Vùng áp lực gió và vùng động đất trong xây dựng: nhà bạn thuộc vùng nào

Vùng áp lực gió và vùng động đất là cách quy chuẩn xây dựng chia lãnh thổ theo mức gió bão và mức rung động đất mà công trình ở đó phải chịu. Nhà xây ở dải ven biển miền Trung phải tính với áp lực gió lớn hơn nhiều so với nhà ở Tây Nguyên; nhà ở vùng núi Tây Bắc phải tính động đất kỹ hơn nhà ở đồng bằng sông Cửu Long. Muốn biết nhà mình thuộc vùng nào, kỹ sư tra trong quy chuẩn số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng, theo địa danh nơi xây.

Vì sao phải chia vùng

Nếu mọi ngôi nhà trên cả nước đều tính theo cơn bão mạnh nhất từng đổ bộ vào Quảng Ninh hay Quảng Ngãi, nhà ở những nơi gió yếu sẽ tốn thép, tốn bê tông vô ích. Nếu tính theo mức trung bình, nhà ven biển sẽ tốc mái hằng năm. Chia vùng là cách để mỗi nơi chi đúng số tiền cho đúng mối nguy của nơi đó.

Ở Việt Nam, các số liệu này nằm trong hai loại văn bản kỹ thuật:

• Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 02 về số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng (bản soát xét năm 2022): bảng và bản đồ về nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, áp lực gió, mật độ sét, động đất theo từng địa danh. Đây là văn bản bắt buộc.
• Các tiêu chuẩn thiết kế, quen thuộc nhất là tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737 (bản mới thay cho bản năm 1995) và tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất TCVN 9386:2012. Tiêu chuẩn hướng dẫn cách biến con số của vùng thành tải trọng cụ thể lên mái, tường, cột.

Quy chuẩn, tiêu chuẩn được soát xét theo thời gian. Khi xây nhà thật, luôn hỏi kỹ sư đang áp dụng bản nào; bài này chỉ giải thích nguyên lý.

Áp lực gió: từ vận tốc gió đến lực đè lên mái

Gió càng mạnh thì lực càng lớn, nhưng không tăng đều mà tăng theo bình phương vận tốc. Gió mạnh gấp đôi thì lực đẩy lên tường gấp bốn. Đó là lý do một cơn bão cấp 12 phá hoại khác hẳn bão cấp 9, dù con số vận tốc nghe chỉ chênh vài chục cây số một giờ.

Công thức kỹ sư hay dùng để đổi từ vận tốc ra áp lực rất ngắn: áp lực (đơn vị daN/m², xấp xỉ kg lực trên mỗi mét vuông) bằng khoảng 0,0613 nhân với bình phương vận tốc tính bằng m/s. Gió 30 m/s cho áp lực khoảng 55 daN/m²; gió 50 m/s cho khoảng 153 daN/m². Một mái nhà rộng 60 m² nếu chịu lực hút trung bình 100 daN/m² thì tổng lực nhấc mái lên tương đương sáu tấn.

Các vùng gió quen thuộc

Trong cách phân vùng đã dùng lâu năm ở Việt Nam (theo TCVN 2737:1995), lãnh thổ chia thành năm vùng từ I đến V, một số vùng có thêm phân vùng chữ A cho nơi ít chịu bão. Mỗi vùng gắn với một giá trị áp lực gió tiêu chuẩn, đo ở độ cao 10 mét, ứng với gió giật trong khoảng 3 giây và chu kỳ lặp khoảng 20 năm:

Nói gọn: vùng núi phía tây và phần lớn Tây Nguyên thuộc vùng gió thấp; đồng bằng Bắc Bộ, dải ven biển Bắc Trung Bộ và Trung Bộ thuộc các vùng cao hơn; một số đảo và dải sát biển nằm ở vùng cao nhất. Hà Nội thường được dẫn là vùng II-B, TP. Hồ Chí Minh là vùng II-A. Bản mới của tiêu chuẩn tải trọng đã điều chỉnh cách tính và một số giá trị, nên bảng trên dùng để hiểu thứ bậc, không dùng để thiết kế.

Địa hình xung quanh cũng đổi lực gió

Cùng một vùng gió, ngôi nhà đứng giữa đồng trống chịu gió mạnh hơn ngôi nhà nằm sâu trong phố. Tiêu chuẩn chia dạng địa hình thành ba loại:

• Địa hình A: trống trải, gần như không có vật cản: bờ biển, bờ hồ lớn, cánh đồng rộng, sa mạc.
• Địa hình B: tương đối trống trải, có ít vật cản cao không quá khoảng 10 mét: làng xóm, ngoại ô thưa nhà, rừng thưa.
• Địa hình C: bị che chắn mạnh, nhiều vật cản sát nhau cao từ 10 mét trở lên: trong thành phố, rừng rậm.

