Trong các công trình công nghiệp và thương mại hiện đại, yêu cầu về không gian sử dụng lớn, thông suốt và linh hoạt trong bố trí nội thất ngày càng trở nên phổ biến. Điều này đặt ra bài toán về lựa chọn hệ kết cấu phù hợp – vừa đảm bảo khả năng chịu lực, vừa đáp ứng được yêu cầu kiến trúc và công năng. Trong bối cảnh đó, khung kèo không cột giữa nổi lên như một giải pháp kết cấu hiệu quả, được ứng dụng rộng rãi trong các công trình như nhà xưởng, nhà thi đấu, siêu thị, kho logistics…
Bài viết sau đây của TPT Steel phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu điểm và những lưu ý kỹ thuật khi áp dụng khung kèo không cột giữa trong thi công nhà thép tiền chế. Thông tin được trình bày trên cơ sở kinh nghiệm thực tiễn thi công cũng như tham chiếu từ các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu hiện hành.
Khung kèo không cột giữa là gì?
Khung kèo không cột giữa (tiếng Anh là Clear Span Frame) là một dạng kết cấu khung thép có khả năng vượt nhịp lớn mà không cần bố trí cột chống đỡ ở giữa không gian. Thay vào đó, toàn bộ tải trọng mái và tải trọng gió được truyền trực tiếp xuống hai cột biên thông qua hệ khung vì kèo dạng tam giác hoặc khung dầm – cột được thiết kế đặc biệt để chịu uốn và lực nén lớn.
Về nguyên lý cấu tạo, hệ khung này thường bao gồm:
- Hai cột biên (columns): chịu tải thẳng đứng và một phần mô men uốn;
- Dầm kèo chính (rafters or beams): nối liền giữa hai cột, chịu tải trọng bản thân và tải trọng mái;
- Liên kết cứng hoặc khớp tùy thiết kế: giữa dầm và cột nhằm đảm bảo độ ổn định tổng thể.
Khung kèo không cột giữa thường được thiết kế để vượt nhịp từ 15m đến trên 60m, tùy thuộc vào chiều cao công trình, tải trọng mái và yêu cầu sử dụng. Với khả năng tạo ra không gian mở rộng mà không bị chia cắt bởi cột, loại kết cấu này được xem là giải pháp tối ưu trong các công trình cần không gian sử dụng liền mạch và linh hoạt trong bố trí nội thất hoặc máy móc.
So với hệ khung có cột giữa, khung kèo không cột giữa yêu cầu cấu kiện thép có tiết diện lớn hơn, đồng thời cần tính toán chính xác về ổn định tổng thể, võng ngang và khả năng chịu tải gió, đặc biệt là tại các vùng ven biển hoặc khu vực có điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
Tham khảo dịch vụ: Báo giá thi công nhà xưởng trọn gói
Vì sao nên lựa chọn khung kèo không cột giữa trong xây dựng nhà thép tiền chế?
Lựa chọn kết cấu khung kèo phù hợp là một trong những quyết định quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả khai thác không gian, chi phí vận hành và tính linh hoạt công năng của công trình. Trong bối cảnh nhu cầu về không gian sử dụng rộng và liền mạch ngày càng cao, khung kèo không cột giữa được xem là giải pháp tối ưu trong nhiều loại hình công trình tiền chế. Dưới đây là các lý do chính:
1. Tối đa hóa không gian sử dụng
Việc loại bỏ hoàn toàn các cột giữa cho phép toàn bộ mặt bằng bên trong công trình được sử dụng mà không bị chia cắt. Điều này đặc biệt quan trọng trong các công trình kho vận, xưởng sản xuất, siêu thị, nhà thi đấu… nơi đòi hỏi khả năng di chuyển, sắp đặt thiết bị hoặc bố trí sản phẩm một cách linh hoạt.
2. Tăng hiệu quả khai thác và vận hành
Trong các công trình thương mại hoặc công nghiệp, cột giữa không chỉ làm gián đoạn dòng di chuyển mà còn ảnh hưởng đến quy trình sản xuất, luồng hàng hoặc khả năng tổ chức sự kiện. Khung kèo không cột giữa tạo điều kiện để thiết kế mặt bằng hiệu quả hơn, rút ngắn thời gian thao tác, tăng hiệu suất vận hành.
3. Hạn chế xung đột không gian nội thất – kiến trúc
Khi thiết kế nội thất hoặc bố trí máy móc, cột giữa thường gây ra các điểm “xung đột” – làm giảm hiệu quả sử dụng hoặc phát sinh chi phí gia cố cục bộ. Sử dụng Clear Span giúp tự do hóa cấu trúc mặt bằng, đặc biệt có lợi cho những công trình có thiết bị dây chuyền, kết cấu di động hoặc cần thay đổi công năng theo thời gian.
