Ưu nhược điểm của kết cấu thép các chủ đầu tư cần biết

Nếu thực sự muốn đánh giá tầm quan trọng của kết cấu thép trong một công trình xây dựng thì khó có thể tóm gọn một lượt công dụng và ưu điểm của thép. Có quá nhiều điều để nói về đòn bẩy của việc sử dụng kết cấu thép! Sử dụng thép đã trở thành một thực tế phổ biến chủ yếu là do những lợi ích đa dạng và độ ổn định cao hơn của kết cấu thép với chi phí hợp lý.
Từ những tòa nhà chọc trời và những cây cầu đến những ngôi nhà hiện đại xinh đẹp, thép được sử dụng trong hầu hết các loại cấu trúc. Nó đã trở thành vật liệu xây dựng hàng đầu trong ngành xây dựng vì nó cung cấp đòn bẩy về độ bền và độ bền tuyệt vời trong giải pháp thiết kế kết cấu , tùy thuộc vào hình dạng và hình học của kết cấu.
Theo “Lorraine Farrelly”  (Tác giả xây dựng + vật chất), trước khi sử dụng thép trong xây dựng công trình trở thành thông lệ, trọng lượng của vật liệu xây dựng và lực hấp dẫn và lực nén đã xác định độ bền, cơ hội ổn định trong kết cấu và khả năng kiến ​​trúc của nó. Sự tiến bộ trong việc sử dụng thép trong ngành xây dựng đã mang đến một cách suy nghĩ khái niệm mới về các kết cấu xây dựng mới nhưng bền bỉ. Vì thép có quy mô độ bền kéo cao hơn, nó cho phép phát triển các hệ thống kết cấu mới và mang lại sự hỗ trợ vững chắc để xây dựng các khả năng thẩm mỹ sâu rộng (chẳng hạn như các tòa nhà chọc trời chống lại trọng lực) cho một công trình xây dựng hoặc dự án liên quan.Việc sử dụng thép đang gia tăng đều đặn trên toàn thế giới trong các dự án xây dựng và cả trong các lĩnh vực liên quan đến kỹ thuật dân dụng. Khung thép là một phương pháp xây dựng hiệu quả so với các phương pháp khác.

Ưu điểm của việc sử dụng kết cấu thép

Độ tin cậy

Kết cấu thép rất đáng tin cậy. Những lý do cho độ tin cậy này bao gồm tính nhất quán và đồng nhất về tính chất, kiểm soát chất lượng tốt hơn do nhà máy sản xuất, độ đàn hồi lớn và độ dẻo. Nếu các mẫu thử khác nhau của một số loại thép được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm về ứng suất chảy, độ bền và độ giãn dài cuối cùng, thì sự thay đổi sẽ ít hơn nhiều so với các vật liệu khác như bê tông và gỗ. Ngoài ra, do là vật liệu thực sự đồng nhất và đàn hồi, thép thỏa mãn hầu hết các giả định liên quan đến việc đưa ra các công thức phân tích và thiết kế và kết quả thu được là đáng tin cậy. Điều này có thể không xảy ra trong kết cấu bê tông do vật liệu không đồng nhất, nứt và tính không tuyến tính của quan hệ ứng suất-biến dạng.

Thiết kế 

Một trong những lợi thế rõ ràng nhất của việc sử dụng kết cấu thép trong xây dựng là khả năng thép vượt qua khoảng cách lớn hơn với dầm trần thép. Điều này cho phép các kỹ sư mở rộng các tùy chọn của họ, cho phép họ tạo ra không gian mới/lớn bằng cách sử dụng các sản phẩm thép không có sẵn bằng các vật liệu khác.
Một kết cấu thép rất được khuyến khích cho các kết cấu nhịp lớn và nặng, phù hợp với tất cả các loại tòa nhà Công nghiệp. Có thể dễ dàng xây dựng chiều cao từ tầng dưới đến sàn bằng cách sử dụng giàn so le, bản dầm và kết cấu dầm đúc. Có thể sử dụng các nhịp mở cực dài bằng cách sử dụng thép mà không thể thực hiện bằng bê tông hoặc bằng gỗ hỗ trợ.
Hình dạng chung và tiết kiệm nhất cho nhà thép tiền chế là hình chữ nhật cơ bản. Tuy nhiên, thép cũng được sử dụng để tạo ra các thiết kế phức tạp hơn. Tài sản thiết kế lớn nhất của thép có thể là khả năng kéo dài khoảng cách xa mà không làm gián đoạn các cột bên trong có liên quan. Đó là lý do tại sao các nhà chế tạo nhà chứa máy bay sử dụng khung thép. Một không gian nội thất nhịp rõ ràng mang lại sự linh hoạt hơn cho sơ đồ tầng. Nó cũng cho phép tự do hơn để cải tạo và thay đổi sau này. Nó là một công cụ đúc hẫng có thiết kế đơn giản được làm bằng thép.

