Loading article…
建築におけるフレーミングとは、構造物、特に建物に支持と形状を与えるために部材を組み立てることです。[ 1 ]フレーミング材は通常、木材、集成材、または構造用鋼です。フレーミング構造の代替として、一般的にマスウォール構造と呼ばれるものがあり、これはログハウス、石積み、版築土、日干しレンガなどの材料を水平方向に積み重ねた層をフレーミングなしで使用します。
建物の骨組みは大きく 2 つのカテゴリに分けられます。[ 2 ]木造骨組み、柱構造骨組み、鉄骨構造のように垂直支持が少なく重い場合は、重骨組み構造 (重骨組み) に、バルーン、プラットフォーム、軽量鉄骨構造、プレハブ構造のように支持が多く小さい場合は、軽量骨組み構造 (軽量骨組み) に分けられます。標準化された寸法の木材を使用した軽量骨組み構造は、その経済性から北米とオーストラリアで主流の建設方法となっています。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面積を囲むことができ、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（合板や、壁面の一部または全体を形成するために使用される配向性ストランドボード（OSB）などの合板類似複合材）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品であり、壁内風ブレースは多くの自治体の建築基準法、または米国の各州の法律で義務付けられています。建物が地震工学および風工学の要件を満たすのに役立つ特殊なフレームせん断壁がますます一般的になっています。
歴史的に、人々は自然な形状の木製の柱を組み合わせて骨組みを作り、その後、ジョイントを使って木材をつなぎ始めました。これは今日では伝統的な木造軸組工法またはログフレーミング工法と呼ばれています。米国では、1830年代から木造軸組工法はバルーンフレーミング工法に取って代わられました。バルーンフレーミング工法では、柱と呼ばれる少数の重い支持部材ではなく、スタッドと呼ばれる多数の軽量の壁部材を使用します。バルーンフレーミングの部材は、ジョイントを使用して取り付けるのではなく、釘で接合されます。バルーンフレームのスタッドは、土台からプレートまで2階分伸びています。プラットフォームフレーミング工法はバルーンフレーミング工法に取って代わり、今日では標準的な木造軸組工法となっています。この名前は、各階が別々のユニットまたはプラットフォームとしてフレーミングされることに由来しています。工場で製造された壁や床の使用は、時間とコストの節約のため人気が高まっています。（プレハブ工法）壁は通常、工場で製造され、さまざまな現場に出荷されます。この骨組み工法によって、現場での骨組み作業のスピードが向上した。
20世紀以前のスカンジナビアでは、木材が豊富にあり、安価な労働力も豊富で、丸太の断熱性が優れていたため、木造軸組工法はほとんど使われていませんでした。そのため、木造軸組工法は当初、農場の建物、付属建物、別荘などの暖房設備のない建物に使われていましたが、住宅に使われるようになったのは壁の断熱技術が発達してからでした。[ 3 ]
住宅建設における壁の骨組みには、耐力壁と非耐力壁の両方の外壁と内壁の垂直部材と水平部材が含まれます。スタッド、壁板、まぐさ（ヘッダーと呼ばれることもあります）と呼ばれるこれらの棒状部材は、すべての被覆材の釘打ち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、または上の階の天井と床の根太である場合があります。 [ 4 ]建築業界では、この技術は、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、またはスティックアンドボックスなどと呼ばれています。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、長さのある柱とまぐさ（より一般的にはヘッダーと呼ばれる）内に根太が収まる箱型の床部分が、その上にあるもの、つまり次の壁と最上階の上の屋根の重量を支えるためです。プラットフォームはまた、風に対する横方向の支持を提供し、スティック壁を正確かつ直角に保ちます。下部のプラットフォームは、その構成要素であるヘッダーとジョイストの高さより上のプラットフォームと壁の重量を支える。
一部の国では、構造用木材は等級スタンプと含水率19％以下という規制基準の対象となっている。 [ 5 ]
