Việt Nam có khí hậu nhiệt đới, độ ẩm và nhiệt độ cao rất thích hợp cho sự phát triển của tre – loài thực vật thân cỏ phát triển nhanh và có kích thước lớn nhất thế giới. Tre được mệnh danh là thép của tự nhiên. Vật liệu này có bề dày lịch sử lâu đời, đến tận ngày nay vẫn luôn là sự lựa chọn tốt cho các công trình kiến trúc bền vững, vì môi trường.
Từ những phân tích về điều kiện khí hậu đặc trưng của khu vực kết hợp với phân tích thực tế các công trình được xây dựng bằng tre tại công viên sinh thái Nansha, Quảng Châu, Trung Quốc, để có một cái nhìn tổng quan nhất về những ưu nhược điểm của tre trong xây dựng công trình, từ đó đề xuất những quan điểm và nguyên tắc để ứng dụng một cách thích hợp vật liệu tre tại Việt Nam nói riêng và tại các nước Đông Á và Đông Nam Á với khí hậu nóng ẩm nói riêng.
Khái quát các nguyên lý tổ chức không gian trong công trình kiến trúc tại Nansha Wetland Park
1. Tổ chức không gian kiến trúc cảnh quan trong Nansha Wetland Park
Tổ chức không gian kiến trúc cảnh quan với trục không gian chính là mặt nước và cây xanh. Các tuyến đi bộ bám theo mặt nước, trên các tuyến trục đi bộ tham quan công trình chức năng phục vụ du khách.
Các không gian động là nơi tập trung hoạt động đông người đặt ngay cổng chính, giáp đường giao thông lớn. Phía sau là không gian tĩnh: Mặt nước, thảm thực vật, công trình kiến trúc nhỏ – những không gian cư trú cho các loài chim.
Kiến trúc trong Công viên NanSha thể hiện rõ nét các khía cạnh: Kiến trúc phù hợp với bối cảnh xung quanh, thấp tầng, vật liệu thân thiện, đảm bảo công năng và kiến tạo môi trường để các loài chim cư trú không bị ảnh hưởng hoạt động đô thị bên ngoài…; tạo những cầu nối (kiến trúc nhẹ thoáng, thiết kế cảnh quan… giúp con người tìm hiểu, khám phá các loài chim mà không ảnh hưởng đến tính tự nhiên hoang dã của chúng.
2. Khí hậu, điều kiện tự nhiên tại Nansha Wetland Park
Nansha Wetland Park nằm tại vĩ độ 21,5 độ vĩ Bắc, bức xạ mặt trời lớn vào mùa hè, mùa Đông có gió lạnh. Nhiệt độ, khí hậu, thời tiết có những điểm tương đồng như các tỉnh đồng bằng, ven biển phía Bắc Việt Nam. Nansha Wetland Park thuộc quận Nansha, tỉnh Quảng Đông, là vùng đất ngập nước, gần biển, với hệ thực vật phong phú – Khu vực có 4 mùa rõ rệt trong năm, độ ẩm cao, gió mát thổi từ biển.
Hệ thực vật tại vườn Chim Nansha phong phú với các loại cây nhiệt đới, sinh trưởng phát triển trên vùng ngập nước và ven biển. Hệ sinh thái mặt nước – cây xanh – đầm lầy ngập nước rất phù hợp cho các loài chim cư trú, kiếm ăn, sinh trưởng và phát triển. Hiện nay trong vườn bảo tồn Chim Nansha đã có hơn 5000 cá thể chim sinh sống tự do không nuôi nhốt (thông tin cung cấp bởi Vườn Chim Nansha tháng 12/2023)
(Nguồn Jaloxa.eu)
3. Vật liệu Tre sử dụng trong các công trình tại Nansha Wetland Park và sự phù hợp với điều kiện khí hậu và tự nhiên
Tre là vật liệu được sử dụng trong các công trình mang yếu tố văn hóa đặc trưng của các nước đã được xây dựng tại Nansha Wetland Park.
Công trình đầu tiên là Tòa nhà Trung tâm Văn hóa Indonesia, lấy cảm hứng và thiết kế từ những công trình bằng tre ở Đảo Bali. Quy mô 3 tầng với hệ kết cấu chính: Dầm cột, vách mái bằng tre. Công trình thể hiện được những ưu điểm, vẻ đẹp và khả năng chịu lực của loại tre được nhập khẩu từ Indonesia (giống tre có đường kính to, chắc, dài).
