Kim loại – Từ A đến Z ✔

Những kiến trúc trước tiên của nhân loại được dựng lên từ những nguyên liệu tự nhiên – đấy là gỗ, đá. Sau này, con người biết tạo ra những cấu kiện xây dựng để có thể chủ động và dễ dàng triển khai hơn như gạch, ngói; thì vai trò của kim loại trong công trình xây dựng cũng vẫn hoàn toàn vắng bóng. Trong căn nhà cổ truyền của người Việt cũng như vậy, các thành phần chủ đạo tạo ra là thổ – mộc. Nhân tố kim khí gần như chỉ thuộc sở hữu các đồ dùng, dụng cụ sinh hoạt và lao động chứ không gắn liền với kiến trúc

 Kim loại bước vào kiến trúc

Có lẽ, trong công trình kiến trúc, kim loại đã bắt đầu bằng vai trò những phụ kiện của những bộ phận kiến trúc nhằm tăng cường độ bền bỉ và tăng tính thẩm mỹ. Ta có thể thấy điều này trong vô số công trình cổ ở Việt Nam và toàn cầu. Đó có thể là tay nắm cổng bằng đồng, được chạm trổ; có thể là đinh tán, nẹp sắt ở cổng, ở cửa… Trong nội thất, một vài đồ kim loại vừa để sử dụng vừa để trang trí như chân đèn, chân nến, chậu nước… hay đồ binh khí. Trong một vài công trình lớn, công trình cung đình có sử dụng nhiều kim loại quý như vàng bạc – nhưng cũng mang nhân tố trang trí là chủ yếu.

Kim loại nói chung và thép nói riêng thật sự bước vào kiến trúc mạnh mẽ khi khẳng định vai trò kết cấu của chính nó trong công trình. Kết cấu thép là 1 kết cấu ưu việt do đặc điểm của nguyên liệu. Và sự sinh ra của kết cấu bê tông cốt thép tại Pháp vào giữa thế kỷ 19 đã đẩy kiến trúc và kỹ thuật xây dựng tiến một bước dài. Kết cấu bê tông cốt thép cho phép những toà nhà vươn cao, tạo dựng được những hình khối kiến trúc hoạt bát. Sự tiến lên của lý thuyết kết cấu, kỹ thuật xây dựng, cùng công nghệ luyện kim, kỹ thuật chế tác kim loại đã từ từ để cho sự có mặt của kim loại trong công trình là tất yếu. Hơn cả thế, trong thế kỷ 20, cùng với bê tông và kính, thép – một thay mặt đại diện của kim loại đã làm ra nền kiến trúc modern hiện đại của thế giới.

Ưu và điểm yếu của kim loại

Điểm mạnh

• Kim loại nói chung có khá nhiều điểm mạnh như khả năng chịu được lực tốt; cứng – chịu được ảnh hưởng cơ học, chịu nhiệt tốt so với các dạng nguyên liệu tre gỗ.
• Kim loại bền trong điều kiện thời tiết bình thường, nếu được bảo quản, bảo dưỡng tốt. Kim loại dễ chế tác để tạo ra những dáng hình thẩm mỹ, những chi tiết nhỏ nhưng có đủ độ cứng mà gỗ không đáp ứng được. Kim loại cũng đóng góp phần làm đa dạng chất liệu bề mặt kiến trúc, làm công trình sinh động hơn, phong phú hơn.
• Các kết cấu, cấu kiện bằng kim loại có thể sản xuất tiền chế, tháo lắp giao vận thuận lợi. Nếu có những hư hỏng, sai sót dễ dàng xử lý (hàn, cắt, khoan…)
• Kim loại có thể tái chế hoàn toàn, tiết giảm ảnh hưởng tiêu cực vào hệ sinh thái.