Trọng lượng nhẹ

Độ bền cao của thép trên một đơn vị trọng lượng có nghĩa là tải trọng chết sẽ nhỏ hơn. Cần lưu ý rằng tĩnh tải chiếm phần lớn hơn trong tổng tải trọng tác dụng lên kết cấu. Khi tải trọng tĩnh giảm, các bộ phận bên dưới vẫn nhỏ hơn do trọng lượng tác dụng lên chúng ít hơn. Thực tế này có tầm quan trọng lớn đối với cầu nhịp dài, nhà cao tầng và đối với các công trình có điều kiện nền kém.

Thi công dễ dàng và nhanh chóng 

Các bộ phận thép trong kết cấu thép được sản xuất trước theo một thiết kế cụ thể bên trong nhà máy sản xuất/cửa hàng chế tạo và được vận chuyển ra ngoài trong tình trạng sẵn sàng để lắp dựng. Do đó nó tăng tốc thời gian xây dựng đáng kể. Vì vậy, có thể hoàn thành các dự án quy mô lớn trong thời gian ngắn hơn bình thường.
Kết cấu thép thông thường được xây dựng từ các dầm và cột cán nóng , các thanh dầm mở và sàn kim loại. Vì thép kết cấu khó chế tạo tại chỗ nên nó thường được cắt, tạo hình và khoan trong xưởng chế tạo theo thông số kỹ thuật thiết kế; điều này có thể dẫn đến việc xây dựng tương đối nhanh và chính xác.
Do các bộ phận của kết cấu thép dễ chế tạo nên việc lắp đặt và lắp ráp chúng tại chỗ không gặp rắc rối, đồng thời cũng không cần đo và cắt các bộ phận tại chỗ.

Đa năng

Thép cực kỳ linh hoạt vì nó có thể được đúc thành hầu hết mọi hình dạng, khiến nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho cả các tòa nhà dân cư và thương mại. Các kiến ​​trúc sư có thể để trí tưởng tượng nghệ thuật của họ bay xa, trong khi vẫn có khả năng thiết kế và xây dựng một tòa nhà vừa vững chắc vừa an toàn.
Tương tự, đối với khả năng thích ứng với thiết kế linh hoạt của các tòa nhà lớn, nhịp rõ ràng như sân bay, nhà ga, khán phòng, hội trường, nhà nông nghiệp, nhà kho và khu vực trong nhà, hầu như không có giải pháp nào thay thế cho kết cấu thép.

Nhược điểm của sử dụng kết cấu thép

Chi phí bảo trì & vốn cao

Khi kết cấu thép tiếp xúc với điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc khắc nghiệt, nó có thể bị ăn mòn do tác động của thép với oxy trong khí quyển hoặc môi trường khắc nghiệt. Để ngăn chặn vấn đề như vậy, việc sử dụng sơn đắt tiền được yêu cầu thường xuyên.
Do đó, chi phí bảo trì thép có thể tăng lên, đây là mối quan tâm chắc chắn đối với người dùng thông thường. Ngoài ra, chi phí ban đầu của kết cấu thép cao hơn so với kết cấu bê tông/gỗ. Cần nhiều lao động lành nghề hơn để làm kết cấu thép so với kết cấu bê tông/gỗ.

Chi phí chống cháy cao

Mặc dù các bộ phận bằng thép không cháy, nhưng độ bền của chúng giảm đi rất nhiều ở nhiệt độ phổ biến trong các đám cháy. Ở khoảng 400ºC, hiện tượng rão trở nên rõ rệt hơn nhiều. Độ rão được định nghĩa là biến dạng dẻo dưới tải trọng không đổi trong thời gian dài. Điều này tạo ra độ võng/biến dạng quá lớn của các bộ phận chính buộc các bộ phận khác phải chịu ứng suất cao hơn hoặc thậm chí sụp đổ. Thép là một chất dẫn nhiệt tuyệt vời và có thể truyền đủ nhiệt từ khoang cháy của tòa nhà để bắt lửa ở các phần khác của tòa nhà để bắt lửa ở các phần khác của tòa nhà. Chi phí bổ sung là cần thiết để chống cháy đúng cách cho tòa nhà.

Dễ bị công vênh và oằn

Các phần thép thường bao gồm sự kết hợp của các tấm mỏng. Hơn nữa, kích thước tổng thể của cấu kiện thép cũng nhỏ hơn so với cấu kiện bê tông cốt thép. Nếu các thành viên mảnh khảnh này bị nén, sẽ có nhiều khả năng bị oằn hơn. Oằn là một loại sự sụp đổ của các cấu kiện do sự uốn cong lớn đột ngột gây ra bởi tải trọng nén tới hạn. Thép khi được sử dụng cho các cột đôi khi không kinh tế lắm vì vật liệu đáng kể phải được sử dụng chỉ để làm cứng các cột khỏi bị oằn.

Kết cấu thép khá dễ bị mỏi. Sự thay đổi lớn về độ bền kéo làm cho các phần tử thép bị căng quá mức, làm giảm độ bền tổng thể của nó. Thép cũng phản ứng với gãy giòn khi mất tính dẻo. Hai nghịch cảnh này làm tăng khả năng vênh, thường được cân bằng bằng cách thêm các cột thép đắt tiền có thể làm cứng thành công cấu trúc chính.