- 圧縮力ってなに？
- 引張力と何が違うの？
- 圧縮力の計算ってどうやるの？
- 圧縮を受ける柱で問題になる座屈ってなに？
- 細長比・座屈長さって何のこと？
- 許容圧縮応力度ってどう決まるの？
上記の様な悩みを解決します。
圧縮力は、構造力学で最初に出てくる3種類の内力（引張・圧縮・せん断）の1つで、柱の設計で必ず登場する基本中の基本。引張と違って「座屈」というやっかいな現象が絡んでくるため、引張力とは別物として扱う必要があります。「太くて短い柱は強く、細くて長い柱は弱い」という座屈の感覚さえ掴めば、図面の柱寸法を見たときの目線が変わってきますね。
なるべく分かりやすい表現で記事をまとめていくので、初心者の方にも理解しやすい内容になっているかなと思います。
それではいってみましょう！
圧縮力とは？
圧縮力とは、結論「部材を両側から押し縮めようとする内力」のことです。
英語では Compressive Force、記号では Pc や N（Compression） と書かれます。「圧縮荷重」「圧縮応力」と並べて使われることが多い概念。
ざっくりイメージすると
- 缶コーヒーを両手で両側から挟むように押す → 圧縮力
- 縦に立てた割り箸の両端を上下から押し込む → 圧縮力
- 建物の柱が屋根や上の階を支えている力 → 圧縮力
「外から押されて、部材内部で押し返している力」が圧縮力ですね。
圧縮力の特徴
- 部材を短くしようとする力
- 部材内部のひずみは負（縮む方向）
- 細長い部材では座屈という独特の破壊が起きる
- 圧縮側の応力は記号でマイナスとして扱うのが慣例
なぜ建築で重要か
建物の重さは最終的に柱や壁を伝って基礎に届くわけですが、この「上から下へ重さを伝える」プロセスがすべて圧縮力の話。
- 柱：建物の重さを受ける主役。常に圧縮力が作用
- 耐震壁：水平力を伝えつつ、圧縮力も負担
- 基礎：柱からの圧縮力を地盤に伝達
- 杭：基礎からの圧縮力を支持層に伝える
このように、建物の鉛直荷重をすべて圧縮力で受け流しているのが構造の基本。圧縮力の感覚がないと、柱の太さ・配置・座屈リスクの判断が全部勘になってしまいます。
構造体（建物の主要構造部）の整理は別記事も参考にしてください。
圧縮力と引張力の違い
圧縮力を理解する一番早い方法は、引張力との対比です。
①方向の違い
| 項目 | 圧縮力 | 引張力 |
|---|---|---|
| 力の向き | 部材中心に向かう | 部材外側に向かう |
| 部材の動き | 縮む | 伸びる |
| 応力符号 | マイナス（－） | プラス（＋） |
| ひずみ符号 | マイナス | プラス |
②破壊形式の違い
ここが圧縮と引張で根本的に違う部分。
| 項目 | 圧縮力 | 引張力 |
|---|---|---|
| 主な破壊形式 | 座屈・圧壊 | 降伏・破断 |
| 細長さの影響 | 大きい | ほぼなし |
| 強度の決まり方 | 形状＋材料強度 | 材料強度のみ |
| 現場での扱い | 細長比要チェック | 断面積で勝負 |
引張力の場合は、断面積さえ確保すれば材料の引張強さで耐えられるシンプルな話。一方、圧縮力では「どれだけ細長いか」で耐力がガクッと落ちる座屈現象があるため、断面積以外の要素も考慮する必要があります。
③設計での扱いの違い
| 項目 | 引張部材 | 圧縮部材 |
|---|---|---|
| 代表例 | ブレース、吊りロッド、ターンバックル | 柱、束、スラスト棒 |
| 設計の主敵 | 降伏、破断 | 座屈 |
| 細長比制限 | あまり厳しくない | 厳しい（柱で200以下） |
| 接合部の扱い | ピン接合可 | 剛接合または座屈考慮 |
「引張は材料が頑張ればいい、圧縮は形状も頑張らないといけない」という覚え方ができますね。
④コンクリートと鋼材の違い
- コンクリート：圧縮には強いが引張には弱い（圧縮強度の1/10程度しかない）
- 鋼材：圧縮も引張もほぼ同じ強度
