トラス構造とは簡単に|三角形で強度を実現する仕組みと種類

トラス構造とは三角形を組み合わせた骨組

実は細い部材でも大空間を支えられます。

この記事の3ポイント要約

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トラス構造の基本

三角形を基本単位として部材をピン接合で組み合わせた構造で、軽量ながら高い強度を実現

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強さの秘密

部材には軸力（圧縮力・引張力）のみが作用し、曲げモーメントを受けないため効率的に荷重を分散

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リフォームでの活用

体育館やドームなど大スパン構造に適しており、住宅でも屋根裏や吹き抜けの設計に応用可能

このページの目次

トラス構造とは三角形を組み合わせた骨組

三角形を基本単位とする理由は、三角形が四角形に比べて外部からの力を効率的に分散・吸収し、非常に安定した形状を持つからです。三角形は3辺の長さが決まれば形も決まるため、それを組み合わせていけば全体の形も安定します。 aippearnet(https://aippearnet.com/column/glossary/truss/)

大スパンの建築物をつくる際によく採用される構造で、スタジアムや橋、駅などでよく見られます。 note(https://note.com/archistu_2110/n/n06c1609bff01)

トラス構造を構成する主要部材の役割

トラス構造は上弦材、下弦材、腹材の3つの主要部材で構成されます。上弦材はトラスの上部に位置し、主に圧縮力を受ける部材で、構造全体の安定性を保つ役割を果たします。下弦材はトラスの下部に位置し、主に引張力を受ける部材です。 aippearnet(https://aippearnet.com/column/glossary/truss/)

腹材は上下の弦材を結ぶ斜材や垂直材で、外力を分散する役割を持ちます。腹材の配置により、全体の力のバランスが保たれるのです。 aippearnet(https://aippearnet.com/column/glossary/truss/)

つまり各部材が明確な役割分担をしています。

トラス構造が軽量でも強度を保てる理由

トラス構造が軽量かつ高耐力である理由は、部材を三角形になるように組み、おおむね軸力（圧縮力、引張力）のみが生じるようにしているからです。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、これがトラス構造の軽量化につながります。 kentiku-kouzou(http://kentiku-kouzou.jp/struc-torasuriten.html)

曲げモーメントやせん断力が作用する部材と比べて、軸力のみが生じるトラス部材は「細く」できます。少ない材料で大きな荷重を支えられるため、効率的な構造と言えます。 engineeringworks-management(https://www.engineeringworks-management.com/tobecome/truss-structure.html)

これが軽量化の基本原理です。

トラス構造の代表的な種類と特徴

トラス構造には単位となる三角形の構成の仕方によって様々な種類があります。代表的なものとして、三角形を互い違いに並べた最も典型的なワーレントラス、斜材が「ハ」の字に並んでいるハウトラス、斜材が「V」の字に並んでいるプラットトラスなどがあります。 japanknowledge(https://japanknowledge.com/contents/nipponica/sample_koumoku.html?entryid=218)

他にもキングポストトラス、クイーンポストトラス、フィンクトラス、マンサードルーフトラスなどが存在します。それぞれのトラスは用途やスパン、荷重条件に応じて使い分けられます。 japanknowledge(https://japanknowledge.com/contents/nipponica/sample_koumoku.html?entryid=218)

設計者は目的に合わせて選択します。

トラス構造とラーメン構造の違い

ラーメン構造は柱と梁が剛接合（角度を変えないように接合）された構造形式です。剛接合により、外力が加わった際に曲げモーメントが生じ、全体で力を分散・吸収します。筋かいや耐震壁・耐力壁がなくとも地震力や風圧力に抵抗でき、間仕切り壁を自由に設けることができます。 hobea.or(https://hobea.or.jp/gallery/j-walk/no-193/)

このためオフィスビルやマンションのほとんどはラーメン構造です。一方トラス構造は細長い部材を三角形となるように組み合せた構造で、部材には圧縮力または引張力のみが作用するため、断面の小さな部材で大きな構造物を造ることができます。 hobea.or(https://hobea.or.jp/gallery/j-walk/no-193/)

塔や橋などに用いられることが多いですね。

トラス構造のメリットと実際の活用例

トラス構造の最大の利点は、軽くて強いことです。高強度と軽量性を両立できる点が、大きなメリットと言えます。材料の効率的利用が可能で、コスト削減にもつながります。 engineeringworks-management(https://www.engineeringworks-management.com/tobecome/truss-structure.html)

実際の建築では、ドームなどの大空間や橋の架構に用いられています。体育館やホールなど大空間の建物に適しており、事務所や倉庫にも利用されます。住宅リフォームでは、屋根裏部屋の改修や吹き抜けを作る際に応用できる可能性があります。 watahan-prestwood(https://watahan-prestwood.jp/column/wooden_truss_merit/index.php)

大空間が必要な場面で真価を発揮します。

トラス構造のデメリットと施工時の注意点

また、部材を増やせば強いという誤解もあります。必要な力の流れを理解せずに部材を追加しても、効果的な補強にはなりません。設計段階での構造計算が不可欠で、専門知識を持つ建築士や構造設計者との連携が必要です。 qiita(https://qiita.com/NovaSolver/items/2ce47f502d3f50535400)

専門家の助言を受けるべきですね。

トラス構造の応力計算方法の基礎知識

トラス構造の応力を求める方法には、主に節点法と切断法の2種類があります。節点法は節点まわりの力のつり合い式を立て、それらを解くことによって各部材の応力を求める方法です。解き方の流れは、まず支点反力を求め、次に節点の力のつり合い式から各部材に作用する応力（軸力）を求めます。 note(https://note.com/archistu_2110/n/n0d0845613bba)

切断法は特定の部材の応力を求めるときに有効な方法で、カルマン法とリッター法の2つがあります。構造物のある部材に対して、形状や荷重も左右対称である場合、応力の値もその部材に対して対称の値を示します。 wwwra.meijo-u.ac(https://wwwra.meijo-u.ac.jp/labs/ra007/murata/onlinetext/outline/step3_2.html)

計算には三角比（sin、cos、tan）を用います。 kentikukozosekkei(https://kentikukozosekkei.com/archives/1730)