Tầm nhìn và phát triển ngành Kết cấu thép tại thị trường thi công xây dựng

Thép là một trong hai loại vật liệu quan trọng nhất trong xây dựng ở Việt Nam hiện tại, cùng với vật liệu bê tông cốt thép. Đặc biệt trong các năm gần đây, việc sử dụng thép đã phát triển nhanh chóng, thay thế cho bê tông cốt thép (BTCT) trong phần lớn nhà xưởng, nhà nhịp lớn và nhiều công trình công cộng khác.

thi-cong-nha-kho

Thi công nhà kho ximăng Lạng Sơn

Định nghĩa

Kết cấu thép là kết cấu chịu lực của các công trình xây dựng được thiết kế và cấu tạo bởi thép. Đây là loại kết cấu được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, đặc biệt là trong các công trình xây dựng có quy mô lớn (Nhà thép tiền chế) bởi những đặc tính hữu ích của thép.

Lịch sử

1. Thời kỳ cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20. Mọi công trình xây dựng, công nghệ chế tạo và thi công liên quan đến thép đều là của Pháp. Do bê tông cốt thép chỉ được áp dụng ở Việt Nam từ những năm 30 và hầu như không có kết cấu nhịp lớn, nên hầu hết các nhà công nghiệp và công trình nhịp lớn như hội trường, rạp hát đều dùng kết cấu thép, ít ra là hệ mái.

Ví dụ Nhà hát lớn Hà Nội, một công trình nổi tiếng hoàn thành vào thập kỷ đầu tiên thế kỷ 20, có kết cấu được xây dựng hoàn toàn bằng gạch và thép, không có bê tông cốt thép. Mái vòm tròn là cupôn hình nón gồm các sườn hình tam giác, tựa trên vành gối. Thép cacbon thấp, có cường độ xấp xỉ thép CCT34. Mọi sàn nhà lớn, ban công, cầu thang đều làm bằng dầm thép chủ tổ hợp đinh tán, các dầm thép hình và cuốn gạch tạo mặt sàn. Cấu tạo sàn kiểu dầm thép và cuốn gạch này được áp dụng trong hầu hết các mặt sàn và được áp dụng trong hầu hết các nhà tầng có tầng gác được xây dựng thời kỳ đó. Các nhà xưởng lớn bằng thép đáng kể là: nhà máy xe lửa Gia Lâm, nhà máy rượu Hải Dương, các hàng ga máy bay ở Gia Lâm và Bạch Mai…Công nghệ và hình thức kết cấu là ở vào trình độ đương đại: thép cacbon thấp, liên kết đinh tán, thép cán cỡ nhỏ, sơ đồ kết cấu cổ điển.

2. Thời kỳ những năm 50 và 60: Sau khi hoà bình lập lại ở Đông Dương, miền Bắc Việt Nam bắt đầu xây dựng cơ sở cho nền công nghiệp hoá, trước hết là các nhà máy công nghiệp nặng và công nghiệp nhẹ. Lúc đó, thép là vật liệu hiếm có và rất quý giá, do hoàn toàn nhập từ các nước xã hội chủ nghĩa mà tại các nước này, thép cũng rất quý và hiếm. Phương châm thiết kế kết cấu thép là: tiết kiệm ở mức cao nhất. Do đó, chỉ dùng thép cho những nhà xưởng lớn, có cầu trục nặng, cột cao và nhịp rộng. Điển hình là các nhà xưởng của Khu Liên hợp Gang thép Thái Nguyên.

Tại đó, có những khung toàn thép với dàn nhịp 30 đến 40m, cột rỗng bậc thang đỡ cầu trục 20 đến 75tấn, dầm cầu trục nhịp 18m cao tới 2m. Lượng thép tính cho một mét vuông sàn là khá lớn: 70 đến 100kg/m2. Một công trình đáng kể nữa là nhà máy Supe Phốt phát Lâm Thao: phần lớn các phân xưởng nhiều tầng hay một tầng đều dùng kết cấu thép. Do việc sử dụng thép nhiều mà nhà máy này đã được hoàn thành nhanh hơn 1năm so với việc dùng kết cấu bê tông, việc này đã mang lại lợi ích không nhỏ cho nền công nghiệp lúc đó, (theo ý kiến phát biểu của một vị lãnh đạo ngành xây dựng). Sơ đồ hệ thống kết cấu thông dụng là: dàn gồm các thép góc, cột và dầm tổ hợp tấm và thép cán; liên kết hàn, không dùng đinh tán.

