Đằng sau vẻ đồ sộ và vững chãi của những nhà xưởng, nhà kho hay công trình công nghiệp là cả một hệ thống kết cấu tinh vi – trong đó, hệ giằng đóng vai trò then chốt. Hệ giằng chính là “bộ khung ổn định” giúp công trình chống chọi với gió, động đất và tải trọng phức tạp. Bài viết sau sẽ mở ra bức tranh toàn diện về hệ giằng trong nhà công nghiệp – từ cấu tạo, phân loại đến ứng dụng thực tiễn trong thi công hiện đại.
MỤC LỤC
Hệ giằng trong nhà công nghiệp là gì?
Hệ giằng trong nhà công nghiệp là một bộ phận kết cấu giúp ổn định công trình trước tác động của gió, động đất và tải trọng ngang. Đây là thành phần không thể thiếu trong thiết kế kết cấu thép tiền chế hoặc nhà công nghiệp khung thép. Hệ giằng làm nhiệm vụ truyền và phân phối lực theo phương ngang từ mái xuống móng, đảm bảo toàn bộ kết cấu không bị lệch hoặc xoắn trong quá trình sử dụng.
Tùy theo vị trí lắp đặt và chức năng, hệ giằng được chia thành các loại như giằng mái, giằng cột, giằng cánh, giằng giữa nhịp. Vật liệu thường dùng là thép hình, thép tròn hoặc thanh giằng căng. Thiết kế hệ giằng phải đảm bảo đồng bộ với hệ khung chính và chịu được các tải trọng bất lợi.
Vai trò của hệ giằng trong nhà công nghiệp
Trong các công trình công nghiệp khung thép, hệ giằng đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo tính ổn định tổng thể và chịu lực không gian. Đây là thành phần cấu tạo không thể thiếu, giúp khung nhà làm việc hiệu quả và an toàn, đặc biệt trong điều kiện chịu tải trọng lớn hoặc tác động môi trường bất lợi.
Những vai trò nổi bật của hệ giằng bao gồm:
- Đảm bảo sự ổn định theo phương dọc nhà, tăng độ cứng không gian và hạn chế biến dạng ngang khi chịu tác động từ gió, động đất hoặc rung động máy móc.
- Truyền tải trọng dọc nhà (như gió, tải trọng động) về móng, giúp hệ móng làm việc chính xác theo thiết kế.
- Hạn chế chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng của các cấu kiện chịu nén như cột hoặc thanh giàn, từ đó tăng khả năng ổn định tổng thể và giảm nguy cơ mất ổn định cục bộ.
- Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công: giúp định hình chính xác khung nhà trong giai đoạn lắp dựng, bảo đảm an toàn cho công nhân và thiết bị.
Ngoài ra, hệ giằng còn góp phần phân phối đều lực, giảm ứng suất tập trung, kéo dài tuổi thọ cho kết cấu thép. Vì vậy, việc thiết kế hệ giằng cần được tính toán cẩn thận, phù hợp với công năng, tải trọng và đặc điểm kiến trúc của từng nhà xưởng cụ thể.
Phân loại hệ giằng trong nhà công nghiệp
Trong kết cấu nhà công nghiệp khung thép, hệ giằng đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo ổn định tổng thể, phân tán tải trọng và duy trì hình dạng công trình. Tùy theo vị trí và chức năng, hệ giằng được phân chia thành hai loại chính: hệ giằng mái và hệ giằng cột.
Hệ giằng mái nhà công nghiệp
Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp thường được bố trí theo phương ngang tại hai gian đầu hồi, các đầu khối giãn nhiệt và tại một số vị trí giữa nhà sao cho khoảng cách giữa các giằng không vượt quá 5 bước cột. Mục đích chính là duy trì độ ổn định của hệ xà gồ, hỗ trợ chống xoay và truyền tải trọng ngang như gió hoặc động đất về khung chịu lực chính.
Các thanh giằng chéo thường được lắp theo dạng chữ X giữa bụng của hai xà gồ liền kề. Vật liệu phổ biến bao gồm thép góc, thép tròn hoặc cáp mạ kẽm có đường kính nhỏ hơn 12mm. Bên cạnh đó, các thanh chống dọc bằng thép hình được bố trí tại các vị trí dễ biến dạng như đỉnh mái, đầu xà hoặc chân cửa mái để tăng cường độ cứng không gian.
