- ねじりってどういう現象？
- ねじりモーメントとねじりの違いは？
- 純ねじりと反曲ねじりって何が違う？
- 建築のどんな場面でねじりが起きる？
- ねじりが起きると何が困るの？
- 設計でねじりを避けるコツは？
上記の様な悩みを解決します。
「ねじり」は構造力学の中でも、曲げ・せん断と並ぶ基本変形ですが、建築の梁設計では「なるべく発生させない」のが大原則。だから教科書では概念だけ習って、実務では深く扱われない、というアンバランスな立ち位置の力学現象です。本記事では、ねじりという現象の意味、種類、計算式、そして建築で実務的にどう扱うかを、施工管理視点で整理します。
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「部材の軸まわりに回転させようとする力（ねじりモーメント）が作用したときに発生する、軸方向まわりの回転変形」のことです。
英語では Torsion（トーション）。雑巾を絞るときに両端を反対方向に回す動作、ドライバーでネジを締めるときにシャフトに加わる力、と聞けば直感的に分かるはず。あれと同じことが建築の梁・柱・スラブにも起こり得ます。
ねじり「現象」と「モーメント」の使い分け
| 用語 | 意味 |
|---|---|
| ねじり | 軸まわりの回転変形そのものを指す現象 |
| ねじりモーメント T | ねじりを起こす力（力×半径） |
| ねじり応力 τ | ねじりによって部材内部に発生する応力 |
| ねじり角 θ | 部材長さあたりのねじれた角度 |
| ねじり剛性 GJ | ねじりに対する硬さ |
「ねじり」と「ねじりモーメント」は混同されがちですが、現象を指すか、それを起こす力を指すかの違い。建築では文脈で読み分けます。
ねじりモーメントの単位や計算については別記事を参考にしてください。
ねじり剛性の計算については次の記事です。
ねじりの基本性質
- 部材の軸に対して直角方向の断面が、軸まわりに回転する
- 中立軸（中心）まわりに、円周方向へ均等にせん断応力が発生する（断面が円形の場合）
- 円形でない断面（H形・I形）では、せん断応力の分布が複雑になる
- ねじり剛性は、断面形状（特に閉断面か開断面か）で激しく変わる
ここで「閉断面」「開断面」の違いが効いてくる、というのが建築鋼材選定の重要な視点になります。
ねじりの種類（純ねじりと反曲ねじり）
「ねじり」と一言で言っても、力学では2つに分けて考えます。
純ねじり（サンブナンねじり）
部材の断面が「自由にゆがめる（反り返る）」ことを許容したときのねじり。19世紀のフランスの数学者サンブナンが定式化したので「サンブナンねじり」とも呼ばれます。
- 円形断面：断面が反らないので、ねじっても断面はそのまま回転
- 円形以外の断面（角形・I形など）：ねじると断面が反り返って「ワーピング」（軸方向の凹凸）が出る
純ねじりでは、このワーピングを「自由にさせる」前提で計算します。
反曲ねじり（ワーピングねじり）
部材の端部や中間支点でワーピングが拘束される場合、純ねじりと違うメカニズムでねじりが発生します。これが反曲ねじり（ワーピングねじり）。
- ワーピングが拘束されると、軸方向に引張・圧縮の応力が発生
- フランジが横にずれるような変形が起きる
- I形・H形・C形などの開断面で顕著
ねじりモーメント T が作用したとき、実際は純ねじりと反曲ねじりが組み合わさって耐える、という構図になります。
純ねじりと反曲ねじりの分担比
これは断面形状で決まります。
- 円形閉断面（鋼管）：ほぼ100%純ねじりで耐える
- 角形閉断面（コラム）：純ねじり優位
- H形断面・I形断面（開断面）：反曲ねじり優位（純ねじりは小さい）
- C形断面・L形断面：反曲ねじりほぼ100%