Ngoài ra, các trường hợp khác đều chỉ dùng kết cấu bê tông cốt thép: trong tất cả các nhà dân dụng, trong phần lớn nhà xưởng, kể cả xưởng nhịp lớn. Có thể nêu ví dụ ở Nhà máy đòng tàu Bạch Đằng, xưởng rộng 21mét đã dùng dàn bêtông cốt thép ứng lực trước, nặng hơn 10tấn, thi công cực kỳ khó khăn trong khi một dàn thép tương tự chỉ nặng 1,5 tấn nhưng không được dùng. Tại nhiều trường hợp khác, để đỡ mấy tấm fibrô xi măng nặng 100kg, đã dùng xà gồ bê tông nặng tới 500kg chứ không dám dùng một xà gồ thép nhẹ nhàng. Những ví dụ này cho thấy rõ chủ trương không dùng kết cấu thép mỗi khi có thể được.

3. Thời kỳ những năm 70 và 80: Công tác xây dựng chủ yếu là khôi phục các công trình bị phá hoại, xây dựng những xưởng máy mới loại nhẹ. Áp dụng rộng rãi sơ đồ kết cấu hỗn hợp: cột bê tông và dàn thép.

Bắt đầu sử dụng nhiều kết cấu thép tiền chế nhập từ nước ngoài. Điển hình là loại Khung kho Tiệp. Đó là khung nhịp 12 đến 15m, dàn bằng thép ống, cột thép cán tổ hợp và xà gồ là cấu kiện thành mỏng cán nguội. Khung này nguyên là để làm kho cỏ, sang đến Việt Nam đã được cải tạo để làm kết cấu cho nhà xưởng có các cửa trời và cầu trục, nhà thể thao, và thậm chí cả ga hàng không. Ngoài ra, nhiều công trình dân dụng như trường học, bệnh viện do các tổ chức nhân đạo trợ giúp nhập từ nước ngoài, được làm bằng kết cấu thép tiền chế 1 tầng và 2 tầng. Phương châm tiết kiệm thép không còn sức mạnh nữa; các yếu tố thuận tiện cho vận chuyển, cho thi công, cho việc hoàn thành nhanh đã trở nên quyết định.

Ở miền Nam Việt Nam trong các thời kỳ đó, kỹ thuật xây dựng đã được phát triển nhanh với sự hỗ trợ của công nghệ của các nước tiên tiến. Các xu hướng thiết kế là giống như của phương Tây: thép được áp dụng rộng rãi trong các công trình công nghiệp, xưởng đóng tàu, nhà cao tầng (tới 16 tầng), hang ga máy bay và cả nhà chung cư nhiều tầng.

4. Thời kỳ những năm 90 đến nay: Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và của ngành xây dựng, việc sử dụng thép đã tăng nhanh chưa từng thấy. Hầu như 100% nhà xưởng là làm hoàn toàn hay đại bộ phận bằng thép. Những mái nhà nặng nề bằng bê tông cốt thép đã biến mất, thay thế bằng mái tôn nhẹ đặt trên xà gồ thành mỏng. Không thấy ở đâu dàn BTCT, dầm mái BTCT đúc sẵn một thời phát triển.

II. NỀN TẢNG CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN KẾT CẤU THÉP

Sự thay đổi về việc sử dụng thép có thể là do các nguyên nhân sau:

– Giá tiền thép không còn là vấn đề quan trọng hàng đầu nữa; nó chỉ chiếm khoảng 50% giá trị kết cấu. Không nhất thiết phải cố giảm trọng lượng vật liệu đi, để ảnh hưởng đến phí tổn chế tạo và dựng lắp và làm châm thời gian hoàn thành xây dựng.

