Các giai đoạn thi công kết cấu thép là gì?

Giai đoạn 1: Lập kế hoạch và thiết kế trước thi công

Công tác lập kế hoạch trước thi công đầy đủ sẽ tạo nền tảng cả về mặt quy định lẫn kỹ thuật cho các dự án kết cấu thép. Giai đoạn này bắt đầu lên kế hoạch chuyển đổi các yêu cầu khái niệm thành các kế hoạch triển khai cụ thể, đồng thời xác định và quản lý các rủi ro có thể phát sinh ở các giai đoạn tiếp theo.

Kỹ thuật kết cấu, Phối hợp mô hình thông tin xây dựng (BIM) và Thiết kế chi tiết sẵn sàng cho gia công

Các kỹ sư kết cấu tham gia vào việc xây dựng một công trình dựa trên thiết kế do kiến trúc sư đưa ra, đồng thời biến bản thiết kế đó thành hiện thực và đảm bảo công trình đáp ứng đầy đủ các yêu cầu pháp lý, được quy định bởi tiêu chuẩn AISC 360. Tuy nhiên, họ cũng xem xét việc tối ưu hóa nguồn lực sử dụng cho kết cấu và cách nâng cao khả năng chịu động đất của tòa nhà. Nhờ phối hợp mô hình thông tin công trình (BIM), nhiều xung đột liên quan đến thiết kế giữa các bộ phận công trình được phát hiện sớm hơn. Điều này giúp giải quyết các vấn đề trước khi thi công thực tế bắt đầu, từ đó giảm thiểu các điều chỉnh tại hiện trường. Thực tế cho thấy phương pháp này đã giúp giảm tới 15% khối lượng làm lại, nghĩa là tiết kiệm được cả thời gian lẫn chi phí. Các bản vẽ thi công chi tiết cuối cùng dành cho quá trình chế tạo được lập. Những bản vẽ này cũng chính là tài liệu chi tiết cuối cùng phục vụ thi công, bao gồm toàn bộ nội dung từ các tập tin CAD dùng cho cắt kim loại bằng tia laser, đặc tả lỗ bu-lông (với dung sai ±1,5 mm) đến vật liệu tuân thủ tiêu chuẩn ASTM (đã được chứng nhận). Các chi tiết chính xác đảm bảo việc lắp ghép tại hiện trường diễn ra thuận lợi và dễ dàng, không cần phải điều chỉnh đáng kể tại công trường.

Trước khi cuộc thi bắt đầu, bạn có lợi thế nhờ thiết lập kênh giao tiếp với các cơ quan quản lý địa phương. Việc nắm rõ các quy định về quy hoạch, môi trường và xây dựng giúp các cơ quan chức năng giải thích rõ những vấn đề phát sinh và hỗ trợ hiệu quả hơn trong việc hoàn tất các thủ tục, giấy tờ cần thiết. Việc rà soát kỹ lưỡng trước khi khởi công xây dựng là vô cùng quan trọng, bởi các vấn đề có thể nảy sinh như: cần cẩu không đủ tầm vươn từ vị trí thi công, vận chuyển vật liệu, hoặc sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các công việc do xung đột về tiến độ thời gian. Sự hợp tác chặt chẽ hơn giữa các bên liên quan, gắn liền với các mốc bàn giao dự án, được tích hợp trọn vẹn vào hợp đồng. Chủ đầu tư, đơn vị thiết kế và nhà thầu thi công có mục tiêu và lợi ích được điều chỉnh sát hơn với nhau. Do đó, phần lớn các vấn đề được giải quyết ngay từ giai đoạn tiền thi công. Khi thi công chính thức bắt đầu, các trở ngại đã được loại bỏ. Các khoản gia tăng về thời gian và chi phí phát sinh từ khối lượng công việc bổ sung có thể được kiểm soát, và chủ đầu tư đạt được trạng thái mong muốn. Gần tám mươi phần trăm các vấn đề được giải quyết nhờ cách tiếp cận chủ động. Tài liệu đầy đủ và rõ ràng giúp loại bỏ các mâu thuẫn. Số lượng các vấn đề còn tồn tại và các mối quan ngại còn lại liên quan đến tiến độ được duy trì ở trạng thái mong muốn, không làm phát sinh thêm thời gian chậm trễ.

