Các tòa nhà khung gỗ được thiết kế như thế nào để đáp ứng các quy tắc an toàn về kết cấu và hỏa hoạn

Trả lời nhanh: Bốn trụ cột của thiết kế khung gỗ tuân thủ quy tắc

Mọi ngôi nhà khung gỗ hoặc cấu trúc thấp tầng thương mại được thiết kế an toàn đều dựa trên bốn trụ cột thiết kế liên kết với nhau:

1. Đã được phân loại, thiết kế đóng khung gỗ có kích thước và khoảng cách theo tính toán tải trọng kết cấu.
2. Các bộ phận tường, sàn và mái chống cháy đạt được chỉ số chống cháy cụ thể được đo bằng giờ.
3. Phần cứng kết cấu và giằng kết cấu giúp truyền tải trọng gió và động đất xuống nền móng một cách an toàn.
4. Chi tiết thích hợp về sự thâm nhập - bao gồm cửa sổ khung gỗ , cửa ra vào và nhà để xe — để khả năng ngăn cháy không bị ảnh hưởng.

Thiếu bất kỳ một trong bốn trụ cột này, và tòa nhà có thể trông có vẻ chắc chắn về mặt kết cấu trên bề mặt trong khi không đáp ứng được các tiêu chuẩn chống cháy hoặc chịu tải theo quy định.

Thiết kế kết cấu: Kích thước khung gỗ để đảm bảo an toàn

Xương sống cấu trúc của bất kỳ dự án xây dựng khung gỗ nào là khung gỗ - các đinh tán, dầm, xà nhà và dầm chịu trọng lực và tải trọng ngang. Quy chuẩn xây dựng không cho phép người xây dựng chỉ cần chọn gỗ bằng mắt; mỗi phần phải đáp ứng khả năng kết cấu được phân loại được ghi lại thông qua tem phân loại trực quan hoặc xếp hạng ứng suất của máy.

Đối với các phần tử như khung sàn gỗ , các kỹ sư thường chỉ định các loại được xử lý bằng áp suất hoặc có độ bền tự nhiên kết hợp với khoảng cách dầm không lớn hơn 16 inch ở giữa cho tải trọng tiêu chuẩn của khu dân cư, đảm bảo sàn có thể hỗ trợ an toàn tải trọng trực tiếp theo quy định là 40 pound/foot vuông cho sàn bên ngoài khu dân cư.

Xếp hạng chống cháy: Cách lắp ráp khung gỗ đáp ứng quy tắc

Tại sao "Dễ cháy" không có nghĩa là "Không an toàn"

Một quan niệm sai lầm phổ biến là do gỗ cháy nên nhà khung gỗ vốn kém an toàn cháy nổ hơn so với xây dựng bằng thép hoặc bê tông. Trong thực tế, các tổ hợp được xếp hạng chống cháy được làm từ tấm thạch cao, vật liệu cách nhiệt bằng bông khoáng và gỗ xẻ có thể đạt được mức chống cháy trong 1 giờ hoặc 2 giờ , có thể so sánh với nhiều tổ hợp không cháy, vì tấm thạch cao tạo thành than và cách nhiệt cho khung gỗ phía sau nó khi xảy ra hỏa hoạn.

Yêu cầu lắp ráp chống cháy phổ biến

• Các bức tường bên trong ngăn cách các đơn vị ở trong công trình khung gỗ dành cho nhiều gia đình thường yêu cầu tối thiểu Đánh giá khả năng chống cháy 1 giờ .
• Những bức tường ngăn cách một ngôi nhà với một ngôi nhà gắn liền nhà để xe khung gỗ thường yêu cầu tường chịu được định mức tối thiểu 1 giờ và cửa chống cháy tự đóng, theo IRC Mục R302.5 và R302.6.
• Các cụm sàn/trần giữa các đơn vị trong nhà phố hoặc căn hộ thường yêu cầu định mức 1 giờ để làm chậm tốc độ lan truyền lửa giữa các tầng.
• Các bức tường bên ngoài gần đường ranh giới tài sản có thể yêu cầu giới hạn chịu lửa tùy thuộc vào khoảng cách ngăn cháy được quy định trong mã địa phương.

Kết cấu giằng: Chống lại tải trọng gió và địa chấn

Ngoài an toàn cháy nổ, những ngôi nhà khung gỗ phải chống lại các lực ngang từ gió và động đất mà không bị trôi hoặc sụp đổ quá mức. Các quy tắc giải quyết vấn đề này thông qua các yêu cầu giằng theo quy định hoặc thiết kế bên được thiết kế.

Ở những vùng có địa chấn cao hoặc gió lớn, các kỹ sư thường chỉ định một thiết kế đường dẫn tải liên tục , nghĩa là mọi kết nối từ tấm lợp mái đến bu lông neo móng đều được xác minh là có khả năng truyền tải mà không có liên kết yếu — một yêu cầu đã làm giảm đáng kể các hư hỏng về kết cấu trong các ngôi nhà khung gỗ trong các trận gió và động đất lớn trong hai thập kỷ qua.