Công trình thứ hai là Trung tâm Triển lãm Nghệ thuật Thái Lan với hình thức mái thú vị tạo nhịp chuyển động lượn sóng, gồm một tầng chính và một gác xép. Chức năng chính là tổ chức triển lãm nghệ thuật, giới thiệu hàng thủ công mỹ nghệ và là không gian đa năng, kết cấu cột chính bằng thép nhưng hệ xà gồ và đặc biệt là lớp trần được làm từ cây trúc mang hiệu quả thị giác mạnh, hấp dẫn. Với cấu tạo mái xòe rộng, độ dốc lớn phù hợp khí hậu thời tiết ở Quảng Châu, lớp mái được lợp từ rơm rạ cách nhiệt và chống nóng tốt, tường vách bằng khung thép kính, mở thoáng đa hướng.
Công trình thứ ba là Trung tâm Biểu diễn Thái Lan với cấu trúc mái lợp lá, xòe rộng. Kết cấu cột chính chạy vòng quanh, tạo không gian thoáng rộng phù hợp tổ chức các sự kiện lớn, đông người. Công trình với diện tích khoảng 500m2, hệ kết cấu chính được làm bằng tre moso (trung bình: chiều dài cây 6m, đường kính thân tre từ 3cm đến 6cm), một loại tre phổ biến ở Trung Quốc. Liên kết được sử dụng bằng mối nối bu lông và dây buộc tạo các khớp liên kết chắc khỏe. Khoảng cách giữa các khung kết cấu chính là 2m. Cấu trúc không gian thoáng mở 4 mặt, phù hợp các hoạt động đông người.
Công trình thứ tư là Trung tâm Văn hóa Lào, đang được xây dựng với cấu trúc cột thép, vì kèo thép, xà gồ và trần tre, mái lợp lá.
Bên cạnh những công trình với quy mô lớn, tại Nansha Wetland Park, tre còn được sử dụng với các công trình cảnh quan: Pavilion, Swing game, Lankmark, và các công trình gắn với đào tạo.
Từ 2016 đến nay, Nansha Wetland park đã tổ chức các workshop cho sinh viên các trường đại học tham gia cuộc thi các dự án nhỏ được thiết kế và xây dựng bằng tre với các chức năng đa dạng, phù hợp với một công viên, cảnh quan, sinh thái: Các chòi nghỉ, pavilion, đường đi có mái che, điểm checkin và các điểm tổ chức cho khách tham gia chơi. Những dự án này được xây dựng với các tiêu chí:
- Kết cấu thú vị, đa dạng: Với định hướng các tác phẩm dự thi và xây dựng đưa ra những các tiếp cận mới, hình thức và các cách liên kết mới của cây tre;
- Hình thức bắt mắt, phù hợp: Vị trí xây dựng là vườn bảo tồn chim Nansha Wetland Park vì vậy các thiết kế hướng tới: Phù hợp bối cảnh xây dựng nhiều cây xanh, mặt nước, mật độ thấp, tầng cao thấp, ngôn ngữ kiến trúc thân thiện, thu hút và vật liệu tự nhiên, gần gũi thiên nhiên.
- Tính sáng tạo và linh hoạt: Các thiết kế hướng đến những sáng tạo, cách nghĩ mới đa dạng về: hình thức, kết cấu tre đơn thuần và kết cấu tre với các kết cấu khác. Sau 2-3 năm sẽ tháo dỡ để thay thế bằng các thiết kế khác. Vì vậy công viên luôn có những hình ảnh, điểm dừng chân, điểm checkin mới lạ, thu hút khách đến nhiều lần…
- Công năng: Là điểm dừng chân ngắm cảnh che nắng, che mưa trên chuỗi hành trình của người tham quan, mang lại sự tiện nghi cho người sử dụng, đồng thời là những điểm check in cho khách, tạo tương tác giữa con người với kiến trúc, giữa con người với bối cảnh tự nhiên, giữa con người với các loài chim.
