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以下の文書は以下の日本語訳です。

Timber roof truss - Wikipedia

木造屋根トラスはローマ帝国の時代から知られています。これに関しては キング・ポスト訳注:ローマのトラス屋根を 参照の事。

木造屋根トラス (Timber roof truss)

木造屋根トラス (timber roof truss) は 構造骨組み (structure framework) で、 部屋の上部空間を橋渡し、屋根の支えを提供するものである。 トラスは通常は一定間隔にあって、母屋材 (purlin) のような 縦方向の木材により接続されている。 各トラスの間の空間は区画 (bay) と呼ばれる。

2 つのキングトラスが接続されて屋根を支える。
1. 尾根ビーム、2. 母屋材、3. 一般垂木 (common rafter)
これは一般垂木と主要垂木を持つ 2 重屋根の実例。
訳注
主要垂木とは、結合ビームに直接接地している垂木の事。 これ以外の垂木が一般垂木である。主要垂木は母屋材を支え、母屋材は一般垂木を支える。これが上の図である。

垂木 (rafter) は重力の下で平坦になろうとする傾向があり、壁を外側に押す。 橋渡しが広く、壁が薄ければ、これにより壁が倒れることになる。 向かい合う垂木の組は、従って、最初は水平な結合ビーム (horizontal tie beam、水平結合梁) により、 結び付けられて、一組にした垂木が形成された。 しかし、このような屋根は構造的に弱く、縦方向の支えがないため、 ラッキング (racking) -- 水平方向の動きによる崩壊 -- をしやすくなる。 木造屋根トラスは後の中世の発展である。 屋根トラスは横断筋交いを入れて (cross-braced)、安定した頑丈な単位 (unit) になる。 理想的には横方向の力がすべて互いに平衡し、支え壁で下向きに押す力のみであることである。 実際には、横方向の力が起きることがあり、 原因となることは例えば、風、トラスが過度に柔軟、 あるいはトラスの端で、小さな横方向の動きを収容しないように作られているからである。

  1. 歴史
  2. 閉鎖トラス (closed trusses)
  3. 開放トラス (open trusses)
  4. 筋交い (Bracing)
  5. プレハブ木造トラス (pre-fabricated wood trusses)
  6. 歴史的木材トラス (Historic wood trusses)
  7. 木造トラスの接続
歴史

トラスの頂上要素 (top member) は一般的にトップ・コード (top chord) と呼ばれ、 基底要素 (bottom member) はボトム・コード (bottom chord) と呼ばれ、 内部要素 (interior member) はウェブ (web, 蜘蛛の巣) と呼ばれている。 歴史的大工仕事ではトップ・コードはしばしば垂木 (rafter, [直訳:筏にするもの]) と呼ばれ、 ボトム・コードはしばしば結合ビーム (tie beam, 結合梁) と言及される。 木造屋根トラスには主に 2 つの形式がある:  閉鎖トラス (closed truss) はボトム・コードが水平で、トラスの最下部にある、 そして開放トラス (open truss) はボトム・コードが持ち上げられて、もっと開放空間が作られ、 持ち上げボトム・コード・トラス (raised bottom chord truss) とも呼ばれている。

木造屋根トラスの実例
閉鎖トラス (closed trusses)

閉鎖トラスと開放トラスの用語は、2 つの方法で使用されて、トラス屋根の特徴を述べている。 閉鎖トラス: (1) 結合ビーム (tie beam, 結合梁) があるトラス、 (2) 天井がある屋根システムで、木枠が見えないもの。 開放トラス: (1) 結合ビームが中断したトラス、あるいはハサミ・トラスで、ヴォールトのような天井があるもの、 (2) 屋根の木枠が見えて、天井で隠されていないもの。

キング・ポスト・トラス

2 つの主要垂木 (principal rafter)、結合ビーム (tie beam)、 そして中央の垂直キング・ポスト (柱) がある。 これは、最も単純がトラスで、普通は 2 本の角度があるストラト (strut, 支え) と一緒に使用される。