– Việc thiết kế các kết cấu thép không còn phụ thuộc và nước ngoài, các kỹ sư Việt Nam có đủ khả năng để nghiên cứu và thiết kế các loại công trình này. Phần nữa, ngày nay các nhà máy thép đang có xu hướng phát triển phản ánh một cách tích cực đối với công nghệ sản xuất thép của nước ta hiện nay.

– Công nghệ chế tạo đã tiến bộ, đặc biệt trong việc cắt và hàn, việc tạo hình nguội. Sẽ chọn những loại kết cấu tiện cho vận chuyển dựng lắp như dầm tổ hợp hàn để thay thế cho dàn thép rỗng, trước đây hay dùng vì dễ chế tạo nhưng khó vận chuyển và làm tốn chiều cao nhà.

– Công nghệ thi công ngày càng phát triển đáp ứng tốt cho việc thi công các công trình lắp ghép, nhất là với các công trình cao.

III. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG KẾT CẤU THÉP Ở VIỆT NAM

Một loại hệ thống kết cấu được áp dụng nhiều nhất là hệ thống nhà tiền chế, xuất phát từ trường phái Metal building system của Mỹ. Cơ sở lý luận của hệ thống này, như ta đã biết, yêu cầu việc hợp lý hoá toàn diện trong thiết kế, chế tạo và dựng lắp của mỗi loại công trình nhất định. Do đó phải tiêu chuẩn hoá trong việc thiết kế tổng thể, thiết kế chi tiết và chế tạo, phải ứng dụng rộng rãi tin học trong thiết kế và sản xuất. hàng trăm công trình nhà xưởng, nhà làm việc, nhà thi đấu đã được xây dựng ở Việt Nam bằng hệ thống nhà này.

Đầu tiên là các công ty nước ngoài như Zamil Steel Buidings, Kirby, BHP mang vào và chế tạo tại Việt Nam, đến nay nhiều nhà máy, doanh nghiệp, thậm chí cả hợp tác xã cũng đã chế tạo thành công loại hệ thống này, với trình độ khác nhau.

Sơ đồ kết cấu thông dụng nhất là: khung cứng bản đặc, gồm cột vát chân khớp nối cứng với dầm cũng thay đổi chiều cao; các kết cấu thứ yếu gồm dầm cầu trục, xà gồ, dầm tường, cột tường, tất cả đều được tiêu chuẩn hoá. nhà máy đạm Phú Mỹ với chiều dài nhà 700m là nhà sử dụng khung tiền chế lớn nhất ở nước ta. Đầu tiên được sử dụng trong nhà tiền chế như những cấu kiện thứ yếu là xà gồ, dầm tường, đến nay kết cấu thành mỏng tạo hình nguội bắt đầu được sử dụng riêng biệt dưới dạng khung nhà nhỏ như trường học, nhà sản xuất nông nghiệp, nhà ở vùng sâu, vùng xa..

Trong vài năm gần đây, với sự xây dựng nhiều nhà nhịp lớn như hội trường, nhà triển lãm, nhà thi đấu, bắt đầu phát triển nhanh loại kết cấu cấu trúc tinh thể, thường được gọi đơn giản là giàn không gian. Có thể kể: nhà ga hàng không Nội Bài, nhà thi đấu Nam Định, nhà biểu diễn cá heo ở Tuần Châu, Hạ Long, Nhà triển lãm Hội chợ Hải Phòng…và hàng chục nhà thi đấu thể thao đã được xây dựng phục vụ cho SEA GAMES 2003. Nhịp lớn nhất đã thực hiện tới 62m. Các thanh là thép ống do Việt Nam chế tạo, nút chủ yếu là nút cầu, hoặc một vài kiểu khác, do Việt Nam sản xuất. Nhà thi đấu Phú Thọ TP. HCM có kết cấu vòm nhịp 100m là ngôi nhà thi đấu lớn nhất của Việt Nam và cũng là nhà dân dụng có nhịp lớn nhất. Đã có một nhà cao tầng (30 tầng) đầu tiên dùng khung thép được xây dựng ở TP. HCM, mở đầu cho giai đoạn phát triển nhà cao tầng bằng thép. Mái sân vận động Quốc gia Mỹ Đình (Hà Nội) có dàn chính nhịp 157m, cao 9m làm bằng các thép ống đường kính trên 1m, là kết cấu lớn nhất trong xây dựng nhà được thực hiện ở Việt Nam.