このため、ねじりが大きく作用する梁は「閉断面（鋼管・コラム）を使う」のが鉄則です。H鋼を主梁にして横からねじり荷重をかけると、フランジがクニャっと横にずれるような変形（横倒れ座屈に近い挙動）になり、容易に崩壊する。
H鋼の規格・寸法はこちらを参考にしてください。
ねじりの計算式
ねじりの基本式は、円形断面か非円形断面かで分かれます。
円形断面のねじり（純ねじり）
- ねじり応力 τ = T × r / J
- 最大ねじり応力 τ_max = T × r_max / J
- ねじり角 θ = T × L / (G × J)
| 記号 | 内容 |
|---|---|
| T | ねじりモーメント（N·mm） |
| r | 中心からの距離（mm） |
| J | 断面二次極モーメント（mm⁴） |
| G | せん断弾性係数（N/mm²、鋼で約 79,000） |
| L | 部材長（mm） |
| θ | ねじり角（ラジアン） |
断面二次極モーメントについては別記事に整理しています。
円形断面の J（断面二次極モーメント）
中実円：J = π × d⁴ / 32
中空円：J = π × (d_o⁴ – d_i⁴) / 32
中空（パイプ）の方が、同じ材料量で J が大きくなる、というのがねじりに強い断面を作るコツ。だからねじり荷重を受ける部材には「中空パイプ」が選ばれることが多いのです。
非円形断面（角形・矩形）
矩形断面のねじり係数は、形状比（長辺/短辺）に応じた経験式で計算します。完全な公式形では書けないので、ねじり係数表（古典的にはサン・ブナンの表）を引いて使うのが実務。
具体例として、長辺 b × 短辺 a の矩形断面では、
- J = β × a × b³
ここで β は a/b 比に応じた係数（無次元、a/b → ∞ で β → 1/3）。
H形断面のねじり剛性
H形断面の純ねじり剛性 J は、各フランジと web の矩形の J を合算した値になりますが、開断面のため、実用上のねじり耐力は反曲ねじりが支配します。曲げと違ってフランジの位置が効かない、というのがH形断面が「曲げに強くてねじりに弱い」性質を持つ理由です。
ねじりが建築で発生する場面
建築の構造設計者は、ねじりをなるべく発生させないように建物を計画しますが、それでも避けられない場面があります。
(1) ペリメーター梁（外周梁）
外周の梁にスラブが片側だけ載っている場合、スラブから梁にねじりモーメントが伝わります。
- 内側にスラブ → ねじり荷重がスラブ側へ
- 外側にバルコニーや庇 → ねじり荷重が外側へ
両側にスラブがある内部梁ではねじりが相殺されるのに対し、外周梁では片側だけのため、ねじりが残ります。
(2) 片持ち梁・キャンチレバー
片持ちで突き出した梁に、軸からずれた位置で荷重がかかるとねじりが発生します。片持ちバルコニーの先端に集中荷重（重い植栽プランターなど）がかかった場合、根元の梁にねじりが集中する。
片持ち梁・キャンチレバー梁の設計上の注意は次の記事で整理しています。
(3) スパンドレル壁を支える梁
外周にスパンドレル壁（腰壁）が乗っている梁では、壁の自重が梁の中心からずれて作用し、ねじりとして効きます。
(4) 開口が偏った梁
設備配管のために梁の中心から外れた位置に開口（梁貫通スリーブ）を設けると、その付近で断面のねじり挙動が変わります。
(5) 平面が偏心した建物全体のねじり振動
建物の重心と剛心がずれていると、地震時に建物全体がねじり振動を起こします。これが偏心率の話で、構造計算で必ずチェックする項目。
(6) 階段室・吹抜けの周りの梁
階段や吹抜けの外周梁は、片側だけにスラブがあるか、全くスラブが取り付かない箇所で、ねじり評価が必要になります。
