CHƯƠNG 17. GIẢI PHÁP KẾT CẤU THÉP VÀ KẾT CẤU HỖN HỢP

CHUYÊN ĐỀ ĐÀO TẠO XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NHÀ TRÊN NÚI Tác giả: Henry Le – Lê Đình Hải

1. Tổng quan về lựa chọn hệ kết cấu

Trong xây dựng công trình trên núi, lựa chọn hệ kết cấu phù hợp có ý nghĩa quyết định đối với độ an toàn, tiến độ thi công, chi phí đầu tư và tuổi thọ công trình. Ba giải pháp phổ biến gồm kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu thép và kết cấu hỗn hợp thép – bê tông cốt thép.

Mỗi loại kết cấu có đặc điểm riêng về trọng lượng, khả năng chịu lực, độ cứng, phương pháp thi công và yêu cầu bảo trì. Đối với công trình trên địa hình dốc, việc lựa chọn còn chịu ảnh hưởng của điều kiện vận chuyển vật liệu, khả năng tiếp cận máy móc, diện tích tập kết và điều kiện thời tiết tại công trường.

Kết cấu bê tông cốt thép thường có độ cứng tốt, khả năng chống cháy tương đối thuận lợi khi được thiết kế và thi công đúng yêu cầu. Tuy nhiên, quá trình thi công có thể cần nhiều cốp pha, giàn giáo, thời gian bảo dưỡng bê tông và lượng vật liệu lớn.

Kết cấu thép có ưu điểm về trọng lượng bản thân tương đối nhẹ, khả năng chế tạo trước tại nhà máy và tốc độ lắp dựng nhanh. Giải pháp này có thể phù hợp với địa hình khó tiếp cận, nhưng đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt chất lượng liên kết, ổn định cấu kiện, chống ăn mòn và bảo vệ chống cháy.

Kết cấu hỗn hợp tận dụng ưu điểm của thép và bê tông cốt thép, chẳng hạn sử dụng cột hoặc dầm thép kết hợp với sàn bê tông. Tuy nhiên, hiệu quả của phương án phụ thuộc vào thiết kế liên kết, khả năng phối hợp biến dạng và trình tự thi công.

2. Đánh giá khả năng sử dụng kết cấu thép

Kết cấu thép là lựa chọn đáng xem xét đối với nhà nghỉ dưỡng trên núi, công trình có nhịp lớn, nhà lắp ghép hoặc dự án cần rút ngắn thời gian thi công tại hiện trường.

Các cấu kiện như cột, dầm, giàn và khung thép có thể được gia công trước, đánh dấu mã số và vận chuyển đến công trường để lắp dựng. Cách tổ chức này giúp giảm khối lượng công việc tại chỗ, hạn chế thời gian sử dụng cốp pha và giảm nhu cầu tập kết vật liệu rời.

Tuy nhiên, kết cấu thép có thể mất ổn định do uốn, xoắn hoặc mất ổn định cục bộ của bản thép nếu không được tính toán và cấu tạo phù hợp. Các cấu kiện chịu nén, dầm có cánh chịu nén và những bộ phận mảnh cần được kiểm tra theo trạng thái giới hạn tương ứng.

Đối với công trình trên sườn dốc, cần chú ý đến sự khác biệt cao độ gối đỡ, chiều dài cột và độ cứng của các khung. Nếu các khung được liên kết với nhau nhưng không có hệ giằng hoặc hệ chịu lực ngang phù hợp, công trình có thể xuất hiện chuyển vị lớn dưới tác dụng của gió.

Do đó, phương án kết cấu thép phải xác định rõ sơ đồ khung, hệ giằng, liên kết chân cột, liên kết dầm – cột và đường truyền tải trọng từ mái, sàn xuống móng.