* Các công trình khác bằng thép theo từng chuyên ngành.

+ Cầu: Ở Việt Nam đã xây dựng được rất nhiều cầu bằng thép.

+ Tháp thông tin vô tuyến và cột tải điện: Ngay từ những năm 60, các nhà xây dựng Việt Nam đã có khả năng thiết kế, chế tạo và dựng lắp hàng loạt công trình tháp cao cho mục đích viễn thông và tải điện. Đáng kể nhất là cột điện vượt sông Hồng ở Chèm (Hà Nội), cao 150m, nặng 300tấn, xây dựng trong những năm 60, cho đến nay vẫn là công trình tháp cao nhất và cao nhất ở VN (gần đây mới có một vài cột vượt sông cao trên độ cao này nhưng nhỏ hơn); Tháp thủy văn cao 115m ở Hải Phòng, hoàn thành trong những năn 70; trụ ăng ten có dây neo cao khoảng 200m sử dụng trong thời kỳ chiến tranh. Đặc biệt trên 3000 cột của đường dây tải điện 500kV Bắc Nam đã được thiết kế và thi công trong thời gian kỷ lục 2 năm, trong đó có cột cao nhất là 82m vượt sông Gianh (Quảng Bình).

+ Một số công trình khác:

– Bể chứa dầu và chứa khí, hình trụ và hình cầu, dung tích từ 100 đến 5000m3, thậm chí đến 10.000m3, đặt tại các kho dầu trên khắp miền đất nước. Phần lớn do Việt Nam tự thiết kế và lắp đặt.

– Các công trình trên biển như dàn khoan, công trình bảo vệ thềm lục địa (các DK hải quân trong quân đội), các công trình dầu khi. Chiều cao tới trên 40m, bằng thép ống. Từ những công trình đầu tiên hoàn toàn nhập ngoại, nay đã do Việt Nam thiết kế, chế tạo và lắp đặt.

– Một số công trình khác như: Đường ống dẫn lớn, đường kính trên 1m, dài hàng chục km ở Bà Rịa – Vũng Tàu; các công trình đường cáp treo như ở núi Bà Đen, Yên Tử, Chùa Hương thường có cột đỡ bằng thép ống cao trên 30m, đường kính trên 1m đến 1,4m.

IV. DỰ ĐOÁN XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA KẾT CẤU THÉP

Trong sự lớn mạnh của nền kinh tế và ngành xây dựng, kết cấu thép ở Việt Nam sẽ có viễn cảnh phát triển mạnh mẽ. Hàng trăm công trình lớn sẽ được xây dựng bằng thép. Lượng thép sử dụng trong xây dựng sẽ tăng đột biến trong tương lai gần.

Các hướng phát triển sắp tới của kết cấu thép có thể là:

– Nhà tiền chế tiếp tục được sử dụng ngày càng nhiều ở các công trình xây dựng phục vụ cho ngành công nghiệp;

– Kết cấu thép nhẹ, bao gồm kết cấu thành mỏng tạo hình nguội, kết cấu hợp kim nhôm, kết cấu hỗn hợp bê tông cốt thép và thép;

– Các nhà thấp tầng trong các công trình dân dụng đang cũng đang có thế mạnh.

– Kết cấu sử dụng thép ống, bao gồm cả kết cấu dàn không gian;

– Kết cấu nhà cao tầng.

