Biện pháp lắp dựng khung thép là phần quyết định một nhà xưởng tiền chế có được dựng lên an toàn hay không. Thực tế cho thấy giai đoạn khung thép yếu nhất không phải khi công trình đã hoàn thiện, mà là lúc đang dựng dở. Khi đó cột chưa có kèo, kèo chưa có xà gồ, giằng vĩnh cửu chưa căng, và cả hệ khung chỉ đứng vững nhờ vài sợi cáp giằng tạm. Chỉ một cơn giông chiều, một điểm treo cáp sai hay một bán kèo dựng lệch trình tự cũng có thể làm sập dây chuyền nhiều khung, gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Bài viết này đi sâu vào những gì các tài liệu lắp dựng thông thường ít đề cập: lập kế hoạch cẩu lắp, ổn định cột tự đứng, chống mất ổn định ngang của kèo khi cẩu, thiết kế và tháo giằng tạm, kiểm tra ổn định cuối ca và quy trình ứng phó khi có gió bão.
Vì Sao Khung Thép Dễ Mất Ổn Định Nhất Khi Đang Lắp Dựng?
Sơ Đồ Chịu Lực Tạm Thời Khác Sơ Đồ Thiết Kế
Khi tính toán, kỹ sư kết cấu giả định khung đã hoàn chỉnh: cột liên kết với kèo, kèo được xà gồ và giằng cánh giữ ổn định ngang, toàn nhà được khóa bởi hệ giằng mái và giằng cột. Trong lúc lắp dựng, nhiều liên kết này chưa tồn tại. Cột có thể đang là một thanh công-xôn đứng tự do trên bu lông neo, kèo có thể là một thanh dài treo trên cẩu không có gì giữ cánh nén. Sơ đồ chịu lực tạm thời vì vậy yếu hơn nhiều so với sơ đồ thiết kế.
Các Nguyên Nhân Sự Cố Phổ Biến
- Không dựng gian khóa cứng trước, các khung đứng riêng lẻ không có điểm tựa, dễ đổ kiểu domino.
- Thiếu hoặc tháo giằng tạm quá sớm, nhất là tháo cáp cẩu khi cột chưa được neo giằng.
- Cẩu kèo sai điểm treo, kèo bị vặn xoắn, cong vênh hoặc mất ổn định ngang.
- Dựng hết một bên bán kèo của khung có cột giữa, làm lệch tải và thay đổi sơ đồ chịu lực.
- Bỏ qua thời tiết, tiếp tục cẩu lắp khi gió mạnh hoặc để khung dở dang qua đêm có giông.
- Bu lông chưa siết đủ hoặc thiếu bu lông ở các nút khung khi đã chuyển sang khung kế tiếp.
Lập Kế Hoạch Cẩu Lắp (Lifting Plan) Trước Khi Dựng Khung
Chọn Cần Trục Theo Biểu Đồ Tải
Mỗi cần trục có biểu đồ tải (load chart) cho biết sức nâng ứng với từng tầm với và chiều dài cần. Kỹ sư phải xác định:
- Tải cẩu thực tế: trọng lượng cấu kiện nặng nhất cộng trọng lượng móc, cáp, ma ní, đòn gánh (nếu dùng).
- Tầm với lớn nhất: khoảng cách từ tâm quay cần trục đến tâm cấu kiện ở vị trí lắp xa nhất.
- Chiều cao nâng: cao độ lắp đặt cộng chiều cao dây treo và khoảng an toàn.
Tải cẩu thực tế phải nhỏ hơn sức nâng cho phép tại tầm với tương ứng với hệ số dự trữ hợp lý. Nhiều nhà thầu khống chế mức sử dụng không vượt khoảng 75–80% sức nâng theo biểu đồ cho các lần cẩu thông thường, và lập kế hoạch riêng cho lần cẩu tới hạn.
Mặt Bằng Đứng Cẩu Và Vùng Nguy Hiểm
- Nền đặt chân chống cần trục phải được lu lèn, kê tấm thép hoặc tà vẹt để phân bố áp lực, tránh lún nghiêng.
- Xác định vị trí đứng cẩu cho từng trục, đường di chuyển của cẩu và xe chở cấu kiện trên bản vẽ biện pháp.
