NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XÂY DỰNG NHÀ CHỐNG CHỊU GIÓ BÃO KHU VỰC MIỀN TRUNG

1. Giới thiệu chung

Theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam thì các tỉnh ven biển phía Bắc đến Nam Trung Bộ (từ Quảng Ninh đến Khánh Hòa), hàng năm đều chịu ảnh hưởng mạnh của bão với gió giật mạnh và phạm vi ảnh hưởng lớn gây tổn thất về kinh tế cũng như tính mạng con người. Mặt khác, do điều kiện kinh tế của đa số người dân nông thôn khu vực miền Trung còn nghèo, nên phần lớn các công trình thường xây dựng theo phương pháp truyền thống, vật liệu xây dựng là vật liệu sẵn có của địa phương như gỗ, tre, nứa, gạch, đá thông thường,…dẫn đến chất lượng xây dựng không cao. Theo các thống kê thiệt hại do bão gây ra cho ta thấy, phần lớn các thiệt hại, sự cố sập đổ chủ yếu tập trung vào các loại công trình do người dân tự xây dựng [1].

Để giảm thiểu thiệt hại do bão gây ra, nghiên cứu về chống gió cho công trình là công việc có ý nghĩa, cần được thực hiện đặc biệt là khu vực miền Trung. Đối với thực tiễn tại nước ta khi mà hầu hết các dạng nhà ở dân dụng thấp tầng được tự làm trên cơ sở kinh nghiệm (không tuân thủ hoặc chưa tuân thủ các quy định của tiêu chuẩn) thì việc nghiên cứu và đưa các giải pháp kỹ thuật làm giảm thiệt hại do gió gây ra hoặc các giải pháp cơ bản nhằm tăng cường khả năng chịu gió bão cho các nhà dân, xây dựng trong vùng chịu ảnh hưởng mạnh của bão có ý nghĩa xã hội rất quan trọng.

2. Phương pháp nghiên cứu

2.1. Tải trọng gió

Việc lựa chọn các số liệu thiết kế về tải trọng do gió bão gây ra là một quá trình khá phức tạp, đặc biệt là khi đòi hỏi phải có con số chính xác về tải trọng gió tức thời. Sau đây là các yếu tố cần xem xét:

- Vận tốc gió

-  Độ cao

- Vùng chịu gió

- Tác động của gió lên các kết cấu

- Sự vượt tải của gió bão đối với vật liệu

2.2. Tác động của gió lên công trình thấp tầng

Thông thường, tác động của gió lên công trình là sự tổ hợp của nhiều hình thức tác động như: áp lực tĩnh, áp lực động và tương tác giữa luồng khí với nhà. Tùy vào hình dạng và kết cấu mái mà tác động của gió bão lên nhà sẽ khác nhau về hình thức tác động và giá trị tải trọng. Trong lớp khí quyển, về thực tế dòng gió có tính chất nhiễu loạn, rối và biến động. Khi gió thổi vào khu vực biên (góc tường/mái nhà) xung quanh các vật thể như tòa nhà thì dòng gió ở các khu vực này bị tách dòng nhưng cũng có lúc lại đập lại vào bề mặt vật thể mà gây ra sự biến động khá nhiều về áp lực gió trên các bề mặt. Các nguồn gây ra sự biến động của áp lực gió bao gồm [1]:

- Do bản chất của gió tự nhiên, khi kích thước vật thể là khá nhỏ so với thang chiều dài rối thì sự thay đổi của áp lực gió có xu hướng tuân theo quy luật thay đổi của vận tốc gió.

- Dòng không ổn định do bản thân các vât thể gây ra kèm theo các hiện tượng như tách dòng, dòng đập lại vào bề mặt vật thể hay do sự hình thành các dòng xoáy.

- Các lực biến động do sự dịch chuyển của bản thân công trình. Các nghiên cứu chỉ ra là ảnh hưởng của dịch chuyển công trình đến áp lực gió chủ yếu ứng với các công trình rất mềm, nhạy cảm với dao động.