Giai đoạn 2: Gia công tại cơ sở bên ngoài và Đảm bảo Chất lượng

Gia công Chính xác: Cắt, Hàn và Chuẩn bị Bề mặt (ASTM A6/SSPC-SP6)

Việc biến thép thô thành các bộ phận kết cấu bao gồm ba quy trình chính, đồng thời cũng là ba điểm kiểm soát chất lượng. Thứ nhất, các tấm thép được cắt bằng công nghệ cắt plasma/laser độ chính xác cao. Công nghệ cắt này đạt dung sai cắt ±2 mm và đóng vai trò then chốt trong việc lắp ráp các bộ phận thép ở giai đoạn tiếp theo. Thứ hai, theo tiêu chuẩn AWS D1.1, những thợ hàn đã được chứng nhận sẽ tiến hành ghép nối các chi tiết. Kiểm tra bằng sóng âm được áp dụng nhằm đảm bảo mối hàn được nóng chảy đầy đủ và đúng cách. Thứ ba, đối với công tác chuẩn bị bề mặt, chúng tôi tuân thủ tiêu chuẩn SSPC-SP6 để tạo ra độ nhám bề mặt (anchor profile) từ 50–85 micron. Độ nhám này đảm bảo nền bề mặt thích hợp cho việc bám dính lớp phủ, đồng thời loại bỏ hoàn toàn lớp vảy cán (mill scale) và gỉ sắt trong quá trình chuẩn bị. Trong suốt quy trình này, chúng tôi kiểm soát chặt chẽ môi trường chuẩn bị và phun bi, đây là một lợi thế so với điều kiện chuẩn bị tại hiện trường – vốn thường không thể dự đoán trước. Trước khi xuất xưởng, tất cả các bộ phận đều được kiểm tra trên máy đo tọa độ (CMM) nhằm đảm bảo độ khớp phù hợp của mọi chi tiết tại công trường trước khi tiến hành lắp ráp.

Quy trình kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất và quy trình kiểm tra của bên thứ ba

Việc xây dựng một hệ thống kiểm soát chất lượng (QC) vững chắc sẽ đảm bảo các vấn đề được phát hiện và xử lý ở mọi giai đoạn sản xuất. Kiểm soát chất lượng tại các điểm kiểm tra (Checkpoint QC) bao gồm việc kỹ thuật viên QC thực hiện các phép đo vật lý và thanh tra viên hàn chụp ảnh các mối hàn kèm hình ảnh chụp X-quang kỹ thuật số. Các cuộc kiểm tra QC bất ngờ được thực hiện bởi các thanh tra viên độc lập có chứng chỉ ISO 17020 và các chuyên gia tư vấn tuân thủ tiêu chuẩn AISC 303. Tùy theo quy mô cuộc kiểm tra (nếu có), các đánh giá nứt bề mặt bằng phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng hạt từ, đánh giá độ cứng (sau nhiệt luyện) và đo độ dày lớp phủ sẽ được tiến hành như một phần trong danh mục kiểm tra. Các cuộc kiểm tra an toàn từ năm trước cho thấy việc áp dụng hệ thống QC ba cấp độ đã giúp giảm trung bình 66% số khuyết tật so với phương pháp kiểm tra một giai đoạn. Chúng tôi sử dụng một hệ thống truy xuất nguồn gốc toàn diện nhằm đảm bảo lịch sử của từng thành phần được ghi chép đầy đủ, bắt đầu từ điểm xuất xứ của nguyên vật liệu, qua từng giai đoạn trong quy trình sản xuất và đến thời điểm xuất hàng từ cơ sở sản xuất.

