Các vấn đề nảy sinh trong quá trình thi công Kết cấu thép

1.  Trước khi tiến hành lắp dựng

Trước khi lắp dựng, bên cạnh các hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công, hồ sơ thiết kế biện pháp thi công và các thủ tục liên quan khác như thí nghiệm vật liệu đầu vào đã phê duyệt thì một số công việc chính như thi công như móng hay nền có thể đã được thực hiện. Thông thường nền thường thi công sau khi công trình đã được bao che, nhưng trong một số công trình cần xử lý kỹ thuật thì sàn được làm trước. Đối với các công trình có tường lắp ghép, khi cần có mặt phẳng sàn trên mặt đất để đúc tường tại hiện trường và sử dụng sàn để chịu lực khi dựng tường lên. Việc lắp dựng thép nên thực hiện khi bê tông móng đã được bảo dưỡng đạt cường độ yêu cầu, lý tưởng là bê tông được bảo dưỡng 28 ngày hoặc sử dụng các loại phụ gia cần thiết và có các thí nghiệm kiểm chứng để đạt cường độ thiết kế.

Việc đóng gói sản phẩm kết cấu thép cũng như việc đánh số thứ tự của cấu kiện cũng là việc làm cần tính khoa học và rất cần thiết trong thi công kết cấu thép. Cách đóng gói sản phẩm hiệu quả nhất là theo thứ tự ngược lại trình tự lắp dựng, để cho cấu kiện cần lắp dựng trước sẽ được lấy ra khỏi xe tải trước.

2.  Lắp dựng khung chính

a)      Khoang giằng
Biện pháp phổ biến nhất trong lắp dựng kết cấu thép là bắt đầu với 2 khung được thiết kế có hệ giằng, bao gồm hai khung song song nối với nhau bằng các thanh giằng dọc, giằng chéo, xà gồ của tường và mái. Khoang giằng được sử dụng như là bộ phận ổn định để các khung bên cạnh và tường đầu hồi có thể dựa vào trong quá trình lắp dựng. Thường khoang giằng được đặt ở nhịp thứ hai tính từ tường đầu hồi. Tùy theo chiều dài của nhà mà thiết kế số lượng các khoang giằng cần thiết.

Quy trình lắp dựng bắt đầu khi hai khung cạnh nhau được cẩu lắp vào vị trí bởi cần cẩu hoặc thiết bị khác và tạm thời được giữ ổn định bằng các sợi cáp neo vuông góc với khung xuống nền và các sợi cáp treo vào cần cẩu (Với khung nhỏ, tất cả khung có thể được lắp dựng trên mặt đất và lắp dựng như chỉ dẫn ở dưới). Tiếp theo, cột được nối vào nhau bởi một hoặc hai hàng giằng dọc tường để đảm bảo sự ổn định, cho phép cột căn chỉnh độ thẳng đứng.

Sau khi các cột được căn thẳng đứng, giằng tường được xiết chặt và hai cột ở đối diện tường được đồng thời lắp dựng. Sau đó, các dầm mái trước đó đã được lắp dựng trước ở trên nền đất để việc liên kết ở trên cao được thuận tiên, dầm được cẩu vào vị trí và liên kết bu lông vào cột. Bu lông được xiết chặt khi các tay cần cẩu được căn chỉnh lại để có thể chỉnh cáp dễ hơn, các sợi cáp vẫn giữ ở trạng thái kéo để nâng trọng lượng của dầm giúp cho việc căn chỉnh và liên kết bu long được thuận tiện. Quy trình được lặp lại cho khung thứ hai trong nhịp giằng và giằng mái được cố định.

