- 内力って結局なに？
- 外力とどう違うの？
- 内力と応力と断面力、用語が混ざって分からない
- 種類は何があるの？
- 計算方法（求め方）が知りたい
- 断面力との関係は？
- 符号（プラスマイナス）の決め方が分からない
- N図・Q図・M図ってどう読むの？
- 単位は何を使う？
- 施工管理として内力ってどこまで知ればいい？
上記の様な悩みを解決します。
内力は、構造力学のいちばん最初に出てくる割に、外力・応力・断面力・部材力といった似た用語と混ざって「結局どれが何なの？」とつまずきやすいテーマです。ここを曖昧にしたまま進むと、曲げモーメント図や許容応力度計算の段階で必ず詰まります。今回は定義・外力との違い・種類・求め方といった基本を押さえた上で、用語の整理・符号の決め方・内力図の読み方・施工管理が現場で内力を意識する場面まで、構造が苦手な人でも腹落ちするように整理しました。
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！
内力とは？
内力とは、結論「外力を受けたときに、部材の内部に生じる抵抗の力」のことです。
棒を両側から引っ張る場面を思い浮かべてください。手で引っ張る力は外から加わる力なので「外力」です。一方で、その棒は引きちぎられまいと内部で踏ん張ります。この「内部で踏ん張っている力」が内力です。外から見ると棒は静止して何も起きていないように見えますが、これは外力と内力が同じ大きさで釣り合っているからで、内部ではしっかり力のやり取りが起きています。
ポイントは、内力は直接は目に見えないし測れない、という点です。外力は荷重計を当てれば測れますが、内力は部材の「変形」を通してしか確認できません。バネが伸びていれば内部に引張の内力、縮んでいれば圧縮の内力が生じている、という具合です。構造力学が「力が見えなくて難しい」と言われる最大の理由がここにあります。
外力の側の整理はこちらが詳しいです。
僕の整理では、内力は「外力に対するリアクション」と捉えると一気に分かりやすくなります。外力という”アクション”が先にあって、それに釣り合うように部材内部が”リアクション”を返す。この主従関係を頭に入れておくと、この後の符号や計算の話も筋が通って理解できるようになります。
内力と外力の違い
内力と外力の違いは、結論「力が加わる場所」で区別します。部材の外から加わるのが外力、その結果として部材の内部に生じるのが内力です。
両者は別物ですが、釣り合いの関係で必ずセットになります。外力が大きくなれば内力も同じだけ大きくなり、外力がゼロなら内力もゼロです。つまり内力は外力に従属していて、勝手に発生したり消えたりはしません。ここを混同すると「荷重を増やしたのに部材の力が変わらない」といった誤解につながるので、最初に押さえておきたいところです。
外力・内力・反力の関係は次のように整理できます。
| 用語 | 加わる場所 | 具体例 |
|---|---|---|
| 外力（荷重） | 部材の外から作用 | 固定荷重、積載荷重、地震力、風荷重 |
| 反力 | 支点から返ってくる力（外力の一種） | 支点反力、固定端の反力 |
| 内力 | 部材の内部に生じる抵抗 | 軸力、せん断力、曲げモーメント |
反力も「外から作用する力」なので、広い意味では外力の仲間です。地震力が建物に作用すれば、基礎や柱脚から反力が返ってきて、その両方を受けて部材内部に内力が発生する、という流れになります。反力の出し方はこちらが参考になります。
正直なところ、ここで「反力って外力なの内力なの？」と引っかかる人が多いです。反力は支点が返す力なので外力側、と割り切ってしまうのが理解の近道だと思います。
内力・応力・断面力・部材力の違いを整理する
内力・応力・断面力・部材力の関係は、結論「ほぼ同じものを、視点を変えて呼び分けているだけ」です。内力でいちばんの混乱ポイントがこの似た用語の区別で、ここを一度きっちり整理しておくと、この先の構造力学が驚くほど楽になります。
| 用語 | 意味 | 単位の例 |
|---|---|---|
| 内力 | 外力に抵抗して部材内部に生じる力（総称） | kN、kN・m |
| 部材力 | 内力とほぼ同義。部材に生じる力を指す呼び方 | kN、kN・m |
| 断面力 | 梁や柱の「ある断面」に着目したときの内力 | kN、kN・m |
| 応力 | 内力を断面積で割って単位面積あたりにした値 | N/mm² |
