Tường nhôm kính và vật liệu ốp

Thứ hai, 22/05/2006 00:00

1. Tường nhôm kính và hệ thống tường nhôm kính Tường nhôm kính là bề mặt kiến trúc ngoài, nhẹ, bao quanh toàn bộ cấu trúc sẵn có của ngôi nhà nhưng không ảnh hưởng gì đến tải trọng của công trình.

Bề mặt kiến trúc này làm thành một bức tường chắn chống lại các điều kiện khí hậu bên ngoài như:
- Ánh nắng mặt trời
- Nhiệt độ
- Sự xâm nhập của không khí
- Thấm nước
- Chống lại gió
Để đáp ứng những yêu cầu chức năng trên, một hệ thống tường nhôm kính phải gồm những bộ phận sau:
1. Hệ thống khung đỡ phải làm bằng nhôm hay các profile thép
2. Dầm chìa hay neo giữ để gắn các khung đỡ vào cấu trúc công trình
3. Các thành phần lắp vào như: kính, các panen mắt cửa, khung kính trượt...
4. Các thành phần làm kết dính: như miếng đệm, keo silicon...
5. Các bộ phận ốp như các miếng nhôm hay đá hoa cương...
Các hệ thống tường nhôm kính có thể được phân chia thành các loại:
1. Hệ thống giá đỡ
2. Hệ thống đồng bộ
3. Hệ thống bán đồng bộ
4. Hệ thống tường đá hoa cương
Mỗi loại trong số các loại hệ thống này sẽ được minh hoạ và giới thiệu ngắn gọn ở những bước sau. Nhưng đối với các nhà kiến trúc và phát triển nhà thì việc chọn dùng có ưu điểm hơn hẳn so với bề mặt kiến trúc cổ truyền đó là:
1/ Trọng lượng: Trong khoảng từ 50-100 kg/m2 , như vậy là nhẹ hơn trọng lượng của bề mặt kiến trúc cổ truyền tới 50% bề mặt kiến trúc cổ truyền nặng hơn 200 kg/m2. Điều này có nghĩa là giảm trọng lượng cho móng công trình, đặc biệt quan trọng đối với những nhà cao tầng.
2/ Độ dày của tường: Trong khoảng từ 100 - 200 mm. Có nghĩa là tiết kiệm được diện tích mặt sàn sử dụng.
3/ Vật liệu được làm sẵn:
- Nhanh lắp tại công trình
- Giảm thời gian thi công
- Kiểm tra chất lượng tốt hơn
4/ Bảo hành:
- Chi phí bảo hành thấp
- Tăng tuổi thọ và dễ dàng thay thế vật liệu đã ốp hoặc lắp đặt trong trường hợp bị hư hỏng.
5/ Dễ biến hoá theo thiết kế kiến trúc
6/ Đảm bảo kín, không bị thời tiết bên ngoài ảnh hưởng đến lớp tường bao công trình

