フレーミング（建設）

建設におけるフレーミングとは、特に建物などの構造物、支持部、形状を作るために部品を組み合わせることです。 ^[1]フレーミング材料は通常、木材、エンジニアリングウッド、または構造用鋼です。フレーム構造の代替は一般にマスウォール構造と呼ばれ、フレームなしで、ログハウス、石積み、版築、アドビなどの材料を水平に積み重ねた層が使用されます。^[要出典]

建物のフレーミングは、大きく2つのカテゴリーに分けられます。^[2] 重フレーム構造(重フレーム) は、木造フレーム、ポールビルディングフレーム、またはスチールフレームのように垂直の支持部が少なく重い場合です。または、軽量フレーム構造(軽量フレーム)は、バルーン、プラットフォーム、軽量スチールフレーム、プレビルドフレームのように支持部が多く小さい場合です。標準化された寸法の木材を使用する軽量フレーム構造は、その経済性から北米やオーストラリアで主流の建設方法になっています。最小限の構造材料を使用することで、建設業者は最小限のコストで広い領域を囲みながら、さまざまな建築様式を実現できます。

現代の軽量フレーム構造は、通常、剛性パネル（壁セクションの全体または一部を形成するために使用される合板および配向性ストランドボード（OSB）などの他の合板のような複合材）によって強度を得ていますが、最近まで大工は壁を安定させるためにさまざまな形の斜めブレースを使用していました。斜めブレースは多くの屋根システムの重要な内部部分であり、壁内の風ブレースは多くの自治体の建築基準法または米国の各州法で義務付けられています。建物が地震工学と風工学の要件を満たすのに役立つ特別なフレームのせん断壁が一般的になりつつあります。

歴史的に、人々は自然な形をした木の棒を組み立てて骨組みを作り、その後、ジョイントを使って木材をつなぎ合わせるようになりました。この方法は、今日では伝統的な木造枠組みまたはログ枠組みと呼ばれています。米国では、1830 年代から木造枠組みはバルーン枠組みに取って代わられました。バルーン枠組みでは、より少数のより重い支柱と呼ばれるサポートではなく、スタッドと呼ばれる多くの軽量の壁材を使用します。バルーン枠組みのコンポーネントは、ジョイニングを使用して取り付けるのではなく、釘で固定されます。バルーン フレームのスタッドは、敷居からプレートまで 2 階分伸びています。プラットフォーム枠組みはバルーン枠組みに取って代わり、今日の標準的な木造枠組みの方法です。この名前は、各フロア レベルが個別のユニットまたはプラットフォームとして組み立てられることに由来しています。工場で製造された壁と床の使用は、時間の節約とコスト効率のために人気が高まっています。(プレファブリケーション) 壁は通常、施設で製造され、その後、さまざまな現場に出荷されます。このフレーミングのプロセスにより、現場でのフレーミングの速度が向上し、建物のフレーミングがスピードアップしました。

20世紀以前のスカンジナビアでは、木材が豊富にあり、安価な労働力が豊富で、丸太の断熱性が優れていたため、フレーム構造はほとんど使用されませんでした。そのため、木造フレームは最初は農家の建物、離れ、夏の別荘などの暖房のない建物に使用され、壁の断熱性が発達してから初めて住宅に使用されました。^[3]

住宅建築における壁のフレーミングには、外壁と内部の仕切りの垂直部材と水平部材（耐力壁と非耐力壁の両方）が含まれます。これらの棒状部材は、スタッド、壁プレート、まぐさ（ヘッダーと呼ばれることもあります）と呼ばれ、すべてのカバー材の釘付けベースとして機能し、壁に沿って横方向の強度を提供する上階のプラットフォームを支えます。プラットフォームは、天井と屋根の箱型構造の場合もあれば、上の階の天井と床の根太の場合もあります。 ^[4]建築業界では、この技法は、スティック フレーミング、スティック アンド プラットフォーム、スティック アンド ボックスなどさまざまな名前で呼ばれています。これは、スティック（スタッド）が構造に垂直方向の支持を与え、長い柱とまぐさ（より一般的にはヘッダーと呼ばれる）内に含まれる根太を持つ箱型の床セクションが、次の壁や最上階の屋根など、上にあるものの重量を支えるためです。プラットフォームは、風に対して横方向の支持も提供し、棒状壁を真っ直ぐに保ちます。下部プラットフォームは、その構成ヘッダーと梁のレベルより上のプラットフォームと壁の重量を支えます。

