屋根の垂木の計算方法：垂木の長さ、断面、荷重の決定

垂木を決定することは、屋根の施工において重要なステップである。. 屋根の構造は、垂木梁によって支えられている。垂木梁は、重量を壁に移動させる角度のついた梁である。. 屋根を安定させ、長持ちさせるには、垂木の長さ、断面、荷重を適切に決定しなければならない。.

垂木の長さを決めるのは、屋根の勾配と壁と壁の間の距離です。. 屋根勾配の角度（ピッチ）によって、垂木の傾斜角度が決まります。. 勾配が急な場合、屋根の頂上から軒先まで垂木が届くよう、長い垂木が必要になります。. 垂木に必要な水平距離は、壁の間隔によって決まります。. 建築のプロは、以下の寸法を正確に測定することで、垂木をぴったりとフィットする長さに正確にカットすることができます。.

断面」とは とは、垂木の実際の寸法と形状を表す言葉である。. 多くの垂木の断面は三角形で、頂点が最も狭く、刃の部分が太い。. 環境条件、地域の建築基準法、屋根材（帯状疱疹や瓦）の重量はすべて、断面の強度とサイズに影響します。. スチール、木材、エンジニアード・ランバーなどの建築材料は、予想される荷重の下で座屈やたるみのない断面を選択するために使用される.

垂木にかかる荷重を計算する際には、カバー、断熱材、雪や風などの追加荷重を含む屋根構造の重量を考慮する必要があります。. この計算により、垂木が長期にわたってすべての重量を確実に支えられることが保証されます。. 垂木が負担しなければならない総荷重は、場所（地域によって積雪荷重に対する要件が異なる）、屋根の形状、屋根の向き（風荷重に影響）など、さまざまな要因によって異なります。.

屋根を建てる際に垂木の計算方法を知っておくことは、構造の完全性と安全性の両方を保証するために非常に重要です。. そのためには、垂木の適切な長さと断面を把握し、支える重量を見積もる必要があります。. このような計算に習熟することで、建築業者は住宅、商業施設、工業施設など、構造物固有の要件を満たす屋根を効果的に作ることができ、また外部からの影響にも耐えることができる。."

垂木フレームの計算方法

いくつかの重要な役割を果たす勾配屋根は、垂木システムによって構成され、強度特性が決まります。. これは建築アンサンブルの重要な一部であり、責任ある囲い込みデザインである。. その結果、垂木脚の計算と設計は、エラーや欠陥をなくすように努めなければなりません。.

通常、設計開発では複数の選択肢を考慮し、最適なものを選びます。. 最良の選択肢を選ぶには、特定の数のプロジェクトを作成し、それぞれについて正確な計算を行った上で、唯一無二のものを選ぶ必要はありません。.

設計形式とそれを構成する材料のサイズを綿密に選択することは、垂木の長さ、取り付け勾配、断面を決定するプロセスそのものである。.

例えば、垂木の耐力を求める計算式では、まず材料の価格から最適な材料の断面パラメータを導入する。. さらに、技術的な要件を満たさない場合は、適合する最高レベルに達するまで材木のサイズを調整する。.

傾斜角探索法

竪穴式構造物の傾斜角度を決定する際に考慮すべき技術的、建築的要素がある。. 建物のスタイルに沿った均整のとれた配置とは別に、理想的な解決策を検討する必要がある：

• 積雪量指標. 降水量の多い地域では、屋根の傾斜角度は45度以上である。. このような急勾配の斜面では積雪が遅れないため、屋根、止まり木、建築物全般への総荷重が大幅に軽減される。.
• 風荷重の特性. 強風が吹き荒れる地域、沿岸部、草原地帯、山岳地帯では、流線型の低散乱構造物を建設する。. 傾斜の急さは通常30°を超えない。. さらに、風によって屋根に雪が堆積するのを防ぐ。.
• 屋根の質量と種類. 重量が大きく、屋根の要素が大きいほど、垂木フレームをかっこよく作る必要がある. そのため、継ぎ目からの雨漏りの可能性を減らし、屋根の水平投影の単位あたりの塗膜の比重を小さくする必要がある.

理想的な垂木の傾斜角度を決定するには、前述の仕様をすべて考慮しなければならない。. 将来の屋根の急勾配は、屋根材の技術仕様と、その地域の建設に選択された屋根材の気候の両方を遵守しなければならない。.

垂木の脚の傾斜角度が大きくなるにつれて、消費される材料の量が増加することを、北部の穏やかな地域の不動産所有者が念頭に置くべきであることは事実である. 60度から65度より急な屋根を葺き、配置する場合のコストは約1になる。.45度の角度で建造物を建てる場合よりも5倍高い.

