Tòa nhà Monadnock ở Chicago được bắt đầu xây dựng vào năm 1891 và cho đến ngày nay vẫn đang được sử dụng. Tòa nhà đơn giản có mặt tiền màu xám này cao 16 tầng – được coi là tòa nhà chọc trời đầu tiên ở thời điểm đó, được xây dựng bằng cấu trúc kết cấu, gạch gốm và nền đá granite.
Để chịu được toàn bộ tải trọng của tòa nhà, kết cấu bức tường ở tầng trệt dày 1,8 mét và tầng trên cùng là 46cm. 130 năm sau, hệ thống xây dựng này vẫn phổ biến và cho phép tạ nên những “thế hệ sau” cao hơn với những bức tường mỏng hơn nhiều, các công trình kiến trúc mới được hoàn thành một cách hợp lý và tiết kiệm kinh phí. Nhưng kết cấu xây dựng ở đây là gì, làm thế nào để các KTS có thể sử dụng nó trong dự án kiến trúc và hệ thống này phù hợp với kiểu công trình nào?
Việc xếp tường đá là công việc đầu tiên, cơ bản nhất khi xây tường trong các công trình lịch sử mang tính biểu tượng như kim tự tháp, đền Parthenon, Vạn lý Trường Thành, Nhà thờ Đức Bà và rất nhiều công trình khác. Có vô số bí ẩn về cách xây dựng mà cho tới nay vẫn chưa có lời giải đáp chính thức, còn những biểu tượng này vẫn hiển nhiên đứng vững trước sự khắc nghiệt của thời gian.
Để vẽ nên dòng thời gian của khối xây kết cấu, cần tiếp cận lịch sử kiến trúc và các công trình vĩ đại. Nói một cách ngắn gọn, khối kết cấu là một hệ thống xây dựng, trong đó các bức tường của tòa nhà thực hiện chức năng là khối xây, sử dụng gạch hoặc đá theo cách tự chống đỡ. Những khối gạch đá được xếp chồng lên nhau thành từng lớp, các cấu kiện có thể có hoặc không kết nối với nhau bằng chất kết dính (vữa).
Hiện nay, những bức tường bằng đá vẫn đang được xây dựng, tuy nhiên, ngày càng nhiều thử nghiệm, nghiên cứu kết hợp công nghệ mới cho phép tạo ra những khối kết cấu đảm bảo tính năng mạnh mẽ, nhẹ để dễ dàng xây dựng và có khả năng chống chịu cao.
Vào những năm 1940, khối xây bắt đầu được sản xuất công nghiệp và được tung ra thị trường. Ngày nay, có nhiều khối xây dựng như gốm, bê tông, đất – xi măng và cát – vôi để làm nên những công trình. Những khối xây này được định hình để chúng có khả năng chống lại áp lực nén, có thể khoan được để gia cố kết cấu, hệ thống ống nước và ống dẫn điện.
Không giống như hệ thống cột – dầm phổ biến ngày nay, trong khối xây, các bức tường sẽ phân bố tải trọng xuống móng và sau đó xuống đất. Sự thành công của kết cấu được xác định bởi hình dạng và cách sắp xếp các bức tường này, ví dụ như việc chống lại trọng lượng và tải trọng chiếm dụng của kết cấu (tải trọng thẳng đứng) cũng như tải trọng do tác động của gió gây nên. Điều quan trọng là những mặt phẳng này phải song song kết hợp với nhau để tải trọng được phân bổ đều và không có bức tường nào bị yếu hơn. Để thực hiện được điều này cần phải xác định chính xác kích thước của các nhịp và bố trí các khe hở ở những vị trí thích hợp.
Khối xây có thể là khối kết cấu hoặc khối chịu lực. Loại kết cấu đơn giản hơn, trong đó các bức tường chỉ được xây bằng khối và vữa, khối chịu lực được gia cố bằng dây, thanh hoặc tấm chắn thép, có kích thước để chống lại lực tác dụng. Những cốt thép này được được đặt trong hốc khối và sau đó được đổ đầy vữa (từ một loại bê tông hoặc vữa có độ bền và tính lưu động cao).
Các loại khối khác nhau đáp ứng các chức năng cụ thể trong từng dự án. Có nhiều mẫu thiết kế khác nhau trên thế giới, nhưng nhìn chung, thường có các khối kết cấu chung (như mẫu 1 và mẫu 2) đã đề cập ở trên và các khối kiểu máng xối (mẫu 3), nhận cốt thép ngang. Cũng có một số khối cho phép các tấm khớp với nhau, thường được gọi là “kênh J”. Trong kiểu này, tấm sàn nằm ở một đầu, cung cấp khóa cấu trúc và lớp hoàn thiện tốt. Vì các khối này có sự đồng đều nên cải thiện đáng kể hiệu quả dự án và việc thực hiện thành công công việc.
Ưu điểm của việc sử dụng các khối xây là tốc độ xây dựng, giảm sử dụng gỗ, thép và bê tông, tiết kiệm thời gian, chi phí, công trường có tổ chức cao và khả năng chống cháy tốt. Hệ thống này cũng dẫn đến sự hợp lý hóa của dự án và đặc biệt các yếu tố xây dựng khác như lắp đặt điện và hệ thống thủy lực. Ngoài ra, khối xây có cường độ nén cao và tạo được nét thẩm mỹ khi không có lớp phủ.
Rõ ràng, những bức tường có nhiệm vụ chống đỡ không thể dỡ bỏ mà cũng khó có thể được thay thế bằng yếu tố khác có chức năng tương tự. Điều này có thể là bất lợi vì nó làm giảm đáng kể tính linh hoạt của tòa nhà và hầu như không thể thay đổi căn bản bố cục kiến trúc ban đầu. Một vấn đề khác là các tòa nhà xây quá cao này sẽ không thể phát huy tối đa công năng của mình khi nằm ở khu vực thường xuyên bị động đất. Trong trường hợp này, vai trò của những KTS, nhà xây dựng vô cùng quan trọng và cần tuân thủ theo luật pháp địa phương.
Ngày nay, có rất nhiều tòa nhà xây chịu lực cao tới 28 tầng. Hệ thống khối xây này có thể phù hợp cho nhiều loại công trình khác nhau, từ công trình gia đình nhỏ cho đến những công trình lớn tầm cỡ. Tổng quát lại, dự án xây dựng giả định có sự tích hợp giữa tất cả các khía cạnh của thiết kế và xây dựng, các KTS cần thể hiện khả năng lãnh đạo, tầm nhìn và thực hiện quyền kiểm soát để công việc diễn ra trơn tru.
Rõ ràng, có sự hỗ trợ của kỹ sư kết cấu trong quá trình xây dựng là điều thiết yếu. Khối xây không cho phép thay đổi thiết kế và ngẫu hứng trong quá trình thi công. Những khối xây kết cấu này là hệ thống cấu trúc cũ kỹ, nhưng thông qua những đóng góp công nghệ tiếp theo đây, chúng có thể đáng để mong đợi cho dự án thành phố trong tương lai.
Biên dịch | Vũ Hương (Nguồn: Archdaily)
XEM THÊM:
- Xây dựng kết cấu hạ tầng đồng bộ, góp phần phát triển đô thị Việt Nam bền vững
- Cần tái cấu trúc hoạt động hỗ trợ vùng thiên tai
- 7 dự án thử nghiệm quy mô nhỏ với vật liệu xây dựng ít thông dụng khiến bạn bất ngờ