一部の国では、フレーミング材には等級スタンプと19%を超えない含水率を要求する規制基準が適用されます。 ^[5]

歴史的に見て、家を建てる一般的な方法は 4 つあります。

• 柱と梁。現在では主に納屋の建設に使用されています。
• ブレースフレーム構造は、フルフレーム、ハーフフレーム、^[6]ニューイングランドブレースフレーム、^[7]コンビネーションフレーム^[8]とも呼ばれ、1940年代まで米国北東部で存続した軽量フレーミングの初期の形態であり、^[9]ガート、コーナーポスト、ブレースの継続的な使用によって定義され、ほとんどの場合、ほぞ穴、ほぞ継ぎ、釘打ちスタッドで固定されます。^[8]
• バルーンフレーミングは、床を壁から吊り下げる技術を使用して1940年代後半まで一般的でしたが、それ以降、プラットフォームフレーミングが住宅建設の主流になりました。^[10]
• プラットフォームフレームは、多くの場合、組み立て前に床下に水平に壁セクションを形成し、スタッドの位置決めを容易にし、必要な人員を削減しながら精度を高めます。上部プレートと下部プレートは、少なくとも3本の釘で各スタッドにエンドネイルで固定されます。+ 長さ1 ⁄ 4インチ（83 mm）（ 16dまたは16ペニー釘）。開口部ではスタッドが少なくとも2倍（柱を作る）になっており、ジャックスタッドは外側のスタッドを通して釘付けされるリンテル（ヘッダー）を受けるように切断されている。 ^[10]

壁の下地材（通常は合板またはその他の積層材）は、組み立て前にフレームに貼り付けられるのが普通です。こうすることで足場が不要になり、スピードが上がり、人手と経費を削減できます。アスファルト含浸繊維板、合板、配向性ストランドボード、ウェーハボードなどの一部の外装下地材は、横方向の荷重に耐えて壁を直角に保つのに十分な補強材となります（ほとんどの管轄区域の建築基準法では、硬い合板下地が求められています）。硬質ガラス繊維、アスファルトコーティング繊維板、ポリスチレンまたはポリウレタンボードなど、その他の下地材では補強材にはなりません。^[4]後者の場合、壁は、スタッドに斜めの木製または金属製の補強材をはめ込んで補強する必要があります。^[11]強風の影響を受ける管轄区域（ハリケーン地帯、竜巻地帯）では、外部の耐候性カバーの種類や種類に関係なく、地方条例または州法で一般に斜めの風防と硬い外部シースの両方が義務付けられます。

少なくとも3本のスタッドからなるマルチスタッドポストは、通常、隣接する壁の間の良好な接続を確保するために、外部のコーナーや交差点で使用されます。これは、内部仕上げと外部シーシングの釘打ちサポートを提供します。ただし、コーナーと交差点は、少なくとも2本のスタッドでフレーム化する必要があります。^[12]

天井の端を支える釘打ちは、壁と天井の接合部、つまり仕切りが天井の梁と平行に走る部分で必要となる。この材料は一般にデッドウッドまたはバッキングと呼ばれる。^[13]

住宅建築における壁のフレームには、外壁と内部の仕切りの垂直および水平の部材が含まれます。これらの部材は、スタッド、壁プレート、まぐさと呼ばれ、すべてのカバー材の釘付けベースとして機能し、上層階、天井、屋根を支えます。^[4]

外壁スタッドは、壁のシースとクラッディングが取り付けられる垂直の部材です。^[14]スタッドは底板または基礎敷居に支えられ、次に上板を支えます。スタッドは通常1つの+1 ⁄ 2 x 3+1 ⁄ 2インチ（38 mm × 89 mm）または1+1 ⁄ 2 x 5+1 ⁄ 2インチ (38 mm × 140 mm) の木材で、通常は中心間隔が 16 インチ (410 mm) です。この間隔は、負荷と、使用する壁材の種類と厚さによって課される制限に応じて、中心間隔が 12 インチまたは 24 インチ (300 または 610 mm) に変更される場合があります。幅が広い1+1 ⁄ 2 x 5+1 ⁄ 2インチのスタッドを使用して、より多くの断熱材のためのスペースを確保することができます。3インチのスタッドに収まる以上の断熱材は、+1 ⁄ 2インチのスタッドスペースは、剛性または半剛性の断熱材や1間の断熱材などの他の手段によっても提供できます。+1 ⁄ 2 x 1+1 ⁄ 2インチの水平下地材、または剛性または半剛性の断熱シースをスタッドの外側に取り付けます。スタッドは、 1インチの水平上部および下部壁プレートに取り付けられます。+柱と同じ幅の1 ⁄ 2^{インチの木材。 [5]}

