Số Duyệt:0 CỦA:trang web biên tập đăng: 2025-01-06 Nguồn:Site
Gỗ đã là vật liệu xây dựng thiết yếu trong nhiều thiên niên kỷ, được đánh giá cao về tính sẵn có, khả năng thi công và tính thẩm mỹ tự nhiên. Theo truyền thống, việc sử dụng nó chỉ giới hạn ở các kết cấu thấp tầng do hạn chế về độ bền và khả năng chống lại các yếu tố môi trường. Tuy nhiên, sự ra đời của các sản phẩm gỗ công nghiệp và kỹ thuật xây dựng hiện đại đã cách mạng hóa những ứng dụng tiềm năng của gỗ. Câu hỏi cấp thiết cho các kiến trúc sư, kỹ sư và nhà xây dựng ngày nay là: Gỗ có thể được sử dụng cho các tòa nhà cao tầng? Bài viết này đi sâu vào tính khả thi của gỗ làm vật liệu chính trong xây dựng nhà cao tầng, khám phá những tiến bộ trong công nghệ gỗ, cân nhắc về cấu trúc, thách thức pháp lý và tích hợp các hệ thống bổ sung như Ván khuôn thép xây dựng công trình.
Trong suốt lịch sử, gỗ đã là nền tảng của việc xây dựng trên nhiều nền văn hóa khác nhau. Từ những ngôi chùa truyền thống của Nhật Bản đã trụ vững trước động đất trong nhiều thế kỷ cho đến những ngôi nhà khung gỗ ở châu Âu, gỗ đã thể hiện khả năng phục hồi vượt trội khi được sử dụng đúng cách. Những cấu trúc lịch sử này thể hiện tuổi thọ và độ bền của gỗ khi được thiết kế và bảo trì phù hợp. Tuy nhiên, những hạn chế của gỗ truyền thống, chẳng hạn như dễ bị cháy, mục nát và khả năng kết cấu hạn chế, đã hạn chế việc sử dụng loại gỗ này trong các ứng dụng nhà cao tầng.
Thế kỷ 21 đã chứng kiến những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ chế biến gỗ, đặc biệt là sự phát triển của các sản phẩm gỗ kỹ thuật. Những cải tiến này giải quyết những hạn chế truyền thống của gỗ, nâng cao khả năng kết cấu và mở rộng khả năng phù hợp của gỗ đối với các kết cấu lớn hơn và cao hơn.
Gỗ ghép nhiều lớp là một sản phẩm mang tính cách mạng bao gồm nhiều lớp ván gỗ xẻ nguyên khối xếp chồng lên nhau và liên kết với nhau bằng chất kết dính kết cấu. Việc dán chéo này mang lại sự ổn định về kích thước, độ bền và độ cứng, làm cho tấm CLT trở nên lý tưởng cho tường, sàn và mái trong cả tòa nhà dân cư và thương mại. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các tấm CLT thể hiện hiệu suất địa chấn tuyệt vời nhờ trọng lượng nhẹ và tính linh hoạt, khiến chúng phù hợp để sử dụng ở những vùng dễ xảy ra động đất.
Hiệu suất nhiệt của CLT là một lợi thế đáng kể khác. Đặc tính cách nhiệt tự nhiên của gỗ góp phần giúp các tòa nhà tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí sưởi ấm và làm mát. Ngoài ra, tấm CLT có thể được đúc sẵn ngoài công trường với độ chính xác cao, giảm thời gian xây dựng và chi phí nhân công.
Gỗ dán nhiều lớp, thường được gọi là Glulam, là một sản phẩm gỗ kỹ thuật bao gồm nhiều lớp gỗ xẻ có kích thước được liên kết với nhau bằng chất kết dính bền, chống ẩm. Dầm Glulam rất linh hoạt và có thể được sản xuất với nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau, bao gồm cả đường cong và vòm, mang đến cho kiến trúc sư sự linh hoạt trong thiết kế đáng kể. Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao của Glulam cho phép nhịp dài hơn mà không cần hỗ trợ trung gian, đây là lợi thế trong các thiết kế không gian mở thường thấy ở các tòa nhà cao tầng hiện đại.
Nghiên cứu chỉ ra rằng dầm Glulam có thể đạt được độ bền tương đương hoặc thậm chí vượt qua thép khi đo về độ bền trên một đơn vị trọng lượng. Điều này làm cho Glulam trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các bộ phận kết cấu trong xây dựng nhà cao tầng, đặc biệt khi kết hợp với các vật liệu khác trong các hệ thống kết hợp.
