Phân loại nhà kín, bán kín, nửa hở và nhà hở theo ASCE 7-16

Khi tính tải trọng gió theo ASCE 7-16, việc xác định công trình là Enclosed, Partially Enclosed, Partially Open hay Open Building không chỉ là cách gọi hình thức. Phân loại này quyết định hệ số áp lực trong $(GC_{pi})$ , từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến áp lực thuần lên mái, tường và hệ kết cấu chịu lực.

Điểm dễ nhầm nhất là Partially Enclosed và Partially Open. Một công trình có nhiều mặt hở chưa chắc là Open Building; ngược lại, một nhà có một cửa rất lớn cũng chưa chắc chỉ là “nhà hở”. Cần kiểm tra bằng diện tích lỗ mở theo ASCE 7-16, Section 26.12 và Table 26.13-1.

Bốn dạng phân loại mức độ bao che theo ASCE 7-16 — Hình 1. Tổng quan Enclosed, Partially Enclosed, Partially Open và Open Building

1. Bốn đại lượng diện tích cần biết

ASCE 7-16 dùng bốn đại lượng để kiểm tra mức độ bao che:

$A_o$ — tổng diện tích lỗ mở trên mặt tường đang nhận áp lực ngoài dương.
$A_g$ — tổng diện tích hình học của chính mặt tường chứa $A_o$ .
$A_{oi}$ — tổng diện tích lỗ mở của phần bao che còn lại, gồm các tường khác và mái, không tính $A_o$ .
$A_{gi}$ — tổng diện tích hình học của phần bao che còn lại, gồm các tường khác và mái, không tính $A_g$ .

Trong thực tế nên lần lượt giả thiết từng mặt có khả năng nhận áp lực ngoài dương để kiểm tra. Không nên chỉ nhìn hình dáng công trình rồi kết luận theo cảm tính.

Bảng dưới đây tóm tắt bốn loại công trình theo ASCE 7-16, Table 26.13-1.

Phân loại	Điều kiện chính	Áp lực trong	$(GC_{pi})$
Enclosed	$A_o < \min(0{,}01A_g;\ 0{,}37,m^2)$ và $A_{oi}/A_{gi} \le 0{,}20$	Trung bình	$\pm 0{,}18$
Partially Enclosed	$A_o > 1{,}10A_{oi}$ ; $A_o > \min(0{,}01A_g;\ 0{,}37,m^2)$ ; $A_{oi}/A_{gi} \le 0{,}20$	Cao	$\pm 0{,}55$
Partially Open	Không thỏa Enclosed, Partially Enclosed hoặc Open	Trung bình	$\pm 0{,}18$
Open	Mỗi mặt tường hở ít nhất 80%	Không đáng kể	$0{,}00$

2. Enclosed Building — nhà kín

Nhà kín Enclosed Building — Hình 2. Enclosed Building — các mặt bao che gần như kín, chỉ có các lỗ mở nhỏ

Nhà kín là trường hợp lớp bao che tương đối hoàn chỉnh, không có một lỗ mở lớn đủ để tạo cơ chế tích áp kiểu Partially Enclosed.

Điều kiện của Table 26.13-1:

$A_o < \min(0{,}01A_g;\ 0{,}37,m^2)$

và:

$\frac{A_{oi}}{A_{gi}} \le 0{,}20$

Khi thỏa điều kiện này:

$(GC_{pi}) = \pm 0{,}18$

Hai dấu phải được xét thành hai trường hợp áp lực trong riêng biệt: một trường hợp dương trên toàn bộ các bề mặt bên trong và một trường hợp âm trên toàn bộ các bề mặt bên trong.

Ví dụ điển hình là nhà xưởng có tường bao đầy đủ, cửa đi và cửa cuốn được coi là đóng trong điều kiện thiết kế, chỉ còn các khe hoặc lỗ thông gió nhỏ.