2. Hệ thống Tường giá đỡ
- Hệ thống tường nhôm kính đơn giản và kinh tế nhất là hệ thống tường giá đỡ
Khung đỡ gồm các thanh song đứng và các thanh đó cửa ngang, tạo thành một hệ thống treo đỡ cho các vật liệu lắp đặt. Việc lắp đặt hệ thống treo đỡ được làm tại chân công trình.
Các tấm kính ép có lớp PVC ở giữa được gắn vào các thanh song và thanh đó bằng ốc vít để hình thành nên các bề mặt kính. Các bề mặt kính này được thử nghiệm chất lượng bằng mưa, hơi thông gió hay bằng áp lực, tuỳ theo mục đích thiết kế.
Những nguyên tắc thiết kế sẽ được giải thích thêm sau:
- Các tấm kính ép được bao nhiêu các thanh chìa
- Có nhiều độ sâu khác nhau của những thanh chìa để các kiến trúc sư có thể tạo ra các vẻ bề ngoài đứng và ngang cho tường nhôm kính.
Một hệ thống tường bằng kính ép tương tự, được gọi là Hệ thống lắp kính ép dốc đứng dùng cho các nhà toà cao ốc và các vòm mái che. Các thanh profile đỡ được lắp cùng với hệ thống máng để thoát nước cho những chỗ bị nước rỉ vào.
Các hệ thống thay thế khác tương tự và thiết kế cùng dựa trên nguyên tắc sử dụng các thanh song và thanh đố để tạo thành hệ thống giá đỡ.
Ưu nhược điểm của hệ thống tường nhôm kính giá đỡ:
- Ưu điểm:
+ Chi phí thấp
+ Chi phí vận chuyển và bốc dỡ hạ vận chuyển ở dạng rời
+ Chi phí sản xuất thấp chỉ có máy đùn thanh
- Nhược điểm:
+ Sự biến dạng song song của những phần lồi ra ngoài của toà nhà do hệ thống khung đỡ dưới ảnh hưởng của những chỗ lệch, võng
+ Chất lượng của sản phẩm cuối cùng, xét trên phương diện chống lại không khí và nước, phụ thuộc vào công nhân lành nghề và việc điều hành công việc tại hiện trường.
Hệ thống tường nhôm kính đồng bộ
Hệ thống tường nhôm kính tiếp theo được thiết kế và xây dựng phù hợp với quy cách nghiêm ngặt hơn của nhà kiến trúc đối với nhà cao tầng, đó là hệ thống tường nhôm kính đồng bộ.
Hệ thống này gồm các cấu trúc độc lập các hệ thống đỡ, nói chung là chiều rộng của mỗi phần bằng chiều cao của mỗi tầng, đều được làm sẵn tại nhà máy. Từng bộ phận như vậy được giao đến công trình, sẵn sàng để lắp vào những dầm chìa đã điều chỉnh sẵn. Hệ thống này có thể được thiết kế theo kiểu có nhiều phần trong một cấu trúc và người kiến trúc tự do hơn trong việc tạo ra thiết kế bề mặt không gian 3 chiều thay thế cho hệ thống tường nhôm kính khung đỡ.
Ưu nhược điểm của hệ thống tường nhôm kính đồng bộ
- Ưu điểm:
+ Hoàn thiện vật liệu tại nhà máy do đó chất lượng tốt hơn vì kiểm tra chất lượng do nhà máy đảm nhiệm, lắp đặt hoàn toàn độc lập với thời tiết bên ngoài.
+ Ít nguy hiểm xảy ra việc hệ thống đỡ biến dạng song song. Đối với loại này có thể trừ trường hợp bị biến dạng nếu cẩn thận khi thiết kế cả hệ thống này.
+ Lắp đặt nhanh tại chân công trình. Một khi các tấm panel được lắp vào các dầm thì bề mặt công trình được khép kín và các hoạt động thương mại có thể được tiến hành bên trong toà nhà.
+ An toàn hơn đối với lao động ngoại tỉnh
- Nhược điểm:
+ Nhìn chung hệ thống này đắt tiền hơn hệ thống tường nhôm kính giá đỡ, nhưng chất lượng và công dụng tốt hơn
+ Các kích thước của hệ thống khung đỡ bị hạn chế ở khâu vận chuyển
Phương pháp lắp đặt hệ thống tường nhôm kính đồng bộ: Theo nghiên cứu, dự toán và thiết kế khung đỡ, các dầm tường nhôm kính được lắp vào các thành sàn. Các tấm kính được đưa đến tận chân công trình, bao gói trong hòm gỗ, container hay các palet, sau đó được dỡ ra và tời kéo lên các sàn công tác đưa lên 4-5 tầng một phụ thuộc vào loại và hình dáng của công trình.
Từ những sàn công tác này, các tấm kính sẽ được lắp vào các tầng. Nhà xây dựng tường nhôm kính sẽ cung cấp thiết bị tời kéo và bàn công tác đặc biệt để làm việc này. Mỗi tấm kính được lắp vào tời từ bàn công tác và được đưa lên tầng lắp đặt. Ở đó tấm kính ngay lập tức được móc và cố định vào các dầm đỡ đã được điều chỉnh trước. Lắp mỗi tấm kính như thế này mất khoảng 15 phút và khi cả dãy kính tấm được lắp xong, hệ thống làm tắt lửa - khói được lắp giữa các tầng và ở phía lưng các tấm kính.
Hệ thống tường nhôm kính bán đồng bộ
Hệ thống này là sự hoà trộn giữa hệ thống tường nhôm kính giá đỡvà hệ thốngtường nhôm kính đồng bộ
Các cửa sổ và các khung mắt cửa đã được sản xuất sẵn được lắp vào hệ thống khung nhôm đỡ đã được lắp đặt sẵn. Việc gắn các tấm kính đơn chủ yếu làm bằng phương tiện móc, gắn vào các dầm đã gắn sẵn vào các thanh song cứng.
