Gỗ Dùng Trong Kết Cấu Nhà Có Mấy Loại?
Gỗ dùng trong kết cấu nhà có 5 loại kỹ thuật chính: gỗ xẻ kết cấu truyền thống, LVL (Laminated Veneer Lumber), Glulam (Glued Laminated Timber), CLT (Cross-Laminated Timber) và hệ thống khung gỗ (timber frame/platform frame), mỗi loại có đặc tính cơ học và phạm vi ứng dụng riêng trong từng bộ phận kết cấu. Lựa chọn đúng loại gỗ kết cấu ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn, chi phí và tuổi thọ công trình. Bài viết này phân tích chi tiết từng loại và tiêu chuẩn cường độ áp dụng.
Gỗ Xẻ Kết Cấu (Solid Sawn Timber)
Gỗ xẻ kết cấu là gỗ xẻ thẳng từ thân cây gỗ tự nhiên hoặc rừng trồng, được phân loại cường độ (stress grading) theo kiểm tra mắt gỗ (visual grading) hoặc máy (machine grading). Tiêu chuẩn EN 338 phân loại gỗ xẻ cứng lá kim thành C14, C16, C18, C24, C27 và D-class (gỗ lá rộng) D18–D70 dựa trên cường độ uốn đặc trưng (MOR), môđun đàn hồi (MOE) và tỷ trọng. C16 và C24 là hai cấp phổ biến nhất trong xây dựng nhà gỗ châu Âu.
Ứng dụng điển hình: cột, dầm, rui mè trong nhà gỗ truyền thống; đà ngang, xà gồ mái; cấu kiện phụ trong tường khung gỗ. Hạn chế: kích thước bị giới hạn bởi đường kính cây; cong vênh và nứt khi khô sau khi lắp đặt là phổ biến nếu không kiểm soát MC; khuyết tật tự nhiên (mắt gỗ, thớ chéo) làm giảm cường độ thực tế.
LVL – Laminated Veneer Lumber
LVL được sản xuất bằng cách dán nhiều lớp veneer gỗ mỏng (3–4mm) cùng chiều thớ bằng keo phenol formaldehyde chịu nước, tạo ra sản phẩm có cường độ cao và đồng đều hơn gỗ solid. Ưu điểm nổi bật: kích thước tùy chỉnh (dài tới 20m, dày đến 100mm), ít khuyết tật, cường độ dự đoán được chính xác, ít cong vênh và nứt sau lắp đặt. LVL được dùng cho dầm sàn (floor joists), dầm đỡ mái (ridge beam), cột và thanh I-joist trong xây dựng nhà hiện đại.
LVL được thiết kế theo cường độ uốn từ F11 đến F17 (tiêu chuẩn Úc/NZ) hoặc tương đương GL24–GL30 (châu Âu). Chi phí LVL cao hơn gỗ solid cùng tiết diện nhưng thường tiết kiệm tổng thể do giảm lãng phí và thi công nhanh hơn. Tại Việt Nam, LVL chủ yếu nhập từ Trung Quốc, Úc và New Zealand.
Glulam – Glued Laminated Timber
Glulam là cấu kiện tạo từ nhiều thanh gỗ xẻ (lamellae) dày 33–45mm dán keo kết cấu chồng theo chiều cao, cho phép tạo ra dầm và cột có kích thước rất lớn và hình dạng cong (curved/arched glulam) không thể làm từ gỗ solid. Tiêu chuẩn EN 14080 phân loại Glulam theo cấp GL24h, GL28h, GL32h, GL36h (h = homogeneous – đồng nhất toàn tiết diện). GL24h là cấp thấp nhất phù hợp tải trọng vừa; GL36h dùng cho dầm khẩu độ lớn chịu tải nặng.
