Xà gồ thép là một trong những cấu kiện phụ quan trọng bậc nhất trong kết cấu nhà công nghiệp khung thép. Không chỉ chịu trách nhiệm truyền tải trọng từ hệ mái và vách xuống khung chính, xà gồ còn góp phần quyết định đến độ ổn định tổng thể và tuổi thọ công trình.
Trong số các loại xà gồ hiện nay, xà gồ dập nguội ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng tạo hình linh hoạt, trọng lượng nhẹ, độ chính xác cao và hiệu quả kinh tế vượt trội. Vậy xà gồ dập nguội là gì? Có những loại nào, đặc điểm kỹ thuật ra sao và cách thiết kế, tính toán như thế nào cho hiệu quả? Hãy cùng TPT Steel phân tích chi tiết trong bài viết dưới đây.
Tổng quan về xà gồ
Xà gồ thép là gì?
Trong kết cấu nhà công nghiệp khung thép, xà gồ đóng vai trò là hệ cấu kiện phụ trợ nhưng có ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu tải và ổn định tổng thể của mái và vách công trình. Xà gồ là thanh thép có tiết diện chữ C, Z, U hoặc các dạng hình học khác, được bố trí theo phương ngang, vuông góc với dầm mái hoặc khung cột, nhằm đỡ hệ tấm lợp, tường bao hoặc sàn nhẹ.
Xà gồ truyền tải trọng từ tấm mái/tường xuống hệ khung chính, góp phần phân bố tải trọng đều lên dầm – cột. Ngoài ra, khi được liên kết đúng cách, hệ xà gồ còn đóng vai trò như một hệ giằng ngang, giúp tăng độ cứng không gian và hạn chế biến dạng trong điều kiện gió, rung động hoặc trọng tải thay đổi.
Hiện nay, trong thi công nhà xưởng hiện đại, xà gồ thường được chế tạo từ thép cán nguội (cold-formed steel), có khả năng tạo hình linh hoạt, khối lượng nhẹ, độ chính xác cao và phù hợp với tiêu chuẩn công nghiệp hiện hành.
Tham khảo: Công ty nhà thép tiền chế Đà Nẵng uy tín
Xà gồ dập nguội là gì?
Xà gồ dập nguội là loại xà gồ thép được sản xuất bằng phương pháp cán nguội (cold-formed), trong đó thép tấm được ép định hình ở nhiệt độ thường để tạo thành các tiết diện như chữ C, Z, U hoặc Σ. Loại xà gồ này thường làm từ thép mạ kẽm hoặc thép cường độ cao, có độ dày từ 1.2 mm đến 3.2 mm và được sử dụng phổ biến trong kết cấu mái và vách của nhà công nghiệp khung thép nhờ trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng thi công nhanh chóng.
6 lý do nên chọn xà gồ dập nguội
1. Tối ưu trọng lượng và vật tư:
Do được chế tạo bằng công nghệ cán nguội, xà gồ dập nguội có tiết diện mỏng hơn nhưng vẫn đảm bảo khả năng chịu uốn. Điều này giúp giảm tổng khối lượng kết cấu, từ đó tiết kiệm vật liệu và chi phí vận chuyển.
2. Độ chính xác cao trong sản xuất:
Xà gồ dập nguội được sản xuất trên dây chuyền tự động hóa với khả năng cắt đột chính xác từng milimet. Điều này đảm bảo sự đồng đều giữa các thanh xà gồ, giúp thi công nhanh chóng và chính xác tại công trường.
3. Khả năng tùy biến linh hoạt:
Tùy theo thiết kế kết cấu, xà gồ có thể được định hình theo nhiều kích thước và hình dạng khác nhau (C, Z, U…), đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đa dạng mà không cần chế tạo lại khuôn riêng như cán nóng.
4. Tính thẩm mỹ cao:
Bề mặt của xà gồ dập nguội mịn, phẳng, và thường được mạ kẽm nhúng nóng hoặc mạ hợp kim nhôm–kẽm, tạo vẻ ngoài đồng bộ, hiện đại và ít yêu cầu sơn phủ bổ sung.
5. Chống ăn mòn và tuổi thọ cao:
Xà gồ dập nguội mạ kẽm có khả năng chống gỉ sét tốt, đặc biệt phù hợp với môi trường có độ ẩm cao như nhà máy chế biến, kho bãi hoặc vùng ven biển.
6. Phù hợp với kết cấu lắp ghép:
Trong mô hình nhà công nghiệp hiện đại, việc thi công theo phương pháp lắp dựng nhanh yêu cầu các cấu kiện nhẹ, chính xác và dễ kết nối – đặc điểm mà xà gồ dập nguội đáp ứng rất tốt.
