コンクリートの静弾性係数とは？計算式・Fc別数値・ヤング係数との違い

この記事の要点

コンクリートの静弾性係数（ヤング係数）は設計基準強度と単位体積重量に基づいて計算します。

普通コンクリート（Fc21〜60N/mm2）の静弾性係数はおよそ2.0〜3.5×10?N/mm2（約21000〜35000MPa）程度です。

この記事では、コンクリートの静弾性係数とは何か、ヤング係数とどう違うのか、コンクリートの静弾性係数はどう求めるのかを整理します。

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静弾性係数とは、コンクリートの応力とひずみの比率を表す剛性指標です。

コンクリートの静弾性係数（せいだんせいけいすう）は、コンクリートの単位体積重量や設計基準強度（圧縮強度）に比例します。

よって鋼のように決まった値（2.05×105N/m㎡）では無いです。

コンクリートの静弾性係数は、計算式から求める必要があります。

なお静弾性係数は、「ヤング係数」「弾性係数」ということも多いです。

今回は、コンクリートの静弾性係数の意味、数値、計算（算出）、圧縮強度との関係について説明します。ヤング係数の意味は下記をご覧ください。

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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コンクリートの静弾性係数は？数値

コンクリートの静弾性係数（せいだんせいけいすう）は、下式で計算します。鋼のように一定の値ではなく、単位体積重量（γ）や設計基準強度（Fc）に比例します。

E=3.35×10⁴×(γ/24)²×(Fc/60)^1/3

静弾性係数は、単に「弾性係数」や「ヤング係数」といいます。

また静弾性係数と似た用語に「動弾性係数」もあります。

動弾性係数は供試体に振動を与えて算出します。

一方、静弾性係数は、応力とひずみの関係から求めます。

弾性係数（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】

下図をみてください。コンクリートの応力―ひずみ関係の概略図です（設計基準強度試験時）。

図　コンクリートの静弾性係数

鋼の応力ひずみ線図と比べて、直線部分が少なく曲線を描いています。つまり静弾性係数も一定ではないです。前述の静弾性係数を求める式は、全国で実施された設計基準強度試験の「実験結果」に基づき求められたものです。

コンクリートの静弾性係数の計算（算出）方法

コンクリートの静弾性係数の計算式を下記に示します。

E=3.35×10⁴×(γ/24)²×(Fc/60)^1/3

実際に静弾性係数を計算しましょう。γ＝23、Fc＝24とします。計算結果は下記の通りです。

E=3.35×10⁴×(γ/24)²×(Fc/60)^1/3＝3.25×10⁴N/m㎡

上記の通り、コンクリートの静弾性係数は、鋼の1/10程度になりましたね。鋼のヤング係数は下記をご覧ください。

SS400のヤング率｜205000N/mm²（全鋼材共通）の意味と換算

コンクリートの静弾性係数と設計基準強度の関係

コンクリートの静弾性係数は、設計基準強度に比例します。コンクリートの設計基準強度は「24N/m㎡」が一般的です。27⇒30⇒33…と強度を上げるに従い、静弾性係数も高くなります（かたくなる）。

「当たり前だな…」と思うかもしれませんが、鋼は強度を大きくしても静弾性係数は一定です。強度を大きくすると静弾性係数も大きくなるのは、コンクリートならではの特長です。コンクリートの設計基準強度は、下記が参考になります。

コンクリートの設計基準強度と引張強度の関係は？1分でわかる意味、試験

混同しやすい用語

動弾性係数（どうだんせいけいすう）

超音波や共鳴法などの動的試験によって求める弾性係数で、非破壊試験で測定できます。

動弾性係数は動的な振動から求める値であるのに対して、静弾性係数は圧縮試験による応力・ひずみ曲線から求める値であり、静弾性係数の方が設計計算に用いられる主要な指標です。

ヤング係数（ヤングけいすう）

応力とひずみの比率を表す材料の剛性指標で、コンクリートの場合は設計基準強度（Fc）から計算式で求めます。

ヤング係数はコンクリート・鉄筋など材料ごとに定義される弾性係数の総称であるのに対して、静弾性係数はコンクリート固有の測定方法（圧縮試験）で求めるヤング係数の一種です。

試験での問われ方｜管理人の一言

試験ではコンクリートの静弾性係数の計算式（Ec＝k×γ^2.3×Fc^1/3）と数値のオーダーが問われます。

鉄骨のヤング係数（2.05×10?N/mm2）との比較で、鋼材はコンクリートの約7〜10倍の弾性係数を持ちます。

静弾性係数が大きいほどひずみが小さく（剛性大）、小さいほど変形しやすい（柔らかい）という関係を理解しましょう。

コンクリートの静弾性係数を整理した表を示します。

項目	内容	備考
静弾性係数の計算式	E=3.35×10?×(γ/24)2×(Fc/60)^(1/3)	γ：単位体積重量、Fc：設計基準強度
計算例（γ=23、Fc=24）	約3.25×10? N/mm2	鋼の約1/10の値
鋼のヤング係数との比較	鋼：2.05×10? N/mm2（一定）	コンクリートはFcで変化