- 「ねじり」と「ねじれ」って同じ意味？
- ねじりってそもそも何が起きてる現象なの
- ねじりで生じる応力ってせん断応力なの？
- τ=Tr/Ip の記号がそれぞれ何か分からない
- ねじりモーメントって曲げモーメントと何が違う
- 断面二次極モーメントって二次モーメントと別物？
- これ機械の軸の話だよね？建築と関係あるの
- 建築で「ねじり」ってどこで効くの
- H形鋼はねじりに弱いって本当？
- 試験ではどのレベルまで出るの
上記の様な悩みを解決します。
ねじりは、構造力学・材料力学で必ず出てくる基本の変形で、施工管理技士や建築士の試験でも問われる単元です。ただ、ネットで調べると機械の軸（ドライブシャフト等）の例ばかり出てきて、「建築とどう繋がるのか」が分からずつまずきやすいテーマでもあります。今回は意味・種類・ねじり応力・ねじりモーメント・断面二次極モーメント・ねじれ角といった材料力学の基本を押さえた上で、建築目線で「建物のねじれ（偏心・剛心重心）」「開断面と閉断面でのねじり強さ」「ねじりが効く部位」まで橋渡しして整理しました。
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！
ねじりとは？
ねじりとは、結論「部材の軸まわりにねじるような力（モーメント）が働き、部材がねじれる変形」のことです。
身近なイメージだと、雑巾を絞るときに両手で逆方向に回す、あの動きが「ねじり」です。部材の片端を固定して、もう片端を回そうとすると、部材は軸まわりにねじれます。このとき部材の中に生じる応力が「ねじり応力」、ねじろうとする回転の作用が「ねじりモーメント（トルク）」です。ねじりが大きすぎると、部材はねじ切れて破壊に至ります。
「ねじり」と「ねじれ」はほぼ同じ意味で使われます。厳密には「ねじり」が外から加える作用、「ねじれ」がその結果生じた変形、というニュアンスの差はありますが、日常的にはどちらもねじる現象を指すと考えて差し支えありません。
応力という概念そのものはこちらが参考になります。
僕の整理では、ねじりは「曲げ」「引張」「圧縮」「せん断」と並ぶ、部材に働く基本の変形の一つだと捉えると位置づけがはっきりします。曲げが部材を「曲げる」のに対し、ねじりは部材を「ねじる」。まずはこのシンプルな対比から入ると、後の計算式も意味が見えてきます。
ねじりの種類
ねじりは、見る分野によって扱われ方が分かれます。ここを整理しておかないと「機械の軸の話」と「建築の話」が頭の中で混ざって混乱します。
分野で見たねじりの種類
- 材料力学（部材単体）のねじり：丸軸・梁などの部材1本に働くねじり。試験で計算問題として出る
- 建築（建物全体）のねじれ：地震時などに建物全体がねじれる挙動。偏心と関係する（後述）
断面の挙動で見たねじりの種類
- 純ねじり（サンブナンのねじり）：断面が自由にねじれる、基本のねじり
- そりねじり（曲げねじり）：H形鋼など開断面で、断面がそる（反る）ことで抵抗するねじり
この記事ではまず材料力学の部材のねじりを式まで押さえ、その後で建築の建物のねじれへ橋渡しします。同じ「ねじり」でもスケールが違うだけで、根っこは同じ現象だと分かると理解が一気に進みます。
僕の感覚だと、勉強でつまずく人の多くは「軸のねじり」と「建物のねじれ」を別物だと思って分断してしまうのが原因です。実際は地続きの話なので、両方を並べて理解するのが近道です。
ねじりで生じる応力（せん断応力）
ねじりで部材内部に生じる応力は、結論「せん断応力」です。引張や圧縮のような軸方向の応力ではなく、断面を回転方向にずらそうとするせん断応力が生じます。
丸軸をねじると、断面の中心では応力がゼロ、外周（表面）に近いほど応力が大きくなります。これは、中心ほどねじれの移動量が小さく、外側ほど大きく動くためです。だからねじりに対しては、材料を断面の外側に配置した方が効率的に抵抗できます。中空のパイプ（中空丸棒）がねじりに強いのは、この理由によります。
ねじりのせん断応力τは、次の式で表されます。
τ = T・r / Ip
- τ（タウ）：ねじりによるせん断応力
- T：ねじりモーメント（トルク）
- r：断面中心からの距離（外周なら半径）
- Ip：断面二次極モーメント