キング・ポストは通常圧縮状態で、結合ビーム (tie beam) と主要垂木 (principal rafter) の間には 極めて洗練された継ぎ手 (joint) が必要である。 キング・ボルト・トラス (king bolt truss, bolt = rod = 棒) と呼ばれる変種では、 キング・ポスト ([訳注:中央の柱]) は金属ボルト -- 通常は錬鉄製 -- で置き換えられている。

キング・ポスト・トラス
1. キング・ポスト、2 結合ビーム
3. 主要垂木 4. ストラート (支え)
クイーン・ポスト・トラス
1. クイーン・ポスト 2. 結合ビーム
3. 緊張ビーム 4. 主要垂木
クイーン・ポスト・トラス

クイーン・ポスト・トラス (queen post truss) には 2 つの主要垂木 (principal rafter) と 2 本の垂直なクイーン・ポスト (柱) がある。 クイーン・ポスト・トラスは橋渡しを拡張し、 つなぎ合わせた継ぎ手と組み合わせて、長い要素にして、 この形式のトラスの有効スパンを拡張している。 キング・ポストと同様に、 (複数の) クイーン・ポストは鉄棒と交換して、 クイーン・ロッド・トラス (queen rod truss) と呼ばれる。 このトラスはイタリアで時々、パッラーディアナ (palladiana) (パッラーディアン・トラス (Palladian truss)) と呼ばれ、 これはベニスの建築家である アンドレーア・パッラーディオ (Andrea Palladio) により始終使用されたからである。 時には、パッラーディアン・トラスは クイーン・ポスト・トラスとキング・ポスト・トラスを 1 つに組み立てた 合成トラス (compound truss) として定義される。

クイーン・ポスト・トラストキング・ポスト・トラスを結合するには:  クイーン・ポスト・トラスの緊張ビーム (straining beam) を、 キング・ポスト・トラスの結合ビームに使用することで達成される。 このような組み合わせは合成トラス (compound truss) と呼ばれる。

リーグンダー・シュトール (Liegender Stuhl)

リーグンダー・シュトール (Liegender Stuhl) はドイツ起源のトラスであり、ドイツ語の名称がアメリカで使用される。 このトラスはドイツ人が米国で定住した 18 世紀、19 世紀の建物で見受けられる。 逐語的な翻訳は 「横になるイス」 (lying chair) であり、「横になる」 (lying) の 意味はトップ・コードが角度をなす、あるいは傾いていることである (イスは支えの意味で、この場合は柱あるいはトラスを指す)。 オランダの大工もこのトラスを使用し、ここでは、これは liggende stoel と綴られる。

下はリーグンダー・シュトール (Liegender Stuhl) で、 これは普通の屋根トラスの形式で、単純な垂直ポストの代りに、 画像の中ではもっと優雅な支えの構造 (青く強調されている) になっている。

母屋材屋根のドイツのイラスト
リーグンダー・シュトールのトラス
は青く強調されている。
開放トラス (open trusses)
アーチ筋交いトラス (arch-braced truss)

アーチ筋交いトラス (arch-braced truss) (アーチ型筋交いトラス (arched brace truss)) は、 結合ビーム (tie beam) がなく、 屋根の内部にもっと開放的な姿を与える。 主要垂木 (principal rafter) はカラー・ビームと一対のアーチ筋交いによって支えられ、 アーチ筋交いが構造を硬くし、これが屋根の重さを主要垂木 (principal rafter) を通して、支持壁に伝達する。 二重アーチ筋交いトラスでは、第二のアーチ型筋交いの組が、 垂木からブロック、あるいは内部の壁にある。 この形式は外見がシリンダー状のため、 ワゴン屋根 (wagon)、 ゆりかご屋根 (cradle)、 バレル屋根 (barrel)、 あるいはトンネル屋根 (tunnel) と呼ばれる。

単一アーチ筋交いトラス
1, 主要垂木 2. カラー・ビーム
3. アーチ筋交い
ハンマー・ビーム屋根の断面
aa ハンマー・ビーム
bb ハンマー筋交い
cc カラー筋交い dd 垂木
Chambers 1908 年
単一ハンマービーム・トラス
ハンマービーム・トラス (Hammerbeam truss)