ねじり剛性と部材選定
ねじり挙動を「強くするか・避けるか」は、部材選定で決まります。
ねじり剛性 GJ の比較
同じ断面積（≒ 材料量）の鋼材でねじり剛性 GJ を比べると、
| 断面 | ねじり剛性 GJ の桁感覚 |
|---|---|
| 角形鋼管・円形鋼管（閉断面） | 非常に大きい |
| H鋼・I鋼（開断面） | 小さい（閉断面の 1/100 以下） |
| Cチャンネル・L鋼（開断面） | さらに小さい |
「ねじりを受ける可能性がある部材は閉断面（鋼管）で計画する」というのは、断面比較の桁感覚を知っていればごく自然な選択になります。角形鋼管の話はこちらで整理しています。
現場でできるねじり対策
設計段階の対策：
- ねじり荷重が予想される箇所を閉断面（鋼管・コラム・PC梁）で計画
- スパンドレル壁の高さ・位置をシンプルにして、ねじり荷重を低減
- 片持ち梁の長さを短くし、先端荷重を抑える
施工段階の対策：
- スパンドレル壁の建て付けで、設計時に想定されていない偏荷重が出ないよう注意
- 鉄骨建方時の養生荷重・仮設荷重で、ねじりを発生させる仮置きをしない
- 大スパン梁の架設で、横倒れ防止用のスティフナーを確実に施工
ねじりを設計で「避ける」考え方
教科書では「ねじりも計算しなさい」と書かれていますが、実務の構造設計者は「ねじりを発生させない計画」を最優先します。理由は、ねじりが一度発生すると、
- 計算が複雑になる（特に開断面で）
- 部材選定が難しくなる
- 施工誤差・偏心の影響を受けやすい
- 安全率を大きく取る必要がある
という、4重苦になるためです。
設計者がやっているねじり回避策
- 平面計画段階で、外周梁にもスラブを両側からかける（中央軸線で対称にする）
- バルコニー・庇は、独立した片持ちスラブで構成し、外周梁にねじりを移さない
- ねじりが避けられない場合は、その梁を閉断面（鋼管・コラム）にする
- RC梁の場合は、ねじり補強筋（U字筋・閉鎖型あばら筋）を入れる
あばら筋・スターラップ筋については次の記事を参考にしてください。
ねじり耐力の確認方法
避けられない場合の確認手順：
- 設計用ねじりモーメント T_d を算定
- 部材のねじり耐力 T_u を算定（J、σ_allow から）
- T_d ≤ T_u を確認
- RC梁の場合は、ACI 318 や JASS5 の式でねじり補強筋量を決定
実務では、構造計算ソフトがこれを自動でやってくれますが、「なぜここに閉断面が指定されているのか」「なぜここのあばら筋ピッチが詰まっているのか」を理解するのに、ねじりの基礎は必須知識です。
ねじりに関する情報まとめ
- ねじりとは：部材の軸まわりに回転させようとする力で起こる、軸まわりの回転変形
- 種類：純ねじり（サンブナンねじり）と反曲ねじり（ワーピングねじり）
- 計算式：円形断面で τ = Tr/J、θ = TL/(GJ)
- 起こりやすい場面：ペリメーター梁・片持ち梁・スパンドレル壁・偏心建物
- 対策：閉断面（鋼管・コラム）の選定、平面の対称化、RC梁ではねじり補強筋
- 設計思想：そもそも発生させないのが最優先、避けられない場合は閉断面で受ける
以上がねじりに関する情報のまとめです。「ねじりは難しい」と感じる人が多いのは、計算式自体ではなく「現象としてイメージしにくい」「実務で深く扱われない」からだと思います。雑巾を絞る動きが鉄骨梁にも起きる、と直感で押さえつつ「閉断面ならねじりに強い、開断面ならねじりに弱い」という結論部分だけでも知っておけば、構造図で外周梁に角形鋼管が指定されている理由が瞬時に分かるようになりますよ。
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