せん断力とせん断応力の違い・単位・わかりやすく解説

この記事の要点

せん断力（Q、単位：kN）は部材断面に平行に生じる「力」で、せん断応力（τ、単位：N/mm2）はその力を断面積で除した「単位面積あたりの力」です。

建築分野ではせん断力を「せん断応力」、せん断応力度を「せん断応力」と呼ぶこともあるため、文脈で判断が必要です。

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せん断力とせん断応力の違い：せん断力は「四角形を平行四辺形に変形させるような部材断面に平行に生じる1組の応力」、せん断応力は「単位断面積当たりのせん断力」です。

要するに、せん断力とせん断応力の違いは「力、または、単位面積当たりの力」の違いです。

なお、建築分野では「せん断応力（せん断力）」、「せん断応力度（せん断応力）」といいます。

今回は、せん断力とせん断応力の違い、わかりやすい説明、単位について説明します。

せん断力、せん断応力度の意味、求め方は下記が参考になります。

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

梁のせん断応力度の計算方法｜断面形状別の分布と許容値

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せん断力とせん断応力の違いは？わかりやすく説明

せん断力とせん断応力の違い、わかりやすい説明を下記に示します。

・せん断力　⇒　四角形を平行四辺形に変形させるような部材断面に平行に生じる1組の応力

・せん断応力　⇒　単位断面積当たりのせん断力

要するに、せん断力とせん断応力の違いは「力、または、単位面積当たりの力の違い」です。なお、建築分野では「せん断応力（せん断力）」、「せん断応力度（せん断応力）」といいます。建築分野でいう「応力と応力度の違い」ともいえます。

下図をみてください。長方形の断面にせん断力Ｑが作用して長方形から平行四辺形に変形していますね。せん断力を利用した道具にハサミがあります。ハサミは鋭い刃がずれ合い物を切断します。これはせん断力による働きです。

せん断力

上図のせん断力Qについて長方形の断面積Aで割り算すると、単位断面積あたりのせん断力すなわち「せん断応力」が算定できます。

せん断力Qを断面積Aで除して算定したせん断応力τは、断面の真ん中でも端でも同じ値（一様）です。

よって「せん断応力τ＝せん断力Q÷断面積A」で算定されるせん断応力τを「平均せん断応力」といいます。

しかし実際には、せん断応力は断面に一様に分布しません。たとえば、長方形に生じるせん断応力は下図のように放物線を描いて分布します。

せん断応力

せん断応力の最大値（最大せん断応力）は断面の図心位置で生じ、断面の最外縁では0となります。下図に示すように最大せん断応力と平均せん断応力には差異がありますが、この差が少なければ簡便な平均せん断応力の式を用いてせん断応力度を算定してもよいでしょう。

せん断応力2

ところで、せん断力をはじめとする応力の向きを判断できるように応力は正負の符号をつけて表します。

図に各応力の向きと部材の変形、正負の関係を示します。

また応力を求める場合、応力は正の向きと仮定して計算します。

計算結果が正値であれば図の上段に示す変形、負値では下段の変形だと分かります。

応力の向き

せん断応力、せん断応力度の詳細は下記が参考になります。

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

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せん断力とせん断応力の単位は？

せん断力とせん断応力の単位は下記の通りです。

・せん断力の単位　⇒　kN、N（力の単位）

・せん断応力の単位　⇒　N/mm2（単位面積当たりの力の単位）

混同しやすい用語

せん断力（Q）

部材断面に平行（接線方向）に生じる力の合計値。

単位はkNやNで表され、断面力の一種。

せん断応力（τ）に対して、断面積で割る前の「合力としての力」であり、断面の大きさによらず定義できる。

せん断応力（τ）

せん断力を断面積で除した単位面積あたりの力（せん断応力度）。

単位はN/mm2またはkN/m2。

せん断力に対して、断面積で正規化した「強さ」を表し、材料の許容値と比較して安全性を確認するために使う。

せん断力とせん断応力の違いを整理した表を示します。

項目	内容	備考
せん断力（Q）	断面に平行に生じる力の大きさ	単位：kN、N
せん断応力（τ）	単位断面積あたりのせん断力	単位：N/mm2
最大せん断応力	断面の図心位置で最大、最外縁で0	分布は放物線状