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屋根（複数形：roofs、まれにrooves ）は、建物の最上部を覆うもので、建物の壁や支柱に支えるために必要なすべての材料と構造を含み、雨、雪、日光、極端な温度、風から保護します。[ 1 ]屋根は建物の外皮の一部です。
屋根の特性は、それが覆う建物の用途、利用可能な屋根材、地域の建築様式、そして建築設計や建築実務に関するより広範な概念によって決まり、また、地方または国の法律によって規制される場合もあります。ほとんどの国では、屋根は主に雨を防ぐ役割を果たします。ベランダの屋根は、日光を遮りながらも他の要素は通す素材で葺かれることがあります。温室の屋根は、植物を寒さ、風、雨から守りながら、光を取り込みます。
屋根は、例えば屋上庭園のように、追加の居住空間を提供することもできる。
古英語のhrof [ 2 ]「屋根、天井、頂上、頂上、天国、空」、比喩的に「何かの最高点」、ゲルマン祖語* khrofamに由来（オランダ語のroef「デッキハウス、小屋、棺の蓋」、中高ドイツ語のrof「ペントハウス」、古ノルド語のhrof 「ボート小屋」を参照）。ゲルマン語族以外に明らかな関連性はない。「英語だけがこの語を一般的な意味で保持しており、他の言語では古英語のþæc茅葺きに相当する形を使用している」[ 3 ]
屋根の設計における要素は以下のとおりです。
屋根材は、バナナの葉、麦わら、海草から、合わせガラス、銅（銅屋根を参照）、アルミ板、プレキャストコンクリートまで多岐にわたります。世界の多くの地域では、セラミック屋根瓦が数世紀、あるいは数千年にわたって主要な屋根材として使われてきました。その他の屋根材には、アスファルト、コールタールピッチ、EPDMゴム、ハイパロン、ポリウレタンフォーム、PVC、スレート、テフロン生地、TPO、木製シェイクやシングルなどがあります。
屋根の構造は、その支持方法、屋根下の空間の橋渡し方法、そして屋根に勾配があるかどうかによって決まります。勾配とは、屋根が最も低い位置から最も高い位置まで上昇する角度のことです。非常に乾燥した地域を除けば、アメリカの住宅建築のほとんどには傾斜屋根、つまり勾配のある屋根があります。排水管などの現代的な建築要素によって勾配の必要性がなくなる場合もありますが、屋根に勾配があるのは伝統と美観上の理由からです。したがって、勾配は部分的には様式的な要素に依存し、部分的には実用性に関係しています。
茅葺き屋根など、防水性と耐久性を確保するために急勾配が必要な屋根材もあります。一方、瓦葺きなどの屋根材は、急勾配の屋根では不安定ですが、比較的緩やかな傾斜であれば優れた耐候性を発揮します。降雨量の少ない地域では、わずかに雨水が流れ落ちるほぼ平らな屋根でも、時折の豪雨から十分な保護を提供します。また、雨樋を設置すれば、傾斜屋根は不要になります。
屋根工事を専門とする人を屋根職人と呼びます。
屋根の耐久性は重要な問題である。なぜなら、屋根は建物の中で修理や改修を行う際に最もアクセスしにくい部分であることが多く、その損傷や破壊は深刻な影響を及ぼす可能性があるからだ。
屋根の形状は地域によって大きく異なります。屋根の形状に影響を与える主な要因は、気候と屋根構造や外装に使用できる材料です。[ 4 ]
屋根の基本的な形状は、 平屋根、片流れ屋根、切妻屋根、マンサード屋根、寄棟屋根、蝶形屋根、アーチ型屋根、ドーム型屋根です。これらのタイプには多くのバリエーションがあります。傾斜した平らな部分で構成された屋根は、傾斜屋根と呼ばれます（一般的に角度が 10 度を超える場合）。[ 5 ]切妻屋根、寄棟屋根、片流れ屋根を含む傾斜屋根は、住宅の屋根の大部分を占めています。一部の屋根は、建築設計によるものか、茅葺きなどの柔軟な材料が建設に使用されているため、有機的な形状をしています。
屋根は、支持構造と外側の層、つまり最上層の防水層という2つの部分から構成されています。ごく一部の建物では、外側の層自体が自立構造になっています。
屋根構造は一般的に壁によって支えられているが、ジオデシック構造やAフレーム構造など、一部の建築様式では壁と屋根の区別が曖昧になっている。