家を建てる際に歴史的に一般的に用いられてきた方法は4つあります。
壁の下地材（通常は合板またはその他の積層材）は、通常、組み立て前に骨組みに取り付けられるため、足場を組む必要がなくなり、作業速度が向上し、必要な人員と費用が削減されます。アスファルト含浸繊維板、合板、配向性ストランドボード、ウェハーボードなどの一部の外装下地材は、横方向の荷重に耐え、壁を直角に保つための十分な補強を提供します（ほとんどの管轄区域の建築基準では、硬い合板の下地材が要求されています）。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、ポリウレタンボードなどの他のものは、そうではありません。[ 4 ]後者の場合、壁は、スタッドに埋め込まれた斜めの木製または金属製の補強材で補強する必要があります。[ 11 ]強風に見舞われる地域（ハリケーン地帯、竜巻地帯）では、一般的に、耐候性のある外装材の種類や種類に関わらず、斜めの風よけと頑丈な外装材の両方が地方条例または州法で義務付けられています。
最後に、壁の外側の外装材は、風雨から保護するため、また装飾的な理由から、通常はサイディング材で覆われます。
少なくとも3本のスタッドで構成された複数スタッド柱は、一般的に外壁の角や交差部で使用され、隣接する壁間の良好な連結を確保します。これにより、内装仕上げ材や外装下地材の釘打ちサポートが提供されます。ただし、角や交差部は少なくとも2本のスタッドでフレーミングする必要があります。[ 12 ]
天井の端を支える釘打ちは、間仕切りが天井根太と平行に走る壁と天井の接合部で必要となる。この材料は一般的にデッドウッドまたはバッキングと呼ばれる。[ 13 ]
住宅建設における壁の骨組みには、外壁と内壁の垂直部材と水平部材が含まれます。これらの部材は、間柱、壁板、まぐさなどと呼ばれ、すべての被覆材の釘打ちベースとして機能し、上階、天井、屋根を支えます。[ 4 ]
外壁スタッドは、壁の外装材や被覆材が取り付けられる垂直部材です。[ 14 ]これらは底板または基礎敷居で支えられ、さらに上部プレートを支えます。スタッドは通常、1 + 1/2インチ× 3 + 1/2インチ（38 mm × 89 mm）または1 + 1/2インチ× 5 + 1/2インチ（38 mm × 140 mm）の木材で構成され、一般的には中心間隔16インチ（410 mm）で配置されます。この間隔は、荷重と使用する壁被覆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12インチまたは24インチ（300 mmまたは610 mm）に変更される場合があります。より幅の広い1 + 1/2インチ× 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 + 1/2インチのスタッドスペース内に収まる以上の断熱材は、1 + 1/2 インチ×1 + 1/2インチの水平下地材の間に硬質または半硬質の断熱材やバットを挟む、あるいはスタッドの外側に硬質または半硬質の断熱材を張るなど、他の方法でも提供できます。スタッドは、スタッドと同じ幅の1 + 1/2インチの木材で作られた水平な上部および下部の壁板に取り付けられます。 [ 5 ]
床、天井、または屋根の荷重を支える内部間仕切りは耐力壁と呼ばれ、それ以外は非耐力壁または単に間仕切りと呼ばれます。内部耐力壁は、外壁と同じ方法で組まれます。間柱は通常、1 + 1 ⁄ 2インチ × 3 + 1 ⁄ 2インチ (38 mm × 89 mm)の木材で、中心間隔は16インチ (410 mm)です。この間隔は、支える荷重と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)に変更される場合があります。[ 12 ]
間仕切りは、使用する壁仕上げ材の種類と厚さに応じて、1 + 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16 インチ (410 mm) または 24インチ (610 mm)の間隔で配置して構築できます。間仕切りにスイングドアがない場合は、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)の間隔で配置し、スタッドの幅の広い面を壁に平行にすることがあります。これは通常、スペースを節約するために、クローゼットや食器棚を囲む間仕切りでのみ行われます。間仕切りで支える垂直荷重がないため、ドア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、間柱と同じ幅の1 + 1/2インチ( 38 mm )の木材 1 枚で橋渡しすることができます。これらの部材は、壁仕上げ材、ドア枠、およびトリムの釘打ち支持を提供します。[ 12 ]
まぐさ（またはヘッダー）は、窓、ドア、その他の開口部の上に設置され、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本を 釘で留めて1つのユニットに組み立てます。まぐさは主にスペーサーなしで釘で留めて頑丈な梁を形成し、残りの空洞に内側から断熱材を充填できるようにします。好ましいスペーサー材は硬質断熱材です。[ 14 ]まぐさの深さは、開口部の幅と支え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、仮設のブレースを追加し、底板を床下を通して床の骨組み部材に釘で固定します。ブレースは、垂直方向に大きな寸法を持ち、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垂直になったら、角と交差部で釘で固定します。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を配置することがよくあります。[ 11 ]
次に、下のプレートの継ぎ目から少なくともスタッド1つ分離れた継ぎ目を持つ2枚目の上部プレートを追加します。この2枚目の上部プレートは通常、コーナーと間仕切りの交差部分で最初のプレートに重ねられ、所定の位置に釘で固定されると、フレーム壁に追加の連結部を提供します。2枚目の上部プレートがコーナーと間仕切りの交差部分ですぐ下のプレートに重ねられない場合は、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）の亜鉛メッキ鋼板を、各壁に少なくとも3本の2 + 1/2インチ（64 mm）の釘で釘打ちして連結することができます。[ 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構造です。胴縁、隅柱、ブレースを引き続き使用することで定義されます。部材はほぞ穴、ほぞ継ぎ、木釘で固定され、スタッドは胴縁と土台に釘で打ち付けられます。[ 8 ]製材所の早期導入（ニューハンプシャーでは1635年頃）により[ 15 ] 、 1637年にはすでに北米北東部のイギリス植民地の木造フレームでは、より重い隅の間に軽いスタッドが使用されていました。ノーマン・イシャムは、「時には、中間フレームなしで、土台、横木、胴縁に垂直の板を張ってフレームを覆うこともあったが、より多くの家では、より重い木材の間の空間は、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」と書いた。[ 16 ] 19世紀初頭の釘製造業の成長により、フレームの組み立てはさらに速くなり、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1万本の釘を生産できる機械を発明した。[ 15 ]
ニューイングランド地方の3階建ての建物は、一般的にこの工法で建てられており、当時の建築許可証には「ほぞ継ぎ構造」と記載されている。
その使用は1940年代までアメリカ北東部で続き、[ 9 ]徐々にプラットフォームフレームに置き換えられていった。
バルーンフレーミングは、スカンジナビア、カナダ、アメリカ合衆国（1950年代半ばまで）、イギリスのノーフォークにあるセトフォード森林周辺など、針葉樹林が豊富な地域で主に使われている木造建築の方法です。その名前は、フランス語で水平足場の支柱を意味する「maison en boulin」[ 17 ]という、ミズーリ州のフランス系建築様式に由来しています。19世紀には「シカゴ建築」とも呼ばれていました。[ 18 ]
バルーンフレーミングは、土台から上部プレートまで伸びる長い連続した構造部材（壁スタッド）を使用し、中間の床構造をそれらに挿入して釘で固定します。[ 19 ] [ 20 ] 窓台、ヘッダー、次の階の高さは、ストーリーポールを使用してスタッドにマークされます。長い木材が豊富にあった時代には人気があった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ほぼ取って代わられました。
