Ứng dụng của vật liệu tre trong kiến trúc hiện đại (Phần 1)
Khi mà ngành công nghiệp xây dựng đang là tác nhân gây nên biến đổi khí hậu toàn cầu, tạo gánh nặng với môi trường, thì yêu cầu tìm những vật liệu ít phát thải ô nhiễm là vấn đề hết sức cần thiết. Tre với nhiều tính năng ưu việt trong tạo hình, vừa không tạo ra chất thải,… đang trở thành lựa chọn trong phát triển kiến trúc bền vững hiện nay.
Tre là vật liệu lý tưởng của kiến trúc bền vững
Tre là vật liệu tự nhiên, bền vững và sử dụng rộng rãi. Tre có nhiều ưu điểm so với các loại vật liệu khác, như:
– Tre tương đối phổ biến và có số lượng lớn, dao động hơn 1.500 loài, mọc tự nhiên ở hầu hết các châu lục, đặc biệt là ở những vùng có nhiệt độ cao hơn;
– Tre có giá rẻ so với nhiều loại vật liệu khác trong xây dựng;
– Trong các thử nghiệm về độ bền kéo tại Phòng thí nghiệm Future Cities Laboratory của Singapore, tre vượt trội so với hầu hết các vật liệu khác, kể cả thép gia cường. Nó đạt được sức mạnh này nhờ cấu trúc hình ống rỗng phát triển qua nhiều năm để chống lại lực gió trong môi trường sống tự nhiên.
Thân tre có các thớ dọc chạy suốt chiều dài gọi là bó mạch. Mặt ngoài của ống tre (cật tre) những bó mạch có mật độ cao hơn, làm cho chúng cứng hơn; phần trong của ống tre (bụng tre) bó mạch có mật độ thưa hơn. Vì vậy, phần cứng hơn của ống tre nằm xa hơn so với trọng tâm của nó, làm cho tổng thể mạnh hơn. Đây là điểm khác biệt chính so với thân cây bằng gỗ (có phần cứng, bền nhất ở lõi gỗ). Điều này làm cho tre gần với vật liệu cấu trúc lý tưởng;
– Chu kỳ phát triển của tre nhanh. Không giống như gỗ cứng, có thể mất hơn 30 năm để khai thác, tre có thể được cắt và sử dụng từ 3 đến 5 năm, sau đó mọc lại;
– Tốc độ tăng trưởng thực vật nhanh đòi hỏi tre phải hấp thụ một lượng lớn CO2, có nghĩa là việc trồng tre sẽ giúp giảm tốc độ biến đổi khí hậu.
Chỉ riêng những yếu tố này đã khuyến khích đầu tư phát triển tre trong kiến trúc bền vững hiện nay. Tất nhiên, có một số vấn đề cần được xem xét, chẳng hạn như xử lý tre bằng hóa chất để ngăn ngừa mục nát, nhiễm côn trùng trước khi xây dựng. Khi xây dựng, các bộ phận của tre cần được bảo vệ khỏi nắng và mưa để có đủ độ bền, các cột không để tiếp xúc trực tiếp với mặt đất mà cần cách ly bằng đá, bê tông hoặc mối nối thép,…
Cách thức tạo các cấu trúc uốn cong của tre
Có 3 kỹ thuật chính để tạo các cấu trúc cong của tre trong các công trình kiến trúc.
Kỹ thuật 1: Xẻ khe uốn cong trong các cấu trúc thân tre tròn ở dạng tự nhiên.
Do cây tre có cấu tạo trụ rỗng, nên việc tạo hình và uốn cong toàn bộ các cây ở dạng tự nhiên là một thách thức. Với kỹ thuật 1, chúng ta tạo các vết cắt chữ V dọc theo trục của cột tre ở vị trí cần uốn. Khi thực hiện kỹ thuật 1, việc cắt lõi này sẽ làm giảm tính toàn vẹn cấu trúc tre tại vị trí cắt.
Do vậy, tại các vị trí này, người thiết kế sẽ phải tính toán hình thức, cấu tạo của cột, xà,… để bó hai hoặc nhiều cọc tre lại với nhau bằng dây, mộng,… nhằm đảm bảo chịu được tải trọng công trình. Kỹ thuật này được sử dụng để tạo các vòm, các sườn cho mái nhà, đồ nội thất và các yếu tố trang trí như lan can tre,…
Kỹ thuật 2: Chẻ tre thành nan hình chữ nhật dẹt để bó
Cây tre sẽ được chẻ ra các nan, sau đó sẽ róc các mắt bên trong bụng để tạo thành những nan hình chữ nhật tương đối đều nhau, chiều dài nan theo chiều dài cây tre và theo kích thước cấu kiện.
Các nan tre hình chữ nhật này sẽ được dán, buộc lại với nhau để các nan hợp nhất thành một cấu kiện duy nhất – bó chẻ. Việc uốn các chi tiết sẽ thực hiện trên bó chẻ này một cách dễ dàng hơn cho cấu trúc thiết kế.
Kỹ thuật 3: Chẻ tre thành nan hình trụ đặc để bó
Các cây tre sẽ được chẻ ra thành các nan, sau đó được vót tròn bằng tay để bó lại với nhau. Lực uốn của cả thân cây tre lớn sẽ được chia nhỏ vào lực uốn của từng nan tròn. Kết quả này làm cho việc uốn cấu kiện trở nên dễ dàng và linh hoạt cho việc tạo hình của các công trình kiến trúc bằng tre, đặc biệt trong việc đa dạng hình thức của các mái cong.
Cách thức liên kết tre trong kiến trúc
a) Các dạng liên kết cổ điển
Liên kết dây : Có 4 loại thường gặp: nút thắt vuông, nút thắt chéo, nút thắt ngang và dạng kết hợp.
Liên kết mộng : Là thành phần liên kết thứ cấp. Mộng dùng truyền lực kéo và nén, thường dùng chung với liên kết dây.
Những kỹ thuật này dễ gây nứt tre và không sử dụng hết phần thân để chịu lực. Do đó, việc dùng đinh vít hay bulong kết hợp với dây và thanh chèn khá phổ biến
b) Các dạng liên kết hiện đại
Các ống tre được nối với nhau bởi một kết cấu thép đặc biệt. Tùy theo thiết kế, các thanh thép này có thể đặt trong ống tre hoặc bọc ngoài bịt đầu các đốt tre. Ống thép đủ mạnh để chịu được lực nén chặt của then. Với liên kết này có thể tạo hình và đáp ứng ưu thế vượt nhịp lớn của tre rất hiệu quả.
Còn tiếp … (Phần 2)
Tác giả : Nguyễn Đức Toàn (Trường ĐH KD & CN Hà Nội )
Nguồn : Trích Tạp chí Kinh doanh và Công nghệ số 27/2023