屋根の支持構造は通常、木材などの丈夫で比較的剛性の高い素材でできた長くて長い梁で構成され、19世紀半ば以降は鋳鉄や鋼鉄も用いられるようになった。竹を多用する国々では、竹の柔軟性によって屋根に独特の曲線が生まれ、これは東洋建築の特徴となっている。
木材は、実に多様な屋根形状に対応できる。木造構造は、露出させたままにすることで、実用的な機能だけでなく、美観も兼ね備えることができる。
石のまぐさは先史時代から屋根を支えるために使われてきましたが、大きな距離を支えることはできません。石のアーチは古代ローマ時代に広く使われるようになり、様々な形で最大45メートル（140フィート）の空間を支えることができました。石のアーチまたはヴォールトは、リブの有無にかかわらず、約2000年にわたり主要な建築物の屋根構造を支配し、産業革命と、1851年に完成したパクストンのクリスタル・パレスのような建物の設計によって鉄骨梁に取って代わられるまで続きました。
鋼製桁の改良が継続的に進むにつれ、これらは大きな屋根の主要な構造支持部材となり、最終的には一般住宅にも用いられるようになった。桁のもう一つの形態は鉄筋コンクリート梁であり、これは金属棒をコンクリートで覆うことで、引張強度を高めている。
屋根の支持構造は、屋根デッキに見られるように、居住空間としても利用できます。屋根デッキとは、屋根構造内部の空間を何らかの部屋として利用したものです。
屋根のこの部分は、材料の入手状況によって大きく異なります。伝統的な建築では、屋根材として茅葺きなどの植物がよく用いられ、最も耐久性のあるものは海草で、おそらく40年ほど持ちます。多くのアジア諸国では、竹が支持構造と外層の両方に使用され、割った竹の茎を交互に重ねて敷き詰めます。木材が豊富な地域では、木製のこけら板やこけら板が使用され、国によっては特定の木の樹皮を厚く重いシート状に剥がして屋根材として使用することもあります。
20 世紀には、薄い 20 年シングルから最も厚い限定寿命シングルまで、さまざまな耐久性を持つ合成アスファルトシングルが製造されるようになりました。価格はシングルの厚さと耐久性によって異なります。シングルの層が摩耗すると、通常は下地材と屋根釘とともに剥がされ、新しい層を設置できるようになります。別の方法として、摩耗した層の上に直接別の層を設置する方法があります。この方法はより迅速ですが、屋根下地を検査したり、摩耗したシングルに関連することが多い水害を修理したりすることができません。新しい層の下に複数の古いシングルの層があると、屋根釘が下地から離れた位置になり、釘の保持力が弱くなります。この方法の最大の懸念は、追加の材料の重量が屋根構造の自重容量を超え、崩壊を引き起こす可能性があることです。このため、国際建築基準を採用している地域では、あらゆる種類の屋根材が 2 層以上使用されている既存の屋根の上に新しい屋根を設置することを禁止しています。新しい屋根を設置する前に、既存の屋根材を撤去する必要があります。[ 6 ]
スレートは理想的で耐久性のある素材であり、スイスアルプスでは数インチの厚さの巨大な石板で屋根が作られています。スレート屋根はしばしば最高の屋根材と考えられています。スレート屋根は75年から150年、あるいはそれ以上もつことがあります。しかし、スレート屋根の設置は費用がかかることが多く、例えば米国では、スレート屋根の費用が家の他の部分と同じくらいになることもあります。スレート屋根で最初に問題になるのは固定釘であることが多く、釘が腐食してスレートがずれてしまいます。英国では、この状態は「釘の病気」として知られています。この問題のため、ステンレス鋼または銅製の固定釘が推奨されており、これらも風雨から保護する必要があります。[ 7 ]
アスベストは、通常は接着された波形パネルとして、20世紀には安価で不燃性、そして優れた断熱性を備えた屋根材として広く使用されていました。しかし、アスベスト製品の採掘と取り扱いに伴う健康問題や法的問題のため、現在では新しい屋根材としては使用されていません。とはいえ、特に南米やアジアでは、アスベスト屋根が今もなお数多く残っています。
