軸力

軸力とは、外からの力に対して、部材の内部に発生する力のことです。断面力ともいい、「軸力」のほかに「せん断力」「曲げモーメント」「ねじりモーメント」などがあります。

軸力は、部材の軸方向(長さの方向)へかかった力に対抗する力で、「軸方向力」とも呼ばれます。「軸」とは部材断面の重心のことで、その軸をつないだラインが材軸です。軸力は、この材軸方向に平行する引張軸力(+)と圧縮軸力(－)の2つがあります。部材を両端から引っ張ったとき、力が同じであれば釣り合って(静止して)いるということになります。

部材は、せん断力や曲げモーメントといった垂直方向に作用する力に弱く、材軸に対して平行な軸力に強いという特徴があります。建物で主に軸力が生じる部材は、柱とブレースです。柱には曲げモーメントも生じますが、斜め部材であるブレースには軸力しか作用しません。そのため、斜めの部材で構成された三角形のトラス構造は強いといえるのです。たとえば柱と梁の構造の場合、上から垂直にかかる荷重に対して、梁には曲がる力が働き変形しますが、トラス構造は、曲げに対して強く変形しにくい構造です。そのため、大空間や橋の設計に用いられます。