ハンマービーム屋根はアーチ型筋交いトラスの発展が頂点に達したもので、 より広い空間を渡すことができた。 ロンドンのウェストミンスター・ホール (Westminster Hall) のハンマービーム屋根は ヒュー・ハーランド (Hugh Herland) によってデザインされ、1395 年から 1399 年の間に設置され、 中世ヨーロッパで最大の木造屋根で、20 メートル (66 フィート) 以上の距離を渡した。 これはイングランドのハンマービーム・トラスの最良の実例とみなされている。

ハンマービーム・トラスはハンマービームが 1 個のことも、複数の事もある。 フォールス・ハンマービーム屋根 (トラス) (false hammerbeam roof (truss)) には 2 つの定義がある:  (1) アーチ筋交いトラスに時々見られるように、ハンマービームのハンマー・ポストがない;  あるいは (2) ハンマー・ポストがハンマー・ビームに着地するのではなく、ハンマー・ビームがハンマー・ポストに 挿入される。

ハサミ・トラス (Scissor truss)

ハサミ・トラス (scissor truss) の名称は形がハサミに似ているからである。 ハサミ・トラスを特徴づける造作が 2 つある:  (1) ボトム・コード (bottom chord) が通過する結合部 (ハサミのヒンジ (hinge, 蝶番))、 及び (2) 垂木 (トップコード) の足がボトム・コード (bottom chord) の上に降りる。 もしも、ボトム・コードがトップ・コードに結合して、その下側になれば、 全体は、ハサミ・トラスではなくハサミ筋交い (scissor braced) と呼ばれる。

ハサミ・トラス
筋交い (bracing)

恒久筋交いデザイン (permanent bracing design) は屋根トラス -- とりわけ j コードがあるもの -- の横方向の安定性を改善することが示されている。 連続的な横の筋交いは、コード (chord) に斜めに筋交いを設置することにより、 横方向の力の否定的な効果を防止する。 しかしながら、コードの長さが筋交い位置の数を決定することを前提にすれば、 トラスのウェブ (web) における恒久筋交いの色々な影響がある。

プレハブ木造トラス (pre-fabricated wood trusses)

プレハブ木造トラスは機械で作った精度により、建設で利点を与え、 木材の使用量が少ない。 しかしながら、これは現場で固有なデザイン変更を配慮しておらず、 この変更には注文によるトラス・デザインが必要である。

歴史的木材トラス (Historic wood trusses)

木造トラス維持の挑戦は新しい建築プロジェクトに限定されていない。 歴史的トラスの状態評価を実施するために視認等級を使用できる。 これは荷重テストと共に、古いトラスシステムを修理するための最良の解決方法を 決定することに使用できる。 金属板と的確な時代物の資材を修理に使用できる、 しかし木材トラスが劣化していれば、資材の 100% の復活は困難かもしれない。 MPC 木材トラスは典型的には、製材した木材ではなく、木材から作られる。

木造トラスの接続

最も初期の木造トラスの接続は ほぞ継ぎ (mortise and tenon) の接続から構成され、 建設現場で柱と共に製造された可能性が最も高い。 大半の初期のトラスは乾燥していない柱で製造されたため、 その結果収縮して、ほぞ継ぎの接続にひび割れが起きたことであろう。 追加すると、古いトラスのほぞ継ぎはポスト (柱) で最も弱い部分にあり、 破損を加速する。 初期のトラス接続デザインの大半は荷重の下での構造の振る舞いを想定している。 これがドリルの位置がわずかに中心からずれている理由で、 木クギが重力により、ポスト (柱) を自然に引き下げて一緒にしている。

バートラムズ・ガーデンの納屋の内部
木造トラスの光景
訳注
  1. バートラムズ・ガーデン (Bartram's Garden) はフィラデルフィアにある 歴史的庭園、且つ 樹木園
    Google map
  2. 上の説明は少し不十分と思われます。木材フレームでは接続のために、当初はほぞ継ぎのみが使用されるが、 乾燥時の収縮に備え、ほぞ継ぎの箇所に木釘が使用されるようになる。 (木材フレーム)