Kết cấu gỗ: Kinh nghiệm quốc tế từ tiêu chuẩn đến thiết kế chịu lửa

Nhật Bản: Thiết kế để kết cấu gỗ có thể kiểm soát khi cháy

Trình bày tham luận "Chống cháy bằng bản chất vật liệu: Tư duy thiết kế kết cấu gỗ chịu lửa của Nhật Bản" tại Hội thảo, ông Yamaoka Yoshiko, Giám đốc kinh doanh nước ngoài Công ty Life Design Kabaya Nhật Bản cho biết, tư duy phòng cháy của Nhật Bản có nền tảng từ lịch sử.

Một ví dụ là tường Udatsu (dạng tường lửa nhỏ được dựng ở hai đầu mái nhà phố machiya từ thời Edo) có tác dụng hạn chế lửa lan sang các nhà lân cận, đồng thời ngăn tia lửa và nhiệt bức xạ. Đây được xem là tiền thân của các giải pháp tường ngăn cháy, tường biên hiện đại.

Theo số liệu được ông Yamaoka Yoshiko trình bày, trong giai đoạn 2019-2023, Nhật Bản ghi nhận 10.419 vụ cháy tại các công trình không phải gỗ như bê tông cốt thép, khung thép... Trong khi nhóm công trình gỗ và chưa xác định là 10.555 vụ. Từ đó, tham luận nhấn mạnh nguy cơ hỏa hoạn không chỉ phụ thuộc vào vật liệu kết cấu mà còn liên quan đến điều kiện sống và thói quen sử dụng.

Đối với công trình, yêu cầu phòng cháy được tiếp cận trên 5 chức năng gồm: Hạn chế nguồn cháy và dập tắt ban đầu; bảo đảm an toàn sơ tán; hỗ trợ chữa cháy; ngăn cháy lan sang khu vực lân cận và duy trì khả năng chịu tải của kết cấu khi xảy ra cháy.

Trong đó, khả năng chống cháy kết cấu là lĩnh vực có sự khác biệt đáng kể trong cách tiếp cận giữa kết cấu gỗ và kết cấu bê tông, thép. Nhật Bản chú trọng tận dụng đặc tính bản chất của gỗ để thiết kế kết cấu chịu lửa.

Gỗ được xem là vật liệu có quá trình cháy và than hóa tương đối ổn định, có thể tính toán được. Gỗ tự nhiên có tốc độ than hóa khoảng 1mm/phút, trong khi các sản phẩm gỗ kỹ thuật như GLT, CLT và LVL được tham luận nêu có tốc độ cháy khoảng 0,8mm/phút. Đặc tính này cho phép dự đoán phần mặt cắt còn lại có khả năng chịu tải theo thời gian.

Một giải pháp được giới thiệu là cấu tạo cột, dầm gỗ theo 3 lớp. Lớp ngoài cùng là phần gỗ "hy sinh", khi tiếp xúc với lửa sẽ cháy và hình thành lớp than có tác dụng cách nhiệt, hạn chế nhiệt truyền vào bên trong.

Tiếp đó là lớp ngăn ngọn lửa, gồm vữa và gỗ, có tác dụng hạn chế sự truyền nhiệt. Phần lõi là gỗ chịu tải được bảo vệ, tiếp tục đảm nhiệm vai trò chịu lực chính của công trình.

CLT (loại gỗ được cấu tạo từ nhiều lớp gỗ xếp vuông góc và ép thành tấm) cũng được giới thiệu với nhiều ứng dụng trong phòng cháy, từ tường, trần đến mái đua, ô văng và tường biên.

Với tường CLT dày từ 90mm trở lên, tham luận nêu khả năng chịu tác động của đám cháy từ phòng bên cạnh trong khoảng 1 giờ mà không bị cháy xuyên. Tường biên, tường cánh sử dụng CLT cũng có thể phát huy vai trò tương tự Udatsu, góp phần hạn chế cháy lan giữa các công trình.

Nhật Bản áp dụng hai hướng tiếp cận trong hướng dẫn thiết kế phòng cháy và chịu lửa. Một hướng dựa trên thời gian cần thiết để thoát hiểm, với yêu cầu về khả năng chịu cháy được xác định theo loại công trình. Hướng còn lại dựa trên thời gian dập lửa, trong đó lớp bảo vệ chống cháy được thiết kế để khung kết cấu không bắt cháy trong thời gian yêu cầu.

New Zealand: Tiêu chuẩn đi cùng thiết kế và bảo vệ

Ở một góc tiếp cận khác, ông Andrea Stocchero, chuyên gia đến từ New Zealand, Giám đốc sản phẩm kết cấu Sequal chia sẻ kinh nghiệm xây dựng tiêu chuẩn và ứng dụng gỗ thông New Zealand trong công trình.

Theo ông Andrea Stocchero, gỗ được định vị là vật liệu xây dựng hiện đại với nhiều lợi ích về hiệu suất, thi công, kinh tế, môi trường và con người. Các sản phẩm gỗ kỹ thuật như GLT, CLT, PLT và LVL đã được sử dụng trong nhiều loại hình công trình, từ nhà ở, trường học, văn phòng đến công trình thương mại, công nghiệp và công cộng.

Tuy nhiên, việc mở rộng sử dụng gỗ đòi hỏi phải đồng thời giải quyết các vấn đề về cháy, độ bền, độ ẩm và côn trùng, mối mọt. Đặc biệt trong môi trường nhiệt đới, chất lượng công trình không chỉ phụ thuộc vào vật liệu mà còn ở toàn bộ quá trình từ thiết kế, lựa chọn vật liệu, bảo vệ, thi công đến bảo trì.

Một trong những giải pháp được giới thiệu là sử dụng gỗ thông Radiata Pine của New Zealand. Loại gỗ này có cấu trúc tế bào cho phép hóa chất bảo quản thấm sâu và giữ lại tốt, đồng thời có thể được xử lý bằng phương pháp áp lực nhằm tăng khả năng chống côn trùng, mối mọt, độ ẩm và tác động của thời tiết.

Về tiêu chuẩn chất lượng, gỗ xử lý được kiểm soát theo tiêu chuẩn chung của Australia và New Zealand AS/NZS 1604.1:2021, quy định các cấp độ nguy cơ, hóa chất xử lý, độ thẩm thấu và độ bền.

Kinh nghiệm từ Nhật Bản và New Zealand cho thấy, để phát triển kết cấu gỗ, việc lựa chọn vật liệu cần đi cùng hệ thống tiêu chuẩn và hướng dẫn thiết kế phù hợp. Các yêu cầu về chịu lửa, độ bền, độ ẩm, mối mọt và bảo trì cần được tính toán xuyên suốt từ thiết kế đến quá trình sử dụng công trình.

Những kinh nghiệm này cho thấy, để kết cấu gỗ phát huy hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi, tiêu chuẩn kỹ thuật cần đi cùng tư duy thiết kế phù hợp với đặc tính của vật liệu và điều kiện công trình.