つまり、内力と部材力はほぼ同じ意味です。断面力は「内力のうち、梁柱材の断面に注目したもの」で、内力の中の一カテゴリと考えると分かりやすいです。応力だけは少し性質が違って、内力を断面積で割って単位面積あたりに直した値です。
注意したいのが「応力」の使われ方で、建築の構造分野では昔から内力のことを口語的に「応力」と呼ぶ習慣があります。本来の応力（N/mm²）とは別物なのに、現場や設計の会話では「この梁の応力は何kN」のように内力の意味で使われることが多いです。この二重の使われ方が混乱の元なので、文脈で「単位面積あたりの話か、力そのものの話か」を見分ける癖をつけておくといいです。
応力そのものの定義はこちらで深掘りしています。
断面力の詳細はこちらが参考になります。
僕の感覚だと、この4語を最初に表で区別しておくかどうかで、その後の構造力学のつまずき方が大きく変わります。用語が混ざったまま曲げモーメント図に進むと、図の意味が頭に入ってこなくなるんですよね。急がば回れで、ここの整理にはしっかり時間をかける価値があります。
内力の種類（軸力・せん断力・曲げモーメント）
内力（断面力）には、結論「軸力・せん断力・曲げモーメント」の3種類があります。梁や柱を扱う建築の構造力学では、この3つを総称して断面力と呼びます。
それぞれの違いを整理すると次の通りです。
| 内力の種類 | 記号 | 向き・性質 | 部材に起きること |
|---|---|---|---|
| 軸力（軸方向力） | N | 部材の軸と同じ方向の力 | 伸びる（引張）／縮む（圧縮） |
| せん断力 | Q | 部材の軸と直角方向のずれの力 | 断面が上下にずれようとする |
| 曲げモーメント | M | 部材を曲げようとする回転の力 | たわむ・反る |
軸力は部材を真っ直ぐ押したり引いたりする力で、向きによって圧縮力と引張力に分かれます。柱は基本的に圧縮の軸力を受け持つ部材です。せん断力は、ハサミで紙を切るときのように、断面を境に部材が上下にずれようとする力です。曲げモーメントは、梁の真ん中に荷重が乗ったときに梁がたわむ、あの「曲げようとする力」です。
軸力・引張力・圧縮力・せん断力それぞれの詳細は、こちらが参考になります。
厳密にはもう1つ「ねじりモーメント」という内力もあります。部材を軸まわりにねじる力で、片持ちの庇や螺旋階段、偏心した荷重がかかる梁などで効いてきます。ただ一般的な骨組みの解説では、まず軸力・せん断力・曲げモーメントの3つを断面力として押さえるのが基本です。
僕の考えでは、この3種類は「部材が壊れる壊れ方」とセットで覚えると忘れません。軸力なら引きちぎれる・座屈する、せん断力ならずれて切れる、曲げモーメントなら折れる、という対応です。力の種類を暗記するより、どう壊れるかとひも付けたほうが現場でも応用が効きます。
内力の求め方（切断法・仮想断面）
内力の求め方は、結論「部材を仮想的に切断し、切り口に働く力を釣り合いから逆算する」のが基本です。これを切断法（仮想断面の方法）と呼びます。
内力は内部に隠れていて直接は測れないので、「もし部材をその位置でスパッと切ったら、切り口にどんな力が必要か」を考えて見える化するわけです。手順は次の流れになります。
- 支点反力を先に求める（釣り合いの3条件を使う）
- 内力を知りたい位置で部材を仮想的に切断する
- 切断した片側だけを取り出して自由体図を描く
- その片側に作用する外力・反力をすべて書き込む
- 水平・鉛直・モーメントの釣り合いから、切り口の軸力N・せん断力Q・曲げモーメントMを逆算する
この手順で大事なのは、最初に反力を正しく出すことです。反力が間違っていると、その後の内力もすべてずれます。釣り合いの3条件（水平力の総和ゼロ・鉛直力の総和ゼロ・モーメントの総和ゼロ）で反力を出すところが、内力計算のスタート地点になります。
支点反力の求め方の手順はこちらにまとめています。
簡単な例で言うと、棒を10kNで両側から圧縮した場合、棒をどこで切っても切り口には10kNの圧縮の内力（軸力）が働いています。外力と内力は釣り合うので、外力と同じ大きさで逆向きの内力が内部に生じている、という関係がそのまま使えるわけです。
実務だと、こうした手計算を一からやる場面は構造設計の担当者を除けば多くありません。ただ、切断法の考え方を一度通しておくと、構造計算書に出てくるN図・Q図・M図が「どういう操作の結果なのか」が腑に落ちます。問題演習で手を動かしておきたい人は、こちらの問題集選びの記事も参考になります。
内力の符号（プラスとマイナスの決め方）