Giai đoạn 3: Chuẩn bị mặt bằng và tích hợp nền móng

Chuẩn bị mặt bằng là một trong những bước quan trọng nhất trong quá trình thi công các kết cấu thép. Ở giai đoạn đầu của quy trình, đội thi công dọn sạch mặt bằng xây dựng khỏi mọi tàn dư không cần thiết từ các công trình cũ, cũng như các loại rác thải và sinh khối khác dưới dạng cây cối và bụi rậm. Sau khi mặt bằng đã được dọn sạch, họ san phẳng khu vực làm việc để đảm bảo bề mặt nền đất đồng đều trong phạm vi sai lệch tối đa 25 mm theo mọi hướng. Các nền móng và công trình xây dựng khác nhau yêu cầu các mức độ khả năng chịu tải khác nhau. Trước khi bắt đầu đào móng công trình, kỹ sư xây dựng tiến hành kiểm tra đất nhằm xác định khả năng chịu tải của đất. Trong quá trình chuẩn bị nền đất, công nhân xây dựng đầm nén đất theo nhiều lớp và đồng thời lắp đặt các ống dẫn cần thiết cho hệ thống cấp nước, điện và viễn thông. Khi nền đất đã được chuẩn bị xong, bê tông được xử lý nhiệt và công nhân xây dựng đặt các bu-lông neo vào bê tông đã đổ vữa để phục vụ việc căn chỉnh sau này với khung thép của công trình. Sau khi bê tông đạt cường độ đầy đủ, công nhân xây dựng tiến hành kiểm tra cuối cùng nhằm xác định mặt bằng thi công có nằm trong giới hạn dung sai quy định hay không. Khi mặt bằng thi công đã được chuẩn bị đầy đủ, kỹ sư xây dựng bắt đầu quá trình thi công thực tế.

Giai đoạn 4: Lắp dựng kết cấu và ổn định khung

Thứ tự lắp dựng: Gia cố trước tiên và ưu tiên các khoang chịu gió

Việc bắt đầu bằng công tác gia cố là yếu tố then chốt trong việc xây dựng các cụm kết cấu thép ổn định trong điều kiện có gió. Kỹ thuật này bao gồm việc lắp đặt ngay các thanh giằng chính ngay sau khi các cột đầu tiên được đặt vào vị trí. Kỹ thuật này tạo ra một khu vực làm việc tự đứng vững, giúp giảm độ võng theo phương thẳng đứng và hạn chế tối đa nguy cơ sụp đổ trong tương lai. Khi xem xét các khoang chịu gió, các nhà thầu thường ưu tiên cách ly và thi công từng khoang chịu gió riêng lẻ thay vì thực hiện đồng thời tất cả các khoang. Điều này giúp giảm tổng độ võng tác động lên kết cấu. Các nguyên tắc này được áp dụng tại các công trường xây dựng nhằm nâng cao an toàn cho người lao động, đảm bảo độ tin cậy trong việc lắp ráp đúng các thành phần cấu tạo và duy trì tính toàn vẹn tổng thể của quy trình lắp dựng kết cấu.

Tuân thủ tiêu chuẩn AISC 360: Hiệu chuẩn kích thước, định vị cột và vì kèo, cũng như lắp đặt xà gồ

Độ lệch đối với tất cả các phép đo đều nằm trong giới hạn dung sai theo Chương 7 của tiêu chuẩn AISC 360 dành cho các quy trình gia công và lắp dựng. Các cuộc khảo sát sẽ chứng minh rằng độ lệch đã được kiểm soát trong giới hạn quy định trước khi bắt đầu lắp đặt hệ thống vỏ bao (envelope).

