外力とは？土木・建築で必ず知っておきたい荷重の基礎

外力を理解するうえで、まず押さえておきたいポイントが2つあります。

• 構造物の変形を引き起こす原因となる力であること
• 断面力や応力を発生させる根本的なきっかけとなる力であること

それぞれ詳しく確認していきましょう。

外力（がいりょく）とは何か

外力を理解するうえで、まず押さえておきたいポイントが2つあります。

• 構造物の変形を引き起こす原因となる力であること
• 断面力や応力を発生させる根本的なきっかけとなる力であること

それぞれ詳しく確認していきましょう。

外力の基本的な意味

外力とは、物体や構造物に対して外部から加わる力のことです。土木・建築の分野では、橋や建物の骨組みに外から働く力を「外力」と呼びます。例えば、橋にトラックが乗るとき、その重さが橋に加わる力も外力の一つです。外力が加わると、構造物には変形と内部応力が生じます。外力を正確に把握することで、壊れない安全な設計が可能になります。

出典：国土交通省 中部地方整備局｜橋梁メンテナンス用語集

外力・内力・反力の違い

外力と混同しやすい用語に「内力」と「反力」があります。内力とは、外力が加わったときに部材の内部に生じる応力のことです。外力が「原因」で、内力は「結果」として発生します。反力とは、外力に対して支点で発生する抵抗力で、外力とは反対方向に働きます。3つを整理すると以下のとおりです。

用語	定義
外力	構造物の外部から加わる力
内力	外力によって部材内部に生じる応力（軸力・せん断力・曲げモーメントなど）
反力	支点で外力に対して発生する抵抗力。外力と反対方向に働く

外力と反力がつり合っているとき、構造物は静止状態を保ちます。

外力の種類と分類

外力の種類を理解するには、「どのくらいの期間にわたって作用するか」で整理するのが最もわかりやすいです。外力は大きく「長期荷重」と「短期荷重」の2種類に分けられます。

長期荷重とは

長期荷重とは、構造物が存在する間、継続的に作用し続ける外力です。代表的なものは「死荷重」と「積載荷重」の2つです。死荷重とは、構造物本体の自重です。積載荷重とは、建物内の家具・設備・人などの重さを指します。長期荷重は常に存在するため、設計時に最初に考慮しなければならない外力です。

短期荷重とは

短期荷重とは、地震や台風などが発生したときに一時的に作用する外力です。平常時は作用しませんが、発生時には非常に大きな力になります。代表的な短期荷重を以下にまとめます。

種類	内容
地震力	地震動によって水平方向に生じる慣性力
風圧力	風によって建物や橋の外面に加わる水平方向の力
積雪荷重	屋根や橋の床版に積もった雪の重量による鉛直力

建築基準法施行令第83条第1項では「建築物に作用する荷重及び外力」として、これらの荷重が規定されています。

出典：三井住友トラスト不動産｜不動産用語集「外力」

土木・建築における外力の具体例

外力がどのような形で構造物に加わるかを知ると、設計の考え方が理解しやすくなります。ここでは土木・建築の両分野で登場する代表的な外力を確認します。

死荷重と活荷重

死荷重とは、位置が変わらない固定した荷重です。橋の場合、橋そのものの重さが死荷重にあたります。活荷重とは、トラックや列車など移動しながら作用する荷重です。橋梁設計では、道路橋示方書に基づいてT荷重（トラック荷重）やL荷重（等分布荷重）が規定されています。死荷重と活荷重はいずれも鉛直方向に働く外力で、構造設計の出発点となります。

出典：国土交通省 中部地方整備局｜橋梁メンテナンス用語集

地震外力・風圧力・積雪荷重

地震外力とは、地震動によって構造物の質量に比例して生じる水平方向の慣性力です。建物が激しく揺れるとき、その揺れに抵抗しようとする力が地震外力にあたります。風圧力は、台風や強風のとき構造物の外壁や橋桁に水平方向から加わる力です。積雪荷重は、屋根や橋の床版に雪が積もることで生じる鉛直方向の力です。これら3種類はすべて短期荷重に分類され、発生頻度は低くても構造物に大きなダメージを与えるため、設計での検討が欠かせません。

外力が構造物に与える影響

外力が加わると、構造物の各部材にはさまざまな力が発生します。その種類と仕組みを理解することが、安全な構造設計の第一歩です。

断面力（軸力・曲げモーメント・せん断力）とは

外力が部材に作用すると、部材の断面には「断面力」が生じます。断面力には主に3種類あります。

断面力	内容
軸力	部材の軸方向に引っ張る力・圧縮する力
曲げモーメント	部材を曲げようとする力。支点間の中央付近で最大になりやすい
せん断力	断面に沿ってずれさせようとする力。支点付近で最大になりやすい

これらの断面力が許容値を超えると、部材にひびわれや破断が生じます。

出典：国土交通省 中部地方整備局｜橋梁メンテナンス用語集

外力を考慮した設計のポイント

外力を考慮した設計の基本は、作用する外力を正確に算出し、それに対して十分な断面を持つ部材を選ぶことです。長期荷重と短期荷重のそれぞれに対し、許容応力度を下回るように断面を決定します。外力の組み合わせも重要で、地震と積雪が重なるケースなど最も不利な条件を想定することが求められます。建築基準法や道路橋示方書など、各種基準・示方書に従った設計が法的に義務付けられています。

外力と荷重は同じ意味ですか？

厳密には異なります。荷重とは、部材等に働く作用を力に変換したものです。外力はより広い概念で、荷重のほかに地震力や風圧力なども含む、外部から構造物に作用するすべての力を指します。設計計算では、両者を区別して扱うのが基本です。

地震外力はどのように求めますか？

水平震度法では「質量 × 水平震度」で求められます。水平震度は地盤の種類や建物の重要度によって異なり、建築基準法や道路橋示方書で規定されています。実際の設計では、応答スペクトル法や時刻歴応答解析など、より詳細な手法も用いられます。

外力と反力の関係を教えてください。

外力が構造物に加わると、支点にそれに抵抗する反力が生じます。静的平衡の条件から、反力の合計は外力の合計と等しくなります。例えば、橋に荷重（外力）がかかると、橋台・橋脚の支点に上向きの反力が生じ、両者がつり合うことで橋は倒れずに立っています。