節約のために、風が強く頻繁に吹く場所で勾配を極端に低くするのは得策ではない. 過度に柔らかい屋根は建築的見栄えが悪く、必ずしもコスト削減につながらない。. このような状況では、通常、断熱層が必要となり、経済的な期待に反して建築コストが上がる.

垂木の勾配は度、パーセンテージ、または棟木の取り付け高さを半分の飛距離で割った無次元単位で表すことができる。. 傾斜の勾配と天井のラインは、度単位で定義される角度を形成することが明らかである. 利点を理解するのが非常に複雑なため、使用されることはほとんどない。.

無次元単位は、垂木の脚の傾斜角度を示すために、低層建築の設計者や施工者に最も広く使われている方法です。. 屋根の高さとスパンの長さの関係を表します。. 将来のペディメント壁の中心を施設に設置し、スケートの高さを示すマーカー付きの垂直レールを設置することは、スロープの端の角を切り落とすよりも簡単な作業です。.

垂木の脚の長さの計算

システムの傾斜角度を決めたら、垂木の長さを計算する。. これらの値のいずれかを正確な値tの量に結びつけることはできない。.には. 垂木の急勾配と脚の長さは、荷重計算の過程で多少変わる可能性があります。.

垂木の長さの計算に影響を与える主な要因は、コーニス屋根の張り出しの種類である。

1. 垂木の脚の外縁は、壁の外表面と同じ高さにカットします。. この場合、垂木は降水から構造体を保護するコーニスの張り出しを形成しない。. 壁を保護するため、コーニスボードで端縁に釘打ちした垂木に水切りを取り付ける。.
2. 垂木の壁とのラップカットは、コーニスの張り出しの形成のためにフィリーで積み上げる. 垂木のフレームを作った後に、釘で垂木にマールを取り付ける。.
3. 垂木はまず、コーニスの張り出しの長さを切ります。. 垂木の脚の下側のセグメントでは、角の形をしたカットが選択されます。. ローラーを形成するため、垂木は下端からコーニスの幅まで後退させる. 垂木脚の支持面積を増やしたり、支持節を設置するためにカットが必要です。.

垂木の脚の長さを決める際には、ログハウスの上部クラウン、通路、マウアラットに屋根フレームを取り付けるオプションを考慮することが重要です。. この計算は、垂木の上部リブの長さに沿って、歯の大きさを考慮しながら行います。.

長さは垂木の上部リブに加え、コーニスの撤去を考慮して垂木の脚をカットした場合のはみ出し部分を考慮して決めます。. 三角トラッシュの使用は垂木フレームの施工を大幅に早めますが、システムの構成部材を劣化させることにも留意してください。. その結果、0.8 が適用されます。.

標準55cmは、コーニス撤去の平均幅である。. それにもかかわらず、分散は10から70またはそれ以上に及ぶ可能性があります。. コーニス撤去の水平面への投影が計算に使用される.

メーカーが推奨する最大値は、材料の強度特性によって異なります。. 例えば、屋根の張り出しに沿って積もった雪の塊がコーニスの縁を傷つけるのを防ぐため、シフターのメーカーは屋根を壁の裏側に10cm以上の距離で配置することを推奨していない。.

急勾配の屋根に大きなオーバーハングがあるのは典型的な例ではなく、どのような材料であっても、コーニスが屋根の幅を35～45センチ広くすることはない。. しかし、30度までの勾配がある建物は、広いコーニスがうまく機能し、日差しの強い場所では天蓋のような役割を果たす。. 屋根のデザインに70以上のコーナンのスペースがある場合、その部分は余分なサポートラックで補強される。.

耐力の計算方法

ラフターフレームは針葉樹ベースのピロマテリアルを使用. 用意する梁や板は、2つ目の梁や板より品質が低いものは使えない。.

竪葺き屋根の垂木システムは、圧縮、湾曲、圧縮曲げの各要素を基本としています。. 曲げや圧縮に対する抵抗力に関しては、二流の木材は素晴らしい性能を発揮する。. 最初の様々な荷重は、構造上伸縮が可能な場合にのみ必要です。.

ララタイル・システムは、材木の更新によって生じる流れの標準寸法に着目し、強度に余裕を持って選ばれた板や材木で構成される。.