Khả năng tồn tại của gỗ trong các tòa nhà cao tầng phụ thuộc vào hiệu suất kết cấu của nó dưới các tải trọng và điều kiện khác nhau. Các đặc tính chính bao gồm sức mạnh, độ cứng, khả năng chống cháy và độ bền.
Các sản phẩm gỗ kỹ thuật mang lại các đặc tính cơ học nâng cao do giảm thiểu các khiếm khuyết tự nhiên. Các khuyết tật như nút thắt và thớ không đều được giảm thiểu trong quá trình sản xuất, mang lại hiệu suất đồng đều hơn và có thể dự đoán được. Các kỹ thuật phân loại độ bền hiện đại, bao gồm đánh giá ứng suất máy và đánh giá âm thanh, đảm bảo rằng các bộ phận gỗ đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe.
Các nghiên cứu đã chứng minh rằng CLT và Glulam có thể chịu được tải trọng của các tòa nhà cao tầng một cách hiệu quả. Ví dụ, một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Kỹ thuật Kết cấu đã nhấn mạnh rằng các tấm CLT thể hiện độ bền trong và ngoài mặt phẳng cao, khiến chúng phù hợp với các bức tường và vách ngăn chịu lực trong các cấu trúc nhiều tầng.
Trái ngược với nhận thức thông thường, gỗ có thể hoạt động tốt trong điều kiện cháy do đặc tính cháy thành than có thể dự đoán được của nó. Khi tiếp xúc với lửa, một lớp than hình thành trên bề mặt, cách nhiệt cho gỗ bên trong và làm chậm tốc độ cháy. Đặc tính này cho phép các cấu kiện gỗ lớn duy trì tính nguyên vẹn của cấu trúc lâu hơn thép không được bảo vệ, loại thép có thể mất độ bền nhanh chóng ở nhiệt độ cao.
Khả năng chống cháy có thể được tăng cường hơn nữa thông qua các chiến lược thiết kế, chẳng hạn như các bộ phận cấu trúc có kích thước lớn hơn để tránh cháy thành than hoặc áp dụng các biện pháp xử lý chống cháy. Việc tuân thủ các quy định về phòng cháy đạt được bằng cách thực hiện các thử nghiệm chống cháy và tuân thủ các yêu cầu thiết kế quy định được nêu trong quy định xây dựng.
Độ bền của gỗ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ ẩm, côn trùng và nấm. Các sản phẩm gỗ kỹ thuật được sản xuất trong điều kiện được kiểm soát, giảm độ ẩm và ức chế sự phát triển của sinh vật phân hủy. Lớp phủ bảo vệ và chất bảo quản có thể tăng cường khả năng chống lại các yếu tố môi trường, kéo dài tuổi thọ của cấu trúc gỗ.
Ngoài ra, chi tiết thiết kế phù hợp, chẳng hạn như kết hợp hệ thống thông gió đầy đủ và tránh bẫy nước, là rất quan trọng trong việc ngăn ngừa các vấn đề liên quan đến độ ẩm. Việc sử dụng các rào cản chống ẩm và hệ thống thoát nước được kiểm soát sẽ bảo vệ tốt hơn các thành phần gỗ trong các tòa nhà cao tầng.
Một số dự án tiên phong trên thế giới đã tận dụng thành công gỗ trong xây dựng nhà cao tầng, chứng tỏ tính khả thi và lợi ích của nó.
Với độ cao 85,4 mét, Mjøstårnet là tòa nhà hỗn hợp 18 tầng ở Brumunddal, Na Uy, được hoàn thành vào năm 2019. Nó nổi bật là một trong những tòa nhà gỗ cao nhất thế giới. Cấu trúc sử dụng cột và dầm Glulam, tường và sàn CLT, thể hiện khả năng của gỗ trong bối cảnh nhà cao tầng. Tòa nhà đáp ứng tất cả các yêu cầu về kết cấu và an toàn phòng cháy, kết hợp hệ thống phun nước và vật liệu chống cháy được bố trí một cách chiến lược.
Tháp HoHo ở Vienna là tòa nhà 24 tầng cao 84 mét, hoàn thành vào năm 2019. Với hệ thống xây dựng kết hợp, tòa nhà kết hợp gỗ và bê tông để tối ưu hóa hiệu suất. Khoảng 75% cấu trúc là gỗ, giúp giảm đáng kể lượng khí thải carbon của tòa nhà. Việc sử dụng các mô-đun gỗ đúc sẵn cho phép xây dựng nhanh chóng, cứ sáu ngày một tầng sẽ được hoàn thành.
