剛性とヤング率の違いは何、関係は？ヤング率が高いとどうなる？

この記事の要点

剛性は部材のかたさ、ヤング率は部材に用いる材料自体のかたさです。

部材のかたさ（剛性）には２つの要因があります。

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剛性は部材のかたさ、ヤング率は部材に用いる材料自体のかたさです。部材のかたさ（剛性）には２つの要因があります。１つは部材の「断面形状によるかたさ」、２つめが部材に用いる「材料自体のかたさ」です。断面形状によるかたさは「断面二次モーメント」により決定し、材料によるかたさは「ヤング率」により決定します。

剛性とヤング率の違い

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なお、ヤング率は材料固有の値であり、材料の種類ごとに変わります。鋼、鉄筋コンクリート、木材のように材料が変わればヤング率の値も変わります。断面二次モーメントは、断面形状により値が変わります。断面形状を工夫することで「より軽く、よりかたい」断面とすることが可能で、断面効率（軽くてかたい）は高くなります。

よって、部材の剛性とは「部材の断面二次モーメントの大きさと、ヤング率の大きさ」を意味しています。断面二次モーメントの記号をI、ヤング率の記号をEとするとき、IとEの積を「曲げ剛性」といい「EI」で表します。EIの値が大きいほど、部材は曲げる力（曲げモーメント）に対して「かたい」ことが分かります。

前述した通り、部材の剛性は断面形状と材料の種類で決定するので、断面形状が同じでもヤング率が大きければ「剛性も大きく」なります。

ヤング率が高いとどうなる

混同しやすい用語

剛性（ごうせい）

部材・構造全体の変形しにくさです。剛性K＝EA/L（軸）やEI/L（曲げ）のように、ヤング率・断面・長さで決まります。

ヤング率（E）

材料固有の弾性係数です。材料の変形しにくさを表し、同じ材料であれば断面形状に関係なく一定の値をとります。

ばね定数（k）

部材の剛性を1点の荷重-変形関係で表した値です。k＝EA/Lなどで計算し、ヤング率・断面・長さが変わると変化します。

試験での問われ方｜管理人の一言

剛性とヤング率の違いは何に関する問題は建築士試験の構造分野で出題されます。定義と計算の両面から理解しておきましょう。

剛性とヤング率の違いは何の定義・適用条件・計算式は建築士試験の構造分野で出題される基本事項です。

用語の定義を正確に理解したうえで、関連する規準・法令との関係を整理することが大切です。

まとめ

今回は剛性とヤング率の違い、関係について説明しました。剛性は部材のかたさ、ヤング率は部材に用いる材料自体のかたさです。部材のかたさ（剛性）には２つの要因があります。１つは部材の「断面形状によるかたさ」、２つめが部材に用いる「材料自体のかたさ」です。断面形状によるかたさは「断面二次モーメント」により決定し、材料によるかたさは「ヤング率」により決定します。剛性、ヤング率の詳細は下記をご覧ください。

剛性とは？簡単な意味、剛性の計算、単位、強度との違い

ヤング係数とは？求め方と公式、単位、材料ごとの値【図解】

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