ガンブレル屋根計算ツール

ガンブレル屋根のメリットとデメリット

どの設計上の選択にも、必ず両面があります。以下の表は、このページの他の箇所で挙げている例と同じ、下部勾配60°・24フィートのスパンを基準に、項目ごとのトレードオフを示しています。

二段勾配法 vs 半円法

ガンブレル屋根の断面を決めるには二つの認められた方法があり、上の計算ツールでは両方をタブとして用意しています。違いは単純に、幾何学がどこまであなたの代わりに決めてくれるかという点です。入力を始める前に方法を選んでください。

要点はこうです。屋根の見た目を正しくしたい、かつ高さが自動的に決まってしまうことを気にしないなら半円法を、高さや頭上高さの数値、あるいは合わせなければならない木材の長さがあるなら二段勾配法を選んでください。半円法の規則で建てた24フィートのスパンは、下部勾配を55°にしても75°にしても棟まで12.00フィートになります——動くのはナックルの位置だけです。二段勾配法では同じ24フィートのスパンでも結果は自由自在です。60°/25°の組み合わせでナックルを半スパンの中央に置くと13.19フィートになり、角度をどちらも変えずにナックルだけをスライドさせると7.11フィートから19.27フィートまで変化します。

ガンブレル屋根の骨組みとナックル接合部

ナックルは、切妻屋根には存在しないガンブレル屋根特有の部分であり、ガンブレル屋根が壊れるとすればまさにここです。ナックルの下には何も支えがありません。切妻屋根では、すべての垂木が壁の支持点から棟の支持点まで一直線に伸びており、木材そのものが圧縮力を受け止めます。ガンブレル屋根では、荷重の経路が空中のナックルで折れ曲がるため、接合部がその折れを支える必要があります。

この力学については正確に理解しておく価値があります。急な下部垂木は主に下向きに、わずかに外向きに力を伝えます。緩やかな上部垂木は主に外向きに、わずかに下向きに力を伝えます。この二つの推力ベクトルは一致せず、その差が接合部を回転させ、ナックルを建物の中心から外側へ押し出そうとします。これに抵抗する対策がなければ、両側のナックルが外側に広がり、棟が下がり、屋根はより緩やかな切妻に近い形へと平らになっていきます。以下で説明する補強のディテールはすべて、この一つの動きを止めるためのものです。

図Dは重要な二つのディテールを示しており、いずれも下部勾配60°で描かれています。左側はナックル自体です。二本の垂木は一本の垂直な合わせ切りで接合し——部材ごとに一箇所の切断で、両方とも同じ線を基準にマーキングします——トラスの各面にガセットプレートがこの切断面をまたぐように取り付けられます。破線の輪郭は近い側のプレートで、木材と同一平面ではなく手前に位置するため破線で示されています。留め具の位置に注目してください。接合部の線の近くに集中させるのではなく、両方の部材に沿って分散させて配置します。接合線から1インチの位置にある釘は、接合部が実際に必要とする回転抵抗にほとんど寄与しないためです。現場施工の2×6トラスでは、各垂木に沿って最低12インチ延びる半インチ厚のベニヤ板またはOSBを、釘だけでなく接着剤も併用して取り付けるのが標準的な施工方法です。工場生産のトラスでは、同じ役割をプレス加工された鋼板プレートが担います。

接合部のくぼみに収まっているのが母屋で、断面図として示されています。これは建物の長さ方向にわたってナックルの線に沿って走り、すべてのトラスを隣のトラスと連結し、個々の接合部が単独で回転するのを防ぎます。その下にあるのがつなぎ材（コラータイ）で、ナックルのすぐ下で両方の垂木にボルト留めされています——これがまさに広がりに直接対抗する部材であり、居住可能なロフトでは床の梁を兼ねることが多いため、ロフトの改修とナックルの補強は一緒に設計されることが多いのです。

