NSJ住宅性能研究所

木構造シリーズ10

強度と変形

ポイント

・曲げヤング係数は「たわみ（曲がりやすさ）」に関係する
・剛性は「強度と変形の関係」
・靭性は「壊れる前にどれくらい変形できるか」を表す


■ヤング係数とは？

物体に力を加えると、必ず少し変形します。
例えば梁の真ん中に荷重をかけると、梁は下にたわみます。

このたわみ量は次の要素で決まります

・荷重の大きさ
・梁の長さ（スパン）
・梁の断面形状（幅や高さ）
・材料そのものの性質

このうち「材料の性質」を表すのが ヤング係数 です。

・ヤング係数が大きい材料 → たわみにくい
・ヤング係数が小さい材料 → たわみやすい

■木材の等級分けとヤング係数

木材はヤング係数の大きさでランク分けされます。

等級　　ヤング係数 (N/㎟)　代表値 (N/㎟)
E50　　3,923～5,884　　　4,903
E70　　5,884～7,845　　　6,865
E90　　7,845～9,807　　　8,826
E110　 9,807～11,768　　11,787

例：ヤング係数が 6,500 N/㎟ の木材は E70 に分類されます。

同じ「E70」でも、下限に近い木材と上限に近い木材では 1.2～1.5倍の差 があります。
➡ 設計では、このバラつきを考慮して 安全率をとることが重要 です。


■剛性と靭性

・剛性（Stiffness）
→ 「力を加えたとき、どれくらい変形しにくいか」

同じ力を加えたとき、変形が小さい部材は剛性が高い。
剛性が高い部材は、一定の変形に達するまでに必要な力（耐力）も大きい。

・靭性（Ductility）
→ 「壊れるまでにどれくらい変形できるか」

靭性が高い部材 → 大きく変形してから壊れる（粘り強い壊れ方）。
靭性が低い部材 → 小さな変形ですぐに壊れる（脆性破壊）。


■ヤング係数とたわみの関係

・ヤング係数が高い → たわみが小さい
・ヤング係数が低い → たわみが大きい

つまり、ヤング係数は「部材の変形のしにくさ」を表す指標です。


■構造特性の比較（概念図イメージ）

強度（どれだけの荷重に耐えられるか）と変形の関係をグラフで表すと、次のように比較できます。

性質 　　　　　①　　　　　　②
ヤング係数　　K1　　　＞　　K2
強度　　　　　P1　　　＞　　P2
靭性　　　　　δ1　　　＜　　δ2
剛性　　　　　P1'/δ'　　＞　 P2'/δ'


＜まとめ＞

・ヤング係数＝たわみにくさ
・剛性＝変形に対する強さ
・靭性＝壊れるまでの粘り強さ

と覚えると理解しやすいです。

次回は、層間変形角について、お話します。