Ứng dụng Glulam: dầm khẩu độ lớn trong nhà thể thao, nhà xưởng, nhà thờ, cầu gỗ; cột ống trong kiến trúc không gian mở; kèo mái cong cho công trình kiến trúc đặc biệt. Ưu điểm: đẹp về thẩm mỹ, có thể để lộ (exposed structure), carbon footprint thấp hơn thép và bê tông. Nhược điểm: giá cao, cần thiết kế kỹ lưỡng và liên kết đặc biệt (thép gusset, bulong đường kính lớn).
CLT – Cross-Laminated Timber
CLT là tấm gỗ kỹ thuật tạo từ các lớp ván xẻ (3, 5, 7 hoặc 9 lớp) dán chéo chiều thớ xen kẽ, tạo ra tấm panel 2D chịu lực theo cả hai phương (giống tấm bê tông). Đây là vật liệu cho kiến trúc gỗ cao tầng (mass timber) – thay thế sàn bê tông và tường bê tông trong nhiều ứng dụng. CLT đang phát triển mạnh ở châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản; Việt Nam chưa có sản xuất CLT trong nước, phụ thuộc nhập khẩu giá cao.
Ưu điểm CLT: tốc độ thi công nhanh (panel tiền chế), nhẹ hơn bê tông tương đương tải trọng, carbon âm (carbon sequestration), tạo không gian sống ấm áp và thẩm mỹ. Nhược điểm: giá cao, yêu cầu thiết kế chuyên biệt, hạn chế về xử lý ẩm và phòng cháy cần nghiên cứu thêm trong điều kiện khí hậu Việt Nam.
Khung Gỗ – Platform Frame Và Timber Frame
Platform frame (khung gỗ nhẹ) là hệ thống xây dựng dùng nhiều thanh gỗ xẻ nhỏ (2×4 inch, 2×6 inch) tạo thành lưới khung tường, sàn và mái – phổ biến ở Bắc Mỹ, Úc, Nhật Bản. Ưu điểm: thi công nhanh, không cần cẩu lớn, dễ lắp đặt điện nước trong tường, giá tổng thể thấp hơn các hệ khung gỗ lớn. Nhược điểm: cần nhiều liên kết đinh và vít; tường cần lớp cách nhiệt và chống ẩm bổ sung trong khí hậu nhiệt đới.
Timber frame truyền thống dùng cấu kiện gỗ lớn (heavy timber) liên kết bằng mộng gỗ (mortise and tenon) hoặc bulong thép, tạo ra kết cấu lộ đẹp về thẩm mỹ. Timber frame phổ biến trong nhà sàn truyền thống Việt Nam và đang được tái khám phá trong kiến trúc cao cấp hiện đại. Chi phí thi công timber frame cao hơn nhiều so với platform frame do yêu cầu thợ lành nghề và cấu kiện lớn hơn.
Tiêu Chuẩn Cường Độ Và So Sánh Với Bê Tông/Thép
Gỗ kết cấu có tỷ lệ cường độ/khối lượng (strength-to-weight ratio) rất cao: Glulam GL28h có cường độ uốn 28 N/mm² với tỷ trọng khoảng 430 kg/m³, so với thép S235 cường độ uốn 235 N/mm² với tỷ trọng 7.850 kg/m³. Điều này có nghĩa gỗ kết cấu có tỷ lệ cường độ theo khối lượng cạnh tranh được với thép, đặc biệt trong các kết cấu khẩu độ vừa. Bê tông thường cường độ nén 25–30 N/mm² nhưng cường độ kéo gần bằng 0, cần thép gia cường.
Ưu điểm gỗ so với bê tông/thép: nhẹ hơn (giảm tải trọng nền móng), thi công nhanh (đặc biệt với cấu kiện tiền chế), thân thiện môi trường (carbon sequestration), tạo không gian vi khí hậu dễ chịu, dễ sửa chữa và cải tạo. Nhược điểm: dễ cháy (dù gỗ lớn cháy chậm hơn thép trong hỏa hoạn), cần xử lý bảo quản, nhạy cảm với ẩm và côn trùng, biến dạng từ biến (creep) theo thời gian cần tính toán trong thiết kế.