Trong lĩnh vực thiết kế xây dựng, thẩm duyệt phòng cháy chữa cháy (PCCC) và thi công công trình, việc hiểu về bậc chịu lửa là gì luôn là yêu cầu cốt lõi hàng đầu đối với các chủ đầu tư, kỹ sư và nhà thầu. Xác định đúng và tối ưu hóa bậc chịu lửa không chỉ giúp công trình tuân thủ nghiêm ngặt các quy định pháp luật hiện hành mà còn trực tiếp bảo vệ tính mạng con người và sự an toàn bền vững của kết cấu khi có sự cố hỏa hoạn xảy ra.

Bài viết dưới đây từ Sơn Hải Vân sẽ cung cấp góc nhìn toàn diện, chuẩn xác theo quy chuẩn QCVN 06:2022/BXD về bậc chịu lửa, giới hạn chịu lực R, E, I cũng như giải pháp bảo vệ kết cấu tối ưu.

Bậc chịu lửa là gì? Định nghĩa chuẩn quy chuẩn

Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình (QCVN 06:2022/BXD), khái niệm này được định nghĩa chuẩn xác như sau:

• Bậc chịu lửa của nhà, công trình, khoang cháy là đặc trưng phân bậc của nhà, công trình và khoang cháy đó, được xác định bởi giới hạn chịu lửa của các cấu kiện/kết cấu xây dựng chính được sử dụng để xây dựng nên công trình.
• Hiểu một cách thực tế, bậc chịu lửa là thước đo khả năng chống chịu của toàn bộ hệ thống khung xương công trình dưới tác động khốc liệt của đám cháy tiêu chuẩn. Công trình có bậc chịu lửa càng cao thì tính ổn định tổng thể và tính bất biến hình của kết cấu càng được duy trì lâu hơn, giúp kéo dài thời gian thoát nạn và chữa cháy cứu hộ.

Các yếu tố quyết định bậc chịu lửa của công trình

Bậc chịu lửa của một ngôi nhà, tòa cao ốc hay nhà xưởng không được lựa chọn một cách ngẫu nhiên mà phải được thiết lập dựa trên các yếu tố kỹ thuật nghiêm ngặt:

1. Số tầng (hoặc chiều cao phòng cháy chữa cháy – chiều cao PCCC của nhà).
2. Nhóm nguy hiểm cháy theo công năng của công trình (nhà ở chung cư, bệnh viện, trường học, trung tâm thương mại, hay nhà kho, xưởng sản xuất…).
3. Diện tích của khoang cháy.
4. Tính nguy hiểm cháy của các quá trình công nghệ diễn ra bên trong nhà, công trình.

Hiện nay, pháp luật Việt Nam phân chia công trình thành 5 bậc chịu lửa chính, ký hiệu bằng chữ số La Mã từ I, II, III, IV đến V. Trong đó, bậc I và II có yêu cầu giới hạn chịu lửa của các cấu kiện cao nhất, khắt khe nhất; ngược lại bậc IV và V có yêu cầu thấp nhất.

Bản chất giới hạn chịu lửa và các chỉ tiêu R, E, I

Mỗi bậc chịu lửa được cấu thành từ tổng hòa các giới hạn chịu lửa của từng cấu kiện xây dựng chính.

Giới hạn chịu lửa là gì?

Giới hạn chịu lửa của cấu kiện xây dựng là khoảng thời gian (tính bằng phút) kể từ khi bắt đầu thử nghiệm chịu lửa theo chế độ nhiệt tiêu chuẩn cho đến khi xuất hiện một hoặc một số dấu hiệu nối tiếp nhau của các trạng thái giới hạn được quy định.

Các chỉ số giới hạn này được ký hiệu bằng 3 chữ cái đại diện cho các tiêu chí bảo vệ chống cháy khác nhau:

• R (Load-Bearing – Khả năng chịu lực): Là giới hạn mà cấu kiện vẫn giữ vững khả năng chịu lực chính dưới tác động của tải trọng và nhiệt độ cao, kết cấu không bị sụp đổ hay hủy hoại hệ chịu tải.
• E (Integrity – Tính toàn vẹn): Khả năng ngăn chặn ngọn lửa, sản phẩm cháy và khói nóng xuyên qua cấu kiện sang bề mặt không tiếp xúc với lửa (kết cấu không bị nứt, rạn, thủng lỗ).
• I (Thermal Insulation – Khả năng cách nhiệt): Khả năng giữ nhiệt độ ở bề mặt không cháy của cấu kiện không tăng vượt quá ngưỡng giới hạn cho phép, đảm bảo lửa và nhiệt không thể truyền lan qua bên kia kết cấu.

Ví dụ trực quan về ký hiệu giới hạn chịu lửa:

• REI 120: Cấu kiện phải duy trì đồng thời cả 3 khả năng: chịu lực (R), toàn vẹn (E) và cách nhiệt (I) trong thời gian tối thiểu 120 phút.
• R 60: Cấu kiện chỉ cần bảo đảm khả năng chịu lực trong 60 phút dưới nhiệt độ cao, không cần xét đến tính cách nhiệt (I) hay tính toàn vẹn (E).

Bảng tra cứu giới hạn chịu lửa theo bậc chịu lửa công trình (QCVN 06:2022/BXD)

Để thiết kế hoặc kiểm tra tính chuẩn xác của công trình, các kỹ sư luôn phải tra cứu Bảng quy chuẩn đối chiếu giới hạn chịu lửa của các cấu kiện xây dựng chính tương ứng với từng bậc chịu lửa dưới đây:

Các lưu ý kỹ thuật đặc biệt quan trọng cần ghi nhớ

1. Đối với tầng hầm & tầng nửa hầm: Trong các tòa nhà bậc I, II, III, phần sàn và trần của tầng hầm/tầng nửa hầm bắt buộc phải làm bằng vật liệu không cháy và có giới hạn chịu lửa ít nhất đạt REI 90.
2. Quy định mở rộng cho Bậc IV: Khi cấu kiện yêu cầu giới hạn tối thiểu là R 15 (hoặc RE 15, REI 15), quy chuẩn cho phép sử dụng các kết cấu thép không bọc bảo vệ nếu giới hạn chịu lửa tính toán/thực nghiệm của chúng đạt từ R 8 trở lên, hoặc hệ số tiết diện Am/V nhỏ hơn hoặc bằng 250 m⁻¹.

Giải pháp nâng cao bậc chịu lửa bằng sơn chống cháy cho kết cấu thép

Trong các công trình xây dựng hiện đại như nhà xưởng, showroom, nhà ga hay siêu thị, kết cấu thép đóng vai trò xương sống nhờ cường độ chịu lực cao và tiến độ lắp dựng cực nhanh. Tuy nhiên, thép có một nhược điểm là khả năng chịu lửa kém khi gặp nhiệt độ cao.

• Kết cấu thép không bọc bảo vệ thông thường chỉ có khả năng chịu lửa khoảng 15 phút.
• Khi nhiệt độ đám cháy chạm ngưỡng 500°C, thép mất đi 40% khả năng chịu lực (chỉ còn giữ lại 60%), hệ kết cấu bắt đầu biến dạng nguy hiểm.
• Tại ngưỡng nhiệt 800°C, thép mất đến 80% khả năng chịu lực (chỉ còn lại 20%), dẫn đến nguy cơ sụp đổ cục bộ hoặc toàn phần công trình ngay lập tức.

Để công trình kết cấu thép đạt được các bậc chịu lửa khắt khe (ví dụ: Bậc II yêu cầu cột thép chịu lực chính đạt R 90, Bậc I yêu cầu đạt R 120), việc bọc phủ bảo vệ bằng sơn chống cháy bảo vệ hoạt tính bị động (passive fire protection) là giải pháp tối ưu và hiệu quả cao nhất.

Cơ chế hoạt động thông minh của sơn chống cháy trương phồng:

Khi xảy ra hỏa hoạn, màng sơn chống cháy sẽ phản ứng tuần tự theo nhiệt độ tăng dần của đám cháy:

1. Nhựa nền bắt đầu nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 200°C – 250°C.
2. Tác nhân tạo acid (Ammonium Polyphosphate) phân hủy giải phóng acid phosphoric ở nhiệt độ 180°C – 280°C.
3. Acid này tác dụng với tác nhân tạo than (Pentaerythritol) ở nhiệt độ 280°C – 350°C để tạo thành lớp este polyphosphate acid, sau đó phân hủy tạo cấu trúc màng than xốp bền vững.
4. Cùng lúc đó, chất sinh khí (Melamine) giải phóng các khí không cháy (NH₃, CO₂, N₂) làm trương phồng cấu trúc màng than xốp dày gấp hàng chục lần màng sơn ban đầu.

Lớp than xốp dày, chắc này hoạt động như một bức tường cách nhiệt cực mạnh, làm chậm tối đa quá trình truyền nhiệt trực tiếp từ ngọn lửa vào lõi thép. Nhờ đó, nhiệt độ bề mặt cấu kiện thép bên trong luôn được bảo vệ dưới mức tới hạn (dưới 500°C hoặc 538°C), giúp hệ kết cấu đứng vững ổn định suốt 45, 90, thậm chí 120 phút.

Dòng sơn chống cháy cao cấp FireStop IS-120 từ Sơn Hải Vân:

Để đạt hiệu quả chống cháy và tối ưu kinh tế cho dự án, các chủ đầu tư luôn ưu tiên lựa chọn những thương hiệu sơn uy tín được kiểm định nghiêm ngặt. Dòng sơn chống cháy FireStop IS-120 của Công ty TNHH Sơn Hải Vân là một giải pháp hoàn hảo:

• Khả năng bảo vệ vượt trội: Đạt hiệu quả bảo vệ chịu lửa lên đến 120 phút (R120) theo tiêu chuẩn khắt khe nhất BS EN 13381-8:2013.
• Độ dày thi công cực thấp: Giúp tiết kiệm tối đa lượng sơn tiêu hao, hạ giá thành vật liệu và rút ngắn tiến độ thi công dự án.
• Tính thẩm mỹ cao: Bề mặt sau hoàn thiện phẳng, mịn màng và tương thích hoàn hảo với các hệ sơn phủ màu đa dạng, không làm tăng tải trọng kết cấu.

Lời kết

Việc thấu hiểu bậc chịu lửa là gì cùng các tiêu chí giới hạn chịu lửa R, E, I theo QCVN 06:2022/BXD chính là chiếc chìa khóa vàng giúp các nhà thiết kế xây dựng phương án an toàn cháy hiệu quả nhất. Trong đó, ứng dụng sơn chống cháy trương phồng cao cấp cho hệ kết cấu chịu lực chính là giải pháp kỹ thuật thông minh, bền bỉ và kinh tế nhất để đưa bậc chịu lửa công trình của bạn đạt mức tối ưu.