- Khoanh vùng nguy hiểm theo bán kính quay cần và phạm vi rơi của tải; tuyệt đối không ai đứng hoặc đi lại dưới tải đang treo.
- Giữ khoảng cách an toàn với đường dây điện trên không theo quy định.
Điểm Treo Và Thiết Bị Treo Buộc
- Cáp, ma ní, móc cẩu phải có tải trọng làm việc an toàn phù hợp và được kiểm tra trước mỗi ca.
- Cột được cẩu bằng tai cẩu hoặc điểm treo gần đỉnh, có biện pháp lót bảo vệ sơn tại vị trí quàng cáp.
- Kèo dài nên dùng tối thiểu hai điểm treo, đặt khoảng 1/4 chiều dài tính từ mỗi đầu; với kèo rất dài hoặc mảnh nên dùng đòn gánh (spreader beam) và nhiều điểm treo để giảm mô-men và chống vặn xoắn.
- Luôn dùng dây lái (tag line) ở hai đầu cấu kiện để kiểm soát hướng quay, công nhân không dùng tay đỡ trực tiếp tải đang treo.
Biện Pháp An Toàn Khi Lắp Dựng Cột Thép
Kiểm Tra Trước Khi Dựng Cột
- Bu lông neo đã được nghiệm thu tim, cao độ, ren sạch, đai ốc cân chỉnh đã đặt đúng cao độ.
- Bê tông móng đã đạt cường độ cho phép lắp dựng.
- Cột được kiểm tra mã hiệu, chiều dài, bản đế, các bản mã liên kết; vệ sinh và dặm sơn trầy xước trước khi cẩu.
Ổn Định Cột Tự Đứng
Ngay khi đặt lên bu lông neo, cột là một thanh công-xôn chịu gió. Biện pháp bắt buộc:
- Lắp đủ đai ốc và long đen trên toàn bộ bu lông neo, siết vừa đủ chặt trước khi tháo cáp cẩu. Không được tháo cáp khi mới bắt một vài bu lông.
- Neo giữ cột bằng ít nhất hai đến bốn sợi cáp giằng tạm theo các phương, mỗi sợi có tăng đơ để cân chỉnh, đầu neo vào mố neo, cọc thép hoặc móng lân cận.
- Lắp ngay giằng cột, xà gồ vách hoặc thanh chống nối cột vừa dựng với cột đã ổn định trước đó.
Căn Chỉnh Độ Thẳng Đứng
- Dùng máy kinh vĩ hoặc toàn đạc theo hai phương vuông góc để kiểm tra độ thẳng đứng; điều chỉnh bằng đai ốc cân chỉnh và tăng đơ cáp giằng.
- Không dùng búa đánh, kích tỳ lệch tâm hay cẩu kéo để “nắn” cột, vì có thể làm hỏng bu lông neo hoặc nứt cổ móng.
- Ghi lại số đo độ thẳng đứng từng cột vào biên bản để làm cơ sở nghiệm thu.
Biện Pháp An Toàn Khi Tổ Hợp Và Cẩu Lắp Kèo
Tổ Hợp Kèo Dưới Mặt Đất
- Tổ hợp các đoạn kèo trên mặt bằng phẳng, kê gỗ đủ cao để thao tác siết bu lông mặt bích và tránh xước sơn.
- Kiểm tra chiều dài tổng, độ thẳng và độ vồng của kèo sau tổ hợp so với bản vẽ.
- Siết bu lông mặt bích nối kèo theo trình tự đối xứng, từ giữa ra ngoài và từ hàng gần cánh chịu kéo, siết thành nhiều vòng cho đến khi đạt lực yêu cầu.
Chống Mất Ổn Định Ngang Của Kèo Khi Cẩu
Kèo khung Zamil là cấu kiện chữ I mảnh và dài. Khi treo trên cẩu, cánh nén của kèo không có xà gồ hay giằng cánh giữ nên rất dễ mất ổn định uốn xoắn: kèo bị lật ngang, vặn xoắn hoặc cong vênh vĩnh viễn. Để kiểm soát:
- Bố trí điểm treo sao cho đoạn công-xôn ngoài điểm treo không quá dài, thông thường không vượt khoảng 1/3 chiều dài cấu kiện.
- Với kèo dài, dùng đòn gánh để lực treo thẳng đứng, tránh lực nén ngang do cáp xiên góc.