内力の符号は、結論「軸力は引張がプラス・圧縮がマイナス、曲げモーメントは部材を凸に曲げる向きで決める」のが構造力学の一般的な約束です。
符号でつまずく人が本当に多いのですが、これは「向きを表すための記号」と割り切ると楽になります。プラスマイナスは力の大小ではなく、引張か圧縮か・どちら向きに曲がるか、という向きの情報を持たせているだけです。
| 内力 | プラスの向き | マイナスの向き |
|---|---|---|
| 軸力 N | 引張（部材を伸ばす） | 圧縮（部材を縮める） |
| せん断力 Q | 切り口を時計回りにずらす向き | 反時計回りにずらす向き |
| 曲げモーメント M | 部材下側が引張になる曲げ | 部材上側が引張になる曲げ |
特に曲げモーメントの符号は教科書によって流儀が分かれるので注意が必要です。建築では「材の下側が引張になる曲げをプラス」とすることが多く、これは引張になる側に鉄筋を多く配置する配筋の考え方ともつながっています。曲げモーメントの符号の流儀は、こちらで詳しく整理しています。
僕としては、符号は「最初に自分の中でルールを1つ決めて、最後まで貫く」のがいちばん大事だと思っています。途中で引張正と圧縮正を混ぜると、計算が合っているのに符号だけ逆、という一番もったいないミスを連発します。問題を解くときは、解き始める前に符号ルールを紙の端に書いておくくらいで丁度いいです。
内力図（N図・Q図・M図）の読み方
求めた内力を部材の長さ方向にグラフ化したものが内力図で、軸力図（N図）・せん断力図（Q図）・曲げモーメント図（M図）の3種類があります。構造計算書を読むうえで避けて通れないので、読み方の勘所を押さえておきます。
内力図は「部材のどの位置で、どの内力が、どれだけ大きいか」を一目で見せてくれる図です。読むときのポイントは次の3つです。
- 値がゼロから離れているほど、その位置の内力が大きい（＝危険な位置）
- M図のピーク位置が、その部材で最も曲げが効く断面になる
- Q図がゼロを横切る位置で、M図が最大（または極値）になる
3つの図の中でも、施工管理として優先して読めるようになりたいのが曲げモーメント図（M図）です。M図のピークが大きい位置は、梁なら主筋を増やす・継手を避ける、といった配筋の意図に直結するからです。最大曲げモーメントの考え方はこちらが参考になります。
現場目線で言えば、M図とQ図を完璧に手で描けるようになる必要はありません。それよりも「この梁はどこで曲げが大きくて、どこでせん断が大きいのか」を図から読み取れることのほうが、配筋検査や継手位置の確認で実際に効いてきます。
内力の単位
内力の単位は、結論「外力と同じ力の単位（NやkN）」を使い、曲げモーメントだけは力×距離の単位（kN・m）になります。
整理すると次の通りです。
- 軸力 N：kN（キロニュートン）
- せん断力 Q：kN
- 曲げモーメント M：kN・m（キロニュートンメートル）
軸力とせん断力は「力そのもの」なのでkN、曲げモーメントは「力×腕の長さ」で表す回転の効果なのでkN・mになります。ここで応力（N/mm²）と取り違えないように注意してください。応力は内力を断面積で割った単位面積あたりの値なので、単位が根本的に違います。曲げモーメントの単位の使い分けはこちらが詳しいです。
個人的には、単位を見れば内力の種類が逆算できる、という感覚を持っておくと便利だと思います。kN・mと書いてあれば曲げモーメントかねじり、kNなら軸力かせん断、N/mm²なら応力、という具合に単位から正体を見抜けると、計算書を読むスピードが上がります。
施工管理が内力を知っておくと役立つ場面
ここまで読んで「構造設計じゃない施工管理が、内力をどこまで知ればいいの？」と思った人も多いはずです。結論、手計算ができる必要はないけれど、内力の大小が現場の判断にどう効くかは知っておくと差がつきます。
施工管理として内力の理解が効いてくるのは、主に次の場面です。
- 配筋検査で「なぜこの位置に主筋が多いのか」を理解できる（曲げモーメントが大きい位置）
- 鉄骨の継手位置が「なぜここなのか」が読める（応力＝内力の小さい位置に継手を置く）
- 仮設計画で支保工や荷受け構台の安全性をイメージできる
- 設計変更や納まり調整の際、構造設計者と話が通じる
たとえば梁の鉄骨継手は、曲げモーメントやせん断力が小さい位置に設けるのが原則です。これは「内力が小さい＝接合部の負担が軽い位置を選んでいる」という考え方で、M図の谷の位置に継手が来ているわけです。この背景を知っていると、施工図のチェックで「この継手位置は構造的に妥当か」を自分の頭で確認できます。