刈り取った芝で作られた屋根（現代ではグリーンルーフ、伝統的なものはソッドルーフと呼ばれる）は断熱性に優れており、地球を「緑化」する方法としてますます推奨されている。土壌と植生は生きた断熱材として機能し、建物の温度を調節する。[ 8 ]アドベ屋根は、粘土に藁や動物の毛などの結合材を混ぜ、下地材に漆喰を塗って平らな屋根または緩やかな傾斜の屋根を形成したもので、通常は降雨量の少ない地域で用いられる。
粘土が豊富な地域では、焼き瓦が屋根の主要な形態でした。屋根瓦の鋳造と焼成は、しばしばレンガ工場と関連付けられる産業です。かつては地域ごとに特徴的な形や色の瓦がありましたが、現在では購入者の好みや予算に合わせて、さまざまな形や色の瓦が商業的に生産されています。コンクリート製の屋根瓦も一般的な選択肢であり、さまざまなスタイルや形状のものが入手可能です。
銅や鉛といった板金も、何百年もの間使用されてきました。どちらも高価ですが耐久性があり、シャルトル大聖堂の広大な銅製の屋根は、数百年もの間、酸化して淡い緑色に変色しています。教会の屋根に使われることもある鉛は、一般的には住宅の屋根、特にスレート屋根の谷間や煙突周りの防水材として使われていました。銅も同じ目的で使用されていました。
19世紀には、錆びにくさを向上させるために亜鉛メッキされた鉄が、軽量で輸送しやすく防水性のある材料として登場しました。その低コストと施工の容易さから、世界中で最も入手しやすい商業用屋根材となりました。それ以来、多くの種類の金属屋根が開発されてきました。鋼板葺きや立ちはぜ葺きの屋根は、設置方法と使用する防湿層（下地材）にもよりますが、約50年以上持ち、コストは瓦葺きとスレート葺きの中間です。20世紀には、アスファルト（すでに数世紀前から使用されていた）、ゴム、熱可塑性樹脂やグラスファイバーなどのさまざまな合成樹脂をベースにした屋根材など、多数の屋根材が開発されました。
屋根構造には複数の機能があります。以下の機能の全部または一部を提供する場合があります。 1. 水を排出する、つまり屋根表面に水が溜まらないようにする。屋根表面に水が溜まると、屋根構造にかかる荷重が増加し、安全上の問題となります。また、水が溜まると、ほとんどの屋根材の早期劣化の原因となります。一部の屋根材メーカーの保証は、水が溜まっているために無効になります。 2. 雨、風、日差し、熱、雪などの気象要素の影響から建物の内部を保護する。 3. 断熱を提供する。現代の商業/産業用屋根構造のほとんどは、断熱ボードまたはバット断熱材を使用しています。ほとんどの場合、国際建築基準および国際住宅基準は、屋根構造に必要な最小R値を定めています。 4. 期待される耐用年数にわたって機能する。すべての標準的な屋根材には、経験的証拠に基づいて、それぞれの寿命に関する実績があります。適切な継続的なメンテナンスが行われ、暴風雨による被害がなければ、ほとんどの屋根材はメーカーの保証期間が過ぎても長持ちします。金属屋根やタイル屋根は50年以上持つことがあります。アスファルトシングルは30～50年持つことがあります。コールタール積層屋根は40年以上持つことがあります。単層屋根は20年以上持つことがあります。 5. 望ましい、傷のない外観を提供します。屋根の中には、上記の機能だけでなく、壁の被覆材と同様に美観のために選ばれるものもあります。魅力的な外観と「外観の魅力」のために、特定のシステムには高額な料金が支払われることがよくあります。
屋根の目的は、人々とその持ち物を気候の要素から守ることであるため、屋根の断熱性は、その構造や屋根材の選択において考慮すべき事項となる。
屋根材の中には、特に茅葺きなどの天然繊維素材のものなど、優れた断熱性を持つものがあります。そうでない場合は、外層の下に断熱材を追加することがよくあります。先進国では、ほとんどの住宅に屋根の構造部材の下に天井が設置されています。天井の目的は、熱や寒さ、騒音、汚れ、そして多くの場合、屋根を巣作りの場所として選ぶ鳥の糞やシラミから室内を遮断することです。
コンクリート瓦は断熱材として使用できます。瓦と屋根面の間に隙間を設けて設置すると、太陽光による熱の侵入を軽減できます。
断熱材の形態としては、タイルやその他の材料の真下に直接設置されるフェルトやプラスチックシート（反射面を持つ場合もある）、天井の上に敷かれる合成フォームバッティング、屋根の空洞に挿入または吹き付けられる再生紙製品などの材料がある。クールルーフはますます人気が高まっており、[ 9 ]場合によっては地方条例で義務付けられている。クールルーフは、高い反射率と高い熱放射率の両方を備えた屋根と定義されている。[ 9 ]