Tọa lạc tại Đại học British Columbia, Brock Commons Tallwood House là khu nhà ở sinh viên 18 tầng được hoàn thành vào năm 2017. Tòa nhà sử dụng hệ thống kết hợp với tấm sàn CLT và cột Glulam, được hỗ trợ bởi lõi bê tông để ổn định các mặt bên. Quá trình xây dựng diễn ra nhanh chóng đáng kể, cấu trúc gỗ được xây dựng chỉ trong 70 ngày. Dự án đã chứng minh sự giảm đáng kể lượng phát thải khí nhà kính so với xây dựng bằng bê tông truyền thống.
Bất chấp những tiến bộ và các dự án thành công, vẫn cần phải giải quyết một số thách thức để tận dụng tối đa tiềm năng của gỗ trong xây dựng nhà cao tầng.
Các quy tắc và quy định xây dựng có thể đặt ra những thách thức đáng kể, vì nhiều quy định và quy định được phát triển bằng vật liệu truyền thống và có thể không phù hợp với các công nghệ gỗ tiên tiến. Việc thiếu các hướng dẫn tiêu chuẩn hóa cho các tòa nhà cao tầng bằng gỗ đòi hỏi phải có sự phê duyệt dành riêng cho từng dự án, việc này có thể tốn thời gian và tốn kém. Những nỗ lực đang được tiến hành để cập nhật các quy tắc, chẳng hạn như Bộ luật Xây dựng Quốc tế bao gồm các tòa nhà gỗ khối cao hơn, nhưng việc áp dụng rộng rãi vẫn đang dần dần.
Thường có sự hoài nghi về tính năng của gỗ, đặc biệt là về độ bền và an toàn cháy nổ. Giáo dục các bên liên quan về các đặc tính của gỗ kỹ thuật và kết quả nghiên cứu khoa học là rất quan trọng. Việc chứng minh các nghiên cứu điển hình thành công và cung cấp dữ liệu minh bạch có thể giúp thay đổi nhận thức và khuyến khích sự chấp nhận rộng rãi hơn trong ngành.
Sự sẵn có của các sản phẩm gỗ kỹ thuật chất lượng cao phụ thuộc vào chuỗi cung ứng được phát triển tốt. Ở những khu vực chưa hình thành các ngành công nghiệp như vậy, việc tìm nguồn nguyên liệu có thể gặp khó khăn. Đầu tư vào các cơ sở sản xuất tại địa phương và đào tạo lao động có tay nghề là cần thiết để hỗ trợ sự phát triển của ngành xây dựng nhà cao tầng bằng gỗ.
Việc xây dựng các tòa nhà cao tầng thường được hưởng lợi từ phương pháp kết hợp, kết hợp gỗ với các vật liệu khác như thép và bê tông. Việc sử dụng Ván khuôn thép xây dựng công trình là không thể thiếu trong quá trình này. Ván khuôn thép cung cấp sự hỗ trợ cần thiết cho việc đúc các thành phần bê tông, chẳng hạn như lõi và móng, bổ sung cho kết cấu gỗ.
Ván khuôn thép mang lại sức mạnh, độ bền và độ chính xác, những yếu tố cần thiết để hoàn thiện bê tông chất lượng cao và tính toàn vẹn của kết cấu. Bản chất mô-đun của nó cho phép linh hoạt trong thiết kế và lắp ráp và tháo gỡ hiệu quả. Khi xây dựng các tòa nhà kết hợp, ván khuôn thép đảm bảo hình thành chính xác các phần tử bê tông tiếp xúc liền mạch với các thành phần gỗ.
Ví dụ, việc sử dụng ván khuôn thép để hình thành lõi bê tông giúp tăng cường độ ổn định ngang của tòa nhà, điều này đặc biệt quan trọng trong các kết cấu cao tầng chịu tác động của lực gió và địa chấn. Sự kết hợp giữa đặc tính nhẹ của gỗ với khối lượng và độ cứng của bê tông mang lại hiệu quả kết cấu được tối ưu hóa.
Trong quá trình xây dựng Ngôi nhà gỗ cao Brock Commons, việc tích hợp gỗ với bê tông và thép là yếu tố then chốt. Các lõi bê tông được thi công bằng hệ thống ván khuôn thép tiên tiến, đảm bảo độ chính xác và độ bền kết cấu. Sau đó, sàn và cột gỗ được lắp đặt một cách hiệu quả, tận dụng tốc độ của các cấu kiện gỗ đúc sẵn.
Sự hợp tác giữa các hệ thống xây dựng khác nhau làm nổi bật tầm quan trọng của ván khuôn thép trong việc đạt được dung sai và độ thẳng hàng cần thiết trong các tòa nhà cao tầng. Nó cũng chứng tỏ cách Ván khuôn thép xây dựng công trình góp phần vào sự tích hợp thành công của gỗ và bê tông.