Như vậy trong nghiên cứu về nhà thấp tầng và sự phân bố áp lực gió lên trên các mặt công trình, ngoài áp lực trung bình ( theo thời gian) thì thành phần áp lực biến đổi theo thời gian hoặc không gian của áp lực gió lớn nhất cần được quan tâm nghiên cứu đặc biệt. Một đặc điểm khác cũng cần chú ý là trong trường hợp kết cấu bao che không được kín do các kẽ hở giữa mái và tường, do cửa sổ, cửa đi không được đóng kín… thì dưới tác dụng của gió áp lực lên các kết cấu trong nhà sẽ tăng dẫn đến dễ bị tốc mái hay sập tường [1].

  2.3. Các thông tin cần thiết về công trình

2.3.1. Địa điểm xây dựng

Địa điểm xây dựng của công trường ảnh hưởng đến tác dụng của tải trọng gió thông qua hai yếu tố: Vùng gió và dạng địa hình.

- Phân vùng gió theo địa danh hành chính [2] bao gồm 2 thông số là vùng áp lực gió và mức độ ảnh hưởng của gió bão. Ví dụ huyện Kỳ Sơn tỉnh Hòa Bình thuộc vùng gió I.A, trong đó I là phân vùng áp lực gió, và A là mức độ ảnh hưởng của gió bão.

- Dạng địa hình được phân loại thành A, B, C [2]

Như vậy, thông tin đầy đủ khi đề cập đến địa điểm xây dựng công trình phải bao gồm: Vùng gió và dạng địa hình. Ví dụ công trình cao tầng xây dựng tại thị xã Đồng Hới tỉnh Quảng Bình thuộc vùng gió III.B, dạng địa hình C.

2.3.2. Các thông số hình học của công trình

- Số tầng

- Chiều cao các tầng

- Bề rộng đón gió của các tầng

- Cao độ của mặt đất so với mặt móng

- Hình dạng mặt bằng (hình chữ nhật, hình tròn)

2.3.2. Phương pháp quy đổi và gán tải trọng gió lên mô hình kết cấu

Tải trọng gió là tải trọng tác dụng theo bề mặt công trình, tùy theo từng trường hợp mà được quy đổi và gán lên mô hình kết cấu dưới các dạng sau: (a) Tác dụng lên cột biên dưới dạng lực phân bố; (b) tác dụng lên dầm biên của các tầng dưới dạng lực phân bố; và (c) tác dụng lên một điểm trên sàn của các tầng dưới dạng lực tập trung.

Trong 3 trường hợp kể trên, trường hợp (a) thường được áp dụng cho việc tính toán khung phẳng; trường hợp (b) thường áp dụng cho nhà thấp tầng; trường hợp (c) thường áp dụng cho nhà cao tầng.

Đối với nhà thấp tầng  chỉ xét gió tĩnh, do vậy khi quy đổi và gán tải trọng gió lên mô hình kết cấu thì tác dụng của tải trọng gió sẽ được gán lên dầm biên của các tầng dưới dạng lực phân bố.

3.  Kết quả nghiên cứu

3.1. Các giải pháp quy hoạch

Khi lựa chọn địa điểm xây dựng, nên chú ý lợi dụng địa hình, địa vật để chắn gió bão cho công trình:

+ Nên xây dựng nhà cửa ở những nơi có dạng địa hình 1 (hình 1) và dạng địa hình 2 (hình 2) thì sẽ giảm thiểu được lực của gió tác động lên nhà.

Hình 1. Dạng địa hình 1

Địa hình có các vật chướng ngại nằm gần nhau xen giữa các ngôi nhà (vùng có trồng cây tốt, ngoại ô thành phố và thị xã).

Hình 2: Dạng địa hình 2

Địa hình có nhiều chướng ngại vật cao, lớn nằm gần nhau (vùng dân cư đông-trung tâm thành phố).

+  Không nên xây dựng nhà tại các nơi trống trải có dạng địa hình 3 (hình 3) và dạng địa hình 4 (hình 4).