Với nhà công nghiệp có cầu trục, hệ giằng mái cần bổ sung thêm các thanh giằng chéo theo phương dọc tại đầu cột để tăng khả năng chịu tải trọng ngang phát sinh do hoạt động của cầu trục hoặc tác động từ gió lớn.
Hệ giằng cột nhà công nghiệp
Do khung nhà công nghiệp thường chỉ được tính theo phương ngang, hệ kết cấu theo phương dọc (trục nhà) có độ cứng nhỏ, dẫn đến nguy cơ mất ổn định nếu không có liên kết bổ trợ. Hệ giằng cột được thiết lập để khắc phục điểm yếu này bằng cách tạo thành một “khối cứng” – gồm hai cột biên, dầm cầu trục và hệ giằng cột – nhằm truyền tải trọng dọc (gió, động đất, lực hãm cầu trục…) từ các khung về móng.
Đối với nhà mái nặng, giằng cột trên được bố trí tại trục cột đầu hồi, giữa khối giãn nhiệt và tại các vị trí định kỳ dọc theo chiều dài nhà. Giằng cột dưới thường được đặt ở giữa khối giãn nhiệt, cách đầu hồi không quá 75m, và khoảng cách giữa hai hệ giằng trong cùng một khối không vượt quá 50m.
Với nhà mái nhẹ (không có cầu trục hoặc cầu trục tải trọng nhỏ hơn 15 tấn), hệ giằng cột có thể chỉ cần bố trí tại hai đầu hồi nếu chiều dài nhà không vượt quá 100m. Giằng ở dạng mảnh nên ít ảnh hưởng đến biến dạng nhiệt và dễ thi công.
Sự phối hợp giữa hệ giằng mái và hệ giằng cột tạo nên hệ kết cấu không gian ổn định, phân bổ đều tải trọng ngang và duy trì an toàn lâu dài cho công trình nhà công nghiệp. Đây là yếu tố bắt buộc trong mọi phương án thiết kế nhà xưởng, nhà kho hay nhà máy quy mô lớn.
Cấu tạo hệ giằng trong nhà công nghiệp
Hệ giằng trong nhà công nghiệp là hệ kết cấu phụ trợ quan trọng, có nhiệm vụ ổn định toàn bộ khung thép, đảm bảo độ cứng không gian và khả năng chịu lực tổng thể. Hệ giằng thường gồm ba bộ phận chính: giằng cánh trên, giằng cánh dưới và giằng đứng, mỗi loại có vị trí lắp đặt và chức năng riêng biệt.
Giằng cánh trên là hệ gồm các thanh chéo chữ thập và thanh chống dọc, nằm trong mặt phẳng của thanh cánh trên giàn mái. Vai trò chính là hạn chế độ mảnh, giảm chiều dài tính toán của thanh cánh trên, từ đó nâng cao khả năng chịu nén. Hệ này thường bố trí theo phương ngang tại đầu hồi, đầu khối nhiệt độ và ở giữa nhà, với khoảng cách tối đa giữa các tổ hợp không quá 60 mét.
Giằng cánh dưới gồm các thanh chéo nằm trong mặt phẳng cánh dưới của giàn, bố trí dọc và ngang nhà. Cùng với giằng cánh trên, chúng tạo nên các khối không gian cứng tại các đầu hồi và khu vực có biến dạng lớn. Trong đó, giằng dọc cánh dưới còn đóng vai trò phân phối lực hãm của cầu trục, truyền tải trọng động đến các khung gần kề, giúp tăng độ ổn định kết cấu khung thép.
Giằng đứng được bố trí trong mặt phẳng đứng của cột và giàn, kết hợp với hai hệ giằng còn lại tạo thành các khối không biến dạng theo chiều cao nhà. Chúng thường được bố trí tại vị trí có giằng cánh trên và dưới nhằm chống lại chuyển vị ngang, đảm bảo tính ổn định không gian tổng thể.