Hệ thống này kết hợp cả ưu điểm của việc vật liệu sản xuất sẵn tại nhà máy và việc kiểm tra chất lượng ít phức tạp các hệ thống tường nhôm giá đỡ.
Những điểm dưới đây tóm tắt lại các đặc trưng của hệ thống tường nhôm kính đồng bộ, bán đồng hồ và hệ thống tường nhôm kính-đá hoa cương.
- Tối thiểu hoá nhân công tại công trình.
- Kiểm tra chất lượng tốt hơn tại chân công trình.
- Hiệu quả cao hơn kể cả ở nhà máy và công trình.
- Khắc phục việc thiếu nhân công tại công trình
Thiết kế tường nhôm kính
Như đã nêu trong định nghĩa, tường nhôm kính là loại vật liệu bao ngoài công trình là loại vật liệu nhẹ làm thành một bức chắn chống lại các điều kiện thời tiết bên ngoài và tạo thành một loại vật liệu ốp cần thiết tạo tiện nghi cho con người.
Hệ thống tường nhôm kính phải được thiết kế sao cho phù hợp với yêu cầu kĩ thuật và chức năng của công trình. Điều này được gọi là các tiêu chí hoạt động , được tóm tắt như sau:
1. Sức chịu đựng
Tường bao này phải chịu được tải trọng tác động vào nó. Đó là:
- Trọng lượng bản thân vật liệu cấu trúc đỡ, các vật liệu ốp lắp
- Sức gió
- Rung động do ảnh hưởng của bên trong hay bên ngoài
- Dao động nhiệt vv...
2. Chịu đựng được không khí và nướcsự thẩm thấu nước
3. Nhiệt
4. Bảo vệ khỏi ánh nắng mặt trời
5. Cách âm
6. Bảo vệ khỏi chảy
7. Bảo vệ khỏi ánh sáng
8. Giữ được hình thức đẹp mắt và vật liệu bền
Tất cả điều đó đều trong ý đồ nhà kiến trúc
Ngoài ra tường nhôm kính phải được lắp theo kiến trúc công trình là mẫu mã phải chú ý theo sự chấp nhận và trào lưu các công trình mong muốn.
Tuy một số yêu cầu tiêu chuẩn thực hiện phải có trong thiết kế như tính toán và phân tích kết cấu, nhưng nhiều khía cạnh thiết kế tường nhôm kính vẫn dựa theo kinh nghiệm và kiến thức thực tế, đặc biệt đối với chống thấm.
Để minh hoạ cho điều này chúng ta nhìn nhận cẩn thận hơn về các nguyên tắc thiết kế để chống thấm. Có hai nguyên tắc quan trọng đó là: Ngân nước mưa và cân bằng áp lực. Có ba điều kiện mà nước có thể rò rỉ: đọng nước, có khe hở và có lực tác động.
Khi đã biết các điều kiện này, chỉ cần loại bỏ 1 trong 3 điều kiện đó có thể ngăn được nước rò rỉ. Không thể tránh được sự đọng nước vốn dĩ như vậy mà chỉ có thể cố gắng hạn chế tát cả các khe hở phía ngoài của gioăng cao su. Phương pháp này thường gọi là bịt kín bề mặt. Cách thức này tỏ ra không hiệu quả và khó có thể đạt được khi mà chỉ có thể dựa vào chất keo và người thao tác.
Giải pháp đơn giản đối với vấn đề này là dán keo hai lớp.Chắc chắn dán hai lớp phải tốt hơn dán một lớp. Nhưng khi lớp ngoài hỏng thì thực sự chỉ có lớp trong bảo vệ được khi đó lớp ngoài ngăn nước chảy từ tường chảy xuống giữa hai lớp ngăn, điều đó có thể ảnh hưởng tới vấn đề chống thấm. Cân bằng áp lực được thể hiện trong điều kiện thứ ba, gọi là lực tác động, phải hiểu rằng không thể đồng thời vừa chống nước đọng vừa chống khe hở.
Cơ bản có 4 lực tác động làm rò rỉ:
Động năng do lực hạt mưa rơi tạo điều kiện rò rỉ qua khe hở lớn. Trọng lực do nước chảy theo rãnh dốc. Lực hút mao dẫn do nước rẽ mạch vào khe hở nhỏ, và áp lực gió là lực mạnh nhất trong 4 lực tác động mà phải loại trừ.
Chấp nhận hướng tích cực duy nhất là để nước thấm qua mặt ngoài của kính khung nhôm rồi lại thu lại lượng nước cho chảy đi.
Động năng có thể loại bỏ bằng vách ngăn mưa, cản được trọng lực bằng cách tạo rãnh thoát phía ngoài và lực hút mao dẫn ngăn được khi tránh không có khe hở nhỏ nào.
Tạo khe trống giữa mặt ngoài và mặt trong của tường nhôm kính, mở mặt ngoài và đóng mặt trong áp với khu nhà, áp lực gió có thể bị loại trừ.
Kết quả là áp lực không khí phía trong khe hở này bằng áp lực không khí phía ngoài và áp lực gió không đẩy được nước vào trong khe hở. Vì vậy áp lực được cân bằng. Nhưng chỉ có cân bằng áp lực thì chưa đủ để đạt được mức độ chống thấm hoàn toàn.Khe hở phải có rãnh thoát nước để nước vào, ngay lập tức cho nước thoát ra ngoài trước khi thấm vào mặt dán trong, không thể thấm được vào công trình. Kết quả là thực hiện đúng hệ thống này có 3 đặc trưng phải thực hiện toàn bộ.
- Ngăn mưa thực hiện ngoài của tường nhôm kính
- Bịt ngăn không khí làm tại mặt trong của tường nhôm kính
- Tạo lỗ hổng khe hở cân băng áp lực, rãnh thoát giữa lớp ngăn mưa và lớp ngăn không khí bằng cách tạo rãnh thoát.
Nguyên tắc lớp ngăn mưa cho phép lượng nước nhỏ thấm vào trong sau đó thoát ra ngoài qua rãnh thoát.

