線膨張係数とは？鉄・コンクリートの値と計算式・単位（1/℃）

この記事の要点

線膨張係数とは、温度変化1℃当たりの変形量ΔLと変形前の材用長さLの割合です。

線膨張係数α＝(ΔL/L)×(1/ΔT)で計算できます。

この記事では、線膨張係数とは何か、線膨張係数はどう計算するのか、鉄とコンクリートの値はどれくらいかを整理します。

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線膨張係数とは、温度変化1℃当たりの変形量ΔLと変形前の材用長さLの割合です。

タップできる目次

線膨張係数とは？計算

線膨張係数α＝(ΔL/L)×(1/ΔT)で計算できます。

要するに、温度変化による材料の長さの変化の割合です。

線膨張係数の値が大きいほど、温度で長さが変わりやすい材料です。

今回は、線膨張係数の意味、計算、単位、鉄とコンクリートの線膨張係数について説明します。

鉄、アルミの線膨張係数の値は下記が参考になります。

鉄・SS400の線膨張係数とは？値・単位・温度依存性と伸びの計算

アルミの線膨張係数とは？値・計算式と鉄・コンクリートとの違い（一覧表）

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線膨張係数とは？計算

線膨張係数とは、１℃の温度変化を受けて生じた変形量ΔLと元の長さLの割合です。下式で計算します。ΔTは材料の温度変化した値です。例えば、20℃から21℃に変化したならΔT＝1です。

α＝(ΔL/L)×(1/ΔT)

ΔTの値が大きいほど温度変化による変形量ΔLも大きくなります。ΔL/Lに1/ΔTを掛けることで「1℃当たりの温度変化」による変形量と元の長さの割合を算定できます。

また上式をΔLの形に変形すると、

になります。

上式より「線膨張係数が大きいほど」「材料が長いほど」温度変化により変形しやすい材料です。材料ごとに線膨張係数は異なります。鉄とアルミの線膨張係数は下記が参考になります。

鉄・SS400の線膨張係数とは？値・単位・温度依存性と伸びの計算

アルミの線膨張係数とは？値・計算式と鉄・コンクリートとの違い（一覧表）

また、材料に温度変化による変形に伴い「応力」が生じます。これを温度応力といいます。温度応力は下記が参考になります。

温度応力とは？計算式σ=EαΔT・線膨張係数との関係と建築のEJ設計

実際に線膨張係数の値を計算しましょう。ある材料の温度が10℃から15℃に変化するとき、ΔL=1mmになりました。元々の部材長さLは5000mmです。αを計算してください。

α=(ΔL/L)×(1/ΔT)=(1/5000)×(1/(15－10))=0.8×10^5 (1/℃)

また、温度変化による部材の伸び（縮み）も計算できます。長さ5000mmの鉄の温度が10℃から11℃に変化したときの伸びΔLを求めます。鉄の線膨張係数は1.2×10^-5とします。

ΔL=αLΔT=1.2×10^(-5)×5000×1=0.06mm

上記のように温度変化による伸縮量は線膨張係数の値に比例します。線膨張係数の値が大きな材料に注意しましょう。また材料の長さが極端に大きい場合、変形量が大きくなります。下記も参考にしてください。

線膨張係数の計算：公式・例題と変形量ΔL=αLΔTの使い方

線膨張係数の単位

線膨張係数の単位は、

1/℃

です。線膨張係数αの計算式を思い出してください。下記に示します。

α＝(ΔL/L)×(1/ΔT)

ΔL、L共に長さの単位です。よって単位も打ち消しあいますが、「１℃当たり（単位温度当たり）」の長さの割合なので、上記の単位となります。線膨張係数の単位の詳細は下記も参考になります。

線膨張係数（せんぼうちょうけいすう）の単位｜1/℃・1/K・換算・コンクリート値

鉄とコンクリートの線膨張係数

鉄とコンクリートの線膨張係数は、

約1×10^-5(1/℃)

です。※厳密には鉄や鋼は約1.2×10^-5(1/℃)だが、建築では1×10^-5(1/℃)で扱うことも多い。鉄筋コンクリート造構造計算規準などが参考になる。

２つの材料は同じ線膨張係数です。コンクリートは圧縮に強く、引張に弱い材料です。一方鉄筋は引張に強く、圧縮に弱いです。さらに、前述した線膨張係数がほぼ一致します。よって鉄筋コンクリートは、温度変化による温度応力が生じません。

温度応力の意味、計算方法は、下記が参考になります。

温度応力とは？計算式σ=EαΔT・線膨張係数との関係と建築のEJ設計

線膨張係数の読み方

線膨張係数は、「せんぼうちょうけいすう」と読みます。温度応力は「おんどおうりょく」と読みます。温度応力の意味、求め方は下記が参考になります。

温度応力とは？計算式σ=EαΔT・線膨張係数との関係と建築のEJ設計

混同しやすい用語

線膨張係数 vs 温度応力

線膨張係数αは温度変化1℃あたりの長さの変形割合（1/℃）です。

温度応力は温度変化による変形が拘束されたときに部材内部に生じる応力で、線膨張係数が大きいほど温度応力も大きくなります。

鉄の線膨張係数 vs コンクリートの線膨張係数

鉄とコンクリートの線膨張係数はともに約1×10⁻⁵(1/℃)でほぼ同じです。

この特性があるため、鉄筋コンクリートは温度変化による内部応力が生じにくく、複合材料として機能します。

線膨張係数を整理した表を示します。

項目	内容	備考
定義・計算式	α＝(ΔL/L)×(1/ΔT)	単位：1/℃
鉄の線膨張係数	約1.2×10⁻⁵（1/℃）	建築では1×10⁻⁵で扱うことも多い
コンクリートの線膨張係数	約1×10⁻⁵（1/℃）	鉄と同値のためRC造は温度応力が小さい