中立軸とは？1分でわかる意味、定義、コンクリートの中立軸、合成梁

この記事の要点

中立軸とは曲げを受ける部材の断面で応力度がゼロになる軸線で、均質断面では図心と一致します。

RC断面では引張側コンクリートを無視するため中立軸が移動し、合成梁では材料の剛性（ヤング係数）の差によって中立軸が変わります。

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中立軸とは、部材に曲げモーメントが生じたとき、応力度が生じない断面の位置です。

断面内で、引張力と圧縮力が釣り合う位置なので、図心の位置が中立軸になります（応力状態によって、中立軸＝図心とならない場合もある）。

今回は、中立軸の意味、定義、コンクリートの中立軸、合成梁の中立軸について説明します。

※断面の図心は、断面一次モーメントにより求めます。下記を併せて参考にしてください。

断面一次モーメントについて

図心ってなに？図心の求め方と断面一次モーメントの関係

中立軸とは？

中立軸とは、部材に曲げモーメントが生じたとき、断面内に応力度が生じない位置です。

下図をみてください。梁に曲げモーメントが生じると、下図の応力度となります。応力度が0になる点がありますね。この位置が、中立軸です。

中立軸

中立軸は、圧縮力と引張力が釣り合う位置です。上端に作用する圧縮力、下端に生じる引張力が同じのとき、図心が中立軸の位置です。

図心は、断面一次モーメントを用いて求めます。断面一次モーメントは、下記の記事が参考になります。

断面一次モーメントについて

四角形の場合、図心は「中心」ですが、少し変わった図形の場合、図心の位置は中心では無いです。図心の求め方は、下記が参考になります。

図心ってなに？図心の求め方と断面一次モーメントの関係

ただし、コンクリート部材のように、中立軸が移動する場合もあります（詳細は後述しました）。

また、軸力が生じると、引張力と圧縮力の釣り合う位置も変わるので、中立軸が移動します。

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中立軸の定義

中立軸の定義は、下記です。

部材に曲げモーメントが生じた時、断面内に引張力、圧縮力が生じない断面の位置

鉄筋コンクリートの中立軸と移動

鉄筋コンクリートは、圧縮力をコンクリート、引張力を鉄筋に負担させる材料です。荷重を加えた初期段階は、図心位置に中立軸があります。

しかし、コンクリートがひび割れると、引張側の応力度が減少します（引張力が徐々に負担できなくなる）。その代り、圧縮側の応力度が増えます。

コンクリートのひび割れが増えるにつれて、中立軸が図心から上端に移動します。詳細は、下記が参考になります。

釣り合い鉄筋比ってなに？3分でわかる意味と、梁の断面算定の方法

コンクリートのクリープってなに？その原因と、変形増大係数の関係

合成梁の中立軸

合成梁とは、鉄骨梁の上にスタッドを打ち、スラブと一体化した梁です。合成梁には、

完全合成梁

不完全合成梁

の２つがあります（詳細は省略します）。スラブ断面、スラブの剛性の影響を考慮し、中立軸を計算します。計算方法は、下記の書籍が参考になります。

各種合成構造設計指針・同解説

混同しやすい用語

中立軸（ちゅうりつじく）

断面内で曲げ応力度がゼロになる軸線。均質断面では図心と一致する。中立軸から遠い位置ほど応力度が大きくなる。

図心（ずしん）

断面の幾何学的な重心位置。断面一次モーメントがゼロになる点。均質断面では中立軸の位置と一致するが、RC断面や合成断面では必ずしも一致しない点が重要な違い。

試験での問われ方｜管理人の一言

中立軸の位置は「断面一次モーメント＝0になる位置」として求められます。均質断面では図心と一致しますが、RC断面では引張側コンクリートを無視するため、実際の中立軸は圧縮側に寄ります。一級建築士試験でもRC梁の断面計算でこの概念が登場します。また「中立軸」「中立面」「中立線」という3つの用語の次元の違いも整理しておきましょう。

中立軸を整理した表を示します。

項目	内容	備考
定義	曲げモーメント作用時に応力度が生じない断面上の位置	均質断面では図心と一致する
RC造での特徴	引張側コンクリートを無視するため圧縮側に寄る	鉄筋量により位置が変わる
求め方	断面一次モーメント＝0になる位置を解く	曲げ応力度計算（σ＝My/I）の基準点となる