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ヤング係数(縦弾性係数)
読み:やんぐけいすう(じゅうだんせいけいすう)
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部材の変形のしにくさを表す指標であり、軸方向に対する剛性、硬さを表現する数値。

物体に外力をかけると、物体は外力に応じて変形するが、外力がなくなれば元に戻る。しかし、外力が一定の範囲を超えると、物体は変形したまま元に戻らなくなったり、破断したりする。この変形しつつ元に戻る範囲を「弾性範囲」というが、この弾性範囲内においては、物体の変形量(ひずみ)と外力に対抗して内部に生じる応力との関係には、比例関係が成り立つ。これを「フックの法則」(17世紀イギリスの物理学者ロバート・フックに由来する)といい、その比例定数を、19世紀イギリスの物理学者トマス・ヤングの名に由来し、「ヤング係数」または「ヤング率」という。

フックのモデルは、ばねばかりに重りをつるし、垂直荷重を外力とし、ばねの伸びを変形量とするものであり、外力に対する軸方向(縦方向)の力について構想したものであったところから、ヤング係数を「縦弾性係数」ともいう。一方、横方向についての弾性を表す「横弾性係数」も存在し、主にせん断方向の剛性を表すところから、せん断係数とも呼ばれる。横弾性係数は、縦弾性係数を基に算出することが可能であるため、通常材質の剛性を比較等する場合には、縦弾性係数のみが用いられる。

ヤング係数が高いほど硬く変形しにくく、低ければ変形しやすい。高いものの代表が鉄やコンクリートであり、低いものの代表がゴムである。

剛性は変形のしにくさであり、破壊等のしにくさではないので、強度とは区別される。

本文のリンク用語の解説

外力

建築物や構造物の躯体の外部からかかる力。具体的には地震動、風圧、積雪による荷重など。 建築基準法施行令第83条第1項では、「建築物に作用する荷重及び外力」として、「固定荷重」「積載荷重」「積雪荷重」「風圧力」「地震力」を掲げ、さらに同条第2項で「建築物の実況に応じて、土圧、水圧、震動及び衝撃による外力を採用しなければならない」としている。荷重と外力については、ほぼ同じものであると認識されていると考えられるが、例えば、建築物自体やその部分の重量に起因すると見られる固定荷重や積載荷重については、「外力」というよりは「荷重」の方がふさわしいと考えられる。一方、建築物を構成する各材料の立場からは、外力=荷重としてほぼ同一視される。  

コンクリート

セメントに、水、砂利、砂を加えて混ぜ合わせることにより、化学反応(水和反応)を起こし、固体化させたもの。 圧縮に対する強度が非常に大きく、主に建築物の荷重を支える構造材として多用されている。

関連用語

剛性率

剛性とは外力に対する変形のしにくさを表しており、建築基準法における「許容応力度計算」では、多層階を有する建築物において、各階ごとに剛性が違えば、剛性が低い(変形しやすい)階の変形が大きくなり、この階に損傷が集中することによって、建築物の破損や倒壊に結び付きやすくなることから、各階ごとの剛性ができるだけ均等であることを求めている。 このため、各階の剛性の平均値に対する当該階の剛性の割合(層間変形角の数値の逆数の、全階にわたる平均値に対する当該階の値の比)を剛性率とし、それができるだけ各階において平均値に近く(剛性率=1に近づけるのが理想)、各階ごとの剛性率のばらつきがないよう、「各階の剛性率がそれぞれ10分の6以上であること」と定めている(同法施行令第82条の6)。