垂木脚の耐力を計算するために使用される2つの状態は以下の通りです：

• 計算. 荷重がかかった結果、構造が破壊される状態。. 計算は、屋根のパイの重量、階数を考慮した風荷重、雪の質量、屋根の勾配を考慮した総荷重に対して行う。.
• 標準. 垂木システムが曲がっているが、システムの破壊は起きていない状態。. 通常、この状態での屋根の使用は不可能だが、補修後はその後の使用にかなり適している.

合理的な計算では、2番目の前提条件は初期値の70％に等しい. T.e. 計算値は、係数0を掛けて切り捨てる必要がある。.7 規制指標を得るために.

SP20に付属するカード.13330.2011 建築地域の気候データに基づいて荷重を決定する。. お住まいの都市、最寄りの別荘地、その他の集落の所在地を確認することが、カードに記載された規制値を見つける第一歩です。. そこから、カードから計算値と基準値を読み取ることができる。.

風荷重と積雪に関する平均データは、その家の建築的特徴に応じて修正する必要がある。. 例えば、カードから抽出された値を、その地域の風上昇の推定値に合う勾配に分割する必要がある。. 現地の気象庁にプリントアウトがあるので、それを入手することができる。.

建物の風上側には雪が少ないので、計算された指標に0を掛ける。.75. 積雪はここに1を掛ける.25 風下側に蓄積されるため. 構造体の風下側部分は、通常、対になった板で構成され、風下側部分は、屋根の構造に使用される材料を統一するために、一枚板の垂木で配置される。.

1倍することが望ましい.25 どの勾配が風下になり、どの勾配が風下になるかが明確でない場合。. 木材の価格が大幅に上昇しないのであれば、少し余分に用心しても損はない.

カードが計算した雪の重さは、屋根の急勾配によって変わる可能性がある。. 60ºの角度で雪を置くと、雪は何のためらいもなく瞬時に斜面から滑り落ちる。. このような急勾配の屋根の計算には補正係数を適用しない. 雪はすでに低いバイアスで滞留する可能性があるため、係数0.33の形で加算する。.勾配が50°の場合は33、60°の場合は0とする。.勾配が40°の場合は66を使用.

対応する地図は同じ方法で風荷重を決定する。. 地域特有の気候や家の高さに応じて数値を変更する。.

垂木システムの主要部材にかかる最大荷重を求めるには、それらの部材の耐力を決定するために、一時的な値と一定の値を合計する必要がある。. カントリーハウスの屋根裏に安全な垂直スペーサーを設置することが望ましいにもかかわらず、降雪前に屋根を補強する人はいない。.

計算には、雪の質量と風圧力に加えて、断熱材、内部の裾、屋根そのもの、垂木の上に置かれた木枠など、屋根ケーキのあらゆる部品の重量が必要である。. スチームやメンブレンを含む防水フィルムの重量を見落とすことはよくあることである。.

材料重量に関する情報は、テクニカル・パスポートに記載されている。. 垂木に接近する際、棒と板の質量に関する情報を収集する。. 突出量1メートルで許容される木枠の質量は、1立方メートルの木材の平均重量500～550kg/m 3と、同容積のOSPまたは合板の平均重量600～650kg 3を用いて計算することができます。.

kg/m 2で表される荷重値はSNiPsで提供されているものです。. 一方、垂木は、この直線要素に直接圧力を加える荷重のみを感知し支持します。. 垂木にかかる荷重を正確に計算するため、荷重と屋根パイの質量の表上の合計に垂木の脚を設置する段差を掛けます。.

段差、つまり垂木の間隔を変えることで、線形パラメータに与える荷重値を増減させることができる. 勾配屋根のフレームを長持ちさせるため、集荷重面積を理想的な値にする。.

垂木の断面の決定

様々な急勾配の屋根における垂木の脚の機能は不明確である。. 急勾配の類似構造には圧縮力が加わり、これは主に緩やかな構造の垂木に曲げモーメントとして作用する。. 従って、垂木の断面を計算する際には、斜面の勾配を考慮する必要があります。.

30ºまでの勾配を持つ構造物の計算

指示された急勾配の屋根の垂木には曲げ応力のみが作用する。. これらは、最大曲げモーメントで適用されるすべての荷重タイプで計算されます。. さらに、最大指標の計算では、過渡荷重（気候荷重）を利用します。.

垂木の両端にしか支柱がない場合、垂木の脚の中央が最大曲げモーメントを受ける。. 垂木が2本の単純な梁で構成され、3点で支持されている場合、両スパンの中央部が最大曲げモーメントを受ける。.

3本の支柱を持つ垂木の最大曲げは、中央の支柱の近くで起こりますが、正確にはそこではありません。. 曲げ部分の下に支柱がある。.

