Anh chị có bao giờ tự hỏi ngôi nhà của mình đứng vững nhờ đâu không? Điều gì giúp công trình có thể vũng chắc trước những tác động của thời tiết và thời gian? Câu trả lời nằm ở hệ kết cấu chịu lực trái tim của mọi công trình. Đây là tập hợp các bộ phận có nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải toàn bộ trọng lượng của ngôi nhà xuống móng và đất nền một cách an toàn. Việc hiểu rõ về hệ kết cấu chịu lực, lựa chọn đúng loại và đảm bảo chất lượng thi công không chỉ giúp ngôi nhà bền vững, mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn và giá trị lâu dài của tài sản. Bài viết này Công ty Nguyên Phú sẽ cung cấp cho anh chị cái nhìn tổng quan về hệ kết cấu chịu lực nhà ở dân dụng.

1. Hệ kết cấu chịu lực là gì?

Hệ kết cấu chịu lực là hệ thống các thành phần trong một công trình xây dựng được thiết kế để chịu và truyền tải các lực tác động từ môi trường hoặc các tác động bên ngoài (như trọng lực, gió, động đất, tải trọng từ người,…) xuống nền đất hoặc các cấu kiện khác trong công trình.

2. Các thành phần chính của hệ kết cấu chịu lực

Để hiểu rõ hơn về cách một ngôi nhà đứng vững, chúng ta cần tìm hiểu cấu tạo cụ thể của từng bộ phận trong hệ kết cấu chịu lực:

2.1. Móng

Móng là phần quan trọng nhất, nằm sâu dưới lòng đất, có nhiệm vụ tiếp nhận toàn bộ tải trọng của công trình và truyền tải đều xuống nền đất. Việc lựa chọn loại móng và cấu tạo móng phụ thuộc vào quy mô công trình và đặc điểm địa chất khu vực.

2.2. Cột

Cột là cấu kiện thẳng đứng, chịu nén chủ yếu, dùng để truyền tải trọng từ các cấu kiện bên trên (dầm, sàn, mái) xuống móng hoặc các tầng bên dưới.

2.3. Dầm

Dầm là cấu kiện dạng thanh, thường nằm ngang hoặc nghiêng. Chức năng chính là chịu uốn và truyền tải trọng từ sàn, mái, tường hoặc các cấu kiện khác xuống các cấu kiện thẳng đứng như cột hoặc tường chịu lực.

2.4. Sàn

Sàn là cấu kiện dạng tấm, thường nằm ngang, có chức năng chính là tạo mặt phẳng sử dụng cho công trình và truyền tải trọng từ người, đồ đạc, tường ngăn,…, xuống các dầm hoặc tường chịu lực bên dưới.

2.5. Tường chịu lực

Trong các hệ kết cấu, thì tường chịu lực là cấu kiện thẳng đứng, dạng tấm, có chức năng chính là truyền tải trọng từ các cấu kiện bên trên (sàn, dầm, mái) xuống móng hoặc các tầng bên dưới.

3. Các loại hệ kết cấu chịu lực phổ biến trong nhà ở dân dụng

Dựa trên cách các thành phần liên kết và chịu lực, có ba loại hệ kết cấu chính được áp dụng rộng rãi trong nhà ở dân dụng:

3.1. Hệ kết cấu khung

Hệ kết cấu khung là hệ thống phổ biến nhất hiện nay, đặc biệt cho các công trình nhiều tầng. Gồm các cột, dầm, sàn liên kết lại với nhau thành một khung không gian vững chắc. Một hệ kết cấu khung bao gồm các thành phần chính sau cột, dầm, sàn, móng, hệ giằng. Trong hệ kết cấu khung, tường thường chỉ đóng vai trò bao che và ngăn chia không gian, không chịu tải trọng chính.

Nguyên lý hoạt động

Tải trọng từ mái và sàn được truyền xuống dầm, sau đó dầm truyền tải trọng này về các nút khung là các điểm giao giữa dầm và cột. Từ nút khung, tải trọng được truyền xuống cột và cuối cùng được truyền xuống móng, phân tán vào đất. Các liên kết giữa dầm và cột thường là liên kết cứng, giúp hệ khung có khả năng chống lại cả tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang.

Ưu điểm:

• Linh hoạt trong bố trí mặt bằng, dễ dàng thay đổi, cơi nới không gian vì tường không chịu lực.
• Khả năng chịu tải trọng lớn, phù hợp cho nhà nhiều tầng, chịu được gió, bão, động đất tốt.
• Dễ dàng thi công với các vật liệu hiện đại như bê tông cốt thép.
• Độ bền cao đặc biệt với khung bê tông cốt thép và khung thép.

Nhược điểm:

• Chi phí vật liệu và thi công ban đầu có thể cao hơn so với hệ tường chịu lực.
• Yêu cầu kỹ thuật thi công cao hơn, cần giám sát chặt chẽ.

Ứng dụng: Rất phổ biến cho nhà phố, biệt thự, chung cư mini, các công trình có yêu cầu về không gian mở.