3. Partially Enclosed Building — nhà bán kín

Nhà bán kín Partially Enclosed Building — Hình 3. Partially Enclosed Building — một mặt có lỗ mở trội, các mặt còn lại tương đối kín

Partially Enclosed là trường hợp có một lỗ mở trội — dominant opening. Gió dễ đi vào qua mặt có lỗ mở lớn nhưng phần còn lại của lớp bao che tương đối kín, làm áp lực bên trong công trình tăng đáng kể.

Ba điều kiện cần thỏa đồng thời là:

$A_o > 1{,}10A_{oi}$

$A_o > \min(0{,}01A_g;\ 0{,}37,m^2)$

$\frac{A_{oi}}{A_{gi}} \le 0{,}20$

Khi thỏa:

$(GC_{pi}) = \pm 0{,}55$

Đây là giá trị lớn nhất trong bốn nhóm enclosure.

Ví dụ kiểm tra

Xét một nhà kho có:

Đại lượng	Giá trị
$A_g$	$120,m^2$
$A_o$	$30,m^2$
$A_{oi}$	$2,m^2$
$A_{gi}$	$1.080,m^2$

Kiểm tra lỗ mở trội:

$30 > 1{,}10 \times 2 = 2{,}20,m^2$

Kiểm tra kích thước tối thiểu của lỗ mở:

$30 > \min(0{,}01 \times 120;\ 0{,}37) = 0{,}37,m^2$

Kiểm tra độ kín của phần bao che còn lại:

$\frac{2}{1.080} = 0{,}00185 < 0{,}20$

Cả ba điều kiện đều thỏa, vì vậy công trình thuộc Partially Enclosed Building.

4. Partially Open Building — nhà nửa hở

Nhà nửa hở Partially Open Building — Hình 4. Partially Open Building — ví dụ nhà xưởng 3 mặt hở và 1 mặt kín

ASCE 7-16 bổ sung rõ nhóm Partially Open Building. Đây là công trình:

Không thỏa điều kiện của Enclosed, Partially Enclosed hoặc Open Building.

Nói cách khác, đây là nhóm còn lại sau khi đã kiểm tra ba loại kia.

Hệ số áp lực trong:

$(GC_{pi}) = \pm 0{,}18$

Một ví dụ thường gặp là nhà xưởng có mái, 3 mặt hở hoàn toàn và 1 mặt kín. Công trình này không phải Open Building vì mặt kín không đạt 80% hở; đồng thời các mặt mở khác làm $A_{oi}$ rất lớn nên thường không thỏa điều kiện dominant opening của Partially Enclosed.

Ví dụ nhà 3 mặt hở, 1 mặt kín

Giả sử:

chiều dài $30,m$ ;
chiều rộng $20,m$ ;
chiều cao quy đổi $6,m$ ;
một mặt dài kín hoàn toàn;
mặt dài đối diện và hai mặt đầu hồi hở hoàn toàn;
mái kín.

Xét mặt dài hở làm mặt nhận áp lực ngoài dương:

$A_o = 30 \times 6 = 180,m^2$

Hai mặt đầu hồi vẫn đang hở:

$A_{oi} = 2 \times 20 \times 6 = 240,m^2$

Điều kiện dominant opening yêu cầu:

$A_o > 1{,}10A_{oi}$

nhưng:

$180 < 1{,}10 \times 240 = 264,m^2$

nên không thỏa Partially Enclosed.

Mặt kín cũng khiến công trình không thể là Open Building. Với hình học giả thiết trên, kết luận phù hợp là:

Partially Open Building, $(GC_{pi}) = \pm 0{,}18$ .

5. Open Building — nhà hở

Nhà hở Open Building — Hình 5. Open Building — mỗi mặt tường hở ít nhất 80%

Open Building có yêu cầu rất rõ:

$A_o \ge 0{,}80A_g$

và điều kiện này phải thỏa đối với từng mặt tường.

Ví dụ mái che chỉ có cột, không có tường bao hoặc mỗi mặt chỉ có một phần che nhỏ và vẫn hở trên 80% diện tích có thể được xếp là Open Building.