Tiếp theo, một vài xà gồ thường bao gồm xà gồ đỉnh mái được lắp dựng ở điểm có giằng mái (giằng dọc và giằng chéo) liên kết vào khung để tạo lên hệ dàn dàn mái. Lắp dựng các giằng xà gồ với bản cánh của cột và bản cánh của dầm và hoàn thành lắp dựng khoang giằng. Giằng xà gồ với bản cánh của dầm (giằng bản cánh dầm) bảo vệ cho dầm vì kèo khỏi sự mất ổn định do lực ngang và không được bỏ qua công đoạn này.

Bước tiếp theo là lắp dựng tường đầu hồi. Với công trình có nhịp dưới 18m, có thể lắp dựng trước ở trên mặt đất, cẩu lắp vào vị trí cả hệ thống, và giằng bởi xà gồ và giằng tường nối vào nhịp giằng.

Lắp dựng và di chuyển tới khung kế tiếp, trong quá trình lắp dựng kết cấu chịu tải trọng ngang là giằng tường và xà gồ liên kết ở khoang giằng.

b)      Phương pháp lắp dụng khung khác
Một số phương pháp khác được sử dụng để lắp dựng KCT, với nhà có dạng khung mô men một nhịp, khung đầu tiên được lắp bằng cẩu, căn chỉnh thẳng đứng, rồi cố định hai phương của khung bằng các dây cáp tạm thời, sợi cáp được neo xuống sàn. Sau khi khung thứ hai được lắp vào vị trí, giằng tường và xà gồ được lắp dựng để giằng vào khung thứ nhất để tạo thành một khoang giằng. Giằng tường và giằng mái được cố định trước khi dỡ bỏ dây neo.

Đối với tất cả các phương pháp lắp dựng, sai số gia công và lắp dựng được quy định trong hương dẫn của MBMA Phương pháp thực hành của ngành áp dụng cho đa số công trình kết cấu thép.

c)       Tầm quan trọng của lắp dựng giằng tạm thời và giằng cố định
Đối với hệ kết cấu nhà thép, hệ giằng được nhà sản xuất cung cấp theo hồ sơ thiết kế chưa thể được coi là đủ để đảm bảo an toàn trong quá trình lắp dựng (MBMA). Việc sắp xếp trình tự lắp dựng một cách hợp lý của các thanh giằng tạm thời và các thanh giằng cố định có vai trò quan trọng trong thi công KCT. Nếu không có hoặc chỉ có giằng tường được lắp dựng, thì vấn đề sẽ nảy sinh do các tác động theo phương ngang. Trên thực tế, thì hệ khung hở trong quá trình thí công có thể tiếp nhận tổng tải trọng gió lớn hơn đối với công trình khi đã lợp kín. Việc bố trí và lắp đặt không đủ số lượng giằng cần thiết đã được xác định là một trong những nguyên nhân dẫn đến sụp đổ của công trình trong quá trình thi công.

d)      Lắp dựng giằng tường và xà gồ
Giằng tường và xà gồ cần được lắp dựng cùng với khung chính, và các thanh còn lại được lắp dựng ngay sau đó. Giằng tường và xà gồ có thể được liên kết bu lông trực tiếp vào khung thép hoặc liên kết khác.

Xà gồ thường được cẩu lắp theo bó hơn là từng cái. Bó xà gồ được đặt gần biên, từ đó nhà thầu lắp dựng có thể di chuyển từng cái vào vị trí cần thiết bằng thủ công. Giằng xà gồ, cần được lắp đặt sớm nhất có thể, và cần phải trước khi bao che mái được lắp dựng.

Thép thành mỏng dập nguội định hình C và Z có thể dễ biến dạng trong khi thi công. Hiện tượng võng và xoắn các giằng tường và xà gồ, thường gây ra do quá trình lưu kho kém và kỹ thuật lắp dựng kém. Do đó cần có sự chú ý đặc biệt để tránh hư hỏng các cấu kiện này trong quá trình vận chuyển, lưu kho tại hiện trường. Thông thường các cấu kiện được xếp thành bó đặt trong các giá là các khung gỗ.

e)       Lắp dựng tấm mái và tường
Việc lắp dựng tấm mái hay tường trước hay sau là lựa chọn của nhà thầu. Tuy nhiên, việc sớm lợp mái sẽ làm cho công trình kín hơn, có thể giảm thiểu tác động của tải trọng gió lên từng khung của công trình.