床、天井、屋根の荷重を支える内部の仕切りは耐力壁と呼ばれ、その他のものは非耐力壁または単に仕切りと呼ばれます。内部の耐力壁は外壁と同じように組み立てられます。スタッドは通常1です。+1 ⁄ 2 インチ ×  3+1 ⁄ 2 インチ（38 mm × 89 mm）の木材を中心から16インチ（410 mm）間隔で配置します。この間隔は、支える荷重や使用する壁仕上げの種類と厚さに応じて、12インチまたは24インチ（300 mmまたは610 mm）に変更することができます。 ^[12]

パーティションは1つで構築できます+1 ⁄ 2 インチ ×  2+1 ⁄ 2 インチ（38 mm × 64 mm）または1+1 ⁄ 2 インチ ×  3+1 ⁄ 2 インチ（38 mm × 89 mm）のスタッドを、壁仕上げの種類と厚さに応じて、中心から16インチまたは24インチ（410または610 mm）間隔で配置します。パーティションにスイングドアが含まれていない場合は、 1+1 ⁄ 2 インチ ×  3+1 ⁄ 2 インチ (38 mm × 89 mm) のスタッドを 16 インチ (410 mm) 間隔で使用し、スタッドの広い面を壁と平行にすることもあります。これは通常、スペースを節約するために、衣類のクローゼットや食器棚を囲む仕切りにのみ行われます。仕切りによって支えられる垂直荷重がないため、ドアの開口部には単一のスタッドを使用できます。開口部の上部は、 1本の 1 本のスタッドでブリッジできます。+ スタッドと同じ幅の1 ⁄ 2インチ（38 mm）の木材。これらの部材は、壁仕上げ、ドアフレーム、トリムの釘打ちサポートを提供します。 ^[12]

まぐさ（またはヘッダー）は、窓、ドア、その他の開口部に設置され、隣接する間柱に荷重を伝える水平部材です。^[4]まぐさは通常、間柱の幅に合わせてスペーサーで区切られた 2 インチ（公称）（38 mm）の木材 2 枚で構成され、1 つのユニットを形成するように釘で留められています。まぐさは主にスペーサーなしで釘で留められ、頑丈な梁を形成し、残りの空洞を内側から断熱材で満たすことができます。スペーサーの材料としては硬質断熱材が適しています。^[14]まぐさの深さは、開口部の幅と支えられる垂直荷重によって決まります。

次に、壁のセクション全体を持ち上げて所定の位置に設置し、仮の支柱を追加して、底板を床下から床フレーム部材に釘で固定します。支柱は垂直方向に長い寸法を持つ必要があり、壁の垂直位置を調整できるようにする必要があります。^[11]

組み立てられたセクションが配管されたら、コーナーと交差点で釘で固定されます。ポリエチレンがこの機能を果たす場合、空気バリアの連続性を確保するために、内壁と外壁の間、および内壁の最初のトッププレートの上に、2番目のトッププレートを取り付ける前にポリエチレンのストリップが配置されることがよくあります。^[11]

次に、下側のプレートのジョイントから少なくとも 1 つのスタッド スペース離れたジョイントを持つ 2 番目のトップ プレートを追加します。この 2 番目のトップ プレートは、通常、コーナーとパーティションの交差点で最初のプレートと重なり、所定の位置に釘付けされると、フレーム壁への追加の結合を提供します。2 番目のトップ プレートがコーナーとパーティションの交差点ですぐ下のプレートと重ならない場合は、幅 3 インチ (76 mm)、長さ 6 インチ (150 mm) 以上の 0.036 インチ (0.91 mm) の亜鉛メッキ鋼板で結合し、少なくとも 3 本の2本の釘で固定します。+各壁に1 ⁄ 2 インチ（64 mm）の釘を打ちます。 ^[11]