Hệ số áp lực trong:

$(GC_{pi}) = 0{,}00$

Lý do là không khí có thể đi vào và thoát ra dễ dàng nên áp lực bên trong không tích tụ đáng kể theo mô hình của tiêu chuẩn.

Điểm cần nhớ: 3 mặt hở hoàn toàn + 1 mặt kín không phải Open Building, vì điều kiện 80% áp dụng cho từng mặt chứ không phải trung bình cho toàn công trình.

6. Quy trình phân loại nhanh

Khi gặp một nhà xưởng hoặc mái che có nhiều mặt hở, có thể làm theo trình tự:

Xác định diện tích toàn bộ các mặt tường và mái.
Xác định các lỗ mở được coi là mở trong điều kiện gió thiết kế.
Kiểm tra Open Building: mỗi mặt tường có đạt ít nhất 80% hở không.
Lần lượt chọn từng mặt có khả năng nhận áp lực ngoài dương, tính $A_o$ , $A_g$ , $A_{oi}$ và $A_{gi}$ .
Kiểm tra ba điều kiện của Partially Enclosed.
Kiểm tra điều kiện Enclosed.
Nếu không thuộc ba nhóm trên, phân loại là Partially Open.
Tra $(GC_{pi})$ và xét cả dấu dương, âm khi tiêu chuẩn yêu cầu.

Có thể ghi nhớ ngắn gọn:

Loại nhà	Hình dung nhanh	$(GC_{pi})$
Kín	Các mặt gần như kín	$\pm 0{,}18$
Bán kín	Một lỗ mở trội, phần còn lại tương đối kín	$\pm 0{,}55$
Nửa hở	Hở đáng kể nhưng không đạt Open và không có dominant opening phù hợp	$\pm 0{,}18$
Hở	Mỗi mặt hở ít nhất 80%	$0{,}00$

7. Những lỗi thường gặp

Thấy nhiều mặt hở là chọn Open: sai; mỗi mặt phải đạt tối thiểu 80% hở.
Gọi Partially Open là Partially Enclosed: sai; hai nhóm có tiêu chí và $(GC_{pi})$ khác nhau.
Chỉ kiểm tra $A_o > 1{,}10A_{oi}$ : chưa đủ; Partially Enclosed còn phải thỏa giới hạn kích thước lỗ mở và $A_{oi}/A_{gi}$ .
Chọn dấu $(GC_{pi})$ riêng cho từng bề mặt: sai. Dấu dương hoặc âm phải được áp dụng đồng thời cho toàn bộ các bề mặt bên trong của trường hợp đang xét.
Dùng enclosure classification để chọn luôn hệ số áp lực ngoài: sai. Phải tiếp tục kiểm tra đúng chương và đúng hình dạng công trình.
Mặc định cửa cuốn là mở: cần xác định trạng thái của cửa/lỗ mở trong điều kiện thiết kế theo tiêu chí dự án và tiêu chuẩn áp dụng.

8. Kết luận

Enclosed: lớp bao che gần như kín, $(GC_{pi}) = \pm 0{,}18$ .
Partially Enclosed: có dominant opening và phần còn lại tương đối kín, $(GC_{pi}) = \pm 0{,}55$ .
Partially Open: không thuộc Enclosed, Partially Enclosed hoặc Open, $(GC_{pi}) = \pm 0{,}18$ .
Open: từng mặt tường hở ít nhất 80%, $(GC_{pi}) = 0$ .
Nhà xưởng 3 mặt hở + 1 mặt kín điển hình thường thuộc Partially Open, nhưng vẫn phải kiểm tra diện tích lỗ mở thực tế.

Tài liệu tham khảo

ASCE/SEI 7-16 — Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures, Section 26.12 — Building Enclosure Classification.
ASCE/SEI 7-16 — Table 26.13-1 — Internal Pressure Coefficient $(GC_{pi})$ for Enclosed, Partially Enclosed, Partially Open and Open Buildings.
Fanella, D. A. — Structural Load Determination: 2018 IBC and ASCE/SEI 7-16, phần Enclosure Classification.