Tối ưu chi phí chống cháy kết cấu thép từ thiết kế đến thi công

Tối ưu chi phí chống cháy kết cấu thép không đơn thuần là tìm vật liệu có đơn giá thấp. Chi phí chỉ được kiểm soát hiệu quả khi yêu cầu chịu lửa, khả năng chịu lực của cấu kiện, hệ số tiết diện và điều kiện thi công được xác định ngay từ giai đoạn thiết kế. Thông qua quá trình tính toán và phân nhóm cấu kiện, Bốn IBST giúp chủ đầu tư lựa chọn phương án bảo vệ phù hợp, tránh thi công dư chiều dày hoặc bảo vệ những vị trí không cần thiết. Bài viết dưới đây phân tích cách kiểm soát chi phí từ thiết kế đến nghiệm thu.

Những yếu tố quyết định chi phí chống cháy kết cấu thép

Chi phí chống cháy phụ thuộc đồng thời vào yêu cầu an toàn, đặc điểm kết cấu và phương pháp thi công. Chỉ so sánh giá vật liệu theo mét vuông chưa phản ánh đúng tổng chi phí của phương án.

• Giới hạn chịu lửa yêu cầu: Mỗi công trình và cấu kiện có thể được yêu cầu duy trì khả năng chịu lực trong thời gian khác nhau. Thời gian yêu cầu càng cao, chiều dày lớp bảo vệ và chi phí thi công thường càng tăng.
• Hệ số tiết diện của cấu kiện: Cấu kiện có chu vi tiếp xúc với lửa lớn so với thể tích thép sẽ nóng nhanh hơn. Thép hình nhỏ, mảnh thường cần mức bảo vệ khác với cột hoặc dầm có tiết diện lớn.
• Mức sử dụng khả năng chịu lực: Hai cấu kiện cùng tiết diện nhưng chịu tải khác nhau có thể có nhiệt độ tới hạn khác nhau. Cấu kiện đang làm việc gần giới hạn chịu lực thường cần được xem xét kỹ hơn trong điều kiện cháy.
• Vật liệu bảo vệ: Sơn, vữa phun và tấm chống cháy có đơn giá, yêu cầu bề mặt, tốc độ thi công và khả năng hoàn thiện khác nhau. Phương án rẻ về vật tư chưa chắc có tổng chi phí thấp nhất.
• Điều kiện công trường: Chiều cao thi công, không gian thao tác, tiến độ, độ ẩm và mức độ phức tạp tại nút liên kết đều ảnh hưởng đến nhân công, thiết bị và lượng hao hụt.

Trong các dự án xây dựng, những yếu tố trên cần được đánh giá đồng thời. Việc áp một định mức chung cho toàn bộ hệ kết cấu có thể làm dự toán tăng nhưng chưa chắc nâng cao hiệu quả bảo vệ.

Quy trình tối ưu chi phí chống cháy kết cấu thép

Muốn kiểm soát chi phí từ đầu, dự án cần triển khai theo trình tự kỹ thuật rõ ràng. Mỗi bước cung cấp dữ liệu cho bước sau và hạn chế thay đổi khi đã đặt vật tư hoặc tổ chức thi công.

Xác định đúng yêu cầu chịu lửa

Trước tiên, đơn vị thiết kế phải xác định bậc chịu lửa của công trình, công năng sử dụng, khoang cháy và vai trò của từng cấu kiện. Từ đó, yêu cầu chịu lửa được thể hiện bằng các tiêu chí phù hợp như khả năng chịu lực, tính toàn vẹn hoặc khả năng cách nhiệt.

Đối với kết cấu thép chịu lực, tiêu chí R thường được quan tâm trực tiếp. Tuy nhiên, không nên mặc định mọi dầm, cột, xà gồ và thanh giằng đều phải đạt cùng một mức. Cần làm rõ cấu kiện nào tham gia duy trì ổn định tổng thể khi xảy ra cháy và cấu kiện nào có yêu cầu riêng theo hồ sơ thiết kế.

Kiểm tra khả năng chịu lực trong điều kiện cháy

Nhiệt độ tăng làm giảm cường độ và độ cứng của thép. Tuy nhiên, không có một nhiệt độ tới hạn duy nhất áp dụng cho mọi cấu kiện. Giá trị này phụ thuộc vào loại thép, tiết diện, điều kiện liên kết, mức tải và dạng mất ổn định có thể xảy ra.

Quá trình tính toán cần xem xét:

• Tải trọng trong tình huống cháy: Tổ hợp tải trọng khi cháy khác với tổ hợp sử dụng thông thường. Xác định đúng mức tải giúp tránh đánh giá cấu kiện bất lợi hơn thực tế.
• Sự gia tăng nhiệt độ thép: Tốc độ tăng nhiệt phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc với lửa, đặc điểm tiết diện và tính chất của lớp bảo vệ.
• Sức chịu tải còn lại: Khả năng chịu kéo, nén, uốn và ổn định của cấu kiện được kiểm tra tại nhiệt độ tính toán tương ứng.

Phân nhóm cấu kiện theo mức độ bảo vệ

Sau khi tính toán, các cấu kiện nên được phân thành từng nhóm thay vì sử dụng một chiều dày chung. Mỗi nhóm có thể dựa trên dạng tiết diện, hệ số tiết diện, mức tải, số mặt tiếp xúc với lửa và giới hạn chịu lửa yêu cầu.

