На паровозе ФД впервые в советском паровозостроении была применена брусковая рама. По сравнению с ранее применявшимися листовыми рамами, рамы данного типа имеют большую поперечную прочность, что позволяет уменьшить число промежуточных скреплений (на ФД их меньше, чем на Э), а также применить паровые цилиндры блочной конструкции. Вместе с тем такой тип рамы более трудоёмкий в изготовлении, так как одна лишь обработка на станках в 6—8 раз дольше, чем для листовых рам. Также такой тип рам требует более тщательной сборки. По этой причине целый ряд крупных заводов не могли серийно производить этот паровоз, а на Луганском паровозостроительном заводе пришлось возвести новые сборочные цеха (это же было одной из причин появления паровоза серии СО).

Отдельным недостатком рамы паровоза ФД оказалась недостаточная прочность. При разработке рамы конструкторы опирались на американский опыт создания таких рам, поэтому выбрали толщину полотен 125 мм (у паровозов Та и Тб толщина полотен составляла 140 мм). Однако американские заводы для изготовления рам использовали сталь с присадками ванадия и никеля, а в СССР — обычную углеродистую (Сталь-5). В данном случае следовало увеличить толщину полотен (у выпущенного в 1945 году паровоза П-0001 типа 1-5-0 со сцепным весом 90 т толщина полотен рамы составляла уже 140 мм), однако это сделано не было (в основном из-за весовых ограничений), что привело к снижению надёжности её конструкции.

Стоит отметить, что это был не первый опыт проектирования русскими инженерами паровоза с брусковой рамой. Так, ещё в 1915 году был спроектирован паровоз типа 1-5-0 серии Е с брусковой рамой, однако его изготовление велось не на российских, а на американских заводах.