- せん断応力ってどんな力？
- 単位や記号は？
- 計算式が知りたい
- 引張応力や曲げ応力と何が違う？
- 現場で「せん断破壊」って何のこと？
- あばら筋との関係は？
上記の様な悩みを解決します。
せん断応力は、構造計算書のあちこちで顔を出す重要な応力で、RC造の梁や鉄骨の接合部で必ずチェックされます。施工管理者にとっても、配筋検査やひび割れ判定で必要になる基礎知識ですので、抑えておきましょう。
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！
せん断応力とは？
せん断応力とは、結論「物体の断面と平行に作用して、その断面をスライドさせるように働く応力」のことです。
英語ではshear stress（シア・ストレス）。シア（shear）はそのまま「ハサミ」「断ち切る」の意味で、文字通り「物体をハサミで切るように働く力」と覚えるとイメージしやすいですね。
身近な例で言うと、紙を片手で押さえて、もう片方の手で横にずらすときに紙の中に発生する力。あるいは、ハサミで紙を切るときに紙の繊維が切断される瞬間の力。これらが「せん断」のイメージです。
建築でいうせん断応力が出てくる場面は、たとえば次のような箇所。
- 梁の支点付近（柱との接合部）に作用する大きなせん断力
- 床スラブを支える梁が、スラブから受ける鉛直荷重を柱に伝えるとき
- 鉄骨のボルト接合部で、ボルト軸に直交して働く力
- 杭基礎の杭頭で、上部構造から地盤に水平力を伝えるとき
ポイントは、「断面の中で、互いに平行な2つの面を逆向きにずらすように作用する力」だという点。引張応力（断面を引き離す方向）や圧縮応力（断面を押し合う方向）と直交した方向に働くので、応力の3兄弟（引張・圧縮・せん断）として教科書では並べられます。
せん断応力の単位と記号
せん断応力の記号と単位を整理します。構造計算書を読むときに「この記号は何だっけ」となりやすいので、ここは表で押さえておくのが早いです。
| 項目 | 表記 |
|---|---|
| 記号 | τ（タウ）またはs |
| SI単位 | N/mm²（ニュートン毎平方ミリメートル）またはMPa（メガパスカル） |
| 換算 | 1 N/mm² = 1 MPa = 約10.2 kgf/cm² |
| 古い単位 | kgf/cm²（旧単位、現在の構造計算では使わない） |
実務上は「N/mm²」と「MPa」が同じ値（数値も同じ）なので、表記が混在していても焦らなくて大丈夫。古い文献ではkgf/cm²で書かれていることもあり、その時は約10倍するとN/mm²になります（例：240 kgf/cm² ≒ 23.5 N/mm²）。
ちなみに「せん断力（kN）」と「せん断応力（N/mm²）」は別物。せん断力は断面に作用する力の総量、せん断応力はそれを断面積で割った「単位面積あたりの力」です。混同しがちなので、記号でいうとQ（せん断力）とτ（せん断応力）で区別しておくと安全。
せん断応力の計算方法
せん断応力の基本式は次のとおりです。形に応じていくつかバリエーションがあるので、代表的な3つを並べます。
①平均せん断応力（最もシンプル）
τ ＝ Q ÷ A
| 記号 | 意味 |
|---|---|
| τ | せん断応力（N/mm²） |
| Q | せん断力（N） |
| A | 断面積（mm²） |
たとえば断面積100×200 = 20,000 mm²の梁断面に、せん断力Q＝50,000 N（＝50 kN）が作用しているとき、平均せん断応力は次の通り。
τ ＝ 50,000 ÷ 20,000 ＝ 2.5 N/mm²
「断面に均一にせん断応力が作用している」と仮定したざっくり計算です。
②長方形断面の最大せん断応力
実際には、せん断応力は断面内で均一には分布しません。長方形断面では「中立軸付近で最大」「上下端でゼロ」となる分布になります。最大値は次の式。
τ_max ＝ 1.5 × Q ÷ A
平均応力の1.5倍、と覚えると計算が早いです。先ほどの例なら τ_max ＝ 1.5 × 2.5 ＝ 3.75 N/mm²。RC造の梁のせん断検定では、この最大値で評価するのが基本ですね。
③円形断面の最大せん断応力
円形断面（杭、丸鋼など）では1.5ではなく4/3倍。
τ_max ＝ (4/3) × Q ÷ A
④鉄骨H形鋼のウェブのせん断応力