Những hình dạng của các loại xà gồ
Xà gồ thép dập nguội được sản xuất với nhiều hình dạng mặt cắt khác nhau nhằm đáp ứng các yêu cầu thiết kế đa dạng về vị trí lắp đặt, tải trọng tác dụng và tính ổn định tổng thể của kết cấu. Mỗi loại hình dạng mặt cắt đều có đặc điểm cơ học riêng, ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn, chống xoắn, và bố trí liên kết trong công trình nhà khung thép.
Dưới đây là 5 hình dạng xà gồ phổ biến nhất hiện nay:
1. Xà gồ chữ C (C-section purlin)
- Dạng mặt cắt: hình chữ C với 2 cánh song song, thường có nẹp hoặc mép gấp để tăng độ cứng.
- Ưu điểm: dễ thi công, dễ liên kết bằng bu lông hoặc hàn; thích hợp dùng cho hệ mái có nhịp vừa và ngắn.
- Ứng dụng: làm xà gồ mái, xà gồ vách cho các công trình nhà xưởng nhỏ – trung bình.
2. Xà gồ chữ Z (Z-section purlin)
- Dạng mặt cắt: hình chữ Z có thể xếp chồng lên nhau (lồng mí), cho phép mở rộng nhịp liên tục.
- Ưu điểm: hiệu quả trong việc vượt nhịp dài, khả năng liên kết liên tục giữa các khẩu độ.
- Ứng dụng: thường được sử dụng ở phần mái, nhất là với hệ khung khẩu độ lớn.
- Lưu ý: cần có phương pháp liên kết chống xoay đầu xà gồ do cấu trúc không cân bằng như chữ C.
3. Xà gồ chữ U (U-section purlin)
- Ít phổ biến hơn, chủ yếu dùng trong các kết cấu phụ trợ hoặc làm khung đỡ kỹ thuật.
- Khả năng chịu lực thấp hơn dạng C/Z nhưng dễ chế tạo và thi công.
4. Xà gồ Ω (omega) hoặc Σ (sigma)
- Dạng đặc biệt, có nhiều gân tăng cứng – thường dùng cho các công trình đòi hỏi tính ổn định cao và tiết kiệm khối lượng.
- Ít phổ biến ở thị trường thông thường nhưng có ứng dụng trong hệ giằng mái, thanh chống gió hoặc xà gồ sàn nhẹ.
5. Xà gồ hộp (Box-type purlin)
- Có tiết diện dạng hộp kín hoặc chữ nhật.
- Khả năng chịu xoắn và uốn vượt trội, nhưng thi công phức tạp và giá thành cao.
- Chủ yếu dùng trong các công trình đặc biệt hoặc yêu cầu độ cứng không gian lớn.
Tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế, khẩu độ nhịp, điều kiện tải trọng và phương pháp liên kết, người thiết kế sẽ lựa chọn loại xà gồ phù hợp để đảm bảo công trình đạt hiệu quả tối ưu cả về kết cấu lẫn chi phí.
Cấu tạo các loại xà gồ thép dập nguội
Trong kết cấu thép nhẹ, đặc biệt là nhà công nghiệp khung thép, xà gồ chữ C và chữ Z là hai loại tiết diện dập nguội phổ biến nhất. Cả hai đều được chế tạo từ thép mạ kẽm hoặc thép cường độ cao cán nguội, với độ dày đa dạng từ 1.2mm đến 3.2mm, chiều cao tiết diện từ 60mm đến 300mm tùy nhu cầu tính toán.
Xà gồ tiết diện chữ C
Xà gồ chữ C có mặt cắt hình chữ C gồm: bản bụng (web) và hai bản cánh song song (flanges). Mép cánh thường được gập lại để tăng độ cứng xoắn và chống biến dạng trong quá trình vận chuyển, lắp dựng.
Cấu tạo điển hình:
- Chiều cao tiết diện (H): 80 – 250 mm
- Bề rộng cánh (B): 40 – 75 mm
- Độ dày (t): 1.2 – 3.2 mm
- Có thể đục lỗ sẵn theo thiết kế: lỗ oval hoặc lỗ tròn để bu lông liên kết
Ưu điểm:
- Dễ chế tạo và gia công tại xưởng.
- Khả năng chịu uốn tốt trong mặt phẳng chính.
- Phù hợp với các nhịp ngắn đến trung bình.
- Lắp dựng đơn lẻ, không cần liên kết đối đầu như chữ Z.
Nhược điểm:
- Khó tận dụng liên kết nối dài giữa các khẩu độ như xà gồ chữ Z.
- Khả năng chịu xoắn kém hơn hộp hoặc tiết diện kín.
