Kết cấu thép có những hạn chế gì so với bê tông cốt thép?
Dù có nhiều ưu điểm về tốc độ thi công và tính linh hoạt, kết cấu thép vẫn có các nhược điểm đáng kể so với bê tông cốt thép (BTCT) trong nhiều ứng dụng. Hiểu rõ các hạn chế này giúp kỹ sư và chủ đầu tư lựa chọn đúng hệ kết cấu cho từng loại công trình.
1. Chi phí vật liệu cao hơn 30–50%
Thép kết cấu phụ thuộc vào giá thép thế giới, biến động theo chu kỳ kinh tế và không ổn định như vật liệu xây dựng địa phương. Chi phí vật liệu kết cấu thép thường cao hơn BTCT 30–50% cho cùng một công trình tương đương về tải trọng. Ngoài ra, chi phí bọc chống cháy và sơn chống rỉ là khoản phát sinh bắt buộc không có trong BTCT.
2. Chịu lửa kém — bắt buộc bọc chống cháy
Thép mất khoảng 50% cường độ khi đạt nhiệt độ 400°C và có thể sụp đổ ở 600°C, trong khi BTCT giữ được kết cấu ở REI-120 tự nhiên. Toàn bộ kết cấu thép trong công trình phải được bọc chống cháy bằng bê tông, thạch cao, hoặc sơn phồng intumescent theo TCVN 5760:2009. Chi phí bảo vệ chống cháy có thể chiếm 8–15% tổng chi phí kết cấu thép.
3. Cần bảo trì chống ăn mòn định kỳ
Thép cacbon tiêu chuẩn bị ăn mòn khi tiếp xúc với độ ẩm và oxy, đặc biệt trong môi trường biển và công nghiệp hóa chất. Lịch sơn phủ chống rỉ định kỳ 5–10 năm là bắt buộc để duy trì tuổi thọ kết cấu. Chi phí bảo trì dài hạn của kết cấu thép cao hơn BTCT, đặc biệt trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm ở Việt Nam.
4. Co giãn nhiệt lớn cần xử lý kỹ
Hệ số giãn nở nhiệt của thép là 12×10⁻⁶/°C, cao hơn bê tông (10×10⁻⁶/°C) và gây ra ứng suất nhiệt trong kết cấu khi nhiệt độ thay đổi lớn. Kết cấu thép dài (nhà xưởng, cầu) phải bố trí khe co giãn nhiệt hợp lý để tránh vênh cong và nứt mối hàn. Đây là bài toán thiết kế phức tạp hơn so với BTCT.
5. Cách âm và giảm rung kém
Thép truyền âm và rung động tốt hơn bê tông, khiến kết cấu thép cần bổ sung lớp cách âm và giảm rung riêng. Sàn thép nhẹ hơn dễ rung dưới tải trọng người đi, ảnh hưởng tiện nghi sử dụng. Các công trình nhà ở, bệnh viện, phòng sạch đòi hỏi cách âm cao thường không ưu tiên kết cấu thép thuần túy.
6. Đòi hỏi thợ hàn và thiết bị chuyên dụng
Thi công kết cấu thép đòi hỏi thợ hàn có chứng chỉ, thiết bị hàn chuyên dụng và kiểm tra chất lượng mối hàn (NDT) tốn kém. Sai sót tại mối hàn và bu-lông có thể gây phá hoại giòn không báo trước. Lực lượng thợ hàn lành nghề không phổ biến bằng thợ BTCT, làm tăng chi phí và rủi ro thi công ở nhiều vùng.
Tổng hợp nhược điểm theo tiêu chí
- Chi phí vật liệu: cao hơn 30–50% so với BTCT tương đương
- Chịu lửa: phải bọc chống cháy bắt buộc, tốn 8–15% chi phí kết cấu
- Ăn mòn: sơn phủ chống rỉ định kỳ 5–10 năm
- Nhiệt độ: co giãn nhiệt lớn, phải bố trí khe co giãn
- Cách âm: cần bổ sung lớp cách âm riêng cho nhà ở
- Thi công: cần thợ hàn có chứng chỉ và kiểm tra NDT
Câu hỏi thường gặp
- Kết cấu thép có kém bền hơn BTCT không?
- Không nhất thiết — với bảo trì đúng lịch, kết cấu thép đạt tuổi thọ 50–100 năm. Nhưng nếu bỏ bê bảo trì chống rỉ, tuổi thọ giảm đáng kể và chi phí sửa chữa rất cao.
- Khi nào không nên dùng thép kết cấu?
- Không nên dùng thép kết cấu cho: công trình ngầm tiếp xúc đất ẩm; môi trường biển ăn mòn mạnh mà không có ngân sách bảo trì; nhà ở nhiều tầng cần cách âm cao; công trình ngân sách vật liệu thấp.