断熱や換気が不十分な屋根は、寒冷時に軒先周辺に氷のダムが形成されるなどの問題が発生することがあります。これは、屋根上部の雪解け水が屋根材に浸透する原因となります。氷のダムは、屋根の最上部から熱が逃げ、その部分の雪が溶けて屋根板に沿って滴り落ち、再び凍結して下部に氷となって溜まることで発生します。これにより、応力による構造的な損傷、ひび割れや排水システムの破損などが起こる可能性があります。
ほとんどの屋根の主な役割は、水の侵入を防ぐことです。屋根の広い表面積は大量の水をはじきますが、水が損傷や不便を引き起こさないように、適切な方法で排水する必要があります。
土壁の住居の平屋根は、一般的に非常に緩やかな傾斜を持っています。中東の国々では、屋根がレクリエーションの場として利用されることもあるため、屋根に壁が設けられることが多く、水が溜まったり、多孔質の屋根材を通して浸み込んだりするのを防ぐために、排水口が設けられなければなりません。
平屋根は排水の問題を起こしやすいが、設計や表面処理が不十分な傾斜屋根も同様の問題に直面する可能性がある。[ 10 ]屋根に水が溜まるとカビが発生し、建物の構造と居住者の健康の両方に大きな損害を与える。排水の問題を修復する費用は、カビによる被害を修復する費用よりもはるかに少ない。[ 11 ]
同様の問題は、規模ははるかに大きいものの、平屋根を持つことが多い現代の商業施設の建設業者にも見られる。こうした屋根は非常に大きいため、外装材には高い防水性を持つ素材を使用することが不可欠である。ほとんどの工業用および商業用建築物は、勾配の緩やかな従来型の屋根を採用している。
一般的に、屋根の勾配は降水量に比例します。降水量の少ない地域の家屋は勾配が緩やかな屋根を持つことが多く、降水量と積雪量が多い地域の家屋は勾配が急です。例えば、パプアニューギニアのロングハウスは屋根が建築の中心であり、高い屋根は地面近くまで伸びています。ドイツやオランダの高い勾配の急な屋根は、積雪地帯でよく見られます。アメリカ合衆国ニューヨーク州バッファローやカナダ・ケベック州モントリオールなど、北米の一部地域では、最低勾配が12分の6（1:2、勾配30°）と定められています。
この傾向とは対照的な地域的な建築様式もあり、アルプスのシャレーの石造りの屋根は通常、傾斜が緩やかです。これらの建物には大量の雪が積もりやすく、それが断熱効果を高める要因と考えられています。屋根の勾配は、使用可能な屋根材によって部分的に決まり、12分の3（1:4）以上の勾配の屋根は、一般的にアスファルトシングル、木製シェイク、波形鋼板、スレート、またはタイルで覆われます。
豪雨時に屋根から流れ落ちる雨水は、屋根が保護する建物に損傷を与える可能性があります。雨水が壁を伝って流れ落ちると、モルタルやパネルに浸透する可能性があります。また、基礎の周りに溜まると、内部への浸水、湿気の上昇、または乾腐を引き起こす可能性があります。そのため、ほとんどの建物には、屋根からの雨水の大部分から建物の壁を保護するシステムが設けられています。この目的のために、軒の張り出しがよく用いられます。現代の屋根の多く、そして多くの古い屋根には、谷樋、雨どい、排水管、排水ヘッド、排水管などのシステムがあり、建物の周囲から雨水を排出します。世界の多くの地域では、屋根からの雨水を集めて貯水し、生活用水として利用しています。
積雪量の多い地域では、金属屋根が有利です。なぜなら、金属屋根の表面は滑らかで、雪の重みをより容易に落とし、木製シングルやコンクリートタイル屋根よりも風の力に強く耐えることができるからです。
最新のシステムには、屋根を覆うだけでなく発電も行うソーラー瓦があります。 [ 12 ]また、温水[ 13 ]や温風を生成し、屋根材としても機能するソーラーシステムもあります。一部のシステムはヒートポンプの動力源としても利用できます。[ 14 ]より複雑なシステムでは、発電、熱エネルギーの回収、屋根材としての機能など、これらの機能をすべて実行できます。
太陽光発電システムは、以下の方法で屋根に組み込むことができます。