このため、RC造では「コンクリートが圧縮を、鉄筋が引張を分担する」役割分担になっています。これを意識すると、配筋設計の主筋の位置（曲げモーメントの引張側）が腹落ちしやすくなりますね。
スターラップ筋（あばら筋）はせん断補強の主役で、圧縮を受ける部材の靱性確保にも重要。別記事も参考にしてください。
圧縮力の計算方法
圧縮力の計算は、力（N、kN）→応力度（N/mm²）の流れで進みます。
①圧縮応力度の計算式
σc = Nc / A
- σc：圧縮応力度（N/mm²）
- Nc：圧縮力（N）
- A：断面積（mm²）
「単位面積あたりにかかる圧縮の力」が圧縮応力度。引張応力度と全く同じ式ですね。
例題：H鋼柱に作用する圧縮応力度
H-300×300×10×15のH鋼（断面積A=11,840mm²）に、Nc=500kNの圧縮力が作用する場合、
σc = 500,000 N / 11,840 mm² ≒ 42.2 N/mm²
SS400の許容圧縮応力度（短期）は約235 N/mm²なので、応力度的には十分余裕があることが分かります。ただし座屈チェックは別途必要なのが圧縮の特徴。
②圧縮ひずみの計算式
弾性域内では、フックの法則から、
εc = σc / E
- εc：圧縮ひずみ
- E：ヤング率
H鋼の例だと、
εc = 42.2 / 205,000 ≒ 0.000206
長さ3000mmの柱だと、
ΔL = εc × L = 0.000206 × 3000 ≒ 0.62 mm
つまりわずか0.62mmだけ縮むわけですね。鋼材は剛性が高いので、想像以上に縮みは小さい。
③コンクリートの圧縮応力度
コンクリートでは、設計基準強度Fcが圧縮強度の代表値。
| 設計基準強度 | 短期許容圧縮応力度 | 長期許容圧縮応力度 |
|---|---|---|
| Fc=21 | 14 N/mm² | 7 N/mm² |
| Fc=24 | 16 N/mm² | 8 N/mm² |
| Fc=27 | 18 N/mm² | 9 N/mm² |
| Fc=30 | 20 N/mm² | 10 N/mm² |
鋼材に比べて1桁小さいのがコンクリートの圧縮許容応力度。だからRC柱は鋼柱より太くなる傾向があります。
④鉛直荷重による圧縮力の見積もり
実務でよくあるのが「この柱に何kNの圧縮がかかるの？」という見積もり。ざっくり、
Nc = 単位重量(kN/m²) × 床面積(m²) × 階数
の組み合わせで概算できます。
たとえば、
- 1階あたりの床重量：12 kN/m²（一般事務所）
- 柱の負担面積：50 m²（柱間6m×8m程度）
- 階数：5階
なら、Nc ≒ 12 × 50 × 5 = 3000 kN。1階の柱には3000kN（約300トン）の圧縮力がかかる、という見積もりができます。
圧縮で問題になる座屈
圧縮部材で必ず話題に上る現象が座屈（バックリング）です。
①座屈とは
座屈とは、結論「圧縮を受けた細長い部材が、断面方向に横へ膨らんで急に変形してしまう現象」のこと。
「割り箸を縦に押すとパチンと折れる」あの現象が座屈。圧縮応力度がまだ材料強度に達していないのに、形状の不安定性で先に壊れるのが厄介ポイント。
②オイラーの座屈荷重式
両端ピン支持の柱の理論座屈荷重Pe（オイラーの式）は、
Pe = π² × E × I / Lk²
- E：ヤング率
- I：断面二次モーメント（弱軸）
- Lk：座屈長さ
「Lkの2乗で効く」のがポイント。柱長が2倍になると座屈荷重は1/4。「細長い柱は急激に弱くなる」という関係です。
③座屈長さ Lk
柱の支持条件で座屈長さは変わります。
| 支持条件 | 座屈長さLk |
|---|---|
| 両端ピン | L（柱長そのまま） |
| 両端固定 | 0.5L |
| 片端固定・片端ピン | 0.7L |
| 片端固定・片端自由（カンチ） | 2L |
「両端固定なら座屈長さは半分→座屈荷重は4倍」になるので、接合部を剛接合にするのは座屈対策としても有効。
④細長比 λ
部材の細長さの指標が細長比λ。
λ = Lk / i
- i：断面二次半径（=√(I/A)）
建築基準法では、
| 部材 | 細長比制限 |