3. Lựa chọn kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu hỗn hợp

Kết cấu bê tông cốt thép phù hợp với nhiều loại công trình nhà ở trên núi nhờ khả năng tạo hình linh hoạt, độ cứng tốt và khả năng phối hợp với các dạng móng khác nhau. Tuy nhiên, khi địa hình có độ dốc lớn, việc tổ chức đổ bê tông, vận chuyển cốt thép và xây dựng hệ chống đỡ cần được tính toán kỹ lưỡng.

Kết cấu hỗn hợp có thể sử dụng cột thép kết hợp lõi bê tông cốt thép, dầm thép kết hợp sàn bê tông hoặc các cấu kiện liên hợp thép – bê tông được thiết kế chuyên biệt. Giải pháp này giúp giảm trọng lượng ở một số bộ phận, đồng thời duy trì độ cứng và khả năng chịu lực cần thiết.

Khi lựa chọn kết cấu hỗn hợp, kỹ sư phải xác định rõ cấu kiện nào chịu lực chính, cách truyền lực giữa các vật liệu và điều kiện làm việc của liên kết. Đối với cấu kiện liên hợp, cần kiểm tra khả năng truyền lực giữa thép và bê tông, độ trượt tương đối, cấu tạo liên kết chống cắt và ảnh hưởng của co ngót, từ biến khi có liên quan.

Không nên kết hợp thép và bê tông chỉ vì mục tiêu giảm chi phí hoặc rút ngắn tiến độ. Phương án phải được phân tích đồng bộ để bảo đảm các bộ phận làm việc tương thích, tránh tập trung nội lực hoặc phát sinh biến dạng bất lợi tại vị trí chuyển tiếp.

4. Thiết kế và kiểm soát chất lượng liên kết

Liên kết là bộ phận quan trọng quyết định khả năng truyền lực giữa các cấu kiện. Trong kết cấu thép, các dạng liên kết phổ biến gồm liên kết bu lông, bu lông cường độ cao và liên kết hàn. Việc lựa chọn phụ thuộc vào sơ đồ chịu lực, điều kiện chế tạo, khả năng lắp dựng và yêu cầu kiểm tra chất lượng.

Liên kết bu lông cần được kiểm tra về đường kính, cấp bền, số lượng, bố trí lỗ, khoảng cách mép và yêu cầu siết theo thiết kế. Với liên kết hàn, cần kiểm soát quy trình hàn, vật liệu hàn, trình độ nhân sự và phương pháp kiểm tra phù hợp.

Đối với chân cột thép, phải kiểm tra bản đế, bu lông neo, lớp vữa chèn và khả năng truyền lực xuống móng. Tại công trình trên núi, những vị trí có cao độ gối đỡ khác nhau hoặc chịu lực ngang lớn cần được chú ý đặc biệt.

Trong kết cấu hỗn hợp, liên kết giữa thép và bê tông phải bảo đảm truyền lực theo mô hình thiết kế. Mọi thay đổi về cấu tạo liên kết trong quá trình thi công cần được đánh giá và chấp thuận trước khi thực hiện.

5. Ổn định tổng thể, chống ăn mòn và chống cháy

Ổn định tổng thể phải được xem xét trên toàn bộ hệ kết cấu, không chỉ từng cấu kiện riêng lẻ. Công trình cần có hệ chịu lực ngang phù hợp để tiếp nhận tải trọng gió và động đất khi thuộc phạm vi áp dụng. Các hệ giằng, vách cứng, lõi cứng và liên kết giữa các tầng phải được bố trí liên tục, phù hợp với đường truyền lực.

Đối với kết cấu thép, chống ăn mòn là yêu cầu quan trọng, đặc biệt tại khu vực có độ ẩm cao, mưa nhiều, sương mù hoặc môi trường có tác nhân ăn mòn. Giải pháp bảo vệ có thể bao gồm sơn bảo vệ nhiều lớp, hệ phủ chuyên dụng hoặc mạ phù hợp với điều kiện sử dụng. Cần chú ý các khe hẹp, vị trí đọng nước, đầu cấu kiện và bề mặt khó tiếp cận khi bảo trì.

