Trong lĩnh vực xây dựng công nghiệp, nhà thép tiền chế đang là giải pháp tối ưu nhờ ưu điểm thi công nhanh, tiết kiệm chi phí và đảm bảo độ bền cao. Chất lượng của một công trình nhà thép tiền chế phụ thuộc trực tiếp vào hệ cấu kiện thép được thiết kế - sản xuất - lắp dựng đồng bộ. Hiểu rõ từng loại cấu kiện giúp chủ đầu tư kiểm soát chất lượng và tối ưu hiệu quả vận hành của nhà xưởng.
Dưới đây là các loại cấu kiện thép tiêu biểu và quan trọng nhất trong kết cấu nhà thép tiền chế.
1. Khung chính
Khung chính là hệ kết cấu chịu lực chủ đạo của nhà thép tiền chế, bao gồm Cột thép và Kèo thép/Khung kèo. Đây là thành phần quyết định khẩu độ, độ cao và độ ổn định của toàn bộ công trình.
- Cột thép: Bộ phận chịu tải trọng thẳng đứng (tải trọng mái, tải sử dụng) và tải trọng ngang (tải gió, tải cầu trục) truyền xuống móng.
- Kèo thép / Khung kèo: Liên kết các cột lại với nhau, tạo thành hệ khung cứng chịu toàn bộ tải trọng cho mái nhà.
Đặc điểm nổi bật của khung chính:
Khung chính là hệ kết cấu chịu lực cốt lõi của nhà thép tiền chế và có những đặc điểm chế tạo và thiết kế nổi bật sau:
- Thép tổ hợp: Cột và kèo được chế tạo bằng cách hàn các bản thép (tấm bụng và tấm cánh) lại với nhau để tạo ra tiết diện chữ I tổ hợp.
- Tối ưu tiết diện: Tiết diện của cột và kèo thường được thiết kế thay đổi linh hoạt theo biểu đồ Moment uốn, giúp giảm đáng kể lượng vật liệu thép.
- Liên kết: Các cấu kiện khung chính được liên kết bằng bulong cường độ cao (thường cấp 8.8 – 10.9) tại các khớp nối cột-kèo và các bước khung.
- Khả năng chịu lực: Khung chính được thiết kế để chịu toàn bộ tải gió, tải mái, và tải động từ cầu trục (nếu có).
2. Hệ xà gồ thép
Xà gồ là cấu kiện thứ cấp, chịu trách nhiệm truyền tải trọng từ tấm bao che (tôn mái, tôn tường) về khung chính.
Vai trò chính:
- Đỡ tấm mái và tấm tường (tôn lợp).
- Truyền tải trọng mái và tường về cột và kèo.
- Giữ ổn định hệ khung trong giai đoạn lắp dựng và trong vận hành.
Đặc điểm kỹ thuật:
- Loại xà gồ phổ biến: Thép mạ kẽm cán nguội hình C hoặc Z. Xà gồ chữ Z có khả năng nối chồng (lap joint) tăng khả năng chịu lực.
- Độ dày: Phổ biến từ 1.2 mm đến 2.5 mm.
- Khoảng cách: Thường từ 1–1,5m nhưng cần tính toán cụ thể dựa trên tải trọng mái, chiều dài nhịp và loại tôn sử dụng để đảm bảo an toàn và hiệu quả kết cấu.
Cấu kiện đi kèm: Thanh chống xà gồ: Các thanh nối giữa các xà gồ để tăng độ cứng vững, chống lại hiện tượng lật ngang của cánh xà gồ khi chịu nén.
3. Hệ giằng
Giằng là bộ phận cực kỳ quan trọng, đóng vai trò “giữ ổn định hình học” và truyền tải trọng ngang (tải gió, động đất) về hệ khung và móng. Hệ giằng biến hệ khung phẳng thành hệ khung không gian cứng vững.
Các loại giằng:
- Giằng cột: Thường là giằng chữ X hoặc chữ K, có tác dụng truyền tải gió dọc nhà và giữ thẳng cột.
- Giằng mái: Ổn định mặt phẳng mái và truyền tải gió ngang nhà về các đầu cột.
