弾性変形とは？読み方・降伏点・塑性変形との境界と建築の使用限界設計

この記事の要点

弾性変形（だんせいへんけい）とは、荷重を除くと元の形に完全に戻る変形のことです。

フックの法則（σ = Eε）が成立する範囲です。

降伏点を超えると塑性変形（永久変形）になります。

弾性限界・降伏点・弾塑性の違いと、建築の使用限界（弾性設計）と終局限界（塑性設計）への影響を解説します。

補足：降伏点を超えると塑性変形に移行し、力を取り除いても変形が残ります。

この境界を把握することが構造設計の基本です。

この記事では、弾性変形とは何か、弾性変形はどう読むのかを整理します。

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弾性変形（だんせいへんけい）とは、弾性領域内で生じる変形です。降伏点を超える変形を、塑性変形といいます。

今回は弾性変形の意味、読み方、降伏点、塑性変形、境界点について説明します。関係用語として、弾性、降伏点、残留変形を勉強すると良いでしょう。下記が参考になります。

弾性変形とは？

弾性変形（だんせいへんけい）とは、弾性領域内で生じる変形です。一方、塑性領域内で生じる変形を塑性変形といいます。弾性、塑性の意味は下記が参考になります。

下図をみてください。これが弾性変形と塑性変形です。

弾性変形と塑性変形

弾性変形は「だんせいへんけい」と読みます。関係用語の読み方は下記です。

弾性　⇒　だんせい

塑性　⇒　そせい

塑性変形　⇒　そせいへんけい

降伏点　⇒　こうふくてん

弾性変形から塑性変形に切り替わる境界点が、降伏点です。物体に力を加えると変形します。

降伏点までは、力を取り除けば変形も無くなります。降伏点を超える力が作用すると変形も大きくなり、力を除いても変形は残ったままです。

塑性後、残った変形を「残留変形」ともいいます。残留変形の意味は、下記が参考になります。

構造部材の変形を、弾性変形に留める設計手法を「許容応力度計算（１次設計）」といいます。

許容応力度計算は全ての建物（構造設計が必要なもの）で行います。また、構造部材の塑性変形を考慮した設計法を、保有水平耐力計算といいます。

規模の大きな建築物で採用されます。これは構造計算ルートが関係しています。

許容応力度計算、保有水平耐力計算の意味は、下記が参考になります。

全ての建物で、弾性変形に留める設計ができれば最も安全です。しかし、部材（柱や梁など）が極端に大きくなり、経済性や意匠計画への影響が大きすぎます。そこで、部材の塑性変形を考慮した設計法が開発されました。

混同しやすい用語

弾性変形

力を取り除くと元に戻る変形。弾性領域（降伏点以下）での変形。

塑性変形

力を取り除いても残る変形。降伏点を超える力が作用したときに生じる。

降伏点

弾性変形から塑性変形に移行する応力度の境界値。鋼材では明確に現れる。

弾性変形を整理した表を示します。