Hình 3: Dạng địa hình 3

Hình 4: Dạng địa hình 4

Địa hình đây mở trống trải với rất ít hoặc không có vật cản trong đó các vật thể bao quanh có độ cao nhỏ hơn 1.5m (dọc bờ biển, đồng bằng phẳng không có cây cối) không nên dùng để xây nhà.

   3.2. Các giải pháp kiến trúc

- Kích thước nhà phải hợp lý, tránh nhà mảnh và dài. Đơn giản nhất là mặt bằng hình vuông và hình chữ nhật có chiều dài không lớn hơn 2,5 lần chiều rộng

- Bố trí mặt bằng các bộ phận cần hợp lý, nên bố trí mặt bằng nhà đơn giản dạng chữ nhật và tránh mặt bằng có thể tạo túi hứng

gió như mặt bằng hình chữ L, chữ T và chữ U, v.v.;

 - Khi bố trí nhà tập trung thành cụm nên bố trí các nhà so le tránh bố trí thẳng hàng vì dễ hình thành túi gió hoặc luồng gió xoáy.

- Có thể bố trí các cửa sổ tường đối diện nhau, có thể bố trí cửa trên mái để gió vào nhà không tạo không gian nhà thành túi gió. Từ đó có thể giảm được khả năng tốc mái và áp lực của gió tác dụng lên tường.

- Ngoài ra có thể điều chỉnh hình dạng của các tường bao che bên ngoài để giảm tác động của tải trọng gió lên tường như tường chắn hình răng cưa, tường chắn có lỗ, tường chắn góc.

    3.3. Các giải pháp kết cấu

3.3.1. Hệ kết cấu chịu lực:

Về tổng thể phải có liên kết chặt chẽ, liên tục cho các kết cấu từ mái tới móng theo cả 2 phương ngang và phương thẳng đứng

- Với hệ kết cấu tường chịu lực: trong hệ kết cấu tường chịu lực thì hệ thống chịu lực chính của nhà là các tường được xây bằng gạch hoặc bằng đá, cũng có khi làm tường đúc bằng bê tông cốt thép nếu là lắp ghép. Tải trọng tác dụng lên công trình sẽ truyền toàn bộ vào các tường và tải trọng từ tường sẽ truyền xuống móng. Do tải trọng gió luôn biến đổi theo các phương, chiều các nhau theo thời gian nên để tăng khả năng chịu tải trọng gió cho công trình nên bố trí hệ kết cấu tường ngang và dọc cùng chịu lực. Dùng các giằng tường theo phương ngang và đứng để tăng khả năng ổn định cho tường, trong đó các giằng tường theo phương đứng phải được liên kết xuống móng và các giằng tường theo phương ngang phải bố trí bao quanh chu vi của nhà.

- Đối với kết cấu khung chịu lực: ưu tiên hệ kết cấu gồm cột và dầm tạo ra một lưới không gian có độ cứng tốt. Hệ kết cấu càng đơn giản, rõ ràng càng tốt. Nên bố trí hệ kết cấu khung chịu lực theo cả hai phương gồm các dầm và cột cùng chịu lực để tăng độ cứng cho công trình.

3.3.2. Nền, móng công trình

- Nền nhà phải được đầm chặt theo từng lớp, vật liệu đắp nền có thể là đất, cát, sỏi trộn cát. Nền nhà thường được bao bọc bên ngoài bởi một lớp tường gạch.

- Móng nhà phải được dự đoán đủ sức chịu được các tải trọng tác dụng lên kết cấu.

- Phải bố trí giằng móng theo cả hai phương để tạo khả năng chịu lực tổng thể cho móng.

- Về vật liệu làm móng:

 + Móng chịu được bão là móng bê tông cốt thép, móng đá và móng gạch đất sét nung xây bằng vữa tam hợp hoặc XM - cát;

+ Móng trụ tre, luồng, gỗ có khả năng chống bão lụt, tuy nhiên cần có biện pháp cấu tạo để giữ ổn định chung cho cả ngôi nhà.