せん断応力と曲げ応力の関係はこちらが参考になります。
実務だと、この式の形（応力＝モーメント×距離÷断面の係数）は曲げ応力の式とそっくりです。曲げが「σ＝M・y/I」なのに対し、ねじりは「τ＝T・r/Ip」。構造が同じなので、曲げを理解していればねじりも同じ枠組みで読めます。
ねじりモーメントと曲げモーメントの違い
ねじりモーメントと曲げモーメントの違いは、結論「回す向きが部材の軸に対して縦か横か」です。
曲げモーメントは部材を曲げようとする作用で、部材の軸に直交する向きに回します。一方ねじりモーメントは部材を軸まわりにねじろうとする作用で、軸と同じ向きに回します。同じ「モーメント（回転作用）」でも、回転軸の向きが違うわけです。
| 項目 | 曲げモーメント | ねじりモーメント |
|---|---|---|
| 作用 | 部材を曲げる | 部材を軸まわりにねじる |
| 回転の向き | 軸に直交 | 軸と同じ向き |
| 生じる応力 | 曲げ応力（引張・圧縮） | せん断応力 |
| 使う断面係数 | 断面二次モーメントI | 断面二次極モーメントIp |
ねじりモーメントの詳細はこちらにまとめています。
ねじりモーメントの大きさは、軸に力Fが半径rの位置で接線方向に作用するとき、T＝F・rで表されます。雑巾絞りでいえば、手の力が強いほど、また回す半径が大きいほど、ねじる作用が大きくなる、という直感どおりの関係です。
僕の考えでは、曲げとねじりは「兄弟のような関係」と捉えると整理しやすいです。式の形も断面係数の役割もほぼ並行していて、違うのは「曲げるか、ねじるか」と「使う断面の係数（IかIpか）」だけ。この対応を押さえると暗記量がぐっと減ります。
断面二次極モーメントと極断面係数
ねじりの計算で鍵になるのが、断面二次極モーメントIpと極断面係数Zpです。結論「断面がねじりにどれだけ抵抗できるかを表す、断面の形で決まる値」です。
曲げで使う断面二次モーメントIが「曲げにくさ」を表すのに対し、断面二次極モーメントIpは「ねじりにくさ」を表します。名前が似ていて混同しやすいですが、別物です。Ipは断面の各点と中心からの距離で決まり、材料が中心から遠いほど大きくなります。
断面二次極モーメントの詳細はこちらが参考になります。
中実丸棒と中空丸棒
代表的な丸軸の式は次のとおりです（dは直径、外径D・内径d）。
| 断面 | 断面二次極モーメント Ip | 特徴 |
|---|---|---|
| 中実丸棒 | Ip = πd⁴/32 | 詰まった丸棒 |
| 中空丸棒（パイプ） | Ip = π(D⁴−d⁴)/32 | 外径Ipから内径Ipを引く |
中空丸棒の式が「外側の大きな円のIpから、内側の小さな円のIpを引く」形になっているのがポイントです。中心付近は応力負担が小さいので、そこをくり抜いたパイプは、重量あたりのねじり抵抗が高くなります。これが「中空断面はねじりに強い・効率が良い」と言われる根拠です。
正直なところ、ここは式を丸暗記するより「材料は外側にあるほどねじりに効く」という原理を押さえる方が大事です。原理が分かっていれば、なぜパイプが強いのか、なぜ後述のH形鋼が弱いのかが、式を見なくても説明できるようになります。
ねじれ角
ねじれ角θは、結論「部材がねじりによって何ラジアンねじれたか、という変形量」です。応力（強さの問題）に対して、ねじれ角は変形（どれだけ動くか）の問題を扱います。
ねじれ角θは、次の式で表されます。
θ = T・L / (G・Ip)
- θ：ねじれ角
- T：ねじりモーメント
- L：部材の長さ
- G：せん断弾性係数（材料のせん断に対する硬さ）
- Ip：断面二次極モーメント
この式から、ねじりモーメントが大きく部材が長いほどよくねじれ、断面二次極モーメントIpや材料の硬さGが大きいほどねじれにくい、という関係が読み取れます。分母のG・Ipは「ねじり剛性」と呼ばれ、ねじれにくさそのものを表します。
ねじり剛性の詳細はこちらにまとめています。
僕の感覚だと、ねじり計算は「応力（τ）」と「変形（θ）」の2系統がある、と分けて捉えると混乱しません。τは破壊するかどうか、θはどれだけねじれるか。問題文が強度を聞いているのか変形を聞いているのかで、使う式が決まります。
ねじりの計算式まとめ
