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応力と荷重の違いと関係｜断面積を使った換算方法（σ=P/A）を解説

この記事の要点

応力と荷重は、「対（つい）」の関係にあります。

荷重が作用しなければ、応力は生じません。

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応力と荷重は、「対（つい）」の関係にあります。

タップできる目次

応力と荷重の関係は？

荷重が作用しなければ、応力は生じません。

逆に、応力が生じる部材には、必ず荷重が作用します。

今回は応力と荷重の関係、意味、応力、荷重の種類、荷重から応力への換算方法、断面積との関係について説明します。

荷重、応力の意味は、下記の記事が参考になります。

荷重（かじゅう）とは？意味・読み方・種類（静荷重・動荷重）を解説

応力とは？意味・種類・記号と求め方、応力度との違い

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応力と荷重の関係は？

応力と荷重は「対（つい）」の関係にあります。下図をみてください。棒に引張る荷重を加えています。このとき、棒の内部には、荷重に抵抗する力が生じています。これが、応力です（Pが荷重、σが応力）。

応力と荷重

応力は、荷重に抵抗するため生じます。荷重が無ければ、応力が生じることも無いです。次に下図をみてください。棒を圧縮する荷重を加えています。引っ張る力と同様に、内部に応力が生じています。

ただし、応力の向きが違います。応力は荷重に抵抗する力なので、荷重の方向や種類により、応力の種類も変わります。

荷重の種類

荷重には、下記の種類があります。

引張荷重　⇒　物を引っ張る力のこと。物は伸びる変形を起こす。

引張力と圧縮力の違いとは？符号・強度・記号（σt・σc）を解説

圧縮荷重　⇒　物を押す力のこと。物は縮む変形を起こす。

引張力と圧縮力の違いとは？符号・強度・記号（σt・σc）を解説

曲げ荷重　⇒　物を曲げる力のこと。物が曲がる。引張荷重と圧縮荷重が合成されたような荷重

力のモーメントとは？意味・計算方法と建築構造への応用

せん断荷重　⇒　物をずらすような変形を起こす力のこと

断面力とは何か？

ねじり荷重　⇒　物がねじれるような力

ねじりモーメントとは？1分でわかる意味、公式、単位、トルクとの関係、h鋼

なお、建築で扱う荷重には、色々な種類があります。荷重の種類、意味は下記の記事も参考になります。

荷重（かじゅう）とは？意味・読み方・種類（静荷重・動荷重）を解説

応力の種類

応力の種類には、下記があります。

引張応力

引張応力とは？意味・公式（σ=P/A）・求め方・応力度の違い

圧縮応力

圧縮応力とは？意味・求め方・記号σc・軸方向圧縮応力度との違いを解説

曲げ応力

曲げ応力とは？1分でわかる意味、公式と演習問題、単位、曲げ応力度

せん断応力

せん断応力とは？公式・計算法・せん断応力度との違いを解説

ねじり応力

ねじりモーメントとは？1分でわかる意味、公式、単位、トルクとの関係、h鋼

前述した、荷重の種類と対応しています。各応力の意味は、それぞれの参考記事からご確認ください。

荷重から応力への換算、断面積との関係

建築の構造力学や構造計算では、荷重と応力の単位は同じです。応力は、部材内部で荷重に抵抗する力のためです。ただし、材料力学や機械分野では、「応力度」を応力ということがあります。※応力度の意味は、下記の記事が参考になります。

応力度とは？種類・計算方法・応力との違い

荷重から応力度への換算は、下式です。

引張荷重から引張応力度への換算　σ＝P／A

圧縮荷重から圧縮応力度への換算　σ＝P／A

曲げ荷重から曲げ応力度への換算　σ＝M／Z

せん断荷重からせん断応力度への換算　τ＝Q／A

σは応力度、Pは引張荷重または圧縮荷重、Aは断面積、Mは曲げ荷重、Zは断面係数、τはせん断応力度、Qはせん断荷重、Aは断面積です。

応力度の単位は、N／ｍ㎡です。よって、荷重から応力度に単位換算するときは、断面積や断面係数で割ります。

混同しやすい用語

応力 vs 応力度

応力は部材内部に生じる内力（N、kNなど）で、応力度は単位面積あたりの応力（N/mm2など）です。

建築構造力学では両者を明確に区別して使います。

荷重 vs 応力

荷重は外部から部材に作用する力で、応力は荷重に抵抗するために部材内部に生じる力です。

荷重がなければ応力も生じません。

引張応力 vs 圧縮応力

引張応力は部材を引き伸ばす方向の内力で、圧縮応力は部材を押し縮める方向の内力です。

荷重の向きによってどちらが生じるか決まります。

応力と荷重の関係を整理した表を示します。

項目	内容	備考
荷重	外部から部材に作用する力（N、kN）	引張・圧縮・曲げ・せん断など
応力	荷重に抵抗するために部材内部に生じる力	荷重と同じ単位（N、kN）
換算	応力度＝荷重÷断面積（σ＝P／A）	単位：N/mm2