Lợi ích môi trường của việc sử dụng gỗ trong xây dựng là rất đáng kể. Gỗ là nguồn tài nguyên có thể tái tạo và các khu rừng được quản lý bền vững có thể cô lập carbon dioxide từ khí quyển. Các tòa nhà bằng gỗ đóng vai trò như nơi lưu trữ carbon, khóa carbon để duy trì tuổi thọ của cấu trúc.
Các nghiên cứu Đánh giá Vòng đời đã chỉ ra rằng các tòa nhà bằng gỗ có thể có lượng khí thải carbon thấp hơn đáng kể so với những tòa nhà được xây dựng bằng vật liệu thông thường. Việc sản xuất thép và bê tông tiêu tốn nhiều năng lượng và tạo ra lượng khí thải nhà kính đáng kể. Việc thay thế những vật liệu này bằng gỗ ở những nơi khả thi có thể góp phần vào nỗ lực toàn cầu nhằm giảm thiểu biến đổi khí hậu.
Việc chế tạo sẵn các cấu kiện gỗ giúp rút ngắn thời gian xây dựng và giảm chi phí lao động. Sản xuất chính xác trong môi trường được kiểm soát giúp giảm thiểu lãng phí và cải thiện chất lượng. Tiến độ xây dựng ngắn hơn giúp giảm chi phí tài chính và cho phép sử dụng sớm hơn, nâng cao khả năng kinh tế tổng thể của dự án.
Hơn nữa, trọng lượng nhẹ hơn của kết cấu gỗ có thể làm giảm yêu cầu về nền móng, dẫn đến tiết kiệm chi phí, đặc biệt ở những khu vực có điều kiện đất xấu. Sự dễ dàng sửa đổi và khả năng thích ứng của các tòa nhà bằng gỗ cũng có thể kéo dài thời gian sử dụng hữu ích của chúng, mang lại lợi ích kinh tế lâu dài.
Tương lai của gỗ trong xây dựng nhà cao tầng có vẻ đầy hứa hẹn với những nghiên cứu và phát triển công nghệ đang diễn ra sẵn sàng vượt qua những thách thức hiện có. Những đổi mới trong khoa học vật liệu, chẳng hạn như phát triển các sản phẩm gỗ biến tính với các đặc tính nâng cao, đang mở rộng khả năng sử dụng gỗ.
Các công nghệ mới nổi như vật liệu tổng hợp gỗ lai và vật liệu nano-cellulose giúp cải thiện độ bền, độ bền và khả năng chống cháy. Các công cụ thiết kế kỹ thuật số và Mô hình thông tin xây dựng (BIM) tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập kế hoạch và phối hợp các kết cấu gỗ phức tạp, giảm sai sót và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.
Nỗ lực cập nhật quy chuẩn xây dựng và phát triển các tiêu chuẩn quốc tế về xây dựng nhà cao tầng bằng gỗ đang có đà tăng trưởng. Sự hợp tác giữa các bên liên quan trong ngành, các nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý là điều cần thiết để thiết lập các hướng dẫn đảm bảo an toàn đồng thời thúc đẩy đổi mới.
Đầu tư vào các chương trình giáo dục và đào tạo cho kiến trúc sư, kỹ sư và chuyên gia xây dựng là rất quan trọng. Nâng cao kiến thức và kỹ năng liên quan đến thiết kế và xây dựng gỗ sẽ hỗ trợ sự phát triển của ngành và khuyến khích việc áp dụng các phương pháp hay nhất.
Tóm lại, gỗ đã nổi lên như một vật liệu hữu hiệu cho xây dựng nhà cao tầng nhờ những tiến bộ đáng kể trong các sản phẩm gỗ kỹ thuật và công nghệ xây dựng. Trong khi vẫn còn những thách thức, đặc biệt là liên quan đến khung pháp lý và sự chấp nhận của thị trường, các dự án thành công trên toàn thế giới đã chứng minh được tiềm năng của gỗ. Việc tích hợp các hệ thống bổ sung, chẳng hạn như Ván khuôn thép xây dựng công trình, nâng cao hiệu quả xây dựng và hiệu suất kết cấu.
Những lợi ích kinh tế và môi trường của gỗ, kết hợp với khả năng hoạt động của nó, khiến nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn để phát triển đô thị bền vững. Khi ngành tiếp tục đổi mới và giải quyết những thách thức hiện có, gỗ sẵn sàng đóng một vai trò quan trọng trong việc định hình đường chân trời của tương lai.