システムの垂木脚が正常に機能するためには、2つの要件を満たす必要があります：

• 垂木にかかる荷重の結果、曲げ中に垂木に生じる内部電圧は、材木の曲げ抵抗の計算値より小さくなければならない。.
• 垂木の脚のたわみは、正規化されたたわみの値よりも小さくなければなりません。.e. 要素の曲げは、その実質的な長さの 200 分の 1 に限って許される。.

これらの要件は、垂木の脚のサイズを順次選択する際の追加計算によって満たされます。. 断面は、次の2つの式のどちらかを使って計算することができます。. そのうちのひとつは、任意の厚さ指定に基づいて板材の高さを計算するために使用されます。. 任意の高さにおける厚さは、2番目の式を用いて求めることができます。.

計算ではどちらか一方の公式を使用すれば十分であり、両方が必要なわけではない. 計算の結果、第一限界状態と第二限界状態が結果を検証する。. 計算式に追加される任意の指標は、計算値が強度の印象的なマージンを示した場合、材料への過払いを避けるために減少させることができます。.

ベンドの曲げの計算値がL/200より大きい場合は、任意の値を増加させる。. 販売されている木材の一般的なサイズに基づいて選択する。. したがって、最適な選択が見つかるまで断面を選択し、モーメントを計算する。.

b = 6wh²の式を利用した基本的な計算例を見てみましょう。. Wはm/rHutの比であり、h = 15 cmであると仮定する。. G × L 2 /8の公式を使って、Mの値を決定する。. ここで、Gは垂木の脚に垂直にかかる全荷重を表し、Lはスパン長で4mである。.

RHut 技術基準に従って、針葉樹の製材を 130 kg/cm 2 とする。. 総荷重を事前に計算し、345kg/mであったとします。. 次に

M × 16m 2/8 = 690 kg/m= 345 kg/m

これを100で割ってkg/cmに換算すると、0となる。.690 kg/cm.

0.00531cmはW = 0に等しい.690 kg/cm / 130 kg/cm 2.

B = 7.16 cm= 6 × 0.00531cm×15 2cm

この結果を張り上げるべきものとして四捨五入すると、荷重例の荷重を考慮すると、垂木の設置には150×75mmの梁が必要であることがわかる。.

両条件の結果を検証し、現在計算されている断面を持つ材料の適合性を確立する。. F = 1.39; σ = 0.0036

勾配が30°を超える垂木の場合

30度以上の急勾配の屋根垂木は、曲げに加えて自軸方向に作用する圧縮力にも耐えなければならない. この場合、垂木は上記の抵抗と曲げの検証に加えて、内部応力に基づいて計算する必要があります。.

同様の手順でT.E. 作用しますが、もう少し検証作業が必要です。. 同様に、任意の高さまたは任意の材厚を設定し、その補助として2つ目の断面パラメータを計算します。. 次に、前述の3つの技術的条件（耐圧縮性を含む）の適合性を検証する。.

必要であれば、垂木の耐力を増加させるために、計算式に追加される任意の値を増加させます。. 標準的なたわみが計算値を大きく上回り、強度のマージンが比較的大きい場合は、高さや材厚の再計算が必要です。.

この表は、弊社で生産する木材の標準サイズを縮小する計算を行うために必要な基本情報を選択する際に役立ちます。. 予備計算のために垂木の脚の長さと断面を選択することが役に立つだろう.

屋根の垂木を計算するには、まずその長さ、断面、最大耐荷重を決定する必要があります。. まず、壁から壁までの屋根の幅を測定し、必要な垂木の長さを計算します。. 屋根構造の全体的な寸法を決定するため、この測定は非常に重要です。.

次に、垂木の断面について考えます。垂木が支えるべき重量や屋根の勾配などによって決まります。. 垂木の材料は、木、スチール、エンジニアリングトラスが一般的で、それぞれ耐荷重と構造要件が異なります。. 屋根の強度と寿命は、選択する材料と断面に直接影響されます。.

屋根の構造的健全性を保証するためには、垂木にかかる荷重を把握することが重要です。. 垂木が負担しなければならない総荷重は、耐風性、積雪荷重、屋根材の種類など、さまざまな要因によって決まります。. コンプライアンスと安全性を保証するため、耐荷重計算は常に地域の建築基準法を考慮する必要があります。.

まとめると、垂木の計算には、正確な長さの測定、材料と荷重要件に基づく慎重な断面の選択、安全規制の遵守が必要です。. これらの要素を考慮することで、実用的なだけでなく、天候の変化にも強い屋根を設計・施工することができます。.

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