Nhà gạch chống được động đất khi tường gạch không đứng một mình mà được ôm bởi hệ cột giằng và dầm giằng bê tông cốt thép chạy liên tục quanh nhà, tạo thành cái mà kỹ sư gọi là khối xây có khung bao. Những ngôi nhà gạch đổ trong động đất thường giống nhau ở ba điểm: tường không có giằng, tầng trệt bị khoét trống làm cửa hàng, và mái hay phần cơi nới quá nặng. Sửa được ba điểm đó, nhà gạch thấp tầng an toàn hơn rất nhiều mà không cần đắt.
Vì sao nhà gạch dễ đổ khi đất rung
Gạch và vữa chịu nén rất tốt: một bức tường gạch dày đỡ được cả mấy tầng sàn. Nhưng động đất không đè xuống mà xô ngang, qua lại nhiều lần trong vài chục giây. Với lực xô ngang, tường gạch không cốt thép có ba điểm yếu:
- Chịu kéo rất kém: mạch vữa tách ra khi bị kéo, tường nứt theo đường chéo, sau vài chu kỳ đổi chiều thành hình chữ X.
- Đổ ra ngoài mặt phẳng: bức tường dài, cao, không có gì giữ đỉnh sẽ đổ ập ra như một tấm bảng bị đẩy, nhất là tường đầu hồi.
- Rời nhau ở góc: hai bức tường gặp nhau ở góc nhà nếu không liên kết sẽ tách ra, mỗi bức tự chịu một mình rồi đổ.
Khảo sát sau các trận động đất ở Nepal năm 2015 hay ở nhiều nơi khác đều cho thấy nhà xây gạch, đá không cốt thép chiếm phần lớn số nhà sập. Ở Việt Nam, trận động đất Tuần Giáo năm 1983 cũng làm hư hại nặng nhiều nhà xây trong vùng.
Khối xây có khung bao là gì
Khối xây có khung bao (tiếng Anh là confined masonry) là kiểu nhà phổ biến ở nhiều nước có động đất như Chile, Peru, Mexico, Indonesia. Thứ tự thi công là điểm khác biệt quan trọng nhất:
- Xây tường gạch trước, chừa sẵn chỗ cột ở góc nhà, chỗ giao tường và hai bên lỗ cửa lớn. Mép tường chỗ cột được xây so le kiểu răng cưa.
- Ghép cốp pha, đổ bê tông cột giằng sau. Bê tông chảy vào các khe răng cưa, khoá tường và cột với nhau.
- Đổ dầm giằng chạy liên tục quanh nhà ở cao độ mỗi sàn và đỉnh tường, nối kín các cột.
Kết quả là mỗi mảng tường bị "đóng khung" bốn phía. Khi đất rung, tường vẫn có thể nứt, nhưng khung giữ các mảnh vỡ lại, nhà không đổ ập và người bên trong có thời gian thoát ra.
Khác nhà khung bê tông chèn gạch thế nào
Nhà phố ở Việt Nam phần lớn là khung bê tông cốt thép chèn gạch: đổ cột, dầm, sàn trước, xây tường chèn vào sau. Hai kiểu trông giống nhau khi đã trát, nhưng làm việc khác nhau:
| Đặc điểm | Khối xây có khung bao | Khung bê tông chèn gạch |
|---|---|---|
| Thứ tự thi công | Xây tường trước, đổ cột giằng sau | Đổ khung trước, xây tường chèn sau |
| Ai chịu lực ngang | Tường gạch là chính, khung giữ tường | Khung là chính, tường chèn tham gia ngoài ý muốn |
| Cột | Nhỏ, đặt dày ở góc và giao tường | To hơn, đặt theo lưới nhịp |
| Hợp với | Nhà thấp tầng, một đến ba tầng | Nhà nhiều tầng, nhịp lớn |
| Điểm yếu hay gặp | Thiếu cột ở góc, lỗ cửa quá lớn | Tầng mềm, cột ngắn, tường chèn đổ ra ngoài |
Với nhà khung chèn gạch, tường chèn không được tính là chịu lực nhưng thực tế vẫn đỡ một phần lực ngang. Khi tường bố trí lệch, nó làm nhà xoắn hoặc tạo ra tầng mềm, gây hại nhiều hơn giúp.