- Nâng thử cách mặt đất khoảng vài chục centimét, dừng lại kiểm tra cân bằng và độ võng trước khi cẩu lên cao.
- Không cẩu kèo khi gió giật mạnh, vì kèo có diện tích đón gió lớn và dễ quay mất kiểm soát.
Lắp Kèo Lên Đỉnh Cột
- Công nhân thao tác trên xe nâng người hoặc thang rọ, không trèo lên cột hay đứng trên kèo đang treo.
- Xỏ và siết bu lông mặt bích nối cột – kèo tới trạng thái đủ chặt trước khi giảm tải cẩu.
- Lắp ngay cáp giằng tạm cho bán kèo, thường ở khoảng giữa nhịp bán kèo, neo về chân cột hoặc khung đã ổn định.
- Nhả nhẹ cáp cẩu, quan sát độ ổn định rồi mới nhả hẳn.
Không Dựng Hết Một Bên Bán Kèo
Với khung có cột giữa hoặc nhiều nhịp, tuyệt đối không dựng hết các bán kèo một bên rồi mới dựng bên còn lại. Cách làm này khiến cột giữa chịu tải lệch, khung bị kéo nghiêng và thay đổi sơ đồ chịu lực thiết kế, có thể sập khi gặp gió. Hai bán kèo của cùng một khung phải được lắp và khép kín liên tiếp.
Hệ Giằng Tạm Và Nguyên Tắc Gian Khóa Cứng
Gian Khóa Cứng Là Gì?
Gian khóa cứng (braced bay) là khoang giữa hai khung có hệ giằng cột và giằng mái vĩnh cửu theo thiết kế, thường là gian thứ hai tính từ đầu hồi hoặc gian giữa nhà. Đây phải là gian được dựng đầu tiên và hoàn thiện đầy đủ: cột, kèo, xà gồ mái, xà gồ vách, giằng chéo mái, giằng chéo cột, thanh chống. Khi đã căng chỉnh và nghiệm thu, gian khóa trở thành một khối hộp không gian ổn định, là điểm tựa để lắp các khung tiếp theo.
Thiết Kế Hệ Giằng Tạm
- Cáp giằng: dùng cáp thép có đường kính và tải trọng phá hủy phù hợp với lực gió tác động lên khung đang dựng, kèm tăng đơ để căng chỉnh.
- Mố neo: cọc thép đóng xuống đất, khối bê tông hoặc tổ bu lông neo của móng lân cận; tuyệt đối không neo vào vật không đủ chịu lực như hàng rào, cây xanh.
- Bố trí: cáp giằng cột theo hai phương, cáp giằng kèo về hai phía; góc cáp hợp lý để thành phần lực ngang đủ lớn.
- Thanh chống và xà gồ tạm: khi chưa thể lắp đủ xà gồ, lắp xà gồ tạm tại các vị trí đỉnh mái, nách khung để nối khung mới với khung đã ổn định.
Lắp Các Khung Tiếp Theo
- Từ gian khóa, lắp nối tiếp các khung ra hai phía; khung nào dựng xong phải được nối ngay vào hệ chung bằng xà gồ và giằng trước khi chuyển sang khung kế tiếp.
- Nhiều nhà thầu đặt quy định nội bộ: chỉ dựng khung mới khi khung trước đã có tối thiểu một tỷ lệ xà gồ nhất định (ví dụ khoảng một nửa số xà gồ của khoang) và đủ cáp giằng tạm.
- Cuối mỗi ca, không để bất kỳ khung nào đứng riêng lẻ không được nối với gian khóa.
Khi Nào Được Tháo Giằng Tạm?
Chỉ tháo giằng tạm khi đồng thời thỏa mãn:
- Toàn bộ xà gồ, giằng cánh, thanh chống của khoang đã lắp đủ 100%.
- Giằng chéo vĩnh cửu đã được cân chỉnh và căng đủ lực.
- Bu lông các nút khung đã siết đạt lực và được đánh dấu kiểm tra.
- Khung đã được nghiệm thu độ thẳng đứng, tim trục, cao độ.
Tháo giằng tạm theo thứ tự ngược với lúc lắp, từng sợi một, quan sát phản ứng của khung trước khi tháo sợi tiếp theo.
Giằng Cánh (Fly Brace) Và Xà Gồ Trong Ổn Định Kèo
Giằng cánh là thanh chéo nối cánh dưới của kèo với xà gồ, giữ cánh dưới không bị lật ngang khi chịu nén, ví dụ khi gió bốc mái. Giằng cánh là cấu kiện vĩnh cửu thường bị lắp thiếu hoặc lắp muộn. VMSTEEL yêu cầu lắp giằng cánh ngay khi lắp xà gồ của khoang tương ứng, vì thiếu giằng cánh thì kèo có thể mất ổn định ngay cả khi đã có mái.
Kiểm Soát Thời Tiết, Kiểm Tra Cuối Ca Và Ứng Phó Gió Bão
Giới Hạn Gió Khi Cẩu Lắp
Mỗi cần trục có giới hạn tốc độ gió cho phép làm việc do nhà sản xuất quy định. Ngoài ra, với cấu kiện có diện tích đón gió lớn như kèo, tấm tôn, ngưỡng an toàn thực tế còn thấp hơn. Biện pháp thi công cần quy định rõ:
- Ngưỡng gió phải dừng cẩu lắp, căn cứ giới hạn của nhà sản xuất cần trục và điều kiện thực tế; thực tế nhiều công trường dừng cẩu khi gió khoảng cấp 5 trở lên hoặc khi có gió giật.
- Người có thẩm quyền ra lệnh dừng (chỉ huy trưởng hoặc giám sát an toàn) và thiết bị đo gió tại công trường.
- Không lợp tôn mái khi gió mạnh, vì tấm tôn có thể bị cuốn bay gây tai nạn.
Kiểm Tra Ổn Định Cuối Ca
Trước khi kết thúc mỗi ngày làm việc, kỹ sư hiện trường kiểm tra:
- Không có khung đứng riêng lẻ; mọi khung đã nối vào gian khóa bằng xà gồ, giằng.
- Cáp giằng tạm còn căng, tăng đơ khóa chặt, mố neo không xê dịch.
- Không còn cấu kiện treo trên cẩu; cần cẩu hạ xuống vị trí an toàn.
- Tôn, xà gồ, vật tư rời trên mái được buộc chặt hoặc hạ xuống.
Quy Trình Ứng Phó Khi Có Bão
- Theo dõi dự báo thời tiết hằng ngày; khi có cảnh báo áp thấp, bão, tăng cường cáp giằng tạm cho các khung chưa hoàn thiện.
- Ưu tiên hoàn thiện giằng vĩnh cửu của các khoang đang dở dang hơn là dựng thêm khung mới.
- Hạ cần cẩu, sơ tán người khỏi khu vực khung đang dựng khi gió mạnh.
- Sau bão, kiểm tra lại độ thẳng đứng, tim trục, bu lông và cáp giằng trước khi thi công tiếp.
An Toàn Lao Động Theo QCVN 18:2021/BXD Khi Lắp Dựng Khung Thép
Lắp dựng khung thép là công việc làm việc trên cao, có nhiều tải treo và thiết bị nâng hoạt động đồng thời. Các yêu cầu cốt lõi theo tinh thần QCVN 18:2021/BXD về an toàn trong thi công xây dựng gồm:
- Làm việc trên cao: công nhân lắp dựng dùng dây an toàn toàn thân, luôn móc vào dây cứu sinh (lifeline) hoặc điểm neo chắc chắn; dùng loại hai móc để luôn có ít nhất một móc được neo khi di chuyển. Căng lưới an toàn dưới khu vực thi công mái.
- Phương tiện làm việc trên cao: ưu tiên xe nâng người, thang rọ có kiểm định, không trèo theo cột hay đi trên cánh kèo khi chưa có lan can, dây cứu sinh.
- Thiết bị nâng: cần trục, cáp, móc, ma ní có giấy kiểm định còn hiệu lực; người vận hành, người móc cáp và người ra tín hiệu có chứng chỉ, thống nhất tín hiệu.
- Dụng cụ cầm tay: cờ lê, búa, súng bắn bu lông trên cao phải có dây buộc chống rơi.
- Trang bị bảo hộ: mũ, giày mũi thép, găng tay, áo phản quang bắt buộc với mọi người trong công trường.
- Huấn luyện: huấn luyện an toàn trước khi vào công trường, họp nhanh đầu ca phổ biến công việc và mối nguy trong ngày.
Checklist Nghiệm Thu Khung Thép Sau Lắp Dựng
| Hạng Mục Kiểm Tra | Nội Dung | Phương Pháp |
|---|---|---|
| Cột | Tim trục, cao độ, độ thẳng đứng theo hai phương | Máy kinh vĩ, toàn đạc |
| Kèo | Cao độ đỉnh kèo, độ võng, độ thẳng ngoài mặt phẳng | Máy thủy bình, dây căng |
| Bu lông nút khung | Đủ số lượng, đạt lực siết, đã đánh dấu | Cờ lê lực, kiểm tra xác suất |
| Hệ giằng | Giằng chéo mái, giằng cột đã căng; giằng cánh lắp đủ | Quan sát, kiểm tra tăng đơ |
| Xà gồ | Đủ số lượng, đúng chiều, có thanh chống xà gồ | Đối chiếu bản vẽ |
| Giằng tạm | Đã tháo hết đúng trình tự sau khi khung ổn định | Quan sát |
| Bề mặt sơn | Các vết trầy xước đã được dặm vá | Quan sát, đo chiều dày nếu cần |
Sai số cho phép của từng chỉ tiêu được lấy theo TCVN 170:2007 về thi công và nghiệm thu kết cấu thép và chỉ dẫn kỹ thuật của dự án. Biên bản nghiệm thu khung là điều kiện để chuyển sang giai đoạn lợp mái, vách.
Những Câu Hỏi Thường Gặp Về Biện Pháp Lắp Dựng Khung Thép
Vì Sao Phải Dựng Gian Khóa Cứng Đầu Tiên?
Vì gian khóa có hệ giằng vĩnh cửu theo cả hai phương, tạo thành một khối ổn định làm điểm tựa cho các khung khác. Dựng khung riêng lẻ không có gian khóa là nguyên nhân hàng đầu của các vụ đổ khung dây chuyền.
Cẩu Kèo Cần Bao Nhiêu Điểm Treo?
Tối thiểu hai điểm treo cho kèo thông thường. Kèo dài, mảnh nên dùng đòn gánh và nhiều điểm treo hơn để chống vặn xoắn và mất ổn định ngang.
Gió Mạnh Bao Nhiêu Thì Phải Dừng Cẩu Lắp?
Theo giới hạn của nhà sản xuất cần trục và quy định trong biện pháp thi công. Với cấu kiện đón gió lớn như kèo và tôn, nên dừng sớm hơn giới hạn đó; nhiều công trường dừng khi gió khoảng cấp 5 hoặc có gió giật.
Có Được Tháo Cáp Cẩu Khi Mới Bắt Vài Bu Lông Không?
Không. Chỉ tháo cáp cẩu khi cột đã được bắt đủ bu lông neo, siết vừa chặt và có cáp giằng tạm; với kèo, khi bu lông mặt bích đã siết đủ chặt và đã lắp giằng tạm.
Các bước từ móng đến hoàn thiện được trình bày đầy đủ trong bài Quy Trình Thi Công Nhà Xưởng Khung Thép Tiền Chế, còn những kinh nghiệm về chọn nhà thầu, địa chất và tiến độ được tổng hợp tại bài 8 Lưu Ý Khi Thi Công Nhà Xưởng Tiền Chế Tại Việt Nam.
Tóm lại, biện pháp lắp dựng khung thép an toàn dựa trên năm trụ cột: lập kế hoạch cẩu lắp theo biểu đồ tải, giữ ổn định cột tự đứng bằng bu lông và cáp giằng, cẩu kèo đúng điểm treo để chống mất ổn định ngang, dựng gian khóa cứng trước và chỉ tháo giằng tạm khi khung đã hoàn chỉnh, cùng kỷ luật kiểm soát thời tiết và an toàn lao động trên cao. Làm đúng những điều này, khung thép không chỉ đứng vững trong lúc thi công mà còn đạt đúng độ chính xác để mái, vách và cầu trục vận hành bền lâu. Nếu quý công ty muốn xem toàn cảnh về giải pháp, quy trình và báo giá trọn gói, hãy tham khảo thêm bài viết Thi công nhà xưởng tiền chế.