H形鋼のせん断は、ほぼウェブだけで負担すると考えるのが標準。
τ ＝ Q ÷ Aw
| 記号 | 意味 |
|---|---|
| Aw | ウェブの断面積＝ウェブ厚×（梁せい−フランジ厚×2） |
たとえばH-400×200×8×13なら、Aw ＝ 8 × (400 − 13×2) ＝ 2,992 mm²。これでQを割ると、ウェブに発生する平均せん断応力が出ます。
実際の構造計算では、これらに加えて「許容せん断応力度」と比較して安全性を判定します。鋼材ならSS400の許容せん断応力度はおよそ91 N/mm²（短期）と覚えておくと、構造計算書のオーダー感がつかめますね。
せん断応力と引張応力・曲げ応力の違い
応力の3つのキャラクターを並べて整理しておくと、構造計算書の見え方がぐっと変わります。
| 応力 | 作用方向 | 主な発生場所 | 記号 |
|---|---|---|---|
| 引張応力 | 断面に垂直、引き離す向き | 部材の引張側 | σ_t |
| 圧縮応力 | 断面に垂直、押し合う向き | 部材の圧縮側 | σ_c |
| せん断応力 | 断面に平行、ずらす向き | 支点付近、ボルト接合部 | τ |
| 曲げ応力 | 断面内で引張＋圧縮の組み合わせ | 梁の中央付近 | σ_b |
注意したいのは、「曲げ応力」は実は引張応力と圧縮応力の組み合わせだという点。曲げモーメントを受けた梁では、断面の上半分が圧縮、下半分が引張になり、中立軸からの距離に応じて応力が分布します。
その意味で、応力の本質は「引張・圧縮・せん断」の3種類しかなく、曲げ応力はそれらの組み合わせ、と整理しておくと頭がすっきりしますね。
曲げ応力やヤング係数など、応力に関する周辺知識も合わせて読んでみてください。
現場でのせん断応力の見え方
現場で「せん断」が問題になるのは、ざっくり次のような局面です。
RC梁のせん断破壊（斜めひび割れ）
RC梁が破壊する形には、曲げ破壊（中央上下に水平ひび割れ）と、せん断破壊（支点付近に斜めひび割れ）があります。せん断破壊は脆性的（突然崩れる）で危険なので、構造設計では「せん断破壊が曲げ破壊より先に起きないように」、せん断補強筋（あばら筋）を多めに入れて余裕を持たせるのが鉄則。
施工現場で「梁の支点付近に45度方向の斜めひび割れ」を見つけたら、せん断応力に対する補強が足りていない可能性を疑うサインになります。
配筋検査でのあばら筋ピッチ
あばら筋（スターラップ）はせん断応力に抵抗する鉄筋で、梁の支点付近では中央部より細かくピッチを詰めるのが標準です。配筋検査では、設計図のせん断補強筋の本数・ピッチを実際の現場と照合する作業が必須。「中央は200mmピッチ、支点近くは100mmピッチ」のような変化を、図面と現場で1本ずつ確認していくイメージですね。
鉄骨ボルト接合部のせん断
鉄骨の梁・柱接合部でのボルトは、軸方向に直交するせん断力を受けます。高力ボルト摩擦接合では、ボルトの締付トルクで生じる摩擦でせん断を伝える設計になっており、トルク管理の精度がそのまま接合部の安全性に直結します。施工後の本締めトルクチェックは、せん断耐力の確認そのもの、と捉えると重要性が腑に落ちますね。
杭頭のせん断
地震時、上部構造から杭頭にはせん断力が集中します。杭基礎の設計ではこのせん断に対して杭の主筋・帯筋でしっかり抵抗できるよう、設計段階で計算が回されます。施工管理側では、杭頭処理（はつり・主筋の定着長）が設計通りかを確認するのが品質管理の要所です。
せん断応力に関する情報まとめ
- せん断応力とは：断面と平行に作用して、断面をずらすように働く応力
- 単位と記号：τ（タウ）、N/mm²またはMPa
- 計算式：平均τ＝Q/A、長方形断面の最大値はその1.5倍、円形は4/3倍
- 引張・曲げとの違い：引張・圧縮は断面に垂直、せん断は断面に平行、曲げは引張＋圧縮の組合せ
- 現場での見方：RC梁の斜めひび割れ、あばら筋ピッチ、鉄骨ボルト、杭頭処理
以上がせん断応力に関する情報のまとめです。
応力という概念は最初は抽象的ですが、「断面のどこにどう力が走っているか」の絵が頭に浮かべば、構造計算書も配筋検査も一気に身近になります。せん断応力は中でも破壊が一気に来やすい厄介者なので、現場では「斜めひび割れ＝危険信号」のセットで身体に刷り込んでおきたいところですね。