ねじりの主要な式を一覧にまとめます。記号の意味さえ押さえれば、あとは当てはめるだけです。
| 求めるもの | 式 | 記号の意味 |
|---|---|---|
| ねじりモーメント | T = F・r | F：力、r：半径 |
| せん断応力 | τ = T・r / Ip | r：中心からの距離 |
| 極断面係数 | Zp = Ip / r（外周） | 応力計算を簡略化 |
| 断面二次極モーメント（中実） | Ip = πd⁴/32 | d：直径 |
| 断面二次極モーメント（中空） | Ip = π(D⁴−d⁴)/32 | D外径・d内径 |
| ねじれ角 | θ = T・L / (G・Ip) | L：長さ、G：せん断弾性係数 |
極断面係数Zpを使うと、せん断応力は τ = T / Zp とシンプルに書けます。曲げで断面係数Zを使って σ = M/Z と書くのと同じ発想です。
構造力学の公式全体の整理はこちらが参考になります。
実務だと、試験で覚えるべき優先順位は「τ＝T/Zp」「θ＝TL/GIp」「Ip＝πd⁴/32」の3つです。この3つと、曲げとの式の対応関係を押さえておけば、ねじりの基本問題はほぼ対応できます。
建築でのねじりの扱い方（建物のねじれ）
ここからが、機械系の解説では抜け落ちる建築目線の話です。建築で「ねじり」というと、部材1本のねじりだけでなく、結論「建物全体が地震時にねじれる挙動」が重要になります。
建物に地震力が働くとき、地震力が作用する点（重心）と、建物が抵抗する点（剛心）がずれていると、建物は剛心を中心にねじれるように回転します。このねじれ挙動が大きいと、建物の一部に変形や力が集中して危険です。耐震壁が建物の片側に偏って配置されていると、このねじれが起きやすくなります。
重心と剛心のずれの程度を表す指標が「偏心率」で、建築基準法のルート1ではRe≦0.15が一つの基準になっています。偏心が大きいと、ねじれ補正係数で力を割り増して設計するなどの対応が求められます。
偏心率の詳細はこちらにまとめています。
耐震構造全体の考え方はこちらが参考になります。
僕の考えでは、ここが建築の読者にとって一番大事なポイントです。材料力学で習う「部材のねじり」と、建築計画で問われる「建物のねじれ（偏心）」は、スケールが違うだけで同じ現象です。雑巾絞りが部材なら、建物のねじれは建物という大きな箱がねじれる話、と捉えると一本の線でつながります。
開断面と閉断面でのねじり強さ
建築の鋼材選びでも、ねじりは効いてきます。結論「閉断面（角形鋼管など）はねじりに強く、開断面（H形鋼など）はねじりに弱い」です。
前述のとおり、ねじりは材料が断面の外側を一周つながっているほど強く抵抗できます。角形鋼管や円形鋼管のような閉じた断面は、断面が輪のようにつながっているため、ねじりに対して非常に強い特性を持ちます。一方、H形鋼やみぞ形鋼のような開いた断面は、断面が一周つながっていないため、ねじりに弱く、ねじると断面がそる（反る）「そりねじり」で抵抗することになります。
| 断面 | 代表例 | ねじりへの強さ |
|---|---|---|
| 閉断面 | 角形鋼管・円形鋼管 | 強い（断面が輪につながる） |
| 開断面 | H形鋼・みぞ形鋼・山形鋼 | 弱い（そりで抵抗） |
H形鋼そのものの特性はこちらが参考になります。
このため、ねじりが大きく効く部位には、H形鋼ではなく角形鋼管を使う、といった断面の選び方が出てきます。「なんとなく角形鋼管」ではなく、ねじりへの強さという理由があるわけです。
僕の整理では、ここを知っておくと図面を見る目が変わります。なぜこの部位は角形鋼管なのか、と考えたときに「ねじりが効くから閉断面なのかも」と一つ仮説が立てられるようになると、構造図の読み方が一段深くなります。
ねじりが効く建築部位と注意点
最後に、建築で実際にねじりが問題になりやすい部位と注意点を整理します。試験知識を実務にひも付ける部分です。
ねじりが効きやすい代表的な部位は次のとおりです。
- 片持ち梁（キャンチ）：先端に偏った荷重が載るとねじりが生じる。バルコニー・庇など
- 縁梁・外周梁：床やバルコニーが片側だけに付くと、梁にねじりがかかる
- L形・コの字形の平面：平面が複雑だと重心と剛心がずれやすく、建物がねじれやすい
