を構成するようなトラス構造です。

トラス構造の身近な例とワーレントラス

トラス構造の橋の種類、建物の詳細は下記をご覧ください。

トラス構造の橋とは｜なぜ強いのか、種類と構造計算をわかりやすく解説

トラス構造の建物は何がある？有名な建物は？なぜ強い？

混同しやすい用語

ワーレントラス

上弦材・下弦材・斜材が正三角形を構成するトラス形式で、斜材が交互に傾く点が特徴である。

プラットトラスとは斜材の向きが異なり、ワーレントラスでは圧縮材と引張材が交互に配置される。

座屈

圧縮力を受ける細長い部材が急激に横方向に曲がる不安定現象で、耐力が急低下する。

引張材には座屈は生じないため、トラス設計では圧縮材の座屈長さと細長比の管理が特に重要になる。

トラス構造が強い理由を整理した表を示します。

項目	内容	備考
作用する断面力	ほぼ軸力のみ	ピン接合により曲げモーメントが生じない
部材の強さの傾向	軸力に対して強い	曲げ・せん断より軸力への抵抗力が高い
圧縮材の注意点	座屈が生じる可能性がある	細長比・座屈長さの管理が重要