Yếu điểm

• Trong một vài điều kiện, bối cảnh nhất định, kim loại không có sẵn tựa như các nguyên liệu tự nhiên khác như đất đá, cây xanh. Việc xây lắp, gia công cấu kiện kim loại yêu sách thiết bị và năng lượng. Do đó, kim loại chỉ thật sự phát huy vai trò ở những nơi có căn cứ khoa học kỹ thuật, kinh tế phát triển.
• Một vài kim loại dễ bị ôxi hoá bề mặt nếu như không được bảo quản bề mặt tốt (sơn), hoặc sử dụng ở những vùng khí hậu hà khắc (biển).
• Kim loại truyền điện, trong một vài trường hợp có thể gây hiểm nguy.
• Trong kết cấu, so với bê tông, thép (kim loại) chịu lửa kém hơn

Các nguyên liệu hành kim dùng trong xây dựng

Nếu mà trong kiến trúc xưa, nguyên liệu chủ yếu thuộc hành mộc và hành thổ thì trong kiến trúc modern hiện đại, hành kim càng ngày càng xuất hiện nhiều với số lượng, mức độ phong phú và vai trò quan trọng hơn thế nữa. Có tương đối nhiều kim loại được sử dụng trong kiến trúc, xây dựng; nhưng có thể liệt kê những loại chủ yếu tiếp sau đây:

Sắt/thép (gọi chung là thép): Đây là kim loại được sử dụng phổ nhiều nhất trong vô số loại hình nhất – nhất là kết cấu xây dựng. Thép là kim loại tổng hợp của sắt với cùng 1 mật độ rất nhỏ carbon cùng 1 số nguyên tố hoá học khác. Thép có tính ổn định cao, chịu nén, chịu kéo đều tốt. Bên cạnh các loại thép chịu lực dùng cho kết cấu bê tông cốt thép, các loại thép định hình được sản xuất rất phong phú, hỗ trợ tối đa cho những nhà thiết kế áp dụng trong những bộ phận, chi tiết kiến trúc khác.

Tôn: Là 1 dạng tấm kim loại cán mỏng. Tôn có thể được mạ bằng một lớp kim loại khác hay được sơn. Tôn được sử dụng làm mái, tường bao che, cửa… Điểm mạnh của tôn là nhẹ, dễ lắp dựng.

Nhôm/kim loại tổng hợp nhôm (gọi chung là nhôm): Nhôm là kim loại đặc tính là nhẹ và mềm. Do đó nhôm được áp dụng trong công trình xây dựng ở những nơi không cần yêu cầu chịu lực, ít chịu va đập cơ học, yêu sách trọng tải nhẹ. Trong điều kiện bình thường, nhôm phản ứng với oxy trong không khí tạo lên oxit nhôm. Chính lớp oxit nhôm này trở thành một vỏ bọc vững bền, nên nó có khả năng chống ăn mòn. Nhôm được sử dụng làm mành chắn nắng, khung cửa, ốp trần và các bề mặt kiến trúc…

Inox (hay có cách gọi khác là thép không gỉ, thép trắng): Inox là 1 hợp chất của sắt chứa thêm nhiều nguyên tố, trong đó có tối thiểu 10,5% crôm. Inox rất khó bị biến mầu, ôxy hoá hay bị ăn mòn tựa như các loại thép khác ở điều kiện bình thường. Inox được sử dụng nhiều ở những cấu kiện dễ va chạm gây trầy, xước; những nơi dễ bị hệ sinh thái xâm thực hay những bộ phận kiến trúc yêu sách mức độ vệ sinh cao như lan can, thiết bị vệ sinh, thiết bị bếp…

Đồng: Đồng là kim loại được sử dụng rất sớm trong lịch sử nhân loại, hàng nghìn năm ngoái công nguyên và đã hình thành cả nền văn minh kim loại. Đồng có đặc tính là mềm và dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Mặc dù vậy, trong kiến trúc modern hiện đại, đồng không còn được sử dụng nhiều nữa. Vai trò lớn nhất mà đồng đang giữ là được sử dụng làm lõi dây điện và được sử dụng trong những thiết bị điện với vai trò tương đương. Bên cạnh đó, đồng được sử dụng trong một vài chi tiết kiến trúc, nội thất khác như tay nắm cửa, khoá, biển hiệu, nẹp sàn… hay một vài đồ dùng sinh hoạt khác.