右側の図は、同じ下部垂木が壁桁に接する部分の下端を示しており、切妻屋根の骨組みから来た人が驚くようなディテールを説明しています。バードマウス（顎掛け）カットは、壁桁の上面に乗る水平な座り切りと、その外側の面に当たる垂直な踵切りから成ります。この切り込みの深さは、垂直方向に測ると、座り切りの長さにtan θを掛けた値になります——そのため60°の勾配では、わずか2インチの座り切りでも垂木の厚みの3.5インチが失われてしまいます。これが、ガンブレル屋根の下部垂木では壁桁の全幅にわたる座り切りではなく短い座り切りが使われる理由であり、切り込みの上に残る厚みを垂木の厚みの3分の2という通常の限度と照らし合わせて確認する必要がある理由でもあります。ここを誤ると、ナックルにある蝶番と同じような蝶番を軒先にも作ってしまうことになります。勾配別バードマウス座り切り深さには安全な座り切りの長さが表にまとめられており、ガンブレル骨組みの手順ガイドでは、トラスの建て起こし→ナックルの母屋→つなぎ材→野地板という施工順序を解説しています。

構造上の要件 — 風荷重・雪荷重と建築基準

ガンブレル屋根は建築基準上、単一の屋根としては扱われません。挙動の異なる二つの面として扱われるため、思い込みで済ませずに確認する価値があります。IRC（国際住宅基準）のR802節は垂木の骨組み、スパン、接合部を規定しており、ガンブレル屋根はこれに対して二つの独立した垂木区間として寸法を検討されます——下部と上部それぞれのセクションが個別にスパンのチェックを受け、どちらも相手の許容長さを引き継ぐことはありません。これらのスパンチェックは、屋根材と骨組み部材自体の重量である死荷重と、活荷重——低積雪地域では最低20 psfが目安となり、北方の気候ではさらに高くなります——に対して垂木の寸法を検討します。木部材と接合金物そのものは、AWC（American Wood Council、アメリカ木材協会）が発行するNDS（National Design Specification、木質構造設計基準）が規定しており、商業用または複数世帯用の建物にはIRCの代わりにIBC（International Building Code、国際建築基準）が適用されます。管轄地域の建築確認機関（AHJ: authority having jurisdiction）がどの版を採用しているかを確認してください——フロリダ州の改正基準は、基準法よりも大幅に厳しい耐風規定を設けています。風荷重と雪荷重のケースは、ASCE（American Society of Civil Engineers、米国土木学会）7基準が規定しています。

風に関しては、急な下部勾配面は屋根としての挙動をやめてしまいます。おおむね60°を超えると、ASCE 7はその面を実質的に垂直な面として扱うため、風上側の下部勾配面は緩やかな屋根が受けるような部分的な吸い上げ力ではなく、壁と同等の全圧力を受けます。そして最も強い吸引力は、気流が剥離するナックルのライン付近に集中します。設計風速がおおむね115 mphを超えると、ASCE 7はその敷地を強風地域に区分し、そうした地域の建築基準では、垂木と壁桁の接合部すべてにハリケーンタイまたはHクリップを、さらにナックルには構造計算されたガセットプレートを使用することが求められます。この「下部には圧力、折れ目には吸引」という組み合わせこそが、ガンブレル屋根がハリケーン地帯で悪い評判を得た理由です。問題は形状そのものではなく、釘留めだけで基礎まで連続した荷重経路を持たないナックルにあります。

雪に関しては、荷重の分布はほぼ逆になります。急な下部勾配面はほとんどの雪を落としてしまうため、雪荷重のほぼ全量が緩やかな上部セクションにかかり、さらにASCE 7は勾配が変わる部分に吹き溜まりによる追加荷重を加えます。実務上の結果として、上部垂木とナックルの接合部は雪荷重を基準に、下部垂木はスパンを基準に寸法決定されることが多くなります。67.5°対22.5°という伝統的な納屋屋根の角度の組み合わせは、まさにこの理由から雪の多い地域で発展したものであり、地表積雪荷重が高い場所では今でも健全な出発点となります。ガンブレル屋根の雪荷重ケースと風荷重の接合経路は特定の敷地についての数値を示しており、納屋屋根リファレンスは納屋特有のスパンと間隔を示しています。

関連ツール

以下の各ページでは、計算の一部をさらに詳しく掘り下げ、それぞれ独自の表と計算例を掲載しています。