|---|---|
| 柱（鋼材） | 200以下 |
| 柱（木材） | 150以下 |
| 圧縮材一般 | 250以下 |
これを超えると座屈リスクが大きすぎて構造的に成立しない判断になります。
⑤座屈の種類
座屈は1種類ではなく、
- オイラー座屈：柱全体が弓なりに曲がる
- 局部座屈：H鋼のフランジやウェブなど、部材の一部が膨らむ
- 横座屈：梁の上フランジが横に逃げる
- ねじれ座屈：断面ごとねじれる
など複数あります。圧縮材だけでなく曲げを受ける梁にも横座屈があるので、座屈は構造設計のあちこちで顔を出すテーマ。
H鋼など主要鋼材の規格は別記事を参照してください（座屈長さ・断面二次半径の前提知識になります）。
柱の設計での圧縮力の使い方と現場視点
施工管理として圧縮力を扱うときに押さえたいポイントを整理します。
①許容圧縮応力度は座屈考慮で決まる
鋼材の許容圧縮応力度fcは、細長比λの関数として決まります。
- λが小さい（短くて太い柱）：fc ≒ 引張許容応力度
- λが大きい（細くて長い柱）：fc → ゼロに近づく（座屈で決まる）
「同じSS400でも、細長比次第で許容応力度が大きく変わる」のが圧縮材の難しいところ。設計図でH鋼サイズが急に太くなっている柱を見かけたら、座屈で決まっている可能性大ですね。
②柱の建方時の倒れ・歪みに注意
鉄骨柱を建てる段階で、通り・歪み（柱の傾き）が大きいと、設計上の座屈長さを超えてしまう恐れあり。建方検査で柱の倒れを±1/1000以内などの公差に収めるのは、座屈リスクを設計通りに抑えるため。
③RC柱の主筋・帯筋
RC柱では、
- 主筋：圧縮を負担しつつ、地震時の曲げ引張も受ける
- 帯筋（フープ）：主筋の座屈防止＋せん断補強
帯筋のピッチが粗いと主筋が局部的に座屈しやすくなります。施工管理では帯筋ピッチ・フックの定着長さを必ず確認したいポイント。
④仮設材も圧縮材
工事中のサポート（型枠支保工）や仮設足場の支柱も圧縮部材。コンクリート打設の重量を支えるため、設計時の圧縮力に対して座屈チェックが必要。サポートを「面倒だから1本減らそう」という現場判断は、座屈リスクを大幅に上げる行為で絶対NG。
⑤地下階柱・1階柱は要注意
建物の最下層柱には全階の重量が累積するため、圧縮力が最大。1階柱・地下階柱は断面が大きく、配筋が密になっていることが多いので、配筋検査・コンクリート打設では特に丁寧に対応。
⑥コンクリート打設後の養生
打設直後のコンクリートは所定の圧縮強度がまだ出ていない状態。型枠の存置期間や養生期間を短縮すると、自重を支えきれずにクラックや剛性低下を招きます。圧縮強度の発現曲線を頭に入れて、養生計画を守るのが重要。
H鋼やC型鋼の規格は別記事も参考になります。
圧縮力に関する情報まとめ
最後に、圧縮力の重要ポイントを整理します。
- 圧縮力とは：部材を両側から押し縮めようとする内力。Compressive Force。応力符号はマイナス
- 引張力との違い：方向が逆、破壊形式が違う（圧縮は座屈・圧壊、引張は降伏・破断）
- 計算式：σc = Nc / A、ε = σc / E（弾性域）
- コンクリートと鋼材：コンクリートは圧縮に強く引張に弱い、鋼材はどちらも同等
- 座屈：細長い部材が圧縮で横へ膨らんで急に壊れる現象、Pe = π²EI/Lk²
- 座屈長さ：両端ピンならL、両端固定なら0.5L、カンチなら2L
- 細長比：λ=Lk/i、柱（鋼材）は200以下が法定上限
- 現場視点：建方時の通り・歪み、帯筋ピッチ、サポート減らしNG、地下・1階柱の重さ、養生期間
以上が圧縮力に関する情報のまとめです。
圧縮力は「上から下へ重さを伝える」建築構造の最も基本となる力で、座屈という独特の問題が絡むことで引張力よりひと癖あるテーマ。「太くて短い柱は強く、細くて長い柱は弱い」という細長比の感覚と、「許容応力度は細長比次第で大きく変わる」という設計上のポイントを押さえれば、現場で柱を見るときの目線が一段プロらしくなりますね。一通り圧縮力の基礎知識は理解できたと思います。
合わせて読みたい関連記事はこちら。
