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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？

この記事の要点

トラス構造が強い理由は、三角形にピン接合された部材にほぼ軸力のみが生じ、部材が曲げやせん断に比べて軸力に強いからである。

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。

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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？1分でわかるメリット、デメリット、計算法

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？1分でわかるメリット、デメリット、計算法

座屈とは？座屈荷重の基礎知識と、座屈の種類

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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。

節点法ってなに？節点法でトラスの軸力を求める方法

断面法とは？1分でわかる意味、リッター法、クルマン法、計算、節点法との違い

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？1分でわかる意味、なぜ強い、種類、計算

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。

試験での問われ方｜管理人の一言

建築士試験では「トラス部材に生じる断面力の種類」「圧縮材の座屈リスク」として頻出される。

「ピン接合→軸力のみ→圧縮材は座屈に注意」という3段論法で整理し、ワーレントラスも図で覚えよう。

まとめ

今回はトラス構造が強い理由について説明しました。トラス構造が強い理由は「トラス部材に、ほぼ軸力のみ作用する」からです。

一般に部材は、曲げモーメントやせん断力よりも、軸力に強い傾向があります。トラス構造の詳細やラーメン構造も勉強しましょう。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

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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