- 耐震壁が偏った建物：壁が片側に寄ると偏心が大きくなり、ねじれ挙動が出る
注意点として、平面が整形（四角に近い）で耐震要素がバランスよく配置されているほど、ねじれは起きにくくなります。逆に、意匠優先で平面が複雑になったり、壁を片側に寄せたりすると、ねじれのリスクが上がります。これは構造設計者が偏心率で確認する部分ですが、施工管理としても「この建物は偏心がありそう」という感覚を持っておくと、構造図の意図が読みやすくなります。
構造形式とねじれやすさの関係はこちらが参考になります。
現場目線で言えば、施工管理が日常的にねじり計算をすることは多くありません。ただ、片持ちのバルコニーや偏った壁配置を見て「ここはねじりが効くから配筋や接合部が大事なんだな」と読めると、検査や施工の勘所が分かるようになります。試験で覚えた知識が、図面を読む武器に変わる瞬間です。
ねじりに関する情報まとめ
- 定義：部材を軸まわりにねじる変形。雑巾絞りのイメージ。「ねじり」と「ねじれ」はほぼ同義
- 種類：材料力学の部材のねじり／建築の建物のねじれ、純ねじり／そりねじり
- 生じる応力：せん断応力。τ＝T・r/Ip、外側ほど応力が大きい
- ねじりモーメント：軸まわりに回す作用。曲げモーメントとは回転の向きと使う断面係数が違う
- 断面二次極モーメントIp：ねじりにくさを表す。中実πd⁴/32、中空はその引き算
- ねじれ角θ：ねじれの変形量。θ＝TL/GIp、分母のGIpがねじり剛性
- 建築での扱い：建物のねじれ（偏心・剛心重心）。偏心率Re≦0.15が基準
- 断面：閉断面（角形鋼管）は強く、開断面（H形鋼）は弱い
- 効く部位：片持ち梁・縁梁・L形平面・偏った耐震壁
以上がねじりに関する情報のまとめです。
ねじりは「軸のトルク計算」だけで終わらせず、「建物のねじれ（偏心）」まで橋渡しして理解すると、建築の読者にとって一気に自分ごとになります。材料力学の式（τ・θ・Ip）を押さえたら、開断面と閉断面の差、効く部位までつなげて捉えておくと、試験対策と図面の読解が同時に進むはずです。応力・曲げ・偏心率とあわせて学ぶと、構造の理解が立体的になります。
ねじりに関するよくある質問
Q1：「ねじり」と「ねじれ」は違うものですか？
ほぼ同じ意味で使われます。厳密には「ねじり」が外から加える作用、「ねじれ」がその結果生じた変形というニュアンスの違いはありますが、日常的にはどちらもねじる現象を指すと考えて問題ありません。
Q2：ねじりで生じる応力は何ですか？
せん断応力です。引張や圧縮のような軸方向の応力ではなく、断面を回転方向にずらそうとするせん断応力が生じます。断面の中心ではゼロ、外周に近いほど大きくなります。式は τ＝T・r/Ip で表されます。
Q3：断面二次極モーメントは断面二次モーメントと違うものですか？
別物です。断面二次モーメントI は「曲げにくさ」、断面二次極モーメントIp は「ねじりにくさ」を表します。名前が似ていますが役割が異なり、ねじりの計算ではIpを使います。中実丸棒は Ip＝πd⁴/32 です。
Q4：なぜ中空のパイプはねじりに強いのですか？
ねじりの応力は断面の外側ほど大きく、中心付近はほとんど応力を負担しません。そのため、応力負担の小さい中心をくり抜いた中空断面（パイプ）は、重量あたりのねじり抵抗が高くなります。同じ理由で、閉断面の角形鋼管もねじりに強く、開断面のH形鋼はねじりに弱くなります。
Q5：建築の「建物のねじれ」と材料力学のねじりは別物ですか？
スケールが違うだけで、根っこは同じ現象です。材料力学は部材1本のねじり、建築は建物全体が地震時にねじれる挙動を扱います。建物のねじれは、地震力の作用点（重心）と抵抗点（剛心）がずれる「偏心」によって生じ、偏心率という指標で確認します。
Q6：試験ではどのレベルまで出ますか？
2級レベルでは、ねじりの基本（せん断応力τ＝T/Zp、ねじれ角θ＝TL/GIp、断面二次極モーメントIp＝πd⁴/32）と、建物のねじれ・偏心率の考え方が問われやすいです。式を丸暗記するより、「材料は外側ほどねじりに効く」「曲げと式が並行している」という原理を押さえると応用が利きます。
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