3.3.3. Tường nhà

Tường nhà phải đảm bảo độ bền chịu gió đẩy và gió hút, chống lật, không bị biến dạng.  Tường phải đủ sức truyền tải trọng từ bên trên xuống móng qua các liên kết. Khi tường yếu phải có giằng chéo trong tường và các góc tường. Các bức tường gạch dài cần được tăng cường độ cứng bằng bổ trụ hoặc bố trí các dầm và các cột liên kết bằng bê tông cốt thép.

a)Vật liệu làm tường:

- Tường chịu được bão là tường xây bằng đá, gạch đất sét nung và vữa xi măng + cát.

- Tường khung gỗ vách gỗ với hệ khung không gian có khả năng chịu gió bão tốt;

- Các loại tường khung gỗ tre, vách liếp tre có hoặc không có lớp che (vừng lá dừa, vừng tôn, ...) chỉ nên coi là phương án tạm thời, do vậy phải thực hiện các giải pháp chống đỡ trước cơn bão.

b) Các biện pháp gia cố tường:

- Với nhà mái ngói khung vách gỗ cần bố trí các thanh giằng chéo làm tăng độ cứng cho khung dẫn đến nhà sẽ có khả năng chịu gió bão tốt.

- Với tường gạch đất sét nung cần bổ trụ và giằng ngang bê tông cốt thép để tăng độ ổn định cho tường như đã đề cập ở trên. Đặc biệt với tường thu hồi ở đỉnh nhà cần phải gia cố hợp lý bằng cách bố trí các giằng đỉnh tường:

 - Các loại tường khung gỗ tre, vách liếp tre có lớp trát hoặc không có lớp trát chỉ nên coi là phương án tạm thời khi chưa có đủ điều kiện kinh tế, do vậy phải thực hiện các giải pháp chống đỡ trước cơn bão.     

c) Các biện pháp gia cố cửa sổ, cửa đi:

- Bịt kín cửa và các khe cửa, càng kín gió thì chống bão áp thấp nhiệt đới càng tốt vì vậy phải đóng kín cửa để tránh gió thổi thốc vào nhà.

- Đối với nhà có cửa kính có thể dùng băng dính to dán vào lớp kính nhằm tăng khả năng chịu lực cho lớp kính tránh hiện tượng vỡ kính.

- Đối với cửa gỗ có thể dùng nẹp gỗ cài giữa thân cửa và tường tránh hiện tượng cửa bị bung do gió thổi quá mạnh.

3.3.4. Mái nhà

-Với nhà mái bằng được làm bằng bê tông cốt thép, không có độ dốc mái nên tải trọng tác động do gió, bão lên mái là nhỏ và tránh được hiện tượng tốc mái.

- Nếu mái dốc thì phải có trần, độ dốc mái nên lấy từ 20^o  ¸ 30^o để giảm tải trọng gió tác dụng trên mái.

- Cần hạn chế phần chìa ra ngoài tường của mái, phần chìa ra ngoài của mái không nên lớn hơn 30 cm khi mái không có trần. Nên làm diềm mái để hạn chế tác động của luồng gió lên phần đầu mái.

- Với mái hiên nên làm tách rời với mái chính, có thể làm mái hiên di động bình thường có thể che nắng mưa, khi có bão vào sẽ cụp xuống tạo thành kết cấu che chắn cho ngôi nhà. Vật liệu làm mái có thể làm bằng cót ép, làm 2 lớp gia cố bằng giằng chống.

- Neo đòn tay vào tường và kèo giả, thường sử dụng thép Ø6, sâu 60-100cm.
- Đối với nhà mái lá:- Dùng các tường chắn mái với độ cao phù hợp hoặc tạo lỗ điều áp trên tường chắn mái có tác dụng thay đổi hướng gió tác dụng trên mái đẻ ngăn áp lực bốc mái.

Dùng giằng chữ A và dây neo để chống tốc mái, đổ nhà: đặt phên, vỉ, lưới mắt cáo lên mái nhà sau đó đặt thanh chặn ngang bằng tre, gỗ, thép đè lên trên khoảng cách giữa hai thanh chặn khoảng 1m. Đặt tiếp giằng chữ A cách nhau khoảng 2,5m, buộc thanh chặn ngang vào giằng chữ A. Dùng dây thừng, dây thép cỡ trên 4 ly neo giằng theo hai hướng vuông góc nhau vào các cọcđóng sâu xuống đất từ 1-1,5m.