3. Các giải pháp thiết kế tường nhôm kính
Các kiến trúc sư có nhiều giải pháp thiết kế kính khung nhôm để tạo nên mặt tiền của công trình đặc trưng. Sử dụng rộng rãi các loại vật liệu ốp lát cũng như các kiểu cách hình dáng khác nhau của khung nhôm và bề mặt hoàn thiện để thực hiện ý đồ. Một vài giải pháp được tóm tắt dưới đây minh hoạ sử dụng trong công trình:
1. Tường nhôm kính tráng toàn bộ
- Với khung nhôm và để che kín cửa sổ
- Tường nhôm kính tráng kết cấu 4 và 2 mặt
2. Tường nhôm kính tấm và tráng một nửa
- Với kính nhìn được và tấm tường lửng ốp nhôm và tấm tường lửng nhôm trợ tải.
3. Tường khung nhôm đá hoa cương
- Với tấm ốp đá hoa cương thông thoáng hoặc tấm đá rỗ tổ ong

4. Giải pháp thiết kế và hệ thống tường ngăn
Hệ thống tường ngăn có thể định nghĩa yếu tố mỹ phẩm bao bọc các bức tường phía ngoài công trình.
Hệ thống tường ngăn nhôm Enviro - clad gồm những tấm nhôm cứng có độ dày tối thiểu 3mm-4mm với lớp sơn phủ floorcarbon trên khung đỡ bằng nhôm hay thép lồng máng mạ. Hệ thống này không phải bảo dưỡng và lắp đặt đơn giản.
Có 2 phương án thiết kế:
- Hệ thống chất kết dính
- Hệ thống thoát mưa nước
Hệ thống đầu với sự ghép kín bằng silicon giữa các tấm ốp.Hệ thống thứ hai là gioăng hở hình thành hệ thống ngăn mưa với rãnh thoát phía trong.
Tấm nhôm gia công toàn bộ tại nhà máy cắt và uốn trước khi quét sơn fluorocarbon. Tuỳ thuộc vào kích thước tấm, tiêu chuẩn về sức chịu gió và độ phẳng, tấm tường này xuất xưởng được kẹp bằng nẹp cứng đằng sau có đinh vít hàn mũ. Tấm kính được móc vào khung phụ lắp sẵn gồm thanh đứng chữ U. Trục thép không rỉ với đinh vít bọc nhựa PVC dùng để chống nhiệt độ cao đối với tấm kính khung nhôm.

5. Hệ thống neo kéo
Để đảm bảo tính nguyên vẹn về chức năng và kết cấu tự nhiện của kính khung nhôm, phải chú ý vào khi áp dụng vào kết cấu công trình.Đặc biệt, thiết kế hệ thống neo kéo. Hệ thống neo kéo gồm giá đỡ và đầu nối để cố định lắp với thanh dọc cửa hay khung liền của từng tầng.
Giá đỡ phải có thể điều chỉnh được theo 3 chiều để giảm dung sai công trình và lắp với thanh dọc. Nói chung để đáp ứng yêu cầu của giá đỡ gồm 2 phần. Một phần lắp với kết cấu công trình và có thể điều chỉnh được mặt phẳng ngang. Còn phần kia lắp khung kính khung nhôm cho phép điều chỉnh mặt phẳng đứng. Giá đỡ có lỗ sọc rãnh dùng cho việc điều chỉnh này.
Nói chung đầu nối dùng để nối với thanh dọc từ tầng này tới tầng kia. Những đầu mối này có tác dụng như giá đỡ chịu áp lực gió và cho phép dịch chuyển tự do giữa các thanh đố dọc chồng nhau để đáp ứng chuyển động của công trình độ uốn cong tấm sàn và biến động nhiệt.
Tuy nhiên, về nguyên tắc thiết kế hệ thống neo kéo đều như vậy, những chi tiết thiết kế có khác nhau phụ thuộc vào hệ thống kính khung nhôm và tuỳ vào tiêu chuẩn thực hiện theo yêu cầu về tải trọng và biến động của công trình.