Ứng dụng:
- Xà gồ mái và xà gồ vách cho các nhà xưởng nhỏ, kho tiền chế, trạm chờ,…
- Làm thanh đỡ cho các hệ tường bao hoặc hệ sàn nhẹ.
Xà gồ tiết diện chữ Z
Xà gồ chữ Z có mặt cắt không đối xứng: hai cánh nằm lệch nhau so với bản bụng, tạo thành hình chữ Z. Chính nhờ cấu trúc lệch này, hai thanh xà gồ Z có thể chồng mí để liên kết nối dài liên tục, rất hiệu quả cho các khẩu độ lớn.
Cấu tạo điển hình:
- Chiều cao tiết diện (H): 100 – 300 mm
- Bề rộng cánh (B1, B2): 40 – 75 mm (khác nhau giữa hai bên cánh)
- Độ dày (t): 1.5 – 3.2 mm
- Mép cánh thường được bẻ gập 10–15mm để tăng độ cứng.
Ưu điểm:
- Khả năng vượt nhịp lớn (≥ 6m) nhờ khả năng lồng mí và truyền lực liên tục.
- Giảm số lượng gối đỡ → tiết kiệm chi phí dầm/cột.
- Tối ưu trọng lượng và vật tư so với C khi cần khẩu độ dài.
Nhược điểm:
- Cần biện pháp chống xoay đầu xà gồ do mặt cắt không đối xứng.
- Thi công lắp đặt phức tạp hơn, đòi hỏi kiểm soát kỹ vị trí mí nối.
Ứng dụng:
- Thường dùng làm xà gồ mái trong nhà xưởng, kho logistic, nhà công nghiệp khung thép khẩu độ lớn (≥ 20m).
- Áp dụng hiệu quả trong công trình yêu cầu tiết giảm vật tư, tăng tốc độ thi công.
Các loại liên kết xà gồ
Trong kết cấu nhà công nghiệp khung thép, xà gồ không thể hoạt động hiệu quả nếu thiếu đi hệ thống liên kết đảm bảo tính ổn định hình học và khả năng truyền lực. Tùy theo dạng xà gồ, điều kiện thi công và yêu cầu thiết kế, các phương pháp liên kết cũng có sự khác biệt nhất định. Trong thực tế, hai loại liên kết được sử dụng phổ biến là liên kết bu lông truyền thống và liên kết đai gắn tăng cường.
Loại liên kết xà gồ phổ thông
Liên kết phổ thông là phương pháp kết nối các thanh xà gồ với khung chính hoặc với nhau thông qua bu lông cường độ cao. Với xà gồ chữ C, liên kết được thực hiện tại hai đầu bằng bản mã và bu lông, thường là liên kết hai mặt hoặc ba mặt tùy vào tải trọng tác dụng. Trong khi đó, xà gồ chữ Z tận dụng khả năng chồng mí giữa hai thanh, cho phép tạo thành một hệ liên kết liên tục qua các gối đỡ, truyền lực hiệu quả hơn so với cách lắp rời rạc.
Điều quan trọng trong liên kết phổ thông là vị trí lỗ bu lông cần được gia công chính xác tại xưởng nhằm tránh lệch tâm trong quá trình lắp dựng. Đồng thời, phải có biện pháp gia cường đầu xà gồ để tránh hiện tượng xoắn cục bộ, nhất là với xà gồ Z có tiết diện bất đối xứng.
Loại liên kết đai gắn
Liên kết đai gắn được sử dụng để cố định các thanh xà gồ với nhau tại các điểm giữa nhịp nhằm tăng cường độ ổn định bên. Thông thường, đai gắn là các thanh thép hộp hoặc thanh dẹt chạy vuông góc với phương xà gồ, tạo thành mạng liên kết ngàm – có tác dụng chống lật và phân tán lực ngang. Phương pháp này đặc biệt quan trọng trong công trình có khẩu độ mái lớn, hoặc khi xà gồ được thiết kế vượt nhịp dài và chịu tải trọng gió lớn.
Mật độ và vị trí của các đai gắn cần được xác định dựa trên tính toán, nhưng về nguyên tắc, nên bố trí tại 1/3 và 2/3 nhịp của xà gồ, đồng thời kết nối chặt với hệ giằng mái để hình thành hệ không gian ổn định tổng thể.
Nguyên lý tính toán xà gồ thép dập nguội
Việc tính toán xà gồ thép dập nguội dựa trên cơ sở của lý thuyết uốn thanh mảnh, kết hợp với các hiệu ứng ổn định tổng thể và ổn định cục bộ của tiết diện mỏng. Do đặc thù cấu tạo từ thép cán nguội, xà gồ thường có độ dày nhỏ và chiều cao tiