Một số sự cố lắp khung nhà thép tiền chế

MỘT SỐ SỰ  CỐ TRONG QUÁ TRÌNH DỰNG LẮP KHUNG NHÀ THÉP TIỀN CHẾ

1.      KHÁI LƯỢC VỀ NHÀ THÉP TIỀN CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP DỰNG LẮP CƠ BẢN

1.1 Khái lược về nhà thép tiền chế

Nhà thép tiền chế được hiểu là loại hình công trình làm bằng kết cấu thép được sản xuất, chế tạo sẵn ngay từ trong nhà máy. Khi mang đến công trường chỉ cần rất ít thao
tác lắp ghép để tạo nên một công trình hoàn chỉnh. Nhằm giảm thiểu thời gian thi công trên công trường và góp phần hạn chế các quá trình chỉ đạo thi công mệt nhọc trên công trường, giảm thiểu thời gian hoàn thành công trình và mang tính chuyên môn hoá cao. Mặt khác chủ đầu tư còn có thể dễ dàng kiểm soát được chất lượng công trình ngay từ trong quá trình sản xuất.

Các bộ phận chủ yếu của công trình nhà thép tiền chế bao gồm (hình 1): Khung ngang nhà, giằng gió, xà gồ mái, dầm tường, tôn lợp và các chi tiết phụ kiện khác. Khung nhà chịu tải trọng theo phương đứng và phương ngang. Xà gồ có nhiệm vụ truyền tải theo phương  đứng lên các khung ngang nhà. Dầm tường chịu tải trọng gió, bão và truyền tải trọng ngang về khung chính. Tấm lợp có nhiệm vụ bao che cho công trình dưới các tác động của thời tiết đảm bảo cho nhu cầu cần thiết của công trình. Giằng gió có nhiệm vụ giữ ổn định cho công trình theo phương dọc nhà - truyền tải trọng gió từ đỉnh mái xuống chân công trình.

Hình 1. Sơ đồ cấu tạo cơ bản khung nhà thép tiền chế

1.2 Phương pháp dựng lắp cơ bản

Quá trình thi công dựng lắp được hướng dẫn tuỳ thuộc vào loại hình công trình cụ thể. Đối với một công trình đơn giản điển hình (khung ngang nhà vượt nhịp không có cột giữa hoặc có một cột giữa) sẽ có những bước sau: Dựng khung tại các khoang giằng, giằng tạm, giằng cố định, dầm tường, xà gồ mái, tôn lợp. Với công việc dựng khung là quan trọng nhất nên cần tiến hành theo các bước cơ bản sau: lắp các cột biên trước, sau đó lắp các cột giữa (nếu có), khuếch đại dầm ngang nhà rồi cẩu lắp dầm ngang lên đầu các cột, nếu dầm ngang lớn thì các dầm sẽ được khuếch đại lớn nhất có thể (tuỳ theo khả năng cẩu lắp) rồi dùng các cẩu nâng lên vị trí thiết kế (Hình 2, 3, 4). 

Khuếch đại được hiểu là ghép các bộ phận đến mức lớn nhất có thể cẩu được

  

            Hình 2. Lắp dựng cột biên trước và khuếch đại kèo (dầm ngang) trên mặt đất

Hình 3. Cẩu lắp dầm lên đầu cột và giữ định vị khung ngang bằng các giằng tạm

Hình 4. Lắp các khung ở khoang có giằng gió và xà gồ mái

2.      MỘT SỐ SỰ CỐ XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG CẨU LẮP KHUNG NHÀ THÉP TIỀN CHẾ

1)     Sự cố xảy ra trong quá trình cẩu lắp dầm ngang

Hiện tượng xảy ra trong quá trình cẩu lắp dầm ngang (sau khi dựng lắp xong cột biên) (Hình 5).

  

Hình 5. Quá trình cẩu lắp vì kèo (dầm ngang)

Trong quá trình đưa dầm ngang lên vị trí đỉnh cột thì tiết diện giữa dầm bị oằn, các bulông bị đứt ra do toàn bộ dầm bị uốn ngoài mặt phẳng. Đầu tiên cánh dầm và sau đó là bụng dầm có tiết diện yếu nhất bị oằn như hình vẽ sau (Hình 6):

Hình 6. Hình dạng oằn của dầm

Ví dụ sau thể hiện kết quả tính toán thiết kế một khung ngang cho nhà công nghiệp. Khung ngang một tầng một nhịp vượt nhịp khẩu độ 42m, chiều cao điểm mái là 8m, chiều cao đỉnh mái là 10,1m, khoảng cách giữa hai khung là 8m. Tĩnh tải mái là 0,1kN/m², hoạt tải sửa chữa trên mái là 0,3kN/m², tốc độ gió thiết kế 160km/h (gió vùng C, tầm quan trọng công trình ở mức trung bình).

