トラス構造とは？メリット・デメリット、ラーメン構造との違いを解説！

トラス構造とは？

トラス構造とは、細長い棒状の部材を三角形に組み合わせた骨組み構造のことです。部材同士が交わる点（節点）は、力がかかっても自由に回転できる「ピン接合」という方法で接合されているのが大きな特徴です。

この構造形式は古くから知られており、14世紀のヨーロッパで提案され、特に19世紀中頃以降、鉄道の発展とともに世界中で多くの橋がトラス構造で建設されました。今日でも橋やドームなど、大きな空間を必要とする建築物で広く採用されています。

トラス構造はなぜ強いのか？

トラス構造が最小限の材料で高い強度を発揮できるのには、いくつかの理由があります。その強さの秘密を4つのポイントで見ていきましょう。

① 三角形は変形しにくい

トラス構造の基本単位である三角形は、非常に安定した形状です。四角形は横から力を加えると簡単に平行四辺形に変形してしまいますが、三角形は辺の長さを変えない限り形が崩れることはありません。この性質が、構造全体の安定性につながっています。

② 部材が「引張力」と「圧縮力」だけを受ける

トラス構造では、各部材の接合部がピン接合になっているため、力がかかった際に部材が「曲がる」や「ねじれる」といった複雑な変形が起きにくくなっています。部材にかかる力は、基本的に引っ張られる力（引張力）か、押される力（圧縮力）のどちらかになります。

部材は曲げやねじれに弱い一方、引張力や圧縮力には強いため、材料の性能を最大限に活かすことができるのです。

③ 軽くて丈夫

トラス構造は、空間を大きく取りながらも、使用する材料は最小限に抑えることができます。これにより、構造物全体のコストや重量を抑えつつ、高い強度を得ることが可能です。

④ 力の分散がうまくできる

外部から荷重（重さや風圧など）がかかった場合、その力は一つの部材に集中することなく、三角形のネットワークを通じて構造全体にバランスよく分散されます。これにより、全体として壊れにくい頑丈な構造が実現します。

トラス構造の身近な例

トラス構造は、私たちの身の回りのさまざまな場所で活躍しています。ここでは代表的な例をいくつか紹介します。

• 橋（トラス橋）：鉄道橋や高速道路などで見かける、ギザギザの骨組みが特徴的な橋です。明治時代の鉄橋にも多く採用されています。
• 体育館やドームの屋根：東京ドームのように、内部に柱を立てずに巨大な空間を覆うために、屋根の骨組みにトラス構造が使われています。
• 家の屋根（小屋組み）：木造住宅の屋根を支える骨組みも、トラス構造になっていることがよくあります。
• 自転車のフレーム：昔ながらのダイヤモンド型の自転車フレームは、三角形の組み合わせであり、トラス構造の考え方が活かされています。
• ギターのネック内部（トラスロッド）：エレキギターのネック内部には、ネックの反りを調整するための「トラスロッド」という金属棒が入っており、これもトラス的な働きをしています。

トラス構造のメリット・デメリット

非常に優れたトラス構造ですが、メリットだけでなくデメリットも存在します。それぞれを詳しく見ていきましょう。

メリット

• 軽くて強い：必要最小限の材料で大きな力を支えることができます。
• 安全性が高い：荷重が構造全体にバランスよく分散されるため、一部に負担が集中しにくいです。
• 大空間を柱なしで支えられる：体育館やドーム、工場など、広い空間が必要な建物に最適です。
• 設計と解析が比較的簡単：各部材に働く力が単純なため、構造計算がしやすいです。
• モジュール化に向いている：同じ形状のパーツを繰り返す構造なので、工場で生産し現場で組み立てる工法に適しています。

デメリット

• デザイン性が制限される：三角形の繰り返しが目立つため、無骨な印象を与えることがあります。
• 製作・施工の手間：部材の数が多く、接合部も多いため、製作や施工に高い精度と手間が要求される場合があります。
• 空間利用の制限：トラスの部材が内部空間に出っ張ることで、空間を自由に使いにくくなることがあります。
• メンテナンスの手間：部材が複雑に入り組んでいるため、点検や補修がしにくいケースがあります。
• 架構の「せい（高さ）」が大きい：トラス構造は、強度を確保するためにある程度の高さが必要となり、階高に制約がある建物には採用しにくいです。

トラス構造とラーメン構造の違い

トラス構造としばしば比較されるのが「ラーメン構造」です。ラーメン構造は、柱と梁をガッチリと固定（剛接合）して、四角形の骨組みで建物を支える構造です。高層ビルやマンション、一般的な住宅などで広く採用されています。

両者の主な違いを以下の表にまとめました。

項目	トラス構造	ラーメン構造
構造の基本	三角形の組み合わせで力を分散	柱と梁を剛接合し、四角形で力を支える
接合部	ピン接合（回転自由）	剛接合（回転しないよう固定）
力の伝わり方	引張力・圧縮力のみ	曲げ力やねじれも受ける
部材の太さ	比較的細くできる	比較的太くなる
空間活用	部材が邪魔になることがある	斜材がなく、空間を柔軟に活用できる
主な用途	橋、鉄塔、ドームの屋根	高層ビル、商業施設、住宅

簡単に言うと、トラス構造は「部材を細くして大空間を作るのが得意」なのに対し、ラーメン構造は「柱や梁を太くして、室内の空間を自由に使いやすくするのが得意」な構造と言えます。

まとめ