弾性係数(ヤング係数)とは?値の意味・単位・建築材料別の数値を解説

構造力学

※この記事にはプロモーションが含まれています。

弾性係数(ヤング係数・Young’s modulus)は、材料の変形しにくさ(剛性)を表す指標です。たわみ計算の公式(δ=PL³/48EI)のEとして登場し、施工管理技士試験の構造力学分野でも頻出です。

弾性係数(ヤング係数)とは

弾性係数(E)は、材料に応力(力/面積)を加えたときにどれだけひずみ(変形量/元の長さ)が生じるかの比率です。E = 応力 ÷ ひずみ で定義されます。弾性係数が大きいほど、同じ力を加えても変形しにくい(剛性が高い)材料です。

弾性係数の単位

弾性係数の単位はN/mm²(MPa:メガパスカル)またはkN/mm²(GPa:ギガパスカル)で表します。建築・土木の実務ではN/mm²(MPa)が多く使われます。

主な建築材料の弾性係数(ヤング係数)

建設現場・施工管理技士試験でよく使う材料の弾性係数は以下のとおりです。

鋼材(鉄骨・鉄筋)

E = 205,000N/mm²(205GPa)。鋼材のヤング係数は強度にかかわらず一定です。SS400・SM490・SN490など種別が変わってもEの値は同じです。

コンクリート

E = 約21,000〜30,000N/mm²(コンクリートの設計基準強度Fcによって異なる)。一般的なFc24(設計基準強度24N/mm²)のコンクリートではE ≒ 25,000N/mm²程度です。鋼材の約1/8程度の剛性です。

木材

E = 約5,000〜15,000N/mm²(樹種・含水率によって異なる)。一般的な構造用木材(スギ・ヒノキ)ではE ≒ 7,000〜10,000N/mm²程度です。

弾性係数のたわみ計算への応用

たわみの公式(δ=PL³/48EI)では、弾性係数Eと断面二次モーメントIの積「EI」が「曲げ剛性」として部材の変形しにくさを表します。鋼材のEはコンクリートの約8倍なので、同じ断面寸法なら鋼材梁のたわみはコンクリート梁の約1/8になります。

試験対策のポイント

施工管理技士試験では弾性係数に関して以下が頻出です。鋼材のヤング係数(205,000N/mm²≒2.05×10⁵N/mm²)の数値を覚えておくこと、「弾性係数が大きいほど変形しにくい」という定性的理解、たわみ計算(δ=PL³/48EI)へのEの活用などです。

まとめ

弾性係数(ヤング係数・E)は材料の変形しにくさを表す指標で、単位はN/mm²です。主な数値は鋼材が205,000N/mm²、コンクリートが約25,000N/mm²、木材が約7,000〜10,000N/mm²です。弾性係数はたわみ計算のEIとして使われ、Eが大きいほどたわみが小さくなります。

コメント

タイトルとURLをコピーしました