Năm lỗi làm nhà gạch đổ trong động đất
1. Tầng trệt mềm
Tầng trệt trổ cửa rộng hết mặt tiền để làm cửa hàng, gara, trong khi các tầng trên kín tường. Tầng trệt khi đó yếu và mềm hơn hẳn phía trên; toàn bộ biến dạng dồn vào các cột tầng trệt, cột gãy và cả khối nhà sụp xuống tại chỗ. Đây là kiểu sập gây chết người nhiều nhất trong các trận động đất ở đô thị. Nếu cần mở rộng tầng trệt, phải có kỹ sư tính bù bằng cột, vách cứng hoặc giằng.
2. Cột ngắn
Một đoạn cột bị tường lửng hoặc ô cửa sổ cao kẹp hai bên, chỉ còn một khúc ngắn tự do. Đoạn ngắn đó cứng hơn nên hút lực nhiều hơn, thường vỡ cắt theo đường chéo. Lỗi này hay gặp ở dãy phòng học có cửa sổ cao chạy dài.
3. Lỗ cửa sai chỗ, quá nhiều
Cửa đặt sát góc nhà làm mất đoạn tường quan trọng nhất; quá nhiều cửa trên một mặt làm mặt đó yếu hơn mặt đối diện, nhà bị xoắn. Các hướng dẫn quốc tế cho nhà khối xây khuyên lỗ cửa cách góc nhà một khoảng tường đặc, tổng chiều rộng cửa trên một bức tường không chiếm quá phần lớn chiều dài tường, và lỗ cửa lớn phải có cột giằng hai bên.
4. Mặt bằng lệch, dài hẹp
Nhà hình chữ L, chữ T không có khe tách, hoặc nhà ống dài mà chỉ có tường hai bên, không có tường ngang. Khi rung, các cánh nhà dao động khác nhau và giật vào nhau ở chỗ giao. Mặt bằng gọn, tường phân bố đều theo cả hai phương là nguyên tắc đầu tiên trong mọi tiêu chuẩn kháng chấn.
5. Cơi nới và mái nặng
Xây thêm tầng lên nhà cũ mà không kiểm tra móng, cột; đặt bể nước lớn trên tum; lợp mái ngói nặng trên tường mảnh. Lực động đất tỉ lệ với khối lượng: phần nặng đặt càng cao càng nguy hiểm. Bể nước inox trên mái cũng cần neo chắc, không chỉ kê lên.
Những chi tiết nhỏ quyết định
- Vữa và gạch: gạch nung đủ chín, mạch vữa đầy, không để mạch rỗng. Tường gạch nhúng nước trước khi xây để gạch không hút khô vữa.
- Thép cột giằng: thép neo từ móng lên, nối chồng đủ dài, đai dày hơn ở hai đầu cột và chỗ nối với dầm. Đai bẻ móc vào trong lõi bê tông, không để đai hở.
- Giằng đầu hồi: tường đầu hồi hình tam giác cao là phần hay đổ nhất; cần giằng nghiêng theo mái và liên kết vào xà gồ, hoặc thay bằng vách nhẹ.
- Sàn và mái liên kết vào giằng: sàn bê tông đổ liền với dầm giằng giúp các bức tường cùng làm việc như một hộp. Mái nhẹ cần neo vào dầm đỉnh tường.
- Lan can, tường rào, ống khói: các phần tường đứng tự do trên cao hoặc dọc lối đi cũng cần giằng hoặc làm nhẹ, vì khi đổ chúng rơi trúng người chạy ra.
Những con số cụ thể như tiết diện cột, số thanh thép, khoảng cách cột tối đa, chiều dày tường phụ thuộc vào vùng động đất, đất nền và số tầng. Chúng phải do kỹ sư kết cấu xác định theo quy chuẩn xây dựng hiện hành, không lấy từ nhà hàng xóm.
Gia cố nhà gạch cũ
Nhà xây từ lâu, tường chịu lực, chưa có giằng vẫn có thể gia cố. Các cách thường dùng: đổ thêm cột giằng và dầm giằng áp sát tường; ốp lưới thép rồi trát vữa xi măng lên hai mặt tường (tạo thành lớp vỏ chịu kéo); neo tường đầu hồi vào hệ mái; thay mái nặng bằng mái nhẹ. Việc gia cố cần khảo sát hiện trạng trước, vì đục phá sai chỗ có thể làm nhà yếu thêm.
Góc nhìn hôm nay
Ở Việt Nam, phần lớn nhà ở thấp tầng là nhà gạch, và phần lớn lãnh thổ có mức động đất thấp đến trung bình. Tin tốt là các chi tiết giúp nhà chống động đất, như cột giằng ở góc, dầm giằng liên tục, mặt bằng gọn, cũng chính là các chi tiết giúp nhà chống bão. Làm đúng một lần là có lợi cho cả hai mối nguy.
Ai muốn tìm hiểu sâu có thể tìm tài liệu hướng dẫn thiết kế nhà khối xây có khung bao do Mạng lưới Confined Masonry Network phối hợp với Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Động đất (EERI) công bố, hoặc tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất TCVN 9386. Khi xây hay sửa nhà, thuê kỹ sư có chuyên môn kết cấu và yêu cầu bản vẽ thể hiện rõ cột giằng, dầm giằng là việc đáng làm nhất.
Câu hỏi thường gặp
Khối xây có khung bao là gì?
Đó là kiểu nhà xây tường gạch trước, sau đó đổ cột giằng và dầm giằng bê tông cốt thép bao quanh từng mảng tường. Mép tường xây răng cưa để bê tông khoá chặt vào gạch. Kiểu nhà này chịu động đất tốt hơn nhiều so với nhà gạch không có giằng.
Tầng mềm là gì và vì sao nguy hiểm?
Tầng mềm là tầng yếu và kém cứng hơn hẳn các tầng phía trên, thường là tầng trệt mở trống làm cửa hàng hoặc chỗ để xe. Khi động đất, biến dạng dồn hết vào các cột của tầng này, cột gãy và nhà sụp xuống tại chỗ. Đây là kiểu sập gây thương vong lớn nhất ở đô thị.
Nhà gạch cấp bốn có cần giằng tường không?
Có. Giằng tường và cột giằng ở góc giúp nhà cấp bốn chịu được cả động đất lẫn gió bão, và chi phí không lớn so với tổng giá trị ngôi nhà. Nhà không giằng dễ đổ tường đầu hồi và tốc mái trong bão.
Có gia cố được nhà gạch cũ chống động đất không?
Được. Các cách thường dùng là đổ thêm cột và dầm giằng áp sát tường, ốp lưới thép trát vữa hai mặt tường, neo tường đầu hồi vào mái và thay mái nặng bằng mái nhẹ. Cần kỹ sư khảo sát trước để chọn cách phù hợp và không làm yếu thêm kết cấu.
Vì sao nhà động đất hay nứt chéo hình chữ X?
Lực động đất xô tường qua lại theo phương ngang. Mỗi lần xô, tường chịu kéo theo một đường chéo và nứt theo đường đó; khi lực đổi chiều, vết nứt chéo thứ hai xuất hiện, tạo thành chữ X. Vết nứt chữ X là dấu hiệu tường đã chịu lực cắt lớn, cần kỹ sư kiểm tra trước khi ở lại.
