Tải trọng mưa mái ETFE không chỉ là khối lượng nước rơi lên mái. Vấn đề nguy hiểm hơn là nước không thoát hết, làm màng võng xuống, tạo thêm dung tích chứa nước và tiếp tục tăng tải. Cơ chế phản hồi này cần được ngăn từ hình học, hệ thoát nước và các trường hợp tính toán bất lợi.
Tải trọng mưa khác với thiết kế thoát nước như thế nào?
Thiết kế thoát nước xác định đường đi của nước từ bề mặt mái đến máng, phễu và ống. Tính tải trọng mưa lại trả lời câu hỏi: kết cấu và màng chịu tác động gì khi nước xuất hiện, dòng chảy bị hạn chế, một điểm thoát bị tắc hoặc hình học mái thay đổi dưới tải.
Hai phần này liên quan chặt chẽ nhưng không thay thế nhau. Một mái có đủ số lượng phễu theo lưu lượng tính toán vẫn có thể phát sinh đọng nước nếu bề mặt biến dạng tạo túi trũng trước khi nước đến được phễu.
Vì sao mái ETFE nhạy với đọng nước cục bộ?
Màng ETFE và hệ đệm khí có khối lượng nhỏ, hình học mềm và phản ứng rõ với chênh áp, nhiệt độ và tải phân bố. Khi nước tập trung tại một vùng, độ võng tăng có thể làm độ dốc địa phương giảm hoặc đổi chiều. Nước tiếp tục dồn vào vùng đó, khiến tải và ứng suất tăng thêm.
Architen Landrell lưu ý kết cấu ETFE cần có độ cong để mưa hoặc tuyết không tích tụ; nước được dẫn về chu vi mái và thu vào hệ máng chính. Tài liệu kỹ thuật của TensiNet cũng cảnh báo tình huống xẹp cục bộ có thể tạo đọng nước, gây tải trọng và ứng suất địa phương rất lớn.
Các đầu vào cần xác định
| Nhóm dữ liệu | Nội dung cần có | Ảnh hưởng đến mô hình |
|---|---|---|
| Mưa tại địa điểm | Cường độ, thời đoạn, yêu cầu theo tiêu chuẩn và dữ liệu dự án | Lưu lượng vào và chiều cao nước giả định |
| Hình học mái | Độ cong, cao độ biên, đường chia lưu vực, vùng chuyển tiếp | Hướng dòng chảy và vị trí có nguy cơ tạo túi nước |
| Trạng thái hệ | Áp suất đệm, nhiệt độ, mức căng, khả năng xẹp cục bộ | Hình dạng sau biến dạng và dung tích vùng trũng |
| Thoát nước | Máng, phễu, ống, overflow, mức tắc nghẽn giả định | Tốc độ tháo nước và mực nước cực đại |
| Điều kiện biên | Khung, gối, kẹp màng và chuyển vị kết cấu chính | Phân bố nội lực, phản lực và biến dạng |
Không nên chỉ kiểm tra hình học ban đầu
Đường dốc trên mô hình kiến trúc chưa phản ánh trạng thái mái khi chịu mưa. Kỹ sư cần đánh giá hình học sau biến dạng, vì một điểm vốn cao hơn phễu ở trạng thái ban đầu có thể trở thành vùng thấp hơn khi màng chịu tải.
- Kiểm tra bề mặt khô ở áp suất và nhiệt độ vận hành bình thường.
- Áp tải nước theo lưu vực và cập nhật biến dạng của màng.
- Xác định xem biến dạng có tạo thêm vùng chứa nước hay không.
- Lặp lại với trường hợp một phần hệ thoát bị hạn chế hoặc tắc.
- Xem xét trạng thái áp suất thấp, xẹp cục bộ hoặc mất cấp khí nếu phù hợp với cấu hình mái.
Những trường hợp tải nên được đặt riêng
Mỗi dự án cần Basis of Design và tiêu chuẩn áp dụng cụ thể. Thông thường, nhóm kiểm tra có thể bao gồm mưa thiết kế với hệ thoát hoạt động; mưa khi một điểm thu bị tắc; nước dâng tới overflow; mưa kết hợp trạng thái áp suất thấp; và tải cục bộ tại vùng có nguy cơ đọng.
Không cộng tất cả giá trị bất lợi vào một tổ hợp tùy ý. Tải, hệ số và tổ hợp phải theo tiêu chuẩn dự án. Tại Việt Nam, TCVN 2737:2023 là tài liệu nền về tải trọng và tác động cho công trình; phần áp dụng cho hệ ETFE cần được kỹ sư kết cấu chuyển thành các trường hợp phù hợp với hình học và trạng thái của hệ.
Mô hình cần trả ra những gì?
- Vị trí và diện tích các vùng đọng nước tiềm năng.
- Chiều sâu nước, tải phân bố và tải cục bộ dùng để kiểm tra.
- Biến dạng màng, ứng suất chính và biên an toàn tại kẹp.
- Phản lực truyền sang khung thép, máng và kết cấu đỡ.
- Khoảng cách còn lại tới overflow hoặc mép tràn an toàn.
- Trạng thái hệ sau khi nước rút và khả năng trở về hình học làm việc.
Chi tiết mái giúp giảm rủi ro đọng nước
Độ cong dương rõ ràng, đường dẫn nước liên tục và điểm thu đặt tại vùng thấp thực của mái là ba điều kiện nền tảng. Máng cần đủ khả năng nhận nước từ biến dạng biên; phễu phải có lưới bảo vệ phù hợp nhưng vẫn tiếp cận được để vệ sinh. Overflow cần có cao độ và đường xả không gây nguy hiểm cho người bên dưới.
Xem thêm cách tổ chức độ dốc, máng thu và điểm thoát mái ETFE. Tải trọng mưa cũng cần được kiểm tra cùng tải trọng gió mái ETFE, bởi cả hai đều làm thay đổi hình học nhưng có hướng và phân bố khác nhau.
Kiểm tra tại công trường và trong giai đoạn vận hành
- Đo cao độ thực của máng, phễu và overflow trước khi đóng các lớp hoàn thiện.
- Thử nước theo từng lưu vực để quan sát đường chảy và vùng còn đọng.
- Xác nhận áp suất đệm cùng trạng thái báo động trong thời gian thử.
- Kiểm tra lưới chắn rác, đường tiếp cận và điểm vệ sinh an toàn.
- Lập lịch kiểm tra trước mùa mưa và sau sự kiện gió lớn.
- Ghi nhận mọi vùng võng bất thường để đánh giá lại trước khi tiếp tục vận hành.
Khi nào cần tính toán chi tiết hơn?
Cần tăng mức độ phân tích khi mái có nhịp lớn, hình học phẳng tương đối, nhiều vùng chuyển tiếp, máng ẩn, số điểm thoát hạn chế hoặc đệm khí có thể vận hành ở nhiều mức áp suất. Những công trình có cây cao, bụi, lá hoặc vật thể dễ làm tắc phễu cũng nên đưa tình huống giảm khả năng thoát nước vào kiểm tra.