Khả năng chống cháy cũng phải được đánh giá theo yêu cầu của công trình và quy định áp dụng. Thép có thể suy giảm đáng kể khả năng chịu lực khi nhiệt độ tăng cao, do đó cần sử dụng giải pháp bảo vệ chống cháy phù hợp, chẳng hạn sơn trương nở hoặc vật liệu bọc bảo vệ. Kết cấu bê tông cốt thép cũng phải đáp ứng yêu cầu về kích thước cấu kiện, lớp bảo vệ cốt thép và các tiêu chí chống cháy tương ứng.

Các biện pháp bảo vệ cần được đưa vào thiết kế ngay từ đầu để tránh phát sinh chi phí lớn hoặc khó khăn trong quá trình thi công.

6. Phương án vận chuyển và lắp dựng cấu kiện trên núi

Điều kiện tiếp cận công trường là yếu tố có thể quyết định tính khả thi của giải pháp kết cấu. Đường núi thường có bề rộng hạn chế, độ dốc lớn, bán kính cong nhỏ và khả năng chịu tải không đồng đều. Vì vậy, không thể mặc định rằng xe chở cấu kiện dài hoặc cần cẩu lớn có thể tiếp cận trực tiếp vị trí xây dựng.

Trước khi chốt phương án kết cấu thép, cần khảo sát tuyến vận chuyển, kích thước cấu kiện, tải trọng xe, vị trí quay đầu và khu vực tập kết. Cấu kiện có thể được chia thành các đoạn nhỏ hơn để vận chuyển, nhưng mọi mối nối bổ sung phải được thiết kế và kiểm tra đầy đủ.

Phương án nâng lắp phải xác định tải trọng nâng, tầm với, vị trí đặt cần cẩu, điều kiện chịu tải của nền và trình tự lắp dựng. Không được đặt thiết bị nâng trên nền đất yếu hoặc sát mép dốc khi chưa đánh giá ổn định.

Trong quá trình lắp dựng, cần có hệ giằng tạm và biện pháp giữ ổn định cấu kiện cho đến khi hệ liên kết hoàn chỉnh. Việc tháo bỏ giằng tạm chỉ được thực hiện khi hệ kết cấu đã đạt điều kiện ổn định theo phương án thi công được phê duyệt.

7. Nghiệm thu, bảo trì và quản lý chất lượng

Hồ sơ quản lý chất lượng cần bao gồm bản vẽ thiết kế và bản vẽ thi công được phê duyệt, chứng chỉ vật liệu, hồ sơ gia công, kết quả kiểm tra mối hàn, biên bản kiểm tra bu lông, hồ sơ lắp dựng và các tài liệu nghiệm thu liên quan.

Đối với kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu hỗn hợp, cần kiểm soát thêm chất lượng bê tông, cốt thép, lớp bảo vệ và các chi tiết liên kết giữa những vật liệu khác nhau.

Sau khi công trình đưa vào sử dụng, cần kiểm tra định kỳ các vị trí có nguy cơ ăn mòn, bong tróc lớp bảo vệ, lỏng liên kết hoặc xuất hiện biến dạng bất thường. Việc bảo trì đúng kế hoạch giúp phát hiện sớm hư hỏng và giảm chi phí sửa chữa dài hạn.

Kết luận

Kết cấu thép, bê tông cốt thép và kết cấu hỗn hợp đều có thể được sử dụng hiệu quả trong xây dựng nhà trên núi nếu được lựa chọn dựa trên điều kiện địa hình, tải trọng, địa chất và năng lực thi công thực tế.

Nguyên tắc cốt lõi là lựa chọn kết cấu không chỉ dựa vào khả năng chịu lực, mà còn phải xét đến liên kết, ổn định tổng thể, chống ăn mòn, chống cháy và khả năng vận chuyển, lắp dựng an toàn. Sự phối hợp đồng bộ giữa thiết kế và tổ chức thi công là nền tảng để tạo nên công trình bền vững, kinh tế và an toàn trong điều kiện địa hình miền núi.