Lắp dựng tấm mái thường bất đầu cùng lúc với tường đầu hồi để cho phép tấm được đặt theo phương đối diện với gió; trình tự này để giảm tác động của gió thổi nước vào trong chỗ nối chồng. Quá trình bắt đầu với tấm mái được cẩu theo bó bởi cần cầu và đặt trực tiếp lên trên khung chính. Mỗi xà gồ đỡ bó vật liệu có một tấm gỗ gia cường ở đỉnh cánh và dầm mái để tránh xà gồ bị oằn.

Tấm mái được đặt từ cạnh tới đỉnh hoặc là từ thấp đến cao, không có liên kết. Ở đỉnh, tấm được giữ lại theo chỉ dẫn nhà sản xuất. Sau khi điều chỉnh thêm cho nối chồng cuối cùng và biên dưới, keo được thêm vào nếu cần, và mái được liên kết chặt. Sau đó là hàng tiếp theo của tấm được lắp đặt giống như vậy, loại trừ tấm nối cần phải được định hình, bằng tay hoặc thiết bị dập.

Thường xảy ra trong khi lắp dựng mái kim loại là "dài ra" và "co lại" chiều rộng tấm. Nhà thầu có thể không cố tình làm bề rộng tấm bị dài ra qua việc giẵm lên múi và làm phẳng ra. Người lại, họ làm cho chiều rộng co lại do không dùng đủ áp lực trong khi liên kết tấm với xà gồ. Sự thay đổi về kích thước như vậy với mỗi tấm là nhỏ, nhưng lũy kế sai lệch có thể lớn đến mức đáng chú ý.

Giẵm lên múi của tấm là không cho phép bởi các nhà sản xuất ví dụ như đi bộ lên một phần của tấm đã liên kết hay chưa liên kết. Cách an toàn là đặt một tấm ván lên mái đã liên kết và kê lên các xà gồ. Để tránh bị trơn, tấm ván cần được liên kết vào tấm mái. Nếu bắt buộc phải giẵm lên tấm mái, cần phải đi trên vị trí xà gồ và tránh xa khu vực giữa các tấm.

Tấm tường được lắp dựng giống như mái. Để giảm việc nhìn thấy múi đứng, tấm được lắp dựng theo phương cho phép nối chồng quanh ra ngoài từ tầm nhìn chính của công trình.

Cắt các tấm tại công trường, đặc biệt là các tấm có lớp mạ, sẽ làm giảm khả năng chống rỉ của tấm tại vị trí cắt thép bị lộ ra môi trường, mặc dù lớp mạ bảo vệ cạnh ở mức độ nào đó. Chỉ với lý do này nên các nhà máy thường cắt trước các tấm. Nếu không tránh được, cắt các tầm cần được trên mặt đất, cẩn thận và chính xác.

3. một vài sự cố phổ biến trong khi thi công
a)      Vấn đề với sàn và móng
Thiếu bu lông neo hoặc vị trí sai: Bu lông neo có xu hướng bị sai vị trí và gây ra sự cố nhỏ về kỹ thuật như lệch tọa độ và cao độ, có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch trên như: xuất phát từ các sai sót trong công tác định vị của bộ phận trắc địa; sau khi lắp đặt bu lông vào vị trí cũng xuất hiện các sai số về tim cốt; và khi đổ bê tông do áp lực ngang của bê tông cũng dẫn đến các bu lông bị sai lệch vị trí. Một vài trường hợp có thể sửa dễ dàng như thay đổi lại kích thước và vị trí bu lông tại bản mã đế. Trường hợp sai số là lớn có thể phải phá giỡ móng và đặt lại bu lông.