バルーンフレーミングを米国に導入した人物は定かではない。ミズーリ州セントジュヌヴィエーヴの19世紀初頭の建物がバルーンフレームの先駆けである可能性がある。[ 17 ]バルーンフレーミングを明確に使用した最初の建物は、1832年にシカゴでジョージ・ワシントン・スノーまたはオーガスティン・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 ]両者ともニューイングランドからシカゴにやって来たが、ニューイングランドでは軽量のフレーミング材の使用がすでに一般的であった。[ 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年代の帰属と、ATアンドレアスの1885年のシカゴの歴史を引用し、スノーを「バルーンフレーム工法の発明者」としている。[ 22 ] [ 23 ] 1833年、テイラーはバルーンフレーミング工法を使用して、シカゴで最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、 1871年のシカゴ大火で焼失するまでに何度も移築と再建が繰り返された。[ 24 ]
1830年代、ソロン・ロビンソンは、後に建築業者によって「バルーンフレーミング」と呼ばれることになる革新的な新しいフレーミング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、丈夫で軽量な骨組みを作ることを推奨しています。建築業者はこの技術の採用に消極的でしたが、1880年代までには、何らかの形で2×4材を使ったフレーミングが標準となりました。[ 25 ]
19世紀のアメリカでは木材は豊富だったが、熟練労働者は不足していた。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、柱梁構造に必要な蟻継ぎやほぞ穴、ほぞ継ぎといった高度な技術を持つ大工を必要としなかったためである。こうして初めて、農民は時間のかかる学習期間を経ることなく、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諸州に普及したと言われている。それがなければ、西部のブームタウンが一夜にして繁栄することはなかっただろう。[ 27 ]しかし、バルーンフレーミングには非常に長い柱が必要であり、1920年代に背の高い木が枯渇すると、プラットフォームフレーミングが普及した。[ 28 ]
バルーンフレーム構造は、古いバルーンフレーム構造の建物の多くに開口部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方向に広がる可能性があるため、消火活動において課題となる。床フレームと壁フレームの空洞が相互に繋がっているため、火災は構造全体に急速に広がる可能性がある。バルーンフレーム構造の建物の多くは、防火ブロックを義務付ける建築基準が導入される以前に建てられたものであり、火災は数分で地下室から屋根裏に広がる可能性がある。[ 29 ]
プラットフォームフレーミングとバルーンフレーミングの主な違いは、床線にあります。バルーン壁のスタッドは、1階の敷居から2階の最上部プレートまたは端垂木まで伸びています。一方、プラットフォームフレーミングの壁は、各階ごとに独立しています。[ 30 ]
軽量フレーム材は、木材または角形鋼管、またはCチャンネルが一般的です。木材は通常、釘留め具、釘、またはねじで接合され、鋼材はなべ頭フレームねじ、またはナットとボルトで接合されます。線状構造部材には、スプルース、パイン、ファーなどの針葉樹が好まれます。軽量フレーム材の寸法は、断面で38 x 89 mm (1.5 x 3.5インチ) (寸法番号 2 x 4) から 5 cm x 30 cm (2 x 12 インチ) まで、長さは壁で2.5 メートル (8.2フィート)から根太や垂木で7 メートル (23フィート)以上までです。最近では、現場での建設コストを削減するために、プレカットされたモジュール式アルミニウムフレームの実験が建築家によって行われています。
スタッドで構成された壁パネルは、ドアや窓の開口部となる部分によって分断されています。開口部は通常、上部の構造物の重量を支えるヘッダーまたはまぐさによって支えられています。ヘッダーは通常、トリマー（ジャックとも呼ばれる）の上に載せられるように設計されています。窓の周囲は、窓の下の敷居と、その領域を土台から敷居まで、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の土台まで渡る短いスタッドであるクリップルによって区切られています。木材または鋼鉄製の斜めブレースは、スタッド、敷居、ヘッダーに釘で固定された板材パネルと同様に、せん断力（水平方向の強度）を提供します。