3.2. Hệ kết cấu tường chịu lực

Hệ kết cấu tường chịu lực là loại kết cấu truyền thống, thường thấy ở các công trình cũ hoặc nhà thấp tầng. Các bức tường đóng vai trò chính trong việc chịu và truyền toàn bộ tải trọng của công trình xuống móng.

Khác với hệ kết cấu khung, trong hệ tường chịu lực, tường không chỉ là bộ phận bao che hay ngăn chia không gian mà còn là cấu kiện chịu lực chính. Điều này có nghĩa không thể tùy tiện đục phá hay tháo dỡ các bức tường này mà không ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định và an toàn của công trình.

Nguyên lý hoạt động

Trong hệ tường chịu lực, tải trọng từ sàn và mái sẽ được truyền trực tiếp xuống các bức tường bên dưới. Các bức tường này, với chiều dày và cường độ vật liệu nhất định, sẽ phân tán tải trọng dọc theo chiều cao của chúng và cuối cùng truyền xuống hệ móng, rồi xuống nền đất. Đồng thời, cũng đóng vai trò trong việc chống lại tải trọng ngang bằng cách hoạt động như các tấm cứng theo phương ngang, liên kết các cấu kiện với nhau và tăng cường độ cứng tổng thể của công trình.

Ưu điểm:

• Tiết kiệm vật liệu khung giảm hoặc không cần các cấu kiện cột, dầm lớn.
• Thi công đơn giản, nhanh chóng hơn một số hệ khác.
• Chi phí thấp hơn ở quy mô nhỏ.
• Cách âm, cách nhiệt tốt, do tường chịu lực thường có chiều dày lớn, khả năng cách âm và cách nhiệt giữa các phòng và với môi trường bên ngoài được cải thiện.

Nhược điểm:

• Hạn chế về bố trí mặt bằng khi không thể phá bỏ hoặc thay đổi vị trí tường chịu lực.
• Khả năng chịu lực theo phương ngang kém hơn hệ khung.
• Hạn chế về số tầng, thường chỉ phù hợp với các công trình thấp tầng do khả năng chịu tải trọng thẳng đứng.

Ứng dụng: Nhà cấp 4, nhà phố cũ, các công trình có quy mô nhỏ và không yêu cầu thay đổi không gian thường xuyên.

3.3. Hệ kết cấu hỗn hợp

Hệ kết cấu hỗn hợp là một loại hệ kết cấu chịu lực trong công trình xây dựng, trong đó người ta kết hợp hai hoặc nhiều loại vật liệu hoặc hệ kết cấu chịu lực khác nhau nhằm tận dụng ưu điểm của từng loại và khắc phục nhược điểm của chúng. Mục tiêu cuối cùng là tối ưu hóa hiệu quả chịu lực, tiết kiệm chi phí, và đáp ứng các yêu cầu kiến trúc cũng như công năng sử dụng của công trình

Ưu điểm:

• Tối ưu hóa khả năng chịu lực và chi phí trong một số trường hợp đặc biệt.
• Linh hoạt hơn hệ tường chịu lực đơn thuần.

Nhược điểm:

• Thiết kế và tính toán phức tạp hơn, đòi hỏi kỹ sư có kinh nghiệm.

Ứng dụng: Một số nhà phố hoặc công trình cải tạo có yêu cầu đặc biệt về không gian hoặc khi muốn tối ưu chi phí trong giới hạn cho phép.

4. Các yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn hệ kết cấu

Việc lựa chọn hệ kết cấu phù hợp cho ngôi nhà của anh chị cần dựa trên nhiều yếu tố:

• Quy mô và số tầng: Nhà càng cao tầng, tải trọng càng lớn, càng cần hệ khung vững chắc.
• Điều kiện địa chất, nền đất: Đất yếu cần giải pháp móng và kết cấu chịu lực phức tạp hơn.
• Tải trọng tác dụng: Bao gồm tải trọng tĩnh (trọng lượng bản thân ngôi nhà), tải trọng động (người, đồ đạc), và các tải trọng do yếu tố thiên nhiên (gió, bão, động đất).
• Yêu cầu kiến trúc và công năng: Mong muốn về không gian mở, số lượng phòng, vị trí cửa, cầu thang…
• Vật liệu xây dựng: Sự sẵn có và đặc tính của bê tông cốt thép, gạch, thép…
• Ngân sách và chi phí: Ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu và giải pháp kết cấu.
• Kinh nghiệm và năng lực nhà thầu: Đảm bảo thi công đúng kỹ thuật, theo thiết kế.

Hệ kết cấu chịu lực không chỉ là nền tảng vật lý mà còn là yếu tố cốt lõi quyết định sự an toàn, bền vững của ngôi nhà. Hiểu biết về các loại hệ kết cấu, các từng thành phần và các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn sẽ giúp anh chị đưa ra những quyết định sáng suốt khi xây dựng. Việc đầu tư vào hệ kết cấu chịu lực chính là đầu tư vào sự an toàn và giá trị lâu dài của ngôi nhà.