ブレースフレーム構造は、フルフレーム、ハーフフレーム、^[6]ニューイングランドブレースフレーム、^[7]コンビネーションフレーム、^[8]とも呼ばれ、それ以前のより重い木造フレームから発展した初期の軽量フレーム形式です。これは、ガート、コーナーポスト、ブレースの継続的な使用によって定義されます。部品は、ガートと敷居に釘付けされたスタッドでほぞ穴、ほぞ継ぎ、ペグ留めされます。^[8]製材所が早期に導入されたため（ニューハンプシャーでは1635年）、^[15]北アメリカの北東部のイギリス植民地では、1637年にはすでに木造フレームで、より重いコーナーの間に軽量スタッドが使用されていました。ノーマン・アイシャムは、「フレームは、中間フレームなしで、敷居、プレート、および桁に垂直の板張りで覆われることもあったが、多くの家では、重い木材の間のスペースは、スタッドと呼ばれるより軽い垂直の棒で埋められている」と書いている。^[16] 19世紀初頭の釘製造産業の成長により、フレームの組み立てがさらに速くなり、最初の機械のいくつかは1700年代後半にマサチューセッツ州で開発された。マサチューセッツ州ニューベリーポートのジェイコブ・パーキンスは、1日に1万本の釘を製造できる機械を発明した。^[15]

ニューイングランドの 3 階建ての建物は、一般的にこの形式で建設されており、当時の建築許可証には「モルタルフレーム」と記載されています。

この方式は1940年代まで米国北東部で使用され続けましたが、^[9]その後徐々にプラットフォームフレームに置き換えられました。

バルーンフレーミングは、スカンジナビア、カナダ、1950年代半ばまでの米国、およびイギリスのノーフォークにあるセットフォードフォレスト周辺など、針葉樹林が豊富な地域で主に使用されていた木造建築の方法です。この名前は、フランス領ミズーリ州の建築様式であるmaison en boulinに由来しています。 ^[17] boulin は水平方向の足場を支えるフランス語です。19世紀には「シカゴ建築」としても知られていました。^[18]

バルーンフレーミングは、敷居板から上板まで続く長く連続したフレーミング部材（壁スタッド）を使用し、中間の床構造をそこに通して釘で固定する。 ^{[19] [20]ここでは、窓敷居、ヘッダー、次の階の高さが}ストーリーポール でスタッドにマークされる。長い木材が豊富にあった時代には人気があったが、バルーンフレーミングはプラットフォームフレーミングに大きく取って代わられた。

アメリカでバルーンフレームを誰が導入したかは定かではない。しかし、バルーンフレームを使用した最初の建物は、おそらく1832年にイリノイ州シカゴでジョージ・ワシントン・スノーかオーガスティン・デオダット・テイラーによって建設された倉庫である。^{[21] [15]}両名とも、軽量フレーム材の使用がすでに一般的だったニューイングランドからシカゴにやって来た。^[16]建築評論家のジークフリート・ギーディオンは、シカゴの建築家ジョン・M・ヴァン・オスデルの1880年代の記述と、A・T・アンドレアスの1885年の『シカゴの歴史』を引用し、スノーを「バルーンフレーム方式の発明者」としている。^{[22] [23] 1833年、テイラーはバルーンフレーム方式を使用してシカゴ初のカトリック教会であるセントメアリー教会を建設した。この建物は}シカゴ大火で焼失する前に何度も移設と改修が行われた。^[24]

1830年代、インディアナ州出身のソロン・ロビンソンは、後の建築業者から「バルーン・フレーミング」と呼ばれた、革命的な新しいフレームシステムに関する記事を発表しました。ロビンソンのシステムでは、標準的な2×4材を釘で打ち付けて、頑丈で軽い骨組みを作りました。建築業者はこの新しい技術の採用に消極的でしたが、1880年代までには、何らかの形の2×4フレームが標準になりました。^[25]

あるいは、バルーンフレームの前身は、31年も前にミズーリ州でフランス人によって使用されていた可能性がある。^[17]

