Vì sao mặt dựng lại nứt sau gió bão? Góc nhìn kỹ thuật

Thực trạng đáng quan ngại: Khi facade “kêu cứu” trước sức gió

Tháng 9/2024, siêu bão Yagi quét qua miền Bắc Việt Nam với tốc độ gió lên đến 149 km/h, để lại hàng loạt tòa nhà cao tầng bị tróc lớp aluminium, vỡ kính thành phần, thậm chí rơi panel nguyên khối xuống đường. Không chỉ riêng Yagi, mỗi mùa bão về, facade của các tòa nhà Việt Nam đều phải “chịu trận” một cách thầm lặng.

Hình ảnh tòa nhà bị hư hại facade do bão Yagi 2024

Câu hỏi đặt ra: Có bao giờ chủ đầu tư hiểu rõ facade đang phải gánh chịu điều gì? Liệu việc thiết kế mặt dựng chỉ dựa trên tiêu chuẩn quốc tế có đủ để chống chọi với điều kiện khí hậu đặc thù của Việt Nam?

Cửa sổ tòa nhà bị thổi bay trong bão

Phân tích dữ liệu gió: Việt Nam vs Singapore – Khoảng cách lớn về tác động

So sánh biểu đồ Wind Rose theo vùng miền

Biểu đồ so sánh tốc độ gió giữa các vùng và bảng tính lực gió

Tra cứu trực tiếp tại : Global Wind Atlas – GWA (Bản đồ gió toàn cầu) là một ứng dụng dựa trên web được phát triển bởi Khoa Năng lượng gió Đại học Kỹ thuật Đan Mạch (DTU Wind Energy)

Dữ liệu khí tượng cho thấy sự chênh lệch đáng kể:

• Miền Bắc Việt Nam: Tốc độ gió trung bình 17.5 m/s, đỉnh bão đạt 50 m/s
• Miền Nam Việt Nam: Tốc độ gió trung bình 15.0 m/s, đỉnh bão đạt 40 m/s
• Singapore: Tốc độ gió trung bình 11.5 m/s, đỉnh bão chỉ 30 m/s

Điều này có nghĩa là tòa nhà ở miền Bắc phải chịu lực gió cao hơn Singapore gần 70% trong điều kiện bão.

Cơ chế tác động: Những yếu tố quyết định

1. Áp lực gió động học (Dynamic Wind Pressure)

Lực gió tác động lên mặt dựng được tính theo công thức:

P = Cp × q × A

Trong đó:

• Cp: Hệ số áp lực (Pressure Coefficient)
• q: Áp lực gió động = 0.5 × ρ × V²
• A: Diện tích bề mặt chịu gió

2. Các yếu tố ảnh hưởng đến Cp

• Hình dạng tòa nhà: Tòa nhà vuông góc tạo Cp = 0.8, hình aerodynamic giảm xuống 0.4-0.6
• Chiều cao: Tăng 10% mỗi 10m độ cao
• Vật liệu bề mặt: Bề mặt nhám tăng turbulence, tăng Cp lên 15-20%
• Góc tấn gió: Gió xiên giảm Cp nhưng tăng moment xoắn

Ví dụ tính toán thực tế: Tòa nhà 30 tầng chịu gió 45m/s

Thông số đầu vào:

• Chiều cao: 100m (30 tầng)
• Diện tích facade: 2,000 m²
• Tốc độ gió: 45 m/s (bão cấp 4)
• Cp = 0.8 (mặt đón gió)
• ρ = 1.225 kg/m³

Tính toán chi tiết:

q = 0.5 × 1.225 × 45² = 1,240 Pa
P = 0.8 × 1,240 = 992 Pa
Lực tổng = 992 × 2,000 = 1,984,000 N = 1,984 kN

Kết quả: Facade phải chịu gần 2 triệu Newton – tương đương trọng lượng 200 tấn đè lên!

Khác biệt thiết kế: Singapore vs Việt Nam

Singapore

• Tiêu chuẩn gió: BS 6399, tốc độ thiết kế 22 m/s
• Hệ thống anchoring: Đơn giản hóa do ít bão
• Vật liệu: Ưu tiên chống ăn mòn khí hậu nhiệt đới

Việt Nam

• Thiếu tiêu chuẩn riêng: Vẫn áp dụng TCVN dựa trên điều kiện ôn đới
• Tần suất bão cao: 3-5 cơn/năm miền Bắc, 2-3 cơn/năm miền Nam
• Cần hệ số an toàn cao hơn: Tối thiểu 1.5-2.0 so với Singapore

Giải pháp kỹ thuật cải tiến

1. Thiết kế giảm tải gió

• Lam chắn gió perforated: Giảm 30-40% áp lực trực tiếp
• Góc nghiêng facade: Tăng góc 15° giảm Cp xuống 0.6
• Chamfer góc tòa nhà: Giảm vortex shedding

2. Vật liệu và cấu trúc

• Profile nhôm đặc biệt: Series 6063-T6 với moment chống uốn cao cho các vị trí nhậy cảm
• Hệ thống neo linh hoạt: Cho phép deformation 50-100mm
• Kính hộp có mặt ngoài laminated: Chống vỡ văng mảnh

3. Testing và validation

• Wind tunnel test: Bắt buộc với tòa nhà >100m – đặc biệt với vị trí góc của các căn penhouse
• CFD simulation: Phân tích pressure distribution chi tiết
• Mock-up testing: Test full-scale trước khi thi công

Wind rose data minh họa pattern gió theo mùa

Bảng tính đơn giản lực gió facade

Tốc độ gió (m/s)	Áp lực động q (Pa)	Áp lực gió P (Pa)	Lực tổng (kN)	Lực/m² (kN/m²)
25	383	306	612	0.31
35	751	601	1,201	0.60
45	1,240	992	1,984	0.99
55	1,852	1,481	2,963	1.48

Tính toán cho tòa nhà 30 tầng, diện tích facade 2,000m², Cp = 0.8

Facade ngành mới còn nhiều thử thách:

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng cực đoan, facade không chỉ là “bộ mặt” thẩm mỹ mà phải được coi như “lớp giáp chịu lực đầu tiên” bảo vệ tòa nhà và con người bên trong.

---

Mình hy vọng bài viết này sẽ khơi dậy cuộc thảo luận sâu rộng trong cộng đồng kiến trúc sư, kỹ sư về việc nâng cao tiêu chuẩn thiết kế facade cho phù hợp với thực tế khí hậu Việt Nam.