4. Giải pháp phù hợp cho công trình có nhịp lớn nhưng chiều cao hạn chế
Một số công trình cần không gian vượt nhịp lớn nhưng không thể tăng chiều cao toàn bộ công trình (như gara ô tô, bến xe, bãi đỗ máy bay). Khung kèo không cột giữa giúp đạt được độ mở mong muốn mà không cần gia tăng chiều cao đỉnh mái quá mức, nhờ thiết kế hợp lý về tiết diện và cấu tạo kèo.
5. Tối ưu hóa chi phí dài hạn
Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cho khung không cột giữa có thể cao hơn do yêu cầu tiết diện cấu kiện lớn, nhưng về lâu dài, chi phí vận hành và bảo trì thấp hơn, đồng thời giảm thiểu chi phí gián tiếp do xung đột mặt bằng hoặc khó khăn trong vận hành.
Ưu điểm nổi bật của khung kèo không cột giữa
Khung kèo không cột giữa không chỉ đơn thuần là một giải pháp kết cấu vượt nhịp, mà còn đem lại nhiều lợi ích đồng thời về mặt công năng, hiệu quả sử dụng, thi công và bảo trì. Dưới đây là những ưu điểm nổi bật giúp loại hình khung này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều công trình hiện đại:
1. Không gian sử dụng thông suốt, không bị chia cắt
Ưu điểm rõ rệt nhất của khung kèo không cột giữa là khả năng tạo ra không gian mở lớn mà không cần bất kỳ cột trung gian nào. Điều này đặc biệt quan trọng trong các công trình cần bố trí dây chuyền sản xuất liên tục, vùng trưng bày sản phẩm lớn, sân thể thao, hay kho hàng sử dụng xe nâng tự động.
2. Linh hoạt trong bố trí và thay đổi công năng
Nhờ mặt bằng không bị giới hạn bởi các trụ cột, công trình sử dụng khung không cột giữa dễ dàng thay đổi công năng sử dụng trong tương lai, phù hợp với các mô hình đầu tư cần chuyển đổi như: từ nhà kho thành showroom, từ nhà thi đấu thành trung tâm tổ chức sự kiện, v.v.
3. Tối ưu thẩm mỹ kiến trúc và ánh sáng tự nhiên
Việc loại bỏ cột giữa giúp không gian bên trong trở nên thoáng đãng, hiện đại và thẩm mỹ hơn, đặc biệt khi kết hợp với hệ thống chiếu sáng tự nhiên từ mái (skylight) hoặc tường kính. Đây là yếu tố đang được ưa chuộng trong các công trình thương mại và công nghiệp cao cấp.
4. Thi công nhanh chóng, dễ kiểm soát chất lượng
So với kết cấu bê tông hoặc hệ khung có nhiều nhịp cột, khung không cột giữa được sản xuất đồng bộ tại nhà máy và lắp dựng tại công trường bằng thiết bị cơ giới chuyên dụng, giảm thiểu rủi ro phát sinh trong thi công và đảm bảo tiến độ ổn định.
5. Tiết kiệm chi phí vận hành, bảo trì dài hạn
Do không có cột giữa, công trình giảm thiểu các vị trí khuất – nơi thường tích tụ bụi, độ ẩm hoặc vật thể lạ gây hư hại. Chi phí làm sạch, kiểm tra định kỳ, xử lý sự cố… được tối ưu đáng kể, nhất là trong các nhà kho, nhà máy quy mô lớn.
6. Giảm thiểu rủi ro va chạm hoặc cản trở giao thông nội bộ
Trong các công trình có hoạt động vận hành liên tục bằng xe nâng, xe tải nhỏ hoặc robot tự hành, cột giữa thường gây khó khăn cho điều phối và tạo ra nguy cơ va chạm. Khung kèo không cột giữa giúp tối ưu lối đi, vùng quay đầu và độ an toàn trong vận hành.
Các ứng dụng phổ biến trong thực tế của khung kèo không cột giữa
Khung kèo không cột giữa được lựa chọn chủ yếu trong các công trình yêu cầu không gian sử dụng lớn, không bị chia cắt, và cần tính linh hoạt cao trong vận hành. Dưới đây là những lĩnh vực ứng dụng điển hình, cho thấy tính hiệu quả và đa năng của loại kết cấu này:
1. Nhà kho và trung tâm logistics
Trong các công trình lưu trữ, điều phối và trung chuyển hàng hóa, không gian thông suốt là điều kiện tối quan trọng. Khung kèo không cột giữa giúp loại bỏ hoàn toàn vật cản mặt bằng, tạo thuận lợi cho xe nâng, băng tải, robot kho tự động (AGV) hoạt động liên tục, đồng thời tối ưu hóa việc xếp dỡ theo chiều ngang và chiều cao.
2. Nhà xưởng sản xuất công nghiệp
Nhiều dây chuyền sản xuất yêu cầu bố trí liên tục, sử dụng thiết bị dài hoặc di động (như dầm trục, cần cẩu, băng chuyền). Với khung kèo không cột giữa, việc thiết kế và tổ chức mặt bằng sản xuất trở nên linh hoạt, giảm thiểu xung đột không gian và tăng hiệu quả vận hành.
3. Siêu thị, trung tâm thương mại, showroom trưng bày
Các công trình thương mại thường yêu cầu không gian mở để bố trí quầy kệ, tối ưu luồng di chuyển của khách hàng và tầm nhìn trưng bày. Khung không cột giữa hỗ trợ tốt cho thiết kế nội thất mở, đồng thời phù hợp với các mô hình kinh doanh linh hoạt hoặc thay đổi theo mùa vụ.
4. Nhà thi đấu, nhà đa năng, khán phòng lớn
Trong các công trình phục vụ sự kiện thể thao – văn hóa, việc đảm bảo tầm nhìn không bị che khuất bởi cột là điều kiện bắt buộc. Khung kèo không cột giữa đáp ứng được yêu cầu vượt nhịp lớn, tạo ra không gian rộng và thoáng phục vụ khán đài, sân thi đấu và hệ thống âm thanh – ánh sáng.
5. Gara ô tô, bến xe, nhà chứa máy bay
Đây là các công trình thường xuyên có phương tiện ra vào và di chuyển theo phương ngang. Khung không cột giữa cho phép thiết kế mặt bằng tối giản, giảm thời gian quay đầu, đỗ xe hoặc thao tác kỹ thuật, đồng thời dễ mở rộng hoặc tích hợp công năng bổ sung (rửa xe, bảo trì…).
6. Trung tâm hội chợ triển lãm, nhà văn hóa
Các không gian này thường yêu cầu tính linh hoạt trong chia tách không gian tạm thời, thay đổi công năng theo sự kiện. Mặt bằng không vướng cột là điều kiện lý tưởng để bố trí module trưng bày hoặc vách di động.
So sánh khung kèo không cột giữa với hệ khung có cột giữa
Việc lựa chọn giữa khung kèo không cột giữa và khung có cột giữa không chỉ phụ thuộc vào yếu tố kỹ thuật mà còn liên quan đến công năng sử dụng, chi phí đầu tư và yêu cầu kiến trúc. Dưới đây là bảng phân tích so sánh hai hệ kết cấu phổ biến trong nhà thép tiền chế:
| Tiêu chí | Khung kèo không cột giữa | Khung có cột giữa |
|---|---|---|
| Cấu tạo | Không có cột giữa, khung vượt nhịp hoàn toàn | Có một hoặc nhiều hàng cột giữa để chia nhỏ nhịp kết cấu |
| Khả năng vượt nhịp | Thường từ 15m đến 60m (thậm chí lớn hơn khi kết hợp các hệ giằng phức tạp) | Dễ vượt nhịp lớn hơn khi có nhiều hàng cột chia tải |
| Chi phí đầu tư ban đầu | Cao hơn do cấu kiện chịu lực lớn hơn | Thấp hơn vì giảm tiết diện khung chính và tải trọng lên móng |
| Tối ưu không gian sử dụng | Rất cao – mặt bằng thông suốt, không vướng cột | Bị chia nhỏ – hạn chế trong bố trí dây chuyền, luồng di chuyển hoặc trưng bày |
| Tính linh hoạt khi thay đổi công năng | Cao – dễ tái cấu trúc mặt bằng hoặc chia tách không gian tạm thời | Thấp – phụ thuộc vào vị trí và mật độ cột giữa |
| Khả năng lắp dựng, thi công | Yêu cầu máy móc nâng hạ công suất lớn, quy trình lắp dựng chính xác cao | Dễ tổ chức thi công hơn trong mặt bằng nhỏ hoặc phân đoạn |
| Ứng dụng điển hình | Nhà kho, siêu thị, sân thể thao, nhà đa năng, gara, nhà chứa máy bay | Nhà xưởng sản xuất phân đoạn, nhà máy lớn, công trình dài theo chiều sâu |
Lưu ý kỹ thuật khi thiết kế và thi công khung không cột giữa
Mặc dù khung kèo không cột giữa mang lại nhiều lợi thế về không gian và công năng, nhưng để đảm bảo hiệu quả sử dụng lâu dài và an toàn kết cấu, việc thiết kế và thi công cần tuân thủ một số nguyên tắc kỹ thuật quan trọng. Dưới đây là các yếu tố cần đặc biệt lưu ý:
1. Giới hạn vượt nhịp và khả năng chịu lực
Khung kèo không cột giữa hoạt động hiệu quả nhất trong phạm vi vượt nhịp từ 15 đến 60 mét. Vượt nhịp càng lớn, cấu kiện càng phải có tiết diện lớn để đảm bảo độ cứng và ổn định tổng thể. Do đó, thiết kế cần tính toán kỹ mô men uốn, lực nén và chuyển vị đầu dầm, đồng thời lựa chọn thép có giới hạn chảy phù hợp (thường từ Q345 trở lên).
2. Độ võng cho phép và kiểm soát biến dạng
Do không có cột giữa, hệ dầm chính phải chịu tải trọng lớn hơn hệ multi-span. Cần kiểm soát độ võng ngang và độ võng đứng theo tiêu chuẩn, đặc biệt đối với công trình sử dụng mái tôn dài hoặc có kết cấu kính – dễ bị ảnh hưởng bởi biến dạng.
3. Tải trọng gió và độ ổn định tổng thể
Công trình có nhịp vượt lớn thường có diện tích mái lớn, ảnh hưởng trực tiếp bởi tải trọng gió – đặc biệt ở các khu vực ven biển hoặc miền Trung – Tây Nguyên. Việc bố trí hệ giằng cứng, thanh chống gió, cột chống xoay cần được tính toán từ đầu để tránh hiện tượng lật hoặc xoắn khung.
4. Nền móng và móng cột biên
Toàn bộ tải trọng của mái sẽ truyền qua hai cột biên, do đó hệ móng tại hai bên cần được thiết kế đủ khả năng chịu tải và kiểm soát lún lệch. Trong một số trường hợp, cần bố trí móng băng lớn hoặc móng cọc sâu tùy theo địa chất nền đất.
5. Vật liệu và phương pháp chế tạo cấu kiện
Do yêu cầu tiết diện lớn, các cấu kiện Clear Span thường được gia công dạng tổ hợp bản (plate welded section) tại xưởng. Việc này đòi hỏi độ chính xác cao trong hàn, kiểm tra chất lượng mối nối, và vận chuyển đến công trường. Cần dự trù phương án nâng hạ phù hợp với chiều dài cấu kiện.
6. Quy trình lắp dựng và an toàn công trường
Lắp dựng khung không cột giữa yêu cầu cẩu nâng công suất lớn, dầm nâng trung gian, và biện pháp thi công đảm bảo ổn định trong quá trình lắp. Từ khâu dựng cột, treo kèo, neo giằng cho đến hoàn thiện mái, toàn bộ quy trình phải tuân thủ quy chuẩn QCVN 18:2021/BXD về an toàn lao động trong xây dựng.
Tóm lại
Trong bối cảnh nhu cầu về không gian lớn, linh hoạt và hiệu quả vận hành ngày càng phổ biến trong công nghiệp, thương mại và hạ tầng dân dụng, khung kèo không cột giữa là một giải pháp kết cấu có tính ứng dụng cao, cả về kỹ thuật lẫn hiệu quả kinh tế dài hạn. Không chỉ tạo ra mặt bằng sử dụng thông suốt, loại hình khung này còn hỗ trợ tốt cho việc thay đổi công năng, mở rộng quy mô hoặc tích hợp các hệ thống kỹ thuật hiện đại trong tương lai.
Tuy nhiên, để phát huy hết tiềm năng của khung kèo không cột giữa, cần có thiết kế chính xác ngay từ đầu, đồng thời đảm bảo quy trình thi công và kiểm soát chất lượng chặt chẽ. Việc lựa chọn hệ kết cấu nào – khung không cột hay có cột – nên được cân nhắc dựa trên mục tiêu khai thác, điều kiện địa chất, khả năng tài chính và quy mô công trình cụ thể.
Nếu bạn cần tư vấn thêm, xin vui lòng liên hệ với TPT Steel qua các thông tin sau:
- 📍 Địa chỉ: Đường số 9A, Hoà Khánh Bắc, Liên Chiểu, Đà Nẵng
- 📞 Hotline: 0984 860 737 – 0984 820 088
- 📧 Email: tptsteel2018@gmail.com
- 🌐 Website: tamphucthanh.com.vn