19世紀のアメリカでは木材は豊富にあったものの、熟練労働者は少なかった。19世紀初頭に安価な機械製釘と水力製材所が登場したことで、バルーンフレーミングは非常に魅力的なものとなった。これは、柱梁接合で必要な蟻継ぎやほぞ継ぎ、ほぞ穴のような熟練した大工を必要としなかったためである。初めて、農民は時間のかかる学習曲線なしに自分の建物を建てることができるようになった。^[26]

バルーンフレーミングはアメリカ西部とカナダ西部の諸州で流行したと言われています。バルーンフレーミングがなければ、西部の新興都市が一夜にして繁栄することはなかったでしょう。^[27]また、バルーンフレーミングは建設コストを大幅に削減することで、貧しい北米人の住居の選択肢を改善した可能性もあります。^[要出典]しかし、バルーンフレーミングには非常に長いスタッドが必要であり、1920年代に背の高い木が枯渇したため、プラットフォームフレーミングが普及しました。^[28]

バルーンフレームは、多くの古いバルーンフレームの建物では、開いたフレームの空洞に防火材や防火ブロックがないため、火災が短時間で垂直に広がる可能性があるため、消火活動に課題があります。床フレームと壁フレームの空洞は相互につながっているため、火災は構造全体に急速に広がります。多くのバルーンフレームの建物は、防火ブロックを義務付ける建築基準法の導入以前に建てられたもので、火災は地下室から屋根裏まで数分で広がる可能性があります。^[29]

プラットフォームフレームとバルーンフレームの主な違いは床のラインにあります。バルーン壁のスタッドは1階の敷居から2階のトッププレートまたは端の垂木まで伸びています。一方、プラットフォームフレームの壁は各階で独立しています。^[30]

軽量フレームの材料は、ほとんどの場合、木材または長方形の鋼管または C チャンネルです。木材は通常、釘留め具、釘、またはネジで接続され、鋼材はなべ頭フレームネジ、またはナットとボルトで接続されます。線形構造部材に好ましい樹種は、トウヒ、マツ、モミなどの針葉樹です。軽量フレーム材料の寸法は、38 x 89 mm (1.5 x 3.5 インチ)、つまり断面で 2 x 4 から 5 cm x 30 cm (2 x 12 インチ) までで、長さは壁の場合は 2.5 メートル (8.2 フィート) から根太や垂木の場合は 7 メートル (23 フィート) 以上までです。最近、^{[いつ? ]}建築家は、現場での建設コストを削減するために、プレカット モジュラー アルミ フレームの実験を始めています。

スタッドで作られた壁パネルは、ドアや窓用の粗い開口部を提供するセクションによって中断されます。開口部は通常、開口部の上にある構造物の重量を支えるヘッダーまたはリンテルによって渡されます。ヘッダーは通常、トリマー (ジャックとも呼ばれる) の上に載るように作られています。窓の周囲の領域は、窓の下の敷居と、下部プレートから敷居まで、場合によっては窓の上部からヘッダーまで、またはヘッダーから上部プレートまで領域をまたぐ短いスタッドであるクリップルによって定義されます。木製またはスチール製の斜めのブレースは、スタッド、敷居、ヘッダーに釘付けされたシートのパネルと同様に、せん断 (水平方向の強度) を提供します。^{[引用が必要]}

壁セクションには通常、床の構造に固定された底板と、壁を結び付けて壁の上部の構造を支える 1 枚または 2 枚の上部板が含まれます。木製またはスチール製の床フレームには、通常、床根太システムの周囲に縁根太が含まれ、また、スパンの中央近くに橋渡し材が含まれることが多く、スパン メンバーの横方向の座屈を防止します。2 階建ての建築では、階段用の開口部が床システムに残され、階段の蹴上げと踏み板は、傾斜した階段のストリンガーに切り込まれた四角い面に取り付けられることがよくあります。^{[引用が必要]}

軽量フレーム構造の内壁材には、通常、壁板、ラス、石膏、または装飾的な木製パネルが含まれます。^[要出典]

壁や天井の外装仕上げには、合板や複合材の外装材、レンガや石の ベニア板、さまざまなスタッコ仕上げがよく使用されます。通常、間柱間の空洞は 40～60 cm (16～24 インチ) 間隔で配置され、グラスファイバーの詰め物や、火災防止や害虫駆除のためにホウ素添加物で処理された新聞紙のリサイクル材で作られたセルロース充填材などの断熱材で満たされます。^{[引用が必要]}

