剛性が高い（高剛性）とは？変形しにくい構造・靭性との違いを解説

この記事の要点

剛性が高いとは「変形しにくい」ことを意味します。

剛性とは部材の「かたさ」です。

この記事では、剛性が高いとは何か、靭性とどう違うのかを整理します。

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剛性が高いとは「変形しにくい」ことを意味します。

剛性とは部材の「かたさ」です。

剛性が大きいほど、その部材は「よりかたい」ことを意味しており、かたいモノは曲げたり、引っ張るのが難しいように、すなわち「変形しにくい」のです。

下図に、剛性が高い場合と低い場合の部材の変形するイメージを示します。

剛性が高い

なお、剛性が高いことを「剛性が大きい」、剛性が低いことを「剛性が小さい」とも言います。

剛性が高いことは「断面二次モーメントの大きさ」から判断します。断面二次モーメントが大きければ剛性は高く、断面二次モーメントが小さければ剛性も低いです。

よって、剛性を上げるためには「断面二次モーメントを大きくする工夫」が求められます。断面二次モーメントを大きくする場合、「断面のせい（高さ）を大きく」します。

剛性を上げる構造

また、単純に断面の高さを大きくするだけでなく、断面の高さを大きくした上で、断面の中央部をくり抜いて「軽量化」をはかることで「高剛性かつ軽量」な断面を実現できます。

剛性を上げる構造2

剛性は部材のかたさ、靭性は「粘り強さ」のことです。

粘り強さを構造力学的に言い換えるなら「よく変形すること、変形しても簡単に壊れないこと」です。

地面に生えている草、柳は風に吹かれてよく変形しても、簡単に千切れることなく、風が止めば元の状態に戻ります。

このように外力に対して変形しても簡単に壊れないこと、言い換えれば、「よく変形すること」が靭性です。

混同しやすい用語

剛性（ごうせい）が高い

力に対して変形しにくい状態です。

剛性が高い＝かたい。

変形量（変位）が小さく、地震時の層間変位角も小さくなります。

強度（きょうど）が高い

部材が破壊しにくい状態です。

剛性と強度は別の概念で、剛性が高くても強度が低い場合や、その逆もあります。

靭性（じんせい）

変形しても簡単に壊れない粘り強さです。

剛性が低くても靭性が高ければ、地震エネルギーを変形で吸収できます。

剛性が高いを整理した表を示します。