壁部材は通常、床構造に固定される底板と、壁同士を連結し、壁上部の構造を支える1枚または2枚の上部板から構成されます。木造または鉄骨造の床フレームは通常、床根太システムの周囲にリムジョイストを備え、また、スパンの中央付近に横方向の座屈を防ぐためにブリッジ材が設けられることがよくあります。2階建ての建物では、階段室のために床システムに開口部が設けられ、階段の蹴上げ板と踏板は、傾斜した階段桁に切り込まれた直角の面に取り付けられることがほとんどです。
軽量木造建築における内装壁材としては、一般的に壁板、ラスと石膏、または装飾的な木製パネルなどが挙げられる。
壁や天井の外装仕上げには、合板や複合材の外装材、レンガや石の化粧板、様々なスタッコ仕上げなどがよく用いられます。間柱間の空洞は通常40～60cm間隔で配置され、グラスファイバー断熱材や、防火・害虫駆除のためにホウ素を添加した再生新聞紙で作られたセルロース充填材などの断熱材が充填されます。
自然建築では、藁の束、土壁、日干しレンガなどが外壁と内壁の両方に使用されることがある。
建物の構造において、壁を斜めに横切る部分をTバーと呼びます。これは、突風による壁の倒壊を防ぐ役割を果たします。
底板が外部の湿気にさらされる場合、コンクリートに接している場合でも、防腐処理された木材が使用されます。
屋根は通常、雨や雪を流すための傾斜面として作られ、その傾斜は1:15（水平スパン1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様々です。傾斜壁の内側に主に構築され、その壁が屋根の役割も果たす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、小粒砂利で作られたシングルで覆われることが多いが、さまざまな材料が使用されている。 [ 31 ]平らな屋根の防水には溶融タールがよく使用されるが、新しい材料にはゴムや合成材料がある。スチールパネルは耐久性があるため、一部の地域では屋根材として人気がある。スレートやタイル屋根は、軽量フレーム屋根のより歴史的な屋根材である。
軽量フレーム工法では、独特な屋根デザインを容易に構築できます。例えば、寄棟屋根は四方の壁に向かって傾斜し、隅から棟まで伸びる隅木で接合されます。谷は、2つの傾斜した屋根部分が互いに排水されるときに形成されます。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、通常は主屋根部分に対して直角に傾斜した壁で覆われています。切妻は、傾斜した屋根の長手方向の部分が三角形の壁部分を形成するときに形成されます。高窓は、屋根の傾斜に沿って中断され、短い垂直の壁が別の屋根部分に接続することによって形成されます。平屋根は通常、水を流すために少なくとも名目上の傾斜があり、多くの場合、排水口（スカッパーと呼ばれる）のあるパラペット壁で囲まれています。傾斜したクリケットは、傾斜部分の下部にある煙突の後ろなど、排水の悪い場所から水を遠ざけるために屋根に組み込まれています。
凍結深度が浅い、あるいは凍結しない地域では、軽量木造建築物は、床と構造体の支持を兼ねる一体型のコンクリートスラブ基礎の上に建てられることが多い。その他の軽量木造建築物は、床下空間や地下室の上に建てられ、基礎壁（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構築）の間には、木材または鋼製の梁が渡される。
構造部材は、無垢材の代わりに床、天井、屋根の構造を形成するためによく使用されます。I型ジョイスト（クローズドウェブトラス）は、多くの場合、厚さ1cm （0.39インチ）ほどの薄さのポプラ材のチップを、 4cm×4cm （ツーバイツー）以下の水平に積層された部材の間に接着して作られ、最大9m （30フィート）の距離を支えます。オープンウェブトラスのジョイストと垂木は、床、屋根システム、天井仕上げを支えるために、4cm ×9cm （ツーバイフォー）の木材部材で構成されることがよくあります。
プラットフォーム構造は従来4階建てまでとされていましたが、一部の地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階建てまで可能になっています。[ 32 ]
{{cite book}}ISBN /日付の不一致（ヘルプ）