自然建築では、外壁と内壁の両方に、 わら俵、コブ、アドベが使用されることがあります。

建物の構造上、壁を斜めに横切る部分は T バーと呼ばれます。突風で壁が崩れるのを防ぎます。^{[引用が必要]}

加圧処理木材（グリーン処理木材）は、底板が外部の湿気にさらされる場合や、コンクリートと接触する場合に使用される木材の一種です。

屋根は通常、雨や雪を流すための傾斜面を提供するように建てられ、傾斜は 1:15 (水平スパンの直線フィートあたり 1 インチ未満) から 2:1 を超える急勾配まであります。主に傾斜壁の内側に建てられ、屋根としても機能する軽量フレーム構造はA フレームと呼ばれます。

北米では、屋根はアスファルト、グラスファイバー、小砂利でできた屋根板で覆われることが多いですが、さまざまな材料が使用されています。 ^[31]溶融タールは平らな屋根の防水によく使用されますが、新しい材料にはゴムや合成材料があります。鋼板は耐久性があるため、一部の地域で人気のある屋根材です。スレートやタイルの屋根は、軽量フレームの屋根によく使われる歴史的な屋根材です。

軽量フレーム工法では、ユニークな屋根のデザインを簡単に作ることができます。たとえば、寄棟屋根は、すべての側面が壁に向かって傾斜しており、隅から棟まで渡る寄棟垂木で結合されています。2 つの傾斜した屋根セクションが互いに向かって排水すると、谷が形成されます。ドーマーは、垂直の壁が屋根のラインを中断する小さな領域で、通常はメインの屋根セクションに対して直角の傾斜で上面が覆われています。切妻は、傾斜した屋根の縦方向のセクションが三角形の壁セクションを形成するように終了すると形成されます。クリアストーリーは、短い垂直の壁が別の屋根セクションに接続する場所で、屋根の傾斜に沿った中断によって形成されます。通常、水を流すために少なくとも名目上の傾斜を含む平らな屋根は、水を排出するための開口部 (排水口と呼ばれる) を備えた胸壁で囲まれていることがよくあります。傾斜したクリケットは、傾斜セクションの下部にある煙突の後ろなど、排水が悪い場所から水を流すために屋根に組み込まれます。

霜が降りる深さが浅い、またはまったくない地域の軽量フレームの建物は、多くの場合、床と建物の支持の両方の役割を果たすモノリシックなコンクリートスラブ基礎の上に建てられます。その他の軽量フレームの建物は、床下空間または地下室の上に建てられ、通常は流し込みコンクリートまたはコンクリートブロックで作られた基礎壁の間に木製またはスチール製の梁が渡されます。

床、天井、屋根の構造を形成するために、無垢材の代わりにエンジニアリングされたコンポーネントが一般的に使用されています。I形トラス(クローズド ウェブ トラス) は、多くの場合、積層木材 (ほとんどの場合、ポプラ材のチップ) で作られ、厚さ 1 cm (0.39 インチ) ほどのパネルに加工され、4 cm × 4 cm ( 2 x 2 ) 未満の水平積層材の間に接着され、最大 9 m (30 フィート) の距離に渡って使用されます。オープン ウェブ トラス ジョイストと垂木は、多くの場合、4 cm × 9 cm ( 2 x 4 ) の木材で形成され、床、屋根システム、天井仕上げを支えます。

プラットフォームフレーミングは伝統的に4階建てまでに制限されていましたが、一部の管轄区域では建築基準法を改正し、防火対策を追加することで最大6階建てまで許可しています。^[32]

• コンクリートフレーム
• フレーマ
• 軽量木造建築学校
• ログハウス
• 鉄骨
• シロアリシールド
• モザイク模様の屋根
• 木造

• カナダ住宅金融公社(2005)。カナダの木造住宅建設。ISBN 0-660-19535-6 。

• Lienhard, John H. (1993)。The Engines of Our Ingenuity。エピソード 779。NPR。KUHF - FM Houston。「バルーン フレーム ハウス」。
• カナダ木材協議会 – 木造建築設計ツール、ケーススタディ、参考資料
• 「木材ハンドブック」2007年3月15日アーカイブ、Wayback Machine  – エンジニアリング材料としての木材