- Đối với nhà mái tôn, mái fibro ximăng:

Đặt lên mái tôn những thanh nẹp cách nhau khoảng 1,2-1,5m cho mái Fibroximăng và 1,5-2m cho mái tôn (nên đặt nẹp tại phần phủ chồng giữa hai tấm mái tôn); bắt vít có cường độ cao, đục lỗ tại đỉnh mái lợp xâu thép đường kính 2ly buộc thanh nẹp vào dầm, kèo hoặc đòn tay. Thanh nẹp có thể dùng thép thanh 14 ly, thép góc, gỗ, tre,...Cách này chỉ nên áp dụng cho nhà có tường, dầm, kèo chắc chắn.

Hoặc đặt các thanh bằng tre, gỗ, thép chặn ngang lên mái nhà cách nhau khoảng 1m, đặt tiếp các giằng chữ A cách nhau khoảng 2,5m vuông góc với thanh chặn ngang mái nhà. Buộc các thanh chặn ngang vào thanh giằng chữ A bằng dây thép hoặc dây thừng. Dùng dây thừng, dây thép cỡ trên 4ly neo thanh giằng chữ A vào các cọc đóng sâu xuống đất 1-1,5m.

Ngoài ra có thể giảm thiểu tốc mái nhà lợp tôn, mái Fibro ximang bằng bao cát :

+ Đối với nhà có mái dốc lớn: Đặt bao cát có trọng lượng khoảng 15-20kg lên

đầu hoặc mép tiếp giáp của các tấm tôn, ép sát mái nhà, buộc bao cát vào các dây

vắt qua đỉnh mái nhà để chống cho bao cát khỏi tuột xuống. Mỗi hàng bao cát cách

nhau khoảng 1,5m ở vùng giữa mái nhà và 1 m ở xung quanh mái nhà (tốt nhất là để bao cát gắn với các dầm nhà, kèo hoặc đòn tay).

+ Đối với nhà có mái dốc nhỏ: Có thể làm tương tự nhưng không cần buộc các

bao tải cát bằng dây

- Đối với mái ngói:

+ Buộc chặt kèo, đòn tay, rui lại với nhau, dùng dây thép 1mm buộc chặt viên ngói, chèn vữa ximăng cát tỉ lệ 1:3, gắn các viên ngói khoảng 3-4 hàng xung quanh mái; xây bờ nóc mái nhà ngói bằng viên úp nóc; xây bờ chảy xung quanh mái nhà 1 hàng gạch đôi hoặc 1 hàng gạch đơn; xây con trạch xuôi theo mái nhà bằng 1 hàng gạch đơn tất cả dùng vữa xi măng cát tỉ lệ 1:3, mỗi con chạch cách nhau chừng 1,5m.

- Tấm lợp phải neo chặt vào xương mái. Nên sử dụng ngói có lỗ buộc, tăng cường liên kết của hệ kèo, xà gồ.

4. Kết luận:

Bài báo tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đặc điểm tác động của gió bão đến kết cấu công trình dân dụng thấp tầng ở vùng nông thôn miền trung. Từ đó đã đưa ra được các giải pháp về quy hoạch, kiến trúc và kết cấu nhằm tăng cường khả năng phòng chống gió bão cho các công trình dân dụng thấp tầng vùng nông thôn miền Trung.

5. Tài liệu tham khảo:

[1] Nguyễn Hoài Nam (2014) “Nghiên cứu giải phápgiảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng bằng thực nghiệm trong ống thổi khí động”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa học công nghệ xây dựng.

[2] Tiêu chuẩn Việt Nam - TCVN 2737-2006 “Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế”, NXB Xây dựng, Hà Nội

 

 

 

 

Lưu Quỳnh Hường, Nguyễn Tiến Thái  - BM Kỹ thuật hạ tầng