建築用語「応力」の基礎知識

建築用語「応力」の基礎知識

応力とは何か？

応力とは、物体に外圧をかけたときに、その力に対して抵抗する力があるが、これが吊り合っている段階では、物体は破壊されることがない。この単位面積あたりの力が応力である。外圧よりも応力が低くなれば、必然的に破壊してしまう。建物に地震や風などで力がかかったときに、抵抗できる応力を持っていれば、耐えられる建物であると言える。

応力は、引っ張り、圧縮、せん断、曲げなど、さまざまな種類がある。構造設計上、応力はとても重要な要素となっており、建物の強度や耐震性を計算する際に使用される。応力の単位はN/㎡（ニュートン毎平方メートル）で表される。

応力の種類

応力の種類
応力は荷重や変形によって生じるもので、引っ張り、圧縮、せん断、曲げの4種類に分けられます。引っ張り応力は、物体が引っ張られることで生じる応力です。圧縮応力は、物体が押しつぶされることで生じる応力です。せん断応力は、物体が平行に作用する力で切断されることで生じる応力です。曲げ応力は、物体が曲げられることで生じる応力です。これらの応力は、構造設計において重要な要素であり、建物の強度や耐久性を確保するために考慮する必要があります。

応力の単位

応力の単位は、さまざまな単位がありますが、代表的な単位として、N/mm²、N/cm²、MPa、kgf/mm²、Paがあります。

そのうちN/mm²、N/cm²、MPaはSI単位であり、国際単位系で定められた単位です。kgf/mm²は、日本独自の単位であり、1kgf/mm²は1N/mm²に等しいです。Paは、国際単位系で定められた単位であり、1Paは1N/m²に等しいです。

建築用語の応力について、よく用いられる単位はN/mm²とMPaです。N/mm²は、1平方ミリメートルあたりの力を表す単位であり、MPaは、100万パスカルに等しい単位です。

例えば、コンクリートの圧縮強度は、通常、N/mm²で表されます。コンクリートの圧縮強度は、コンクリートの強度を表す指標であり、コンクリートが圧縮力に耐えることができる強さを表します。

また、鉄筋の引張強度は、通常、MPaで表されます。鉄筋の引張強度は、鉄筋の強度を表す指標であり、鉄筋が引張力に耐えることができる強さを表します。

応力の重要性

応力とは、物体に加えられた力を単位面積あたりで表した量です。建物に地震や風などの力がかかったときに、抵抗できる応力を持っていれば、耐えられる建物であると言えます。これは、積載荷重などにも言えることであり、様々な面で発生します。引っ張りや圧縮、せん断、曲げにおいても応力は存在し、構造設計上、とても重要な要素となってくるのです。

応力の単位はN/㎡で表されますが、以前はNではなくkgfが使われていました。kgfは、1キログラムの重さが物体に加わる力の単位であり、Nは、1ニュートンの力が物体に加わる力の単位です。1Nは、約0.102kgfに相当します。

応力の計算方法

応力の計算方法

応力の計算方法は、荷重と力の性質によって異なります。引っ張り応力や圧縮応力のように、軸方向に荷重がかかる場合は、応力は荷重を断面積で割って計算します。せん断応力のように、荷重が面に垂直に作用する場合は、応力は荷重を断面積で割って計算します。曲げ応力のように、荷重が曲げモーメントを発生させる場合は、応力は曲げモーメントを断面係数で割って計算します。

応力の計算には、材料の弾性係数も使用されます。弾性係数は、材料が応力に対してどれくらい変形するかを表す値です。弾性係数は、ヤング率、せん断弾性率、バルク弾性率などがあります。

応力の計算は、構造設計において非常に重要です。応力が材料の許容応力よりも大きい場合、構造物は破壊される可能性があります。そのため、構造設計者は、応力を計算して、構造物が安全であることを確認する必要があります。