Ưu và nhược điểm của vật liệu tre và phương thức xây dựng truyền thống
1. Ưu và nhược điểm của vật liệu tre
a. Ưu điểm:
- Vật liệu tre: Có vòng đời thu hoạch ngắn 3 hoặc 4 năm có thể sử dụng. Tre là giống cây với đa dạng loại (200 loài) trên thế giới. Với việc dễ trồng, phù hợp với các điều kiện tự nhiên khí hậu đa dạng nên có thể mở rộng vùng trồng tre. Bên cạnh cây tre ít công chăm sóc, dễ trồng, dễ phát triển nhanh. Một số loại tre từ lúc lên Măng đến khi đạt đủ độ cao và độ dày trong ống tre khoảng 2 năm đến 3 năm. Đây là quảng thời gian ngắn so với vật liệu gỗ và có thể sử dụng phổ biến;
- Ngoài ra, tre – phân bố nhiều ở Trung Quốc, Đông Nam Á vì vậy sử dụng tre trong xây dựng có tình phù hợp với khí hậu, khả năng chống chịu thời tiết tốt.
- Tre ứng dụng đa năng trong công trình: Kết cấu chính, lớp vỏ bao che, chi tiết trang trí… Cây tre được sử dụng trong công trình, linh hoạt. Kết cấu chính như móng, cột, dầm, sàn, vì kèo, lớp vỏ (lợp mái, tường đan vách tre, sàn tre, trần tre), chi tiết hoàn thiện (Cầu thang tre, khung cửa, cánh cửa tre), chi tiết trang trí (Trần tre, mành tre nắng che mưa, tay vị cầu thang, lan can, ốp tường, lát sàn…);
- Giá thành hợp lý: So với vật liệu gỗ, thép… Những công trình kiến trúc nhỏ 2-3 tầng và vợt nhịp kết cấu không lớn thì sử dụng tre mang lại hiệu quả tiết kiệm kinh tế hơn so với bê tông, thép…;
(by Markus Heinsdorff in collaboration with MUDI)
Nguồn archdaily.com
- Kỹ thuật xây dựng: Kiểu lắp ghép, không sử dụng các vật liệu hàm chứa Các bon, có thể ứng dụng nhiều các lắp ghép truyền thống mang lại hiệu quả. Vật liệu tre có thể xây dựng công trình độc lập hoặc có khả năng kết hợp với các vật liệu khác rất linh hoạt:
- Tre kết hợp với thép: Thép sẽ giúp các nút liên kết của khung có kết cấu ổn định, giảm kích thước và đa chiều. Với đặc tính chịu kéo chịu nén tốt của cả thép và tre nên liên kết này mang lại hiệu quả cao. Bên cạnh sử dụng các kết cấu giữa tre và thép theo tinh thần: Vật liệu bản địa, ứng dụng khoa học công nghệ cao.
- Tre kết hợp với bê tông: Cây tre có khả năng chịu nén, kéo, sẽ là vật liệu bổ sung cho khả năng làm việc của bê tông. Các khu vực trong công trình có thể sử dụng liên kết tre – bê tông: Móng bê tông cốt tre, nút liên kết cột tre lõi bê tông; sàn bê tông cốt tre, tường bê tông cốt tre, sàn dầm tre – mặt hoàn thiện bê tông…;
- Tre kết hợp với Đất + Đá: Tre kết hợp với đất – đá mang lại hình ảnh thân thuộc, truyền thống. Đất đá có khả năng chịu lực nén và vững ở phía dưới, tre với vai trò làm việc như kết cấu đỡ mái, kết cấu và lớp vỏ bao che phía trên. Cách thứ hai: tre đóng vai trò chịu lực trong các bức vách, sàn (tre đan dạng phên, liên kết kiểu màng…) sau đó sử dụng đất trộn phụ gia hoặc đất trộn sợi phủ bảo vệ bên ngoài và hoàn thiện vách;
- Tre kết hợp dây cáp: Tre với vai trò làm việc các thanh cứng, việc kết hợp thanh cứng với cáp căng mang lại hiệu quả cao, các kết cấu thông thường của công trình tre, mang lại hình ảnh mới, thú vị;
- Tre kết hợp vật liệu tái chế: Thông điệp về phát triển bền vững, giảm rác thải ra môi trường, hiệu quả và thẩm mỹ. Với quan điểm vật liệu tái chế từ plastic, thép, có khả năng bao che và chống chịu thời tiết tốt hơn tre, vì vậy có thể sử dụng plastic, kim loại tái chế là lớp vỏ bao che. Tre làm kết cấu chính, xương liên kết…;
- Tre kết hợp với gỗ: Từ xa xưa gỗ và tre kết hợp với nhau trong xây dựng nhà truyền thống Việt Nam. Gỗ là khung xương còn tre như phần cơ trong tổng thể hệ chịu lực của ngôi nhà. Liên kết giữa gỗ và tre cũng rất đa dạng và thi công đơn giản: Gác, buộc dây, con xỏ xuyên qua, đóng đinh, mộng hở… Đặc điểm của hệ kết cấu kết hợp tre với gỗ: thông thường gỗ nặng là phần chịu lực phía dưới chịu nén, còn tre là phần ở trên chịu giằng, kéo, uốn… Gỗ và tre đều là vật liệu tự nhiên, sử dụng hiệu quả và không ảnh hưởng đến môi trường.
- Kết cấu tre hình thành mang lại hiệu quả về thẩm mỹ cao, khác biệt, gần gũi
- Liên kết các nút của cây tre là dạng liên kết dẻo – linh hoạt – Chống lực gió – chống động đất…
- Với 1 tiết diện tre, khả năng chịu uốn chịu kéo tốt.
Nguồn https://www.guaduabamboo.com/crushed-bamboo/ (ảnh phải)
Nguồn Văn phòng 1+1>2 (ảnh phải)
Nguồn iStock (ảnh phải)
2. Nhược điểm:
- Khả năng phổ biến nhân rộng chưa cao, đặc biệt trong đô thị, hoặc những không gần vùng nguyên liệu trồng và khải thác xử lý tre.
- Khả năng chống chịu thời tiết nếu tiếp xúc trực tiếp nắng, mưa thấp, tuổi thọ ngắn, cần có lớp bao che để làm việc hiệu quả, bền vững.
- Kết cấu tre chưa đáp ứng được không gian vượt nhịp lớn, không thi công được kết cấu có kích thước mỏng, bé, chịu lực lớn
- Phụ thuộc yếu tố kinh nghiệm xây dựng (thợ thủ công) quyết định trong việc xây dựng và thực hiện các công trình bằng tre.
Các nguyên tắc tổ chức không gian kiến trúc tại khu vực có khí hậu nóng ẩm và mùa đông lạnh
- Mái xòe rộng, che bức xạ mặt trời: Kiến trúc ở các vùng nóng ẩm và gần xích đạo có bức xạ mặt trời lớn, góc chiếu mặt trời đứng, cường độ bức xạ mặt trời trung bình trên mặt phẳng ngang và mặt đứng đều lớn, vì vậy với kiến trúc mái lợp cho công trình xòe rộng sẽ đóng vai trò như lớp vỏ, kết cấu che nắng. Giảm bức xạ mặt trời chiếu vào các không gian sử dụng cho công trình. Bên cạnh đó việc tập trung thiết kế mái xòe rộng mang lại hiệu quả và tỷ lệ kiến trúc hài hòa, gắn kết giữa công trình với bối cảnh;
- Mái xòe rộng, kết hợp với các lớp mặt dựng tạo khoảng đệm – chuyển tiếp từ không gian sử dụng với điều kiện bên ngoài: Khoảng đệm có tác dụng rất hiệu quả cho các hoạt động của con người để đạt tiện nghi như giảm nắng chiếu gắt gây chói lóa, giảm nhiệt độ truyền từ ngoài vào trong; một lớp đệm giữa các hoạt động bên ngoài chuyển tiếp vào các hoạt động bên trong; giảm ồn và giảm bụi, tránh mưa hắt…;
- Công trình thấp tầng (3 tầng) gắn với bối cảnh chung: công trình thấp tầng nương vào cây, tận dụng hiệu quả bóng mát từ cây xanh. Việc thiết kế công trình thấp tầng, công trình nương vào cây sẽ mang lại hiệu quả rất lớn của việc cách nhiệt cho công trình, tận dụng hiệu quả tán cây che nắng cho những hướng bất lợi (Đông chếch Đông và Tây – chếch Tây). Công trình thấp tầng mang lại tỷ lệ phù hợp, gần gũi với tự nhiên, rất phù hợp với kiến trúc nóng ẩm, có hệ sinh thái và thực vật phong phú;
- Công trình đặt gần mặt nước, tăng hiệu quả làm mát nhờ nhiệt ẩn – nhiệt hiện: Vào mùa nóng, khi nước bay hơi sẽ mang nhiệt độ đi vì vậy công trình gần mặt nước sẽ có nhiệt độ thấp hơn so với công trình ở khu vực khác, có sân bê tông hóa. Bên cạnh hướng gió mát thổi qua mặt nước đưa vào công trình mang thêm lượng hơi nước, không khi tươi sạch cho các hoạt động bên trong, tăng sự tiện nghi thoải mái cho người sử dụng;
- Công trình với lớp vỏ có khả năng cách nhiệt hiệu quả: Hệ số truyền nhiệt của tre và hệ số hấp thụ Bức xạ mặt trời của tre thấp. Theo các nghiên cứu chỉ ra rằng tre với độ dày tương đương ngói thì khả năng cách nhiệt tốt hơn.