Bu lông neo không được đặt đủ cao để đai ốc có thể liên kết. Biện pháp thông thường là nối dài thân bu lông bằng hàn một đoạn ren; tại điểm nối, mỗi đầu phải được cắt 45 độ để ho phép hàn sâu hoàn toàn. Cách khác, là nối dài bu lông bằng liên kết ren, làm một một thanh ren với cúp lơ cán dùng để nối và thay đổi kích thước lỗ chờ bu lông của bản mã đế. Hiện nay phương pháp lắp cột thông thường là sử dụng bu lông để nâng bản mã chân cột lên trên mặt bê tông móng sau đó dùng vữa tự chẩy không co để điền vào kẻ hở này.

Nứt sàn hoặc rạn. Sàn nứt trên mặt đất là vấn đề thường hay xảy ra mặc dù công trình vẫn chưa hoàn thành. Ngoài chất lượng thi công tồi, nứt còn do hiện tượng co ngót bê tông xảy ra trong quá trình đổ sàn, thường gây ra bởi thiếu sự kiểm soát ở vị trí mạch ngừng thi công. Ví dụ, mạch ngừng thi công phổ biến yêu cầu tất cả thép của lưới thép phải được cắt ở vị trí mối nối thi công. Chi tiết sẽ không thực tế nếu việc cắt chưa hoàn thành – tại vị trí này thường bỏ qua hoặc phải một thời gian sau thì nhà thầu mới cắt do đó gây ra nứt ở đây. Sàn bị nứt do lún không đều thường do việc thi công các lớp nền chưa đạt yêu cầu về độ chặt. Rạn cạnh sàn thường xảy ra từ việc chi tiết và thi công mối nối thi công chưa đúng. Ví dụ như mối nối thi công cài khóa có xu hướng rạn hơn là mối nối bằng thanh thép. Việc sử dụng màng chống thấm không có đệm cát thường liên quan đến rạn sàn.

Đặt sai hoặc thiếu thép liên kết tường. Thép gia cường kéo dài từ móng tường vào sàn trên mặt đất có thể cần cho nhiều lý do. Phổ biến là thép cần để đỡ sàn bằng cách đỡ sàn ở nhịp có đất không chặt ở gần tường và cung cấp khả năng chịu lực ngang cho đỉnh tường. Các thanh thép này được uốn tại hiện trường, bởi vì việc đầm nền không thể tiến hành nếu các thanh thép ở tường.

b)      Vấn đề với công trình thép phần thân
Khe hở dưới bản mã chân cột. Trong thi công thông thường, bản mã chân cột thường dặt trên một bản mã khác được đỗ tại chỗ làm nhiệm vụ định vị trước mặt phẳng của móng, ở đây được hiểu là cao độ và độ thảng đứng của cột, hoặc bản mã chân cột được định vị bằng các đai ốc đặc biệt. Có trường hợp sử dụng một bản mã chân cột loại lớn có thể được đặt sẵn và rót vữa tách biệt khỏi cột và sau đó liên kết với cột bằng đường hàn. Trong mỗi trường hợp, mục đích là để đảm bảo khả năng chịu tải dưới bản đế cũng như độ thẳng đứng của cột. Trong thi công nhà tiền chế thường kết hợp giữa thi công bản mã đặt sẵn với chèn vữa tự chảy không co để đảm bảo thăng bằng và độ thẳng đứng của cột. Tuy nhiên, MBMA đặc biệt loại bỏ việc "bơm vữa hoặc chèn bất cứ loại gì dưới chân cột" ra khỏi công việc lắp dựng nhà thép.

