Nhà ở thấp tầng lắp ghép khung thép nhẹ giảm đáng kể rác thải xây dựng

Quá trình đô thị hóa nhanh đang tạo áp lực lớn lên nhu cầu nhà ở, trong khi mô hình xây dựng bê tông cốt thép truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế: thời gian thi công dài, chi phí tăng, phát sinh nhiều rác thải xây dựng và tiêu hao tài nguyên. Nghiên cứu của Viện Khoa học công nghệ xây dựng (IBST) về giải pháp thiết kế nhà ở thấp tầng sử dụng khung thép tạo hình nguội (Light Gauge Steel - LGS) lắp ghép cho thấy đây có thể là một lựa chọn đáng cân nhắc trong bối cảnh yêu cầu về hiệu quả, bền vững và công nghiệp hóa xây dựng ngày càng cao.

Từ xây dựng ướt sang mô hình công nghiệp

Trong cách làm truyền thống, phần lớn khối lượng công việc diễn ra ngoài công trường, phụ thuộc thời tiết, sử dụng nhiều công việc “ướt” và phát sinh lượng lớn phế thải. Ước tính 10 - 15% vật liệu xây dựng có thể bị thải bỏ ngay trong quá trình thi công. Mô hình tuyến tính “khai thác - sản xuất - thải bỏ” tạo áp lực lớn lên tài nguyên và môi trường.

Công nghệ nhà lắp ghép khung thép nhẹ LGS tiếp cận theo hướng ngược lại với cấu kiện được thiết kế, gia công trong nhà máy với mức độ tự động hóa và kiểm soát chất lượng cao. Công trường chủ yếu là lắp dựng, rút ngắn 30 - 50% thời gian thi công, giảm khối lượng công việc ướt và rác thải xây dựng.

Vật liệu cốt lõi là thép tấm mỏng được cán nguội thành các tiết diện C, Z hoặc mặt cắt phù hợp. Thép LGS có tỷ số cường độ/trọng lượng cao, giúp giảm đáng kể khối lượng bản thân công trình, qua đó giảm yêu cầu về móng, phù hợp cả với nền đất yếu. Lớp mạ nhôm kẽm hoặc kẽm nâng cao khả năng chống ăn mòn, tạo tiền đề cho tuổi thọ kết cấu dài hơn nếu được thiết kế - thi công đúng.

Tại các nước: Australia, New Zealand và Nhật Bản, LGS và nhà lắp ghép được chuẩn hóa bằng hệ thống tiêu chuẩn, sổ tay thiết kế, quy trình đánh giá. Ở Nhật Bản, nhà thép lắp ghép phát triển thành ngành công nghiệp hoàn chỉnh từ nghiên cứu - thiết kế tới dịch vụ sau bán hàng.

Ở Việt Nam, công nghệ này mới dừng ở một số công trình xưởng, homestay, công trình tạm; rất ít được áp dụng cho nhà ở thấp tầng quy mô lớn. Nguyên nhân không chỉ do tâm lý ưa chuộng bê tông cốt thép, mà chủ yếu là thiếu khung pháp lý kỹ thuật, thiếu hướng dẫn thiết kế, thiếu hệ sinh thái nhà sản xuất - nhà thầu được đào tạo bài bản.

Trong bối cảnh đó, việc IBST xây dựng và đề xuất bộ giải pháp thiết kế cho nhà ở thấp tầng sử dụng LGS lắp ghép có ý nghĩa như một bước “đặt nền” về mặt chuyên môn, làm cơ sở tham khảo kỹ thuật khi cơ quan quản lý xem xét ban hành quy chuẩn, tiêu chuẩn trong tương lai.

Sử dụng khung thép tạo hình nguội LGS

Nghiên cứu đề xuất sử dụng hệ tường chịu lực bằng khung LGS kết hợp các dạng giằng (thanh thép dẹt, tấm cứng) để tạo hệ khung không gian. Các tiết diện C mép gân dùng cho thanh đứng, dầm; tiết diện lòng máng dùng cho thanh viền. Tính toán theo tiêu chuẩn quốc tế cho phép tối ưu tiết diện, có thể giảm 15 - 20% khối lượng thép so với lựa chọn kinh nghiệm mà vẫn bảo đảm an toàn chịu lực.

Liên kết bằng vít tự khoan giúp đảm bảo truyền lực; tăng tính “bền vững kết cấu” (robustness) nhờ số lượng liên kết lớn, khả năng phân phối lại nội lực khi có hư hỏng cục bộ; cho phép tháo lắp, di dời, tái sử dụng khi cần.

Do thép dẫn nhiệt mạnh, hiện tượng “cầu nhiệt” qua khung là một điểm yếu nếu không xử lý. Giải pháp được đề xuất là vỏ công trình đa lớp, với lớp cách nhiệt liên tục phía ngoài khung; lớp vật liệu cách nhiệt giữa các thanh đứng; kết hợp giải pháp che nắng, kín khít, kiểm soát ẩm.

Khi đi cùng hệ thống kỹ thuật (MEP) hiệu quả và có thể tích hợp điện mặt trời mái, công trình có tiềm năng giảm đáng kể năng lượng vận hành so với nhà xây truyền thống - một yếu tố ngày càng quan trọng trong các chương trình công trình xanh, giảm phát thải.

Về kinh tế tuần hoàn, việc ưu tiên liên kết cơ khí, cấu kiện module, thiết kế cho tháo dỡ tạo điều kiện giảm rác thải xây dựng khi cải tạo, tháo dỡ; thu hồi, tái sử dụng hoặc tái chế gần như toàn bộ khung thép; giảm nhu cầu khai thác vật liệu nguyên sinh.

Đáng chú ý, khung LGS nhẹ, nhịp tương đối lớn, cho phép tổ chức các không gian sinh hoạt chung mở, giảm số lượng cột, thuận lợi cho bố trí nội thất. Vách ngăn không chịu lực dễ tháo lắp, cho phép chủ nhà điều chỉnh số phòng, công năng (làm việc tại nhà, kinh doanh nhỏ…) theo từng giai đoạn mà không ảnh hưởng kết cấu.

Tính linh hoạt này phù hợp với phân khúc nhà ở xã hội, nhà cho công nhân, nhà cho hộ gia đình trẻ, nơi nhu cầu thay đổi công năng theo thời gian là phổ biến, trong khi khả năng chi trả cho cải tạo lớn lại hạn chế.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra một số thách thức nếu muốn LGS lắp ghép được áp dụng rộng rãi như: (i) Thiếu tiêu chuẩn, quy chuẩn dành riêng cho nhà khung thép nhẹ lắp ghép, khiến việc thẩm định, cấp phép còn lúng túng; (ii) Năng lực thiết kế - thi công - sản xuất cấu kiện chưa đồng đều, thiếu các chuỗi cung ứng đồng bộ; (iii) Nhận thức thị trường còn dè dặt, tâm lý “nhà bê tông mới chắc” vẫn phổ biến.

Từ góc nhìn chính sách, có thể cân nhắc thí điểm một số dự án nhà ở thấp tầng sử dụng khung LGS trong chương trình nhà ở xã hội, nhà công nhân, nhà tái định cư… để kiểm chứng hiệu quả thực tế. Xây dựng hướng dẫn kỹ thuật tạm thời, từng bước hoàn thiện tiêu chuẩn, quy chuẩn cho thiết kế, thi công, nghiệm thu nhà LGS. Kết hợp tiêu chí mua sắm xanh, khuyến khích các giải pháp thiết kế cho tháo dỡ, tái sử dụng trong các dự án sử dụng vốn nhà nước. Hỗ trợ đào tạo, nâng cao năng lực cho kiến trúc sư, kỹ sư, nhà thầu, đồng thời khuyến khích hình thành các cơ sở sản xuất cấu kiện đạt chuẩn.

Có thể thấy, nhà ở thấp tầng lắp ghép khung thép nhẹ là một lựa chọn công nghệ với ưu, nhược điểm rõ ràng, phù hợp một số phân khúc và mục tiêu nhất định. Vấn đề là cách hệ thống quản lý, doanh nghiệp và đội ngũ kỹ thuật tiếp cận, chuẩn hóa và đưa nó vào những chương trình, dự án cụ thể, thay vì chỉ dừng lại ở mức tiềm năng.