Công thức tính nhiệt trở của vật liệu:
R = d/λ – nhiệt trở của vật liệu, đơn vị m2K/W
Trong đó: d là độ dày của vật liệu; λ là hệ số dẫn Nhiệt của vật liệu; R là Nhiệt trở của vật liệu
Qua công thức tính Nhiệt trở R và các thông số Hệ số dẫn Nhiệt, so sánh nếu cùng 1 độ dày d, thì Vật liệu Gỗ, Tre sẽ cách nhiệt tốt hơn rất nhiều so với vật liệu Ngói xi măng lưới thép và ngói đất sét nung.
- Tổ chức không gian kiến trúc thoáng hở – thông gió tự nhiên tốt phù hợp với vùng nóng ẩm: Bên cạnh yếu tố sân vườn xung quanh với các thảm thực vật, thảm cỏ còn có tác dụng giảm bức xạ mặt trời, thẩm thấu nước mặt, giữ ẩm cho đất…;
- Tổ chức mở thoáng lớp vỏ linh hoạt, mùa đông lạnh, cần kín tránh gió lùa. Giải pháp thiết kế các hệ cửa, vách di động linh hoạt đóng mở phù hợp nhu cầu sử dụng.
Các quan điểm và nguyên tắc thiết kế các công trình tre theo hướng sinh thái: những vấn đề cốt lõi của kiến trúc tre truyền thống và hiện đại
1. Những vấn đề cốt lõi của kiến trúc tre truyền thống và hiện đại:
- Mở rộng vùng nguyên liệu cung cấp tre, đồng nghĩa mở rộng diện tích cây xanh, hấp thụ C02.
- Kiến trúc tre phù hợp với khí hậu nóng ẩm, gió mùa;
- Tận dụng hiệu quả kinh nghiệm xây dựng truyền thống với kỹ thuật hiện đại trong cách tiếp cận và xây dựng công trình tre;
- Công trình kết cấu tre có khả năng tiếp biến phát huy kiến trúc truyền thống với kiến trúc hiện đại, đương đại..;
- Khai thác, chế biến, xử lý tre trước khi thi công hiệu quả, an toàn;
- Sử dụng kết cấu tre phù hợp từng vị trí và cấu kiện trong công trình;
- Vật liệu tre và phương pháp xây dựng công trình tre không phát thải các bon và tạo dựng môi trường trong công trình tiện nghi cho người sử dụng.
2. Kết luận và kiến nghị tại Việt Nam:
- Mở rộng các vùng cấp nguyên liệu tre;
- Trồng và khai thác các giống tre phù hợp thổ nhưỡng, khí hậu;
- Đưa đào tạo thiết kế và thi công công trình bằng tre vào chương trình đại học hoặc tương đương;
- Gắn kết các trường đại học, các chương trình phát triển tre, hội thảo quốc tế – công trình tre ở Đông Nam Á, Trung Quốc và trên thế giới.
THS. KTS Nguyễn Duy Thanh
TS. KTS Nguyễn Việt Huy
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 5-2024)
Tài liệu Tham khảo
1. Phạm Thị Hải hà, Trần Quốc Bảo – Nguyễn Thị Khánh Phương – Giáo trình hệ thống kiếm soát môi trường 1
2. Nguyen Duy Thanh, Hoang Thuc Hao (2015), “Bamboo architecture for local communities designed by 1 + 1 > 2 Architectural Office”, Proceedings “International construction Workshop and Conference Parahyangan Bamboo nation 2”, UNPAR Press, Indonesia
3. Nguyen Duy Thanh, Nguyen Quang Minh (2015), “Bamboo and the possibilities to be used with other building materials in construction”, Proceedings “International construction Workshop and Conference Parahyangan Bamboo nation 2”, UNPAR Press, Indonesia.
4. https://www.jaloxa.eu/resources/daylighting/sunpath.shtml
5. Archdaily.com
6. 1+1>2.com.vn
7. Guangzhou Nansha Southeast Asia Bamboo Art Festival