 Ta có sơ đồ tính toán khung ngang như sau (Hình 7):

Hình 7. Sơ đồ làm việc khung ngang

Từ đó ta có được sơ đồ tải trọng đứng và ngang tác động lên khung (Hình 8) và biểu đồ mômen tương ứng (Hình 9) như sau:

Hình 8. Sơ đồ tải trọng đứng và tải trọng ngang tác dụng lên khung

Hình 9. Biểu đồ mômen do tải trọng đứng và tải trọng ngang gây ra

Hình 10. Cấu tạo khung nhà công nghiệp theo các thông số tải trọng đã cho và   cấu tạo khung theo kết quả tính toán dựa theo các thông số tải trọng cho trước.

Sơ đồ cẩu lắp thường gặp sẽ có dạng như hình sau (Hình 11):

Hình 11. Sơ đồ cẩu lắp và biểu đồ mômen do tải trọng bản thân và tải cẩu lắp

Ta thấy rằng mômen sinh ra tại tiết diện A do tải trọng bản thân và tải trọng cẩu lắp là tương đối lớn, trong khi đó theo thiết kế thì tiết diện tại A lại bị thu nhỏ (do nội lực sinh ra do tải trọng ngoài tại tiết diện A bé). Điều này dễ dẫn đến cánh và bụng dầm bị oằn tại tiết diện A khi cẩu lắp hệ thống kèo (dầm ngang).

2)      Sự cố về cẩu lắp trong quá trình lắp dựng khung ngang khi chưa có xà gồ và dầm tường

Hiện tượng xảy ra với các dầm ngang trong quá trình cẩu lắp là bị oằn và mất khả năng chịu lực. Điều này thường xảy ra đối với các dầm ngang vượt nhịp khẩu độ lớn khi không có cột chống giữa. Trường hợp nêu sau đây được thể hiện cho một công trình tại khu công nghiệp Biên Hoà II. Khung cấu tạo yêu cầu vượt nhịp khẩu độ 80m, bước khung 8m, chịu tĩnh tải mái là 0,1kN/m², hoạt tải sửa chữa trên mái là 0,3kN/m², tốc độ gió 110km/h, chiều cao đỉnh mái là 24m, độ dốc mái 40%=21,8^o.

Sau khi tính toán thiết kế ta có được cấu tạo khung ngang như thể hiện trong hình 12. Ta thấy rằng với cấu tạo như thế thì khi cẩu lắp khung chúng rất dễ bị mất ổn định, đặc biệt là đối với kết cấu không có sườn cho bản bụng.

Nguyên nhân của hiện tượng oằn trên là do chiều dài uốn dọc tính toán ngoài mặt phẳng quá lớn. Trong tính toán thiết kế, các cánh trên và cánh dưới của dầm được giằng (bằng xà gồ mái và thanh giằng cánh hạ) như hình 13, làm cho chúng không bị mất ổn định ngoài mặt phẳng trong quá trình chịu lực. Thông thường theo cách tính toán thiết kế, cứ cách một xà gồ thì có một thanh chống giằng cho cánh hạ của dầm. Điều đó có nghĩa chiều dài tính toán của các đoạn dầm ngoài mặt phẳng chính như ví dụ trên là 3,23m. Trong khi cẩu lắp do chưa có xà gồ mái và giằng cánh hạ nên chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng của cấu kiện là 41,86m.

Hình 12. Sơ đồ cấu tạo kết cấu khung ngang điển hình

Hình 13. Chi tiết cấu tạo nhằm giữ ổn định cho cánh trên và cánh dưới dầm

      

 Hình 14. Sơ đồ cấu tạo kết cấu khung ngang điển hình khi chưa lắp xà gồ mái

Ta dễ dàng thấy rằng với cấu tạo mảnh như thiết kế đã nêu (Hình 14) thì quá trình thi công cẩu lắp kèo (dầm ngang) bụng hoặc cánh dầm bị oằn là chuyện khó có thể tránh khỏi nếu không có biện pháp thi công hợp lý, hoặc chọn điểm treo móc cẩu hợp lý.

4.      KIẾN NGHỊ

1)     Đối với cả hai trường hợp trên trong quá trình thi công cẩu lắp cần chú ý đến phương pháp giằng tạm (nẹp các cánh và bụng dầm) trước khi cẩu lắp nhằm tránh cho các kèo (dầm ngang) bị oằn ra ngoài mặt phẳng (Hình 15).

2)     Chọn phương pháp cẩu lắp hợp lý để giảm được chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng của các dầm ngang. Để cho các dầm không bị oằn, cong vênh có thể tăng cường thêm các điểm treo móc cẩu (hình 16).

3)     Trong một số trường hợp đặc biệt nếu dầm quá mảnh thì toàn bộ khung ngang có thể được khuếch đại ngay dưới mặt đất rồi sau đó dùng cẩu để nâng lên.

Hình 15. Phương pháp dùng nẹp gia cường nhằm tăng cường khả năng chống oằn

         Hình 16. Sơ đồ cẩu lắp khi bố trí nhiều điểm treo móc cẩu và biểu đồ mômen tương ứng trên dầm