Giai đoạn 5: Hoàn thành hệ thống vỏ bao (envelope) và bàn giao dự án

Vật liệu ốp tường, cầu nối nhiệt và Đánh giá trước khi bàn giao

Bước cuối cùng trước khi hoàn thành toàn bộ vỏ bao che công trình là lắp đặt các tấm ốp, góp phần nâng cao hiệu quả năng lượng của tòa nhà. Ở bước đầu tiên, các nhà thầu thi công hệ thống ốp ngoài công trình sẽ căn chỉnh các tấm ốp bằng hệ thống liên kết chống ăn mòn, sau đó trám kín tất cả các mối nối bằng vật liệu chống thấm để bảo vệ công trình khỏi độ ẩm. Một vấn đề quan trọng xuyên suốt toàn bộ quá trình xây dựng là hiện tượng cầu nhiệt — nguyên nhân gây ra 30% tổn thất năng lượng trong các tòa nhà thương mại. Để loại bỏ hiện tượng cầu nhiệt, các nhà thầu cách nhiệt các mối nối kết cấu sao cho lớp cách nhiệt luôn đầy đủ và liên tục. Trước khi bàn giao dự án, đội ngũ thực hiện dự án phải đáp ứng danh sách kiểm tra gồm 12 chức năng trực quan, bao gồm độ siết chặt của các bulông liên kết, chất lượng lớp trám kín, hoạt động hiệu quả của hệ thống thoát nước và tính toàn vẹn của lớp ngăn khí. Các chuyên gia kiểm tra độc lập đánh giá tính toàn vẹn của lớp ngăn khí theo tiêu chuẩn ASTM E283. Các nhà thầu xác minh kích thước và khoảng cách lắp đặt nhằm đảm bảo tuân thủ Hướng dẫn AISC 360. Bảo hành được lập thành văn bản và hoàn tất. Tất cả những chức năng này đều là những bước kết thúc cần thiết nhằm đảm bảo vỏ bao che công trình đạt yêu cầu kín nước, đúng quy chuẩn, sẵn sàng đưa vào sử dụng và vận hành hiệu quả về năng lượng, mang lại sự thoải mái quanh năm cho người sử dụng.

Câu hỏi thường gặp

Quy hoạch trước thi công trong các dự án kết cấu thép là gì?

Giai đoạn quy hoạch trước thi công giảm thiểu rủi ro phải làm lại bằng cách thiết lập khung kỹ thuật và quy định đầu tiên, đồng thời chuyển đổi các yêu cầu khái niệm thành bản vẽ chi tiết.

Việc phối hợp mô hình thông tin công trình (BIM) trong giai đoạn trước thi công mang lại những lợi ích gì?

Việc phối hợp BIM cho phép phát hiện sớm các vấn đề trong thiết kế, nhờ đó giảm khoảng 15% khối lượng công việc phải làm lại. Điều này giúp tiết kiệm cả thời gian lẫn chi phí.

Lợi ích của việc chế tạo tại nhà máy so với thi công tại hiện trường là gì?

Khi thực hiện chế tạo tại nhà máy, môi trường làm việc được kiểm soát tốt hơn, giúp hoàn thành công việc với độ chính xác cao hơn cũng như tính nhất quán tốt hơn. Các tác động tiêu cực do thời tiết xấu gây ra cũng ít ảnh hưởng hơn.

Giai đoạn tích hợp nền móng là gì và bao gồm những nội dung nào?

Giai đoạn tích hợp nền móng bao gồm việc dọn dẹp mặt bằng, san lấp mặt bằng, thực hiện các xét nghiệm đất, lắp đặt hệ thống tiện ích ngầm và đổ bê tông cho nền móng với các bu-lông neo đã được định vị.

Các biện pháp nào được áp dụng để đảm bảo ổn định kết cấu trong quá trình dựng xây một tòa nhà?

Tính ổn định kết cấu chủ yếu được đảm bảo thông qua phương pháp gia cố trước tiên và ưu tiên sử dụng các khoang chống gió để gia cố công trình trong giai đoạn lắp ráp.