6. Các phương pháp thử nghiệm kính khung nhôm
Để đảm bảo hệ thống kính khung nhôm đáp ứng được tiêu chuẩn đặc trưng và thông số kỹ thuật của kiến trúc sư, phải có mẫu đủ kích thước và được thử nghiệm lọc không khí, chống thấm, đặc tính kết cấu và chịu áp lực gió.
Tập đoàn sản xuất PD có phòng thí nghiệm thử vật liệu mặt tiền của công trình tại cơ sở sản xuất chính tại Singapore. Phòng thí nghiệm này theo tiêu chuẩn SINGLAS Singapore thử nghiệm đặc trưng trong lĩnh vực thử nghiệm xây dựng cơ bản theo chỉ định kính khung nhoomn phải được thử nghiệm theo tiêu chuẩn này. Có chứng chỉ đạt tiêu chuẩn nghĩa là phòng thí nghiệm đã đạt được yêu cầu. ISO/IEC điều 25 cũng như được phép tiến hành thử nghiệm theo tiêu chuẩn của Viện Tiêu chuẩn và nghiên cứu công nghiệp Singapore.
Thử nghiệm được tiến hành theo ASTM tiêu chuẩn E 283-91, E 331 -86 và E 330 – 90 để thử lọc khí, chống thấm và các chỉ tiêu kết cấu theo các mức độ khác nhau của áp lực khí tĩnh.
Ngoài phương pháp thử áp lực tĩnh của khí dùng bình thổi áp lực cao trong buồng kín mô phỏng áp lực gió, phương pháp áp lực khí động học dùng động cơ máy bay tạo gió.
Cả hai phương pháp thử đều có lợi cũng như chưa đủ và thường cả hai phương pháp này dùng để đánh giá đặc tính của hệ thống kính khung nhôm.

7. Hệ thống kính nhìn thấy toàn bộ
Hệ thống toàn bộ kính kết cấu có thể nhìn thấy được là hệ thống kính hoàn thiện bao bọc kết cấu công trình không dùng thanh đố dọc và khung.
Tường kính có độ cao dưới 3m, nói chung ở giữa các tầng nhà, hệ thống kính gồm thanh nhôm soi rãnh để ốp lát trên đỉnh và đáy, thép hay thép không rỉ lắp kèm theo tấm kính dán bằng silicone nhưng không phải là gioăng.
Thiết kế này dựa trên ốp lát kết cấu trợ lực 2 mặt:
Tường kính trên 3m, hệ thống này được treo trên đỉnh và thanh đố dọc kính, gọi là fins được dùng chống áp lực gió. Đường rãnh đặc trưng này với lỗ hình côn đinh vít lắp với gioăng bít bằng silicon giữa các tấm kính tạo nên mặt tiền toàn bộ bằng kính phẳng tạo tối đa tiềm năng ánh sáng ban ngày tự nhiên của công trình.
Kính dùng cho tấm ốp lát được đúc và dát mỏng. Tấm fins kính không được đúc đầy. Phụ kiện được gia công và thiết kế thích hợp theo từng trường hợp áp dụng. Kim loại có thể là nhôm, thép và thép không rỉ.

8. Chống cháy cho công trình
Chống cháy cho hệ thống kính khung nhôm dựa vào quy tắc và quy định xây dựng được áp dụng cho từng nước, các điều khoản về chống cháy khác nhau giữa các nước.
Những quy định sau nói chung được áp dụng cho kính khung nhôm của các công trình cao:
1. Sử dụng vật liệu chống cháy làm khung đỡ và các yếu tố phụ trợ
2. Thiết kế mặt tiền kiến trúc và lựa chọn kích thước biến điệu để hạn chế lan toả của ngọn lửa và phân tán lửa của công trình.
3. Tạo rãnh ngăn cách chống khói và lửa giữ các tấm sàn và phía sau tấm tường ngăn lửa không lan từ nơi này sang nơi khác.
4. Đảm bảo hệ thống neo kéo chống được lửa
5. Lựa chọn kỹ thuật bít kín và gioăng đệm
6. Tránh dùng vật liệu khi cháy tạo khói độc

Thuý Giang
Nguồn tin: The Total Building Envelope