建築学生が学ぶ構造力学

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ヤング係数の一覧|鋼材・コンクリート・木材の値と横弾性係数との関係

この記事の要点

ヤング係数(弾性係数E)の代表値は、鉄鋼:205,000N/mm²(205GPa)、コンクリート:21,000〜29,000N/mm²(Fc依存)、アルミニウム:70,000N/mm²、木材:5,000〜10,000N/mm²(樹種・方向依存)です。

建築の構造計算ではたわみ計算(δ=5wL⁴/384EI等)でヤング係数を使います。

材料が変わると同じ断面でも剛性(EI)が変わりたわみ量が異なります。

横弾性係数G(せん断弾性係数)はE/(2(1+ν))で求め、鉄鋼では約79,000N/mm²です。

ヤング係数が大きいほど変形しにくく(かたい)、構造部材の剛性・たわみ計算(EI値)に直接影響します。

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ヤング係数の一覧(鋼材、アルミ、木材、金属のヤング係数)は下記の通りです。

    
材料  ヤング係数
Gpa N/mm2(Mpa)
鋼(炭素鋼)  206 206000
アルミニウム   70.3 70300
亜鉛 108.4 108400
真鍮(黄銅) 100.6 100600 
ステンレス 193 193000
ジュラルミン 71.5 71500
鋳鉄 100~180 100000~180000
129.8 129800
16.1 16100
チタン 115.7 115700
ガラス 71.6 71600
すぎ 7.35(繊維方向)、0.59(繊維直交方向) 7350(繊維方向)、590(繊維直交方向)
まつ 7.35(繊維方向)、0.59(繊維直交方向) 7350(繊維方向)、590(繊維直交方向)
ポリエチレン 4~1.3 400~1300
アクリル樹脂  3.14 3140


なお、コンクリートのヤング係数は、コンクリートの設計基準強度、単位体積重量の大きさに応じて値が変わります。コンクリートのヤング係数の求め方、ヤング係数の詳細は下記が参考になります。

コンクリートのヤング係数は?3分でわかる意味と求め方、計算、fc24、fc30、圧縮強度との関係

ヤング係数(弾性係数)とは?求め方と公式、単位、材料ごとの値【図解】

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横弾性係数の一覧は?

横弾性係数の一覧を下記に示します。


【表 横弾性係数の一覧】

材料 ヤング係数E(N/mm2)((kgf/cm2)) せん断弾性係数G(N/mm2)((kgf/cm2)) ポアソン比ν
鉄骨 2.05×105(2.1×106 79,400(810,000) 0.3
鉄筋 2.05×105(2.1×106 79,400(810,000) 0.3
普通コンクリート(軽量コンクリート) 3.35×104×(γ/24)2×(Fc/60)1/3 (2.1×105×(γ/2.3)1.5×√(Fc/200) (1/2.4)E 0.2
アルミニウム合金 68,600(700,000) 26,500(270,000) 0.3

横弾性係数の詳細は下記も参考になります。

横弾性係数(せん断弾性係数)の一覧:材料別の値と縦弾性係数との関係

混同しやすい用語

ヤング係数(縦弾性係数・E)

引張・圧縮方向(軸方向)の応力度とひずみの比率。

部材の軸方向変形に関する剛性指標。

一覧表では「E」で表記。

鋼:205GPa、アルミ:70GPa、木材:約10GPa。

横弾性係数(せん断弾性係数・G)

せん断方向(軸に直角)の応力度とひずみの比率。

せん断変形に関する剛性指標。

G=E/2(1+ν)の関係でヤング係数と連動している。

せん断力計算ではGを使う点がEとの違い。

まとめ

今回は、ヤング係数の一覧を示しました。

ヤング係数は材料そのもののかたさ(変形のしにくさ)です。

ヤング係数が大きい材料ほど変形しにくい(かたい)ため、前述の表より、金属材料はかたく、非金属材料は柔らかいことがわかります。

ヤング係数の詳細は下記が参考になります。

ヤング係数(弾性係数)とは?求め方と公式、単位、材料ごとの値【図解】

ヤング率とは?一覧・単位と弾性率・剛性・ひずみとの関係(鉄・アルミ・コンクリート)

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理解度チェック

Q.

鋼材・アルミ・コンクリートのヤング係数の代表値は?

答えを見る

鋼(炭素鋼)は約206GPa(206000N/mm2)、アルミは約70.3GPa。コンクリートは設計基準強度Fcや単位体積重量により値が変わる。

Q.

ヤング係数が大きい材料の特徴と、金属・非金属の傾向は?

答えを見る

ヤング係数が大きいほど変形しにくい(かたい)。一般に金属材料はかたく、非金属材料は柔らかい傾向がある。

Q.

ヤング係数(縦弾性係数E)と横弾性係数(せん断弾性係数G)の関係は。鉄骨のG・νは?

答えを見る

G=E/{2(1+ν)}の関係がある。鉄骨はG≒79400N/mm2、ポアソン比ν=0.3。

ハナダユキヒロ

この記事を書いた人

ハナダユキヒロミツメラボ

設計事務所に7年勤務。2010年より「建築学生が学ぶ構造力学」を運営(16年以上)。著書「わかる構造力学」「わかる構造力学(改訂版)」(工学社)。

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