Khi triển khai các công trình kết cấu thép, việc bố trí hệ giằng hợp lý là yếu tố then chốt để đảm bảo độ kiên cố, ổn định và khả năng chống chịu tải trọng ngang như gió hay động đất. Trong bài viết này, TPT Steel sẽ giới thiệu khái niệm hệ giằng, phân loại (giằng mái, giằng cột) và những nguyên tắc thiết kế quan trọng giúp khung thép luôn vững chắc và an toàn.
Hệ giằng của nhà thép tiền chế là gì?
Trong các công trình nhà thép tiền chế, hệ giằng đóng vai trò chủ chốt để đảm bảo ổn định khung thép trước mọi tải trọng ngang như gió hay động đất. Hệ giằng không chỉ bao gồm các cột, dầm và xà gồ chịu lực, mà còn là mạng lưới liên kết chéo, kèo “K” hoặc “V”… được tính toán chính xác để truyền toàn bộ lực sang bệ móng và các kết cấu phụ trợ. Nhờ vậy, ứng suất trên từng bộ phận được phân bố đồng đều, hạn chế ổ gãy (buckling) và ngăn chặn hiện tượng lật khung, đồng thời tối ưu về chi phí thi công và thời gian lắp dựng.
Việc thiết kế hệ giằng trong nhà thép tiền chế phải cân bằng giữa kỹ thuật và kinh tế: đảm bảo đủ độ cứng để chịu tải trọng hoạt động, đồng thời giảm thiểu vật liệu và công sức thi công. Áp dụng quy trình sản xuất tiên tiến, tuân thủ tiêu chuẩn TCVN hoặc Eurocode, hệ giằng được chế tạo với độ chính xác cao, rút ngắn tiến độ thi công và nâng cao tính bền vững của công trình sau hoàn thiện.
Các loại hệ giằng trong kết cấu thép
Hệ giằng mái
Trong các công trình nhà thép tiền chế, hệ giằng mái là giải pháp tối ưu để đảm bảo độ ổn định khung trước tải trọng ngang và biến dạng nhiệt. Thông thường, hệ giằng này được đặt dọc theo hai đầu hồi của xưởng, còn gọi là giằng cánh trên và giằng cánh dưới, hoặc xen kẽ trong các gian giữa tùy theo chiều dài bước cột—khoảng cách giữa hai trục cột không vượt quá 5 bước.
Cấu tạo cơ bản của hệ giằng mái bao gồm hai tấm bụng xà gồ kế bên được liên kết bởi các thanh giằng chéo hình chữ thập. Vật liệu phổ biến là thép góc, thép tròn hoặc cáp thép mạ kẽm đường kính dưới 12 mm, nhằm đảm bảo độ bền cao và khả năng chịu nén – kéo đồng thời. Để tăng độ cứng dọc theo chiều cao khung, người ta còn bổ sung thanh chống dọc bằng thép hình tại các vị trí đỉnh mái, chân mái hoặc đầu xà cột.
Với những nhà xưởng có cẩu trục hoạt động, yêu cầu về giằng mái càng khắt khe hơn. Ngoài giằng ngang, cần lắp thêm giằng chéo dọc theo đầu cột để truyền tải trọng ngang phát sinh khi cẩu đòn và lực gió, giúp bảo vệ toàn bộ khung ngang không bị xoắn vặn hay dịch chuyển.
Việc thiết kế hệ giằng mái cho khung thép tiền chế phải tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật (TCVN, Eurocode) về khoảng cách giằng, kết nối bu lông cường độ cao và chi tiết hàn mối. Áp dụng công nghệ sản xuất tiên tiến sẽ đảm bảo độ chính xác cao, rút ngắn thời gian thi công, đồng thời tối ưu chi phí và nâng cao tuổi thọ công trình.
Hệ giằng cột
Trong khung nhà thép tiền chế, hệ giằng cột là yếu tố then chốt để tạo ra “khối cứng” – tức là khu vực khung có độ cứng ngang và dọc tương đối đồng đều, giúp toàn bộ công trình đứng vững dưới mọi tải trọng dọc như gió thổi dọc chiều nhà, động đất hay lực hãm từ dầm cầu trục. Thông thường khung xưởng được thiết kế chịu lực chủ yếu theo phương ngang, nên độ cứng dọc sẽ không đủ nếu không có giằng bổ trợ. Khi có tải trọng dọc tác động, lực sẽ truyền từ cột xuống dầm cầu trục trước, sau đó tiếp tục vào hệ giằng cột và cuối cùng dồn về móng, nhờ vậy khung thép không bị xoắn vặn hay dịch chuyển quá mức.
Về mặt kết cấu, hệ giằng cột gồm các thanh giằng chéo đặt ở hai đầu cột (cột trên và cột dưới), thường bố trí đồng bộ với hệ giằng mái để tạo tính ổn định toàn khung. Đường kính, tiết diện và khoảng cách giữa các thanh giằng chéo được lựa chọn dựa trên việc có hay không sử dụng cầu trục, cũng như cường độ tải trọng dọc cần chịu. Việc sử dụng thép góc hoặc thép hộp cho thanh giằng, kết hợp bu lông cường độ cao và hàn chuyên dụng, sẽ đảm bảo khả năng chống ổ gãy (buckling) và truyền lực liên tục trong mọi tình huống vận hành.