V. CÔNG TÁC GIẢNG DẠY KẾT CẤU THÉP Ở TRƯỜNG ĐẠI HỌC

Hiện nay, môn học kết cấu thép đối với sinh viên vẫn còn coi là một môn học khó. Phần lớn lý do nằm ở chổ sinh viên vẫn “chưa thích” cũng như chưa thực sự nhận thức được sự phát triển mạnh mẽ của kết cấu thép ngày nay. Phần nữa, sách vở giáo trình và tài liệu tham khảo bằng tiếng việt vẫn còn hạn chế gây khó khăn cho sinh viên trong việc tìm kiếm thông tin về môn học.

Để cải thiện vấn đề này đối với sinh viên, bản thân cũng mạnh dạn đưa ra một số giải pháp chung cho môn học:

– Cập nhật thông tin về sự phát triển của kết cấu thép trên thế giới qua đó định hướng sự phát triển của ngành thép nói chung ở Việt Nam. Thông qua công tác này sinh viên sẽ nhìn nhận được tầm quan trọng của môn học cũng như ý nghĩa thực tiển của nó. Từ đó định hướng cho mình một số phương pháp học cho phù hợp.

– Tham khảo thêm nhiều tài liệu về kết cấu thép, nhất là các tài liệu nước ngoài để qua đó bổ sung thêm nhiều kiến thức cũng như đưa ra được nhiều giáo trình phong phú và có ý nghĩa thực tiễn cao.

– Sử dụng tốt các phần mềm, từ đó hướng dẫn cho sinh viên biết cách sử dụng thông qua đó làm một cầu nối truyền cảm hứng cho sinh viên trong việc học tập.

– Thay đổi một số chương trình trong các giáo trình nhằm cập nhật cho sinh viên những vấn đề cần thiết trên thực tế với cơ sở “đào tạo theo nhu cầu xã hội” gắn liền quá trình đào tạo với thực tế ngày nay.

Sự phát triển của ngành thép nói chung và kết cấu thép nói riêng ngày nay là không thể phủ nhận. Việc thiết kế và thi công các công trình kết cấu thép ngày nay đang dần trở nên phổ biến. Để thay đổi nhận thức về môn học là một vấn đề lớn. Việc cung cấp cho sinh viên những kiến thức chủ yếu về môn học là hết sức quan trọng và cần thiết.

Thông qua đó phải giúp các kỹ sư trong tương lai có đủ khả năng để nghiên cứu và thiết kế các loại công trình bằng thép phục vụ chung sự phát triển của xã hội.

Ưu và nhược điểm của kết cấu thép

A. Ưu điểm của kết cấu thép

• Có khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao. Kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao do vật liệu thép có cường độ lớn,lớn nhất trong các vật liệu xây dựng. Độ tin cậy cao là do cấu trúc thuần nhất của vật liệu, sự làm việc đàn hồi và dẻo của kết cấu thép gần sát với lý thuyết tính toán. Sự làm việc thực tế của kết cấu thép phù hợp với lý thuyết tính toán.

• Trọng lượng nhẹ. Kết cấu thép nhẹ nhất trong số các kết cấu chịu lực, để đánh giá phẩm chất “nhẹ” của vật liệu người ta thường dùng hệ số c là tỷ số giữa trọng lượng riêng và cường độ chịu lực của nó

• Tính cơ động trong vận chuyển, lắp ráp.Do trọng lượng nhẹ, việc vận chuyển và lắp dựng kết cấu thép dễ dàng và nhanh chóng.

• Tính công nghiệp hóa cao.Do sự sản xuất vật liệu hoàn toàn trong nhà máy, và sự chế tạo kết cấu thép được làm chủ yếu trong các nhà máy chuyên ngành hoặc ít ra cũng dùng những loại máy mọc thiết bị chuyên dụng. Kết cấu thép thích hợp nhất với điều kiện xây dựng công nghiệp hóa.

• Tính kín, không thấm nước. Vật liệu và liên kết kết cấu thép có tính kín ,không thấm nước, không thấm khong khí, nên thích hợp nhất cho các công trình bể chứa chất lỏng, chất khí.