Nhà càng cao thì gió càng mạnh, nên áp lực được nhân thêm hệ số theo độ cao. Nhà trên đỉnh đồi, mép vực, đầu mũi đất còn chịu hiệu ứng gió tăng tốc khi vượt địa hình. Kinh nghiệm dân gian dựng nhà ven biển miền Trung thấp, có hàng cây chắn gió phía trước chính là cách tự đưa ngôi nhà từ địa hình A về gần địa hình B.

Vùng động đất: gia tốc nền và chu kỳ lặp 500 năm

Với động đất, con số đặc trưng không phải độ lớn Richter của trận động đất mà là gia tốc nền tại nơi xây nhà, thường viết bằng phần của gia tốc trọng trường g. Gia tốc nền 0,1g nghĩa là mặt đất bị xô đi với gia tốc bằng một phần mười gia tốc rơi tự do. Bản đồ trong quy chuẩn cho giá trị gia tốc nền tham chiếu ứng với chu kỳ lặp khoảng 500 năm, tức là khả năng bị vượt khoảng 10% trong 50 năm.

Theo tiêu chuẩn thiết kế chịu động đất, công trình được chia theo mức gia tốc thiết kế:

Vùng có gia tốc nền cao nhất ở Việt Nam tập trung ở Tây Bắc, dọc các đới đứt gãy sông Đà, sông Mã, Lai Châu – Điện Biên. Một số khu vực đồng bằng Bắc Bộ, kể cả nhiều nơi ở Hà Nội, có gia tốc nền đủ để phải thiết kế kháng chấn. Phần lớn Nam Bộ có gia tốc nền thấp.

Đất nền làm rung mạnh lên

Cùng một trận động đất, nhà đặt trên đá rung ít hơn nhà đặt trên lớp bùn sét dày. Tiêu chuẩn chia đất nền thành các loại từ A (đá) tới E và các loại đặc biệt; nền càng mềm, hệ số khuếch đại càng lớn. Đây là lý do khảo sát địa chất trước khi xây quan trọng không chỉ cho chuyện lún mà còn cho chuyện chịu động đất.

Tầm quan trọng của công trình

Không phải công trình nào cũng tính như nhau trong cùng một vùng. Bệnh viện, trường học, trung tâm chỉ huy phòng chống thiên tai, trạm bơm tiêu úng được nhân với hệ số tầm quan trọng cao hơn nhà ở, vì chúng phải còn dùng được ngay sau thiên tai và chứa nhiều người. Ngược lại, nhà kho tạm, chuồng trại có thể dùng hệ số thấp hơn. Nguyên tắc này có mặt trong hầu hết quy chuẩn trên thế giới.

Góc nhìn hôm nay: người xây nhà nên làm gì

Người dân không cần tự tra bảng hay tự tính tải trọng, nhưng nên biết đủ để hỏi đúng:

• Hỏi kỹ sư thiết kế: nhà tôi được tính với vùng gió nào, dạng địa hình nào, gia tốc nền bao nhiêu, theo quy chuẩn bản nào. Một bản vẽ kết cấu tử tế luôn ghi các thông số này ở phần thuyết minh.
• Chú ý tên địa danh: bảng trong quy chuẩn lập theo đơn vị hành chính tại thời điểm ban hành. Sau đợt sắp xếp đơn vị hành chính năm 2025, nhiều tên cũ đã đổi; kỹ sư sẽ đối chiếu theo vị trí thực tế.
• Đừng chỉ nhìn vùng: nhà ở mép biển, trên đồi trống, hay nhà cao đứng một mình giữa khu thấp tầng cần tính kỹ hơn mức trung bình của vùng.
• Thợ giỏi không thay được bản tính: kinh nghiệm thợ rất quý cho chi tiết thi công, nhưng việc chọn tiết diện cột, số thanh thép, liên kết mái theo vùng gió, vùng động đất là việc của người có chuyên môn kết cấu.

Muốn đọc thêm, có thể tìm quy chuẩn QCVN 02 và các tiêu chuẩn tải trọng, chịu động đất trên cổng thông tin của Bộ Xây dựng, hoặc các bản đồ phân vùng động đất do Viện Các khoa học Trái Đất công bố.