Nhờ sự hiện diện của hệ giằng cột, nhà thép tiền chế không chỉ cân bằng được độ cứng giữa hai phương mà còn giảm thiểu nguy cơ biến dạng cột, bảo vệ kết cấu khỏi ảnh hưởng tiêu cực của các tải trọng dọc, từ đó tối ưu cả về an toàn lẫn chi phí thi công và bảo trì.
Nguyên tắc thiết kế hệ giằng trong kết cấu thép
Khi thiết kế hệ giằng cho khung thép, việc tuân thủ những nguyên tắc cơ bản không chỉ giúp đảm bảo ổn định khung mà còn tối ưu chi phí và tiến độ thi công:
Truyền tải lực dọc hợp lý
Đường truyền lực từ dầm, cột qua hệ giằng đến móng cần được rút ngắn tối đa để giảm bớt độ biến dạng. Việc bố trí thanh giằng chéo và giằng dọc phải sao cho lực nén – kéo được truyền thẳng, tránh uốn cong hay xoắn vặn, đồng thời hạn chế hiện tượng ổ gãy (buckling).
Ổn định ngoài mặt phẳng
Hệ giằng không chỉ chịu lực theo phương dọc mà còn phải cung cấp các điểm cố định ngang để khung không bị dịch chuyển hoặc lật khung dưới tác động của gió, động đất. Vì vậy, việc kết hợp giằng cánh trên và giằng cánh dưới tạo thành hệ tam giác chịu lực là giải pháp lý tưởng, đáp ứng yêu cầu về độ cứng ngang.
Tính thi công và lắp đặt
Thiết kế giằng cần đơn giản hóa các mối nối, ưu tiên sử dụng bu lông cường độ cao và chi tiết hàn tiêu chuẩn để rút ngắn thời gian lắp dựng. Thanh giằng nên có tiết diện và hình dáng tiêu chuẩn (thép góc, thép hộp, cáp thép mạ kẽm) nhằm thuận tiện cho công tác gia công, vận chuyển và lắp đặt tại công trường.
Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế
Ngoài tính ổn định và độ cứng, hệ giằng phải đáp ứng các tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 hoặc Eurocode 3 về thiết kế kết cấu thép. Đồng thời, lựa chọn vật liệu, hình thức giằng và số lượng giằng phải cân nhắc để tối ưu chi phí vật liệu và tiến độ thi công, đảm bảo hiệu quả kinh tế cho toàn bộ dự án.
Bằng cách vận dụng linh hoạt các nguyên tắc trên, hệ giằng trong kết cấu thép không chỉ phát huy tối đa khả năng chịu tải mà còn tạo nên khung nhà thép tiền chế vững chắc, an toàn và bền lâu.
Lưu ý khi thi công lắp dựng hệ giằng trong thi công nhà thép tiền chế
Khi triển khai lắp dựng hệ giằng, điều quan trọng nhất là phải đảm bảo các thanh giằng đứng và giằng ngang được bố trí hợp lý trên mặt bằng để duy trì ổn định khung và tương thích với quy hoạch giao thông nội bộ. Cụ thể, hệ giằng đứng không nên đặt tại vách ngăn tạm, đồng thời giằng mặt ngoài cần hài hòa với kiến trúc mặt đứng của công trình để vừa đảm bảo tính thẩm mỹ, vừa phát huy hiệu quả chịu lực.
Tiếp đó, việc thi công giằng trong vách và lõi cứng phải được chú trọng nhằm tạo ra “khối cứng” vững chắc cho khung sườn. Ở những vị trí huyết mạch—như giao điểm giữa dầm và cột—nên kết hợp đổ bê tông bọc quanh khung giằng để gia tăng khả năng chống uốn vặn và nâng cao độ cứng chung của kết cấu.
Giằng cánh trên (upper bracing) thường được bố trí theo phương ngang tại hai đầu hồi, các khối nhiệt độ và giữa nhịp để hạn chế dịch chuyển ngang quá lớn; khoảng cách giữa các vị trí giằng không vượt quá 60 m. Ngược lại, giằng cánh dưới (lower bracing) sử dụng các thanh chéo hình chữ thập trải đều mặt phẳng dưới dầm, đảm bảo khung không bị võng hoặc xoắn dưới tải trọng dọc và ngang.
Cuối cùng, mọi mối nối bu lông cường độ cao và chi tiết hàn đều phải tuân thủ quy chuẩn TCVN hoặc Eurocode, kết hợp với kiểm tra bằng đo thẩm xuyên suốt quá trình lắp dựng. Bằng cách tuân thủ những lưu ý này, bạn sẽ tối ưu hóa hiệu suất thi công, giảm thiểu rủi ro biến dạng và kéo dài tuổi thọ cho nhà xưởng thép tiền chế.
Kết luận
Việc thiết kế và thi công hệ giằng đúng cách chính là chìa khóa đảm bảo ổn định khung thép, nâng cao khả năng chịu tải trọng ngang và tải trọng dọc, đồng thời tối ưu chi phí và tiến độ xây dựng. Với kinh nghiệm dày dạn trong các dự án nhà thép tiền chế từ nhà xưởng công nghiệp đến kho bãi, TPT Steel tự hào là đối tác uy tín, cam kết mang đến giải pháp hệ giằng toàn diện, tuân thủ tiêu chuẩn TCVN và Eurocode. Hãy để TPT Steel đồng hành cùng bạn, kiến tạo những công trình thép vững chắc, bền vững và hiệu quả lâu dài.