Ví dụ, cột thép tiếp xúc với lửa ở bốn mặt không thể mặc nhiên dùng cùng định mức với dầm liên hợp có sàn che phía trên. Tương tự, thanh giằng mảnh có tốc độ tăng nhiệt khác với cột hộp có tiết diện lớn.

Bảng thống kê cần thể hiện mã cấu kiện, vị trí, số lượng, diện tích bảo vệ, yêu cầu chịu lửa và chiều dày dự kiến. Cách phân nhóm này giúp nhà thầu bóc tách vật tư chính xác, đồng thời tạo cơ sở kiểm tra tại hiện trường.

Lựa chọn vật liệu chống cháy phù hợp

Mỗi vật liệu có phạm vi áp dụng và điều kiện thi công riêng. Việc lựa chọn phải dựa trên tài liệu kỹ thuật, kết quả thử nghiệm của hệ bảo vệ và khả năng tương thích với tiết diện thực tế.

Sơn chống cháy phù hợp với cấu kiện cần giữ hình dáng và yêu cầu hoàn thiện tốt. Vữa chống cháy có lợi thế khi thi công diện tích lớn nhưng cần kiểm soát độ bám dính và bề mặt hoàn thiện. Tấm chống cháy thuận lợi cho thi công khô, song có thể phát sinh nhiều chi tiết tại nút liên kết phức tạp.

Ngoài đơn giá vật liệu, dự toán cần tính đủ lớp sơn lót, lớp phủ bảo vệ, lưới gia cường nếu có, giàn giáo, nhân công, xử lý bề mặt và hao hụt. So sánh tổng chi phí hoàn thành sẽ chính xác hơn so với chỉ đối chiếu giá một kilôgam vật liệu.

Kiểm soát thi công và nghiệm thu

Một phương án đã được tối ưu trên bản vẽ vẫn có thể phát sinh chi phí nếu quản lý hiện trường không chặt chẽ. Trước khi thi công đại trà, cần kiểm tra bề mặt thép, loại sơn lót, điều kiện môi trường và biện pháp tạo chiều dày theo từng lớp.

Trong quá trình thực hiện, nhà thầu phải ghi nhận diện tích, số lớp, mức tiêu hao và chiều dày tại các vị trí đại diện. Những khu vực như bản mã, bu lông, góc khuất và điểm giao cấu kiện cần được quy định rõ để tránh bỏ sót hoặc thi công lặp lại.

So sánh các giải pháp bảo vệ kết cấu thép

Không có vật liệu nào luôn tiết kiệm nhất cho mọi công trình. Chủ đầu tư nên so sánh theo tổng chi phí hoàn thành, yêu cầu thẩm mỹ, điều kiện vận hành và khả năng sửa chữa sau này.

Xem thêm: Thiết kế kết cấu thép chịu lửa theo yêu cầu công trình

Những sai lầm làm tăng chi phí chống cháy

Phần lớn chi phí phát sinh không chỉ đến từ giá vật liệu. Thiếu dữ liệu thiết kế, bóc tách không chính xác và thay đổi biện pháp giữa quá trình thi công đều có thể làm ngân sách tăng đáng kể.

• Áp dụng một chiều dày cho mọi cấu kiện: Cách làm này đơn giản khi lập dự toán nhưng bỏ qua hệ số tiết diện, mức tải và số mặt tiếp xúc với lửa của từng nhóm.
• Chọn sản phẩm trước khi tính toán: Mỗi hệ vật liệu có bảng chiều dày và phạm vi thử nghiệm riêng. Chốt sản phẩm quá sớm có thể khiến phương án khó điều chỉnh hoặc không phù hợp với tiết diện thực tế.
• Bỏ qua hệ sơn nền: Sơn lót, sơn chống cháy và lớp phủ phải tương thích. Nếu lựa chọn thiếu đồng bộ, công trình có thể phải xử lý lại bề mặt hoặc thi công lại lớp bảo vệ.
• Bóc tách theo khối lượng thép: Chi phí bảo vệ thường gắn với diện tích bề mặt và cấu tạo tiếp xúc, không tỷ lệ trực tiếp với số tấn thép. Hai phương án có cùng trọng lượng vẫn có thể chênh lệch đáng kể về diện tích thi công.
• Thay đổi kết cấu sau khi đặt vật tư: Điều chỉnh tiết diện, bổ sung bản mã hoặc thay đổi biện pháp kiến trúc có thể làm sai bảng chiều dày đã lập, dẫn đến phải tính toán và đặt bổ sung vật liệu.

Với công trình hiện hữu hoặc đã thay đổi công năng, dữ liệu bản vẽ có thể không còn phản ánh đúng thực tế. Khi đó, khảo sát và kiểm định chất lượng công trình xây dựng giúp xác định tiết diện, tình trạng cấu kiện và khả năng chịu lực trước khi xây dựng phương án bảo vệ.

Tối ưu chi phí phải bắt đầu từ cơ sở tính toán

Tối ưu chi phí chống cháy kết cấu thép không đồng nghĩa với giảm tùy ý chiều dày hoặc chọn vật liệu rẻ nhất. Hiệu quả chỉ đạt được khi dự án xác định đúng yêu cầu chịu lửa, tính toán khả năng chịu lực, phân nhóm cấu kiện và quản lý thi công theo hồ sơ đã duyệt.

Nếu cần kiểm tra phương án thiết kế, so sánh vật liệu hoặc lập bảng chiều dày bảo vệ cho từng cấu kiện, hãy liên hệ Bốn IBST để được tư vấn dựa trên đặc điểm thực tế của công trình.