Vật liệu thường dùng: Thanh thép tròn, thép V (góc), hoặc cáp thép chịu lực cao (thường có tăng-đơ để điều chỉnh lực căng).
Lưu ý: Một hệ giằng được thiết kế và căng đúng kỹ thuật là yếu tố then chốt, đảm bảo nhà xưởng chống biến dạng và ổn định khi gặp tải trọng ngang lớn, đặc biệt là bão gió.
4. Dầm cầu trục
Đối với những nhà thép tiền chế có sử dụng cầu trục để nâng hạ vật nặng, dầm cầu trục là cấu kiện bắt buộc và được tính toán rất kỹ lưỡng.
Đặc điểm:
- Chế tạo: Từ thép tổ hợp hoặc thép hình I có cường độ cao.
- Liên kết: Gắn trực tiếp vào thân cột bằng bản mã và bu lông cường độ cao.
- Chịu lực: Phải chịu được tải trọng động lớn (tải va chạm, tải phanh) từ cầu trục, yêu cầu độ cứng, độ ổn định và độ võng nghiêm ngặt.
5. Tấm tường - tấm mái
Hệ thống bao che có vai trò che chắn, bảo vệ và tạo thẩm mỹ cho công trình.
Bao gồm:
- Tôn mái 1 lớp hoặc Tôn cách nhiệt (sandwich panel: PU, EPS, Glasswool).
- Tấm thép tường (tôn tường).
- Diềm mái, máng xối (gutter), tôn ốp trang trí (flashing).
Vai trò:
- Che chắn, bảo vệ công trình khỏi thời tiết.
- Cách nhiệt, chống nóng, chống ồn (đối với tôn cách nhiệt).
- Giảm tải trọng lên khung chính so với tường bê tông truyền thống.
6. Các cấu kiện phụ trợ
Nhóm cấu kiện phụ trợ giúp hoàn thiện công trình, tăng độ ổn định cục bộ và đảm bảo tính kín nước.
Các cấu kiện tiêu biểu:
- Thanh chống dọc mái: Nằm dọc theo đỉnh cột, là cấu kiện cuối cùng đỡ xà gồ/tôn mái.
- Thanh viền mái/trang trí: Hoàn thiện góc và tạo tính thẩm mỹ.
- Thanh nẹp/Bo: Nẹp cửa, nẹp tường, thanh bo đỉnh mái/góc nhà, giúp chống gió lùa và kín nước.
- Các chi tiết kiến trúc: Cửa trời, lam gió, mái sảnh...
7. Bu lông liên kết
Bu lông là yếu tố quyết định sự liên kết và an toàn của toàn bộ kết cấu thép.
- Bu lông Neo: Đây là loại bu lông có vai trò quan trọng nhất trong việc cố định chân cột thép vào móng bê tông. Chúng phải được lắp đặt với độ chính xác gần như tuyệt đối và được thiết kế để chịu các lực rất lớn như lực nhổ (do gió hoặc động đất) và lực cắt.
- Bu lông cường độ cao: Được sử dụng cho các liên kết chịu lực chính, đặc biệt là liên kết giữa Cột và Kèo (khung chính) và các điểm nối của hệ giằng. Các bu lông này thường có cấp độ 8.8 hoặc 10.9, đảm bảo khả năng truyền lực tối đa và độ bền chặt tuyệt đối cho hệ khung.
- Bu lông thường: Được dùng cho các liên kết thứ cấp, nơi lực chịu không quá lớn, ví dụ như liên kết xà gồ với kèo thép hoặc liên kết các tấm tôn bao che. Chúng thường có cấp 4.6 hoặc 4.8 và chủ yếu đóng vai trò chịu lực cắt nhỏ và giữ cố định các cấu kiện.
Tóm lại, các loại cấu kiện thép trong nhà thép tiền chế được thiết kế để phối hợp với nhau, tạo nên một hệ khung bền vững, ổn định và hiệu quả về chi phí. Việc hiểu rõ từng loại cấu kiện giúp chủ đầu tư lựa chọn đúng giải pháp kỹ thuật, kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất, lắp dựng và tối ưu hiệu quả sử dụng lâu dài.