部材の耐力（許容できる力の限界）と内力の関係はこちらが参考になります。
現場目線で言えば、内力は「構造設計者の意図を読み解くための共通言語」です。自分で計算できなくても、図面や計算書から内力の大小を読み取れれば、配筋・継手・仮設の各場面で根拠を持った確認ができます。ここが分かっている施工管理は、構造設計者からの信頼も段違いに厚くなります。
内力に関する情報まとめ
- 内力とは：外力を受けたときに部材の内部に生じる抵抗の力。直接は測れず変形で確認する
- 外力との違い：部材の外から加わるのが外力、その結果内部に生じるのが内力。釣り合いで必ずセット
- 用語の整理：内力＝部材力、断面力は内力のうち梁柱の断面に注目したもの、応力は内力を断面積で割った値
- 種類：軸力（N）・せん断力（Q）・曲げモーメント（M）の3つ＝断面力。広義にはねじりも含む
- 求め方：切断法（仮想断面）で部材を切り、自由体図と釣り合いから逆算する。先に反力を出すのが鉄則
- 符号：軸力は引張プラス・圧縮マイナス、曲げは流儀があるので1つ決めて貫く
- 内力図：N図・Q図・M図。施工管理はM図のピーク位置を読めると配筋・継手の理解が深まる
- 単位：軸力・せん断力はkN、曲げモーメントはkN・m、応力（N/mm²）と混同しない
- 現場での価値：手計算ではなく、内力の大小から構造設計者の意図を読み解く共通言語として使う
以上が内力に関する情報のまとめです。
内力は、構造力学の入口でつまずきやすいわりに、用語さえ整理してしまえば一気に見通しがよくなるテーマです。外力に対する内部のリアクションという主従関係、内力・応力・断面力の呼び分け、3種類の内力と符号、そして内力図の読み方。この流れを一度通しておくと、構造計算書も配筋検査も「なぜそうなっているか」が見えてきます。次は外力や応力、断面力の個別記事に進むと、知識が立体的につながっていくはずです。
内力に関するよくある質問
Q1：内力と応力は同じものですか？
ほぼ同じものを指す場面と、厳密には違う場面があります。建築の構造分野では昔から内力のことを口語的に「応力」と呼ぶ習慣があり、「この梁の応力は何kN」のような使い方はこの意味です。一方、力学の正確な定義では、応力は内力を断面積で割った単位面積あたりの値（N/mm²）で、内力（kN）とは単位が違う別物です。会話に出てきた「応力」が、力そのものの話か、単位面積あたりの話かを文脈で見分けるのがコツです。
Q2：内力・断面力・部材力の違いは何ですか？
内力と部材力はほぼ同義で、どちらも「外力に抵抗して部材内部に生じる力」を指します。断面力は、その内力のうち梁や柱の「ある断面」に着目したもので、軸力・せん断力・曲げモーメントの3つを総称した呼び方です。つまり断面力は内力の中の一カテゴリと考えると整理しやすいです。建築の構造力学では、梁柱材を扱うので内力＝断面力として語られることが多くなります。
Q3：内力の計算は施工管理でも手でできる必要がありますか？
必須ではありません。一からの手計算は基本的に構造設計の担当領域で、施工管理が現場でゼロから内力を計算する場面はほとんどありません。ただし切断法の考え方を一度通しておくと、構造計算書のN図・Q図・M図が何の操作の結果なのかが理解でき、配筋検査や継手位置の確認で根拠を持って判断できるようになります。計算スキルより「図を読む力」を優先するのが現場では実用的です。
Q4：内力の符号はなぜ教科書によって違うのですか？
特に曲げモーメントの符号は、どちら向きの曲げをプラスとするかが分野や教科書で流儀が分かれるためです。建築では「材の下側が引張になる曲げをプラス」とすることが多く、引張側に鉄筋を多く配置する配筋の考え方とつながっています。どの流儀でも、自分で1つルールを決めて最後まで貫けば計算結果は正しく出ます。途中で混ぜることだけは避けてください。
Q5：内力図（N図・Q図・M図）は何のために読むのですか？
部材のどの位置で、どの内力がどれだけ大きいかを一目で把握するためです。特に曲げモーメント図（M図）のピーク位置は、梁の主筋を増やしたり鉄骨の継手を避けたりする配筋・接合の意図に直結します。施工管理としては、図を完璧に手で描けることより「この梁はどこで曲げ・せん断が大きいか」を読み取れることのほうが、検査や施工図チェックで実際に役立ちます。
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