Các vật liệu thường dùng cho hệ giằng
Trong kết cấu nhà công nghiệp, hệ giằng trong nhà công nghiệp đóng vai trò quyết định đến độ ổn định tổng thể và khả năng chịu lực của công trình. Để đảm bảo hiệu quả kỹ thuật và tiết kiệm chi phí, việc lựa chọn vật liệu chế tạo hệ giằng cần phù hợp với mục đích sử dụng, môi trường và yêu cầu thiết kế cụ thể. Dưới đây là các loại vật liệu được sử dụng phổ biến:
- Thép hình (H, I, V, L): Là lựa chọn phổ biến nhất trong các nhà công nghiệp thép tiền chế nhờ cường độ cao, dễ gia công, dễ lắp dựng và khả năng liên kết tốt bằng bu lông hoặc hàn.
- Thép ống tròn/ống hộp: Được sử dụng trong hệ giằng mái và giằng cứng nhờ khả năng chịu uốn xoắn tốt, tăng tính thẩm mỹ cho kết cấu.
- Cáp thép dự ứng lực: Thường dùng cho các hệ giằng chống gió, giằng chéo trong khung nhịp lớn, nơi cần độ đàn hồi cao và trọng lượng nhẹ.
- Thanh giằng dạng thanh kéo – giằng căng: Thường dùng trong kết cấu giàn không gian, cầu trục, giằng mái. Ưu điểm: giảm trọng lượng kết cấu, truyền lực hiệu quả.
- Vật liệu phi kim (composite, sợi thủy tinh): Ứng dụng hạn chế trong môi trường ăn mòn hoặc yêu cầu đặc biệt, chủ yếu trong các nhà máy hóa chất.
Việc lựa chọn vật liệu phải xét đến các yếu tố như tải trọng tác động, điều kiện môi trường (ẩm, hóa chất, ăn mòn), khả năng thi công và chi phí đầu tư. Hệ giằng hiệu quả không chỉ đảm bảo tính ổn định cho kết cấu mà còn góp phần tối ưu hóa chi phí xây dựng.
>>> Xem thêm: Tất tần tật về xà gồ gập nguội nhà công nghiệp
Lưu ý khi lắp hệ giằng trong nhà công nghiệp
Trong quá trình thi công hệ giằng trong nhà công nghiệp – đặc biệt là nhà thép tiền chế, việc lắp đặt cần tuân thủ một số nguyên tắc kỹ thuật nhằm đảm bảo độ ổn định không gian, khả năng chịu lực và tính đồng bộ với hệ kết cấu chung. Dưới đây là các lưu ý quan trọng:
- Bố trí hệ giằng đứng: Đặt theo hai phương vuông góc, tránh vị trí vách ngăn tạm; giằng mặt ngoài cần hài hòa với kiến trúc mặt đứng và phù hợp quy hoạch giao thông nội bộ tầng.
- Giằng trong lõi cứng và vách: Ưu tiên bố trí tại lõi thang, lõi kỹ thuật để tăng độ ổn định tổng thể khung chịu lực.
- Kết hợp bê tông tại chỗ: Bọc quanh các nút giằng giúp tăng cường khả năng chống xoắn, tăng liên kết giữa kết cấu giằng và khung thép chính.
- Giằng cánh trên mái: Lắp theo phương ngang tại hai đầu hồi, giữa nhịp mái và đầu khối giãn nở; giới hạn khoảng cách tối đa giữa các cụm giằng là 60m.
- Giằng cánh dưới: Gồm các thanh chéo bố trí theo hình chữ thập ở mặt phẳng cánh dưới dầm, chạy dọc và ngang theo chiều dài nhà để phân phối tải trọng gió và dao động.
Việc tuân thủ đúng quy trình thi công hệ giằng giúp kết cấu nhà xưởng công nghiệp đạt độ vững chắc, giảm rủi ro lún, nghiêng và gia tăng tuổi thọ công trình.
Hệ giằng trong nhà công nghiệp là yếu tố không thể thiếu nếu muốn bảo đảm độ ổn định và tuổi thọ công trình. Việc hiểu rõ cấu tạo và lựa chọn đúng loại giằng phù hợp với từng thiết kế sẽ giúp bạn tối ưu chi phí mà vẫn đảm bảo an toàn kỹ thuật. Hãy trang bị cho mình kiến thức vững chắc để chủ động hơn trong từng bước thiết kế và thi công.