Chi tiết các lỗ mở: Cửa sổ, cửa ra vào và nhà để xe có khung gỗ

Mọi lỗ hở trên bức tường khung gỗ - cửa sổ, cửa ra vào hoặc lối vào gara - đều có thể là điểm yếu đối với cả khả năng truyền tải trọng kết cấu và khả năng chống cháy nếu không được trình bày chi tiết chính xác.

Cửa sổ khung gỗ

A cửa sổ khung gỗ Việc mở cần có chùm tia có kích thước phù hợp để chuyển hướng tải trọng do các đinh tán phía trên mang theo xung quanh lỗ mở, thay vì xuyên qua nó. Các thanh tiêu đề có kích thước quá nhỏ là một trong những khiếm khuyết khung phổ biến nhất được phát hiện trong quá trình kiểm tra, thường dẫn đến hiện tượng võng hoặc nứt phía trên cửa sổ nhiều năm sau khi xây dựng.

Gara khung gỗ

A nhà để xe khung gỗ gắn liền với một ngôi nhà có nguy cơ hỏa hoạn đặc biệt vì xe cộ, nhiên liệu và hóa chất được lưu trữ làm tăng khả năng hỏa hoạn bắt đầu từ đó. Các quy tắc thường yêu cầu tường và trần ngăn cách phải có giới hạn chống cháy tối thiểu 1 giờ, với cửa giữa gara và không gian sinh hoạt được đánh giá là cửa lõi đặc hoặc cửa chống cháy không mỏng hơn 1-3/8 inch.

So sánh các ngôi nhà khung gỗ theo quy định giám sát

Bởi vì xây dựng khung gỗ là phương pháp chủ đạo cho các tòa nhà dân cư thấp tầng ở Bắc Mỹ — chiếm khoảng 90% số nhà mới dành cho một gia đình được xây dựng ở Hoa Kỳ — quy tắc xây dựng đã phát triển rộng rãi các điều khoản cụ thể (IRC Chương 3-8, quy tắc xây dựng IBC Loại V) được xây dựng có mục đích xung quanh vật liệu này, thay vì coi nó như một phần phụ của các tiêu chuẩn thép hoặc bê tông.

Sự hoàn thiện về quy tắc này có nghĩa là một ngôi nhà khung gỗ được cấp phép và kiểm tra chính xác ngày nay được thiết kế theo cùng một triết lý an toàn như bất kỳ loại công trình nào khác: xác định tải trọng, xác minh đường tải và xác nhận mức chống cháy cho mọi cụm lắp ráp - bản thân vật liệu không hạ thấp thanh an toàn khi các mã được tuân thủ đúng cách.

Những sai lầm phổ biến ảnh hưởng đến việc tuân thủ quy tắc

• Thay thế gỗ đóng khung có kích thước nhỏ hoặc chưa được phân cấp để cắt giảm chi phí, ảnh hưởng đến đường dẫn tải được tính toán.
• Cắt hoặc khía khía các đinh tán và dầm kết cấu cho hệ thống dây điện hoặc hệ thống ống nước vượt quá giới hạn cho phép của bộ luật.
• Bỏ qua vách thạch cao hoặc phần cứng cửa chống cháy giữa một ngôi nhà và một gara có khung gỗ gắn liền.
• Không lắp đặt các chốt giữ và đầu nối kim loại cần thiết ở vùng có gió lớn hoặc địa chấn.
• Sử dụng cửa sổ khung gỗ có khung gỗ không được xếp hạng hoặc chớp không đúng cách ở những vị trí có tường ngăn cháy quan trọng.

Danh sách kiểm tra cuối cùng cho thiết kế khung gỗ tuân thủ quy tắc

Cho dù bạn đang thiết kế một ngôi nhà khung gỗ đơn lẻ hay một tòa nhà khung gỗ nhiều khối, hãy xác minh những điều sau trước khi bắt đầu xây dựng:

• Tất cả gỗ làm khung đều được phân loại và định cỡ theo tính toán kết cấu, không được ước tính bằng mắt
• Xếp hạng chống cháy được chỉ định và ghi lại cho tất cả các bức tường, sàn và cửa bắt buộc
• Đường dẫn tải trọng kết cấu liên tục được thiết kế từ mái đến móng
• Các tiêu đề phía trên tất cả các cửa sổ và cửa ra vào có khung gỗ đều có kích thước phù hợp với tải trọng bên trên
• Tường và cửa ngăn gara đáp ứng yêu cầu chống cháy tối thiểu
• Gỗ khung sàn có kích thước và khoảng cách phù hợp với tải trọng áp dụng

Khi các yếu tố này được giải quyết một cách có hệ thống thay vì từng phần, các tòa nhà khung gỗ luôn đáp ứng — và trong nhiều trường hợp còn vượt quá — các tiêu chuẩn an toàn về kết cấu và chống cháy theo yêu cầu của các quy tắc xây dựng hiện đại.