Kim loại để cho chất liệu kiến trúc đa dạng hơn

Với rất nhiều chức năng ưu việt, kim loại có mặt trong công trình kiến trúc với rất nhiều vai trò và để cho bộ mặt kiến trúc càng ngày càng đa dạng hơn. Càng ngày kim loại càng được áp dụng phổ biến và mạnh mẽ trong kiến trúc modern hiện đại. Bên cạnh việc là các thành phần luôn luôn phải có trong những máy móc cơ điện, điện tử trong công trình; kim loại đang dần thay thế một vài bộ phận, cấu tạo kiến trúc cổ truyền mà trước đó được làm bằng các nguyên liệu khác theo quy trình xây lắp khác.

Việc sử dụng nguyên liệu kim loại có thể là 1 sự chọn lựa nhưng cũng có thể là 1 điều tất yếu có tính bắt buộc khi mà một vài nguyên liệu khác không thể có điểm mạnh bằng hay nguyên liệu đang có nguy cơ cạn kiệt toàn thế giới (gỗ)

Những nơi kim loại có mặt

– Kết cấu chịu lực:

Các dạng kết cấu gạch đá, khung gỗ… đang lùi dần vào quá khứ do điểm yếu của chính kết cấu và nguyên liệu làm kết cấu mang đến. Với các dạng kết cấu phổ biến hiện tại là kết cấu thép, kết cấu bê tông cốt thép, các biến thể như kết cấu vỏ mỏng, dây treo… đều sử dụng kim loại (thép) ở một mật độ nhất định cho đến tất cả và đóng vai trò hết sức quan trọng.

Thép có thể tham dự ở tất các các cấu kiện của hệ kết cấu như móng, cột, dầm, sàn, mái và có thể phối hợp hoạt bát với rất nhiều dạng kết cấu, nguyên liệu khác.

– Hàng rào, hoa sắt

Hàng rào là nơi kim loại có mặt sớm cùng với kết cấu. Hàng rào bằng thép có điểm mạnh bền bỉ, thoáng, không hạn chế tầm nhìn. Ở một góc khác, hàng rào và cổng thép dễ tạo hình để tạo ra hiệu quả thẩm mỹ kiến trúc cho mặt đứng công trình. Đa số các công trình công cộng và villa người Pháp xây dựng ở Việt Nam đều sử dụng hàng rào thép. Hoa sắt là tên thường gọi chung để chỉ kết cấu kim loại ở cửa hay ô thoáng nhằm đẩy mạnh an ninh. Cũng như hàng rào, hoa sắt dễ tạo hình phối hợp với cửa để tăng tính thẩm mỹ

– Mái:

Kim loại được sử dụng làm mái càng ngày càng nhiều do điểm mạnh nhẹ, sản xuất lắp dựng và cả tháo dỡ đều thuận lợi. Cả khung kết cấu và nguyên liệu bao phủ mái đều sở hữu thể làm bằng kim loại. Hệ kết cấu giàn thép không gian có thể cho phép vượt được những nhịp lớn. Kết cấu mái bằng thép có thể thay thế tương tự kết cấu cổ truyền bằng gỗ, và có thể phối hợp với rất nhiều loại nguyên liệu như ngói, tấm lợp kim loại hay kính.

– Cửa, cổng

Trước đó, cửa được làm bằng gỗ với cách thức bằng tay. Nhưng thực tiễn hiện tại, với yêu cầu sản xuất công nghiệp số lượng lớn, cùng với việc tài nguyên rừng đang cạn kiệt thì cửa kim loại là thay thế tất yếu. Hiện tại có khá nhiều dạng cửa kim loại như cửa thép, cửa nhựa lõi thép, cửa nhôm… Các loại cửa này hay được phối hợp với nguyên liệu kính.

– Tường, vách ngăn, trần

Trong kiến trúc modern hiện đại, các kết cấu bao che, ngăn chia bằng tường xây cổ truyền đã được thay thế rất là nhiều bằng nguyên liệu khác – đặc biệt trong những công trình công cộng. Thép và kính là phương pháp mặt đứng được áp dụng rộng thoải mái trong nhà nhiều tầng. Với những công trình cần sự ngăn chia hoạt bát như công sở, vách thạch cao khung xương kim loại là phương pháp phổ biến. Kim loại cũng được sử dụng cho kết cấu trần hay chính bề mặt trần.

– Cầu thang:

Cầu thang thép được càng ngày càng sử dụng nhiều hơn do tính thẩm mỹ (so với bê tông, gạch xây) và vững bền hơn so với gỗ. Các bộ phận cầu thang đều sở hữu thể có mặt kim loại như cốn thang, bậc, lan can – tay vịn. Trong nhà ở gia dụng hiện tại, đang tồn tại xu thế phối hợp “kim-mộc song hành”, phối hợp sắt và gỗ. Việc phối kết hợp này phát huy được tối đa điểm mạnh của mỗi loại nguyên liệu và cho hiệu quả thẩm mỹ cao. Những bộ phận không cần thiết phải làm bằng gỗ có thể thay thế bằng thép, đóng góp phần bảo vệ tài nguyên rừng.

– Đồ đạc nội thất:

Cũng theo xu thế “kim-mộc song hành”, sự xuất hiện kim loại trong nội thất cùng gỗ càng ngày càng nhiều. Đó cũng chính là một phương pháp hợp lí trên nhiều phương diện để tận dụng điểm mạnh của kim loại (thép, nhôm, inox) khi phối hợp với gỗ, cùng các nguyên liệu khác như nhựa, da… Kim loại được sử dụng làm khung kết cấu cho đồ nội thất như bàn, ghế, giường, kệ – giá…

– Máy móc, thiết bị, phụ kiện

Trong công trình kiến trúc lúc này việc tồn tại máy móc, thiết bị là điều tất nhiên. Đấy là thang máy, máy bơm, máy phát điện, máy lạnh… gắn liền với công trình… hay các loại máy móc rời khác phục vụ cho làm việc và sinh hoạt như tivi, tủ lạnh, máy giặt… Các thiết bị bếp, thiết bị điện, nước cũng được cấu thành từ kim loại như bếp gas, hút mùi, vòi nước, thiết bị chiếu sáng… Kim loại cũng được sử dụng làm phụ kiện cho những bộ phận, thành phần của công trình kiến trúc để gắn kết như bản mã, ray trượt, chốt cửa, bản lề… hay là các phụ kiện, dụng cụ sinh hoạt khác như suốt treo, giá treo, móc đồ, xoong nồi, dao kéo…

Vai trò luôn luôn phải có

Khó có thể hình dung ra trong một công trình kiến trúc lúc này vắng bóng kim loại. Kim loại tham dự vào kiến trúc như 1 sự tất yếu của lịch sử và thúc tăng cường mẽ sự đi lên của kiến trúc modern hiện đại thế giới. Sự có mặt của kim loại làm thay đổi kết cấu, cách thức, quy mô công trình và đưa thêm nhiều tiện ích mới. Mật độ góp mặt của kim loại trong công trình so với các loại nguyên liệu khác càng gia tăng và giữ các vai trò then chốt, quyết định – nhất là kết cấu và trang thiết bị công trình.

Có thể nói rằng kim loại có mặt khắp mọi nơi trong công trình, từ lớn nhất đến nhỏ nhất, từ đầu đến cuối, từ A đến Z.

Bài & ảnh: KTS Nguyễn Trần Đức Anh
© TCKT