Trong quá trình sử dụng các cột làm việc phải đảm bảo độ thẳng đựng nằm trong sai số cho phép của MBMA, hầu hết chúng được đặt trực tiếp lên đỉnh cột bê tông hoặc móng tường với cao độ không được hoàn toàn chính xác. Hậu quả là, bản đáy cột có thể chỉ tựa một cạnh lên bê tông, với một bên còn lại của bản đế là khe hở. Nếu khoảng hở này không được chèn vữa hoặc bản thép mỏng, bê tông có thể bị nứt hoặc bản đế cột có thể bị biến dạng nhỏ và lún dưới tải trọng chân cột, nó còn phát ra tiếng động do sự tác động qua lại giữa bản mã và đai ốc. Bản đế của cột có thể đỡ cần cẩu, và vì thế yêu cầu độ ổn định và chính xác khi lắp dựng.

Bị lỏng các thanh giằng chéo của mái và tường. Thanh thép hay sợi cáp làm giằng mái và giằng tường trong KCT thường bị lỏng, chùng và thậm chí là thiếu. Nên các giằng đó không thực hiện được chức năng là giữ ổn định cho công trình và đảm bảo cho việc chịu được các tác động từ bên ngoài mà không bị biến dạng quá mức.

Chuyển vị tích lủy của kết cấu, có thể xảy ra trước do việc giằng bị lỏng là bị giãn đủ lớn để gây ra nứt cửa sổ và cửa mái, hay kẹt cửa, ảnh hưởng đến hoạt động của kết cấu, thiết bị. Việc này có thể làm hỏng tường hoàn thiện và dẫn đến tiếng động và rung chuyển. Tuy nhiên, lỗi này có thể được khắc phục một cách dễ dàng vì chúng dễ phát hiện và dễ sửa.

Giằng ngang cho cấu kiện chính và kết cấu phụ bị thiếu hoặc chưa đảm bảo. Giằng xà gồ với bản cánh của dầm và cột có vị trí quan trọng trong việc chống lại các tác động theo phương ngang của công trình. Các giằng này được đánh giá là rất quan trọng để đảm bảo sự ổn định vặn xoắn của dầm hay cột có chiều dài lớn, tuy nhiên trong lúc thi công thì các thanh giằng này không được coi trọng đúng mức và thường không được ưu tiên lắp đặt trước thậm chí bị bỏ quên.

c)       Dột mái
Lý do phổ biến của dột là thi công chưa đúng cách. Một ví dụ: chống thấm vị trí múi đứng với hình thang phụ thuộc phần lớn vào lắp dựng dải sóng ở biên. Thi công chi tiết này thường không tốt ngay cả ở điều kiện thuận lợi. Nếu miếng roăng bị bỏ qua hoặc bịt chưa kín, thì hiện tượng tràn ngược sẽ xảy ra khi máng nước bị đầy. Ví dụ khác là việc không xử lý các lỗ thủng do quá trình bắn vít liên kết bị lỗi và bỏ qua việc bịt lỗ bằng chất kết dính, và ngay cả khi đã xử lý thì các lỗ này vẫn có thể bị thấm trở lại do chất dính (Silicon) bị lão hóa hoặc có thể vít liên kết bị thiếu miếng đệm chất dẻo.

d)      Trong quá trình nghiệm thu công việc
Trong quá trình thi công thường tồn tại nhiều lỗi, và các bên đã xác nhận với nhau thành một danh mục cần phải khắc phục. Theo thứ tự ưu tiên thì vấn đề liên quan đến kết cấu là quan trọng nhất. Trong đó có các lỗi điển hình như chất lượng liên kết, liên kết bu long bị lỏng, lắp thiếu bu long hoặc lực xiết bu lông chưa đạt yêu cầu hay đường hàn bị lỗi. Vít liên kết tấm có thể không thẳng hàng hoặc xiết chưa chặt; dùng lực xiết quá nhỏ có thể dẫn tới khe hở không được bảo vệ; nếu dùng lực quá mạnh có thể làm bản mã bị phồng. bản mã liên kết thanh dầm vào cột bị lệch trục dẫn đến các bu lông không thẳng hàng.