B. Khuyết điểm của kết cấu thép

• Có thể bị xâm thực bởi tác động của môi trường, nhiệt độ… Trong môi trương không khí ẩm, nhất là môi trường xâm thực , thép bị gỉ, từ gỉ bề mặt cho đến phá hoại hoàn toàn chỉ trong vài ba năm. Bởi vậy tránh dùng thép ở nơi ẩm ướt, nơi các chất ăn mòn. Công trình xây dựng có sử dụng kết cấu thép thường được bao phủ bởi lớp sơn bảo vệ, chống gỉ thép.

• Chịu lửa kém. Thép không cháy ở nhiệt độ 500 đén 6000 C, thép chuyển sang dẻo mất khả năng chịu lực, kết cấu bị sụp đổ dễ dàng .

• Giá thành khá cao so với một số vật liệu thô khác như gỗ, sắt…

Phạm vi ứng dụng

Thích hợp cho các công trình lớn, đòi hỏi độ bền cao như:

Do các đặc điểm ở trên, kết cấu thép thích hợp với những công trình lớn (nhịp rộng, chiều cao lớn, chịu tải trong nặng), các công trình cần trọng lượng nhẹ, các công trình cần độ kín không thấm nước.Phạm vi ứng dụng của kết cấu rất rộng, có thể chia làm các loại sau:

• Nhà công nghiệp, nhà xưởng, nhà máy, xí nghiệp: khung nhà công nghiệp là toàn bộ bằng thép khi nhà cao, cần trục nặng, hoặc có thể là hỗn hợp cột bê tông cốt thép, dàn, và dầm thép.

• Nhà nhịp lớn: là những loại nhà do yêu cầu sử dụng phải có nhịp khá lớn từ 30 – 40m như nhà biểu diễn,nhà thi đấu thể dục thể thao , nhà triển lãm, nhà chứa máy bay…dùng kết cấu thép là hợp lý nhất. Có những trường hợp nhịp đặc biệt lớn trên 100m thì kết cấu thép là duy nhất áp dụng được.

• Khung nhà nhiều tầng: đặc biệt là các loại nhà kiểu tháp ở thành phố . Nhà trên 15 tầng thì dùng kết cấu thép có lợi hơn bê tông cốt thép.

• Cầu đường bộ, đường sắt: làm bằng thép khi nhịp vừa, nhịp lớn, khi cần thi công nhanh. Cầu treo bằng thép có thể vượt nhịp trên 1000m.

• Kết cấu tháp cao: cột điện, ăng ten: như các loại cột điện, cột ăng ten vô tuyến, hoặc một số loại kết cấu đặc biệt như kết cấu tháp khoan dầu.

• Kết cấu bản: như các loại bể chứa dầu chứa khí các thiết bị lò cao của nhà máy hóa chất, nhà máy hóa dầu.

• Đối với nhiều nước trên thế giới, thép là vật liệu quý và hiếm vì thép cần dùng cho mọi ngành của nền kinh tế quốc dân.

Xu hướng tiêu dùng

• Sự ra đời của các khu nhà cao tầng, nhà công nghiệp quy mô lớn là kết quả của sự phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong quá trình hội nhập kinh tế.

• Việt Nam gia nhập Tổ chức thương mại WTO, từng bước mở cửa cho nhà đầu tư nước ngoài đầu tư vào các khu công nghiệp, khu chế xuất, thúc đẩy nhu cầu tiêu dùng kết cấu thép, nhà thép tiền chế ngày một lớn hơn.

HỖ TRỢ TRỰC TUYẾN

Mr Tuấn

0966.357.123

Mr Hưởng

0979.838.921

Các Dự Án Đã Thực Hiện

đối tác và khách hàng tiêu biểu

Bản quyền Copyright © 2011 congtrinhthep.com.vn

Địa chỉ: Thôn Tân Sơn 2 , Xã Tân Dĩnh , Huyện Lạng Giang , Tỉnh Bắc Giang. Văn Phòng: Minh Khai - Hà Nội

Điện thoại: 0966.357.123 Fax: 0240 8521131 Email:congtrinhthepviet@gmail.com

Đối tác Vinhomes Gallery giang Vovinhomes nguyen trai facebook youtube youtube