Trong công trình nhiều tầng, kết cấu thép không chỉ gồm cột và dầm lắp ghép với nhau. Đây là một hệ chịu lực đồng bộ, bao gồm cấu kiện đứng, cấu kiện ngang, sàn, hệ ổn định, nút liên kết và lớp bảo vệ. Mỗi bộ phận phải được tính toán theo tải trọng sử dụng, tác động của gió, động đất, yêu cầu phòng cháy và điều kiện thi công thực tế.
Kết cấu thép cao tầng gồm những bộ phận nào?
- Cột thép: Cột tiếp nhận tải trọng từ dầm và sàn rồi truyền xuống móng. Cột có thể dùng tiết diện chữ H, tiết diện hộp hoặc cấu kiện tổ hợp. Ở các tầng thấp, nơi nội lực lớn hơn, tiết diện thường cần khả năng chịu nén và chống mất ổn định cao hơn. Vị trí nối cột phải thuận lợi cho vận chuyển, cẩu lắp và kiểm soát sai số.
- Dầm chính và dầm phụ: Dầm chính liên kết với cột, còn dầm phụ chia nhỏ nhịp sàn và truyền tải về dầm chính. Cách bố trí lưới dầm ảnh hưởng trực tiếp đến chiều cao tầng, đường đi của hệ cơ điện và lượng vật liệu sử dụng. Khi cần vượt nhịp lớn, kỹ sư có thể cân nhắc dầm tổ hợp hoặc giải pháp dầm liên hợp.
- Hệ sàn: Phương án phổ biến là tôn định hình làm ván khuôn kết hợp bê tông và đinh hàn chống cắt. Sàn liên hợp giúp thép và bê tông cùng tham gia chịu lực, đồng thời tạo mặt bằng làm việc trong quá trình thi công. Thiết kế phải kiểm tra rung động, độ võng, khả năng chịu lửa và các lỗ mở kỹ thuật.
- Lõi cứng, giằng và khung kháng mômen: Đây là nhóm bộ phận chống lại tải ngang, hạn chế chuyển vị và xoắn tổng thể. Lõi bê tông quanh thang bộ, thang máy có thể phối hợp với khung thép; ngoài ra còn có giằng chéo hoặc nút cứng. Việc chọn hệ nào phụ thuộc hình dáng mặt bằng, chiều cao, công năng và yêu cầu kiến trúc.
- Liên kết: Bulông cường độ cao và đường hàn được dùng để truyền lực giữa các cấu kiện. Liên kết cần thể hiện rõ trong hồ sơ chế tạo, bao gồm bản mã, sườn tăng cứng, lỗ bulông và trình tự lắp. Một nút liên kết khó thao tác ngoài công trường có thể làm giảm đáng kể lợi thế của toàn hệ.
- Móng và bản đế chân cột: Tải trọng từ phần thân được truyền qua bản đế, bulông neo và lớp vữa không co ngót xuống móng. Chi tiết chân cột cần phối hợp sớm với thiết kế nền móng để tránh sai lệch tim trục, cao độ và vị trí bulông.
Các lớp bảo vệ và cấu kiện phụ trợ
Bên cạnh hệ chịu lực chính, công trình còn cần lớp chống cháy, sơn hoặc mạ bảo vệ bề mặt, tường bao, cầu thang, lan can và hệ đỡ thiết bị. Giải pháp chống cháy phải phù hợp mức chịu lửa yêu cầu và điều kiện sử dụng. Với môi trường ẩm, ven biển hoặc có hóa chất, quy trình xử lý bề mặt và kế hoạch bảo trì kết cấu thép cần được xác định ngay từ giai đoạn thiết kế.
Ưu điểm và giới hạn cần cân nhắc
Hệ khung thép có trọng lượng bản thân tương đối nhẹ, khả năng chế tạo công nghiệp và tốc độ lắp dựng tốt. Cấu kiện cũng thuận lợi cho việc kiểm soát chất lượng tại xưởng. Tuy nhiên, phương án này đòi hỏi độ chính xác cao, tổ chức cẩu lắp hợp lý, kiểm soát biến dạng và bảo vệ chống cháy đầy đủ. Khác với nhà thép tiền chế một tầng thông dụng, công trình cao tầng chịu tác động ngang và yêu cầu phối hợp kỹ thuật phức tạp hơn nhiều.
Những việc chủ đầu tư nên kiểm tra
- Chốt công năng, lưới cột, chiều cao thông thủy và tải thiết bị trước khi triển khai thiết kế chi tiết.
- Yêu cầu mô hình phối hợp giữa kiến trúc, hệ chịu lực và cơ điện để xử lý xung đột dầm, ống gió, đường ống.
- Kiểm tra năng lực gia công, quy trình hàn, nguồn gốc vật liệu và khả năng truy xuất cấu kiện.
- Lập biện pháp vận chuyển, vị trí cẩu, trình tự lắp, giằng tạm và kiểm soát sai số theo từng tầng.
- Thống nhất giải pháp chống cháy, chống ăn mòn và kế hoạch kiểm tra định kỳ sau khi đưa vào sử dụng.
Một phương án hiệu quả phải được đánh giá theo toàn bộ vòng đời, thay vì chỉ so sánh khối lượng thép ban đầu. Chủ đầu tư nên lựa chọn đơn vị có khả năng phối hợp thiết kế, gia công và lắp dựng để các chi tiết của kết cấu thép làm việc đúng với giả thiết tính toán và phù hợp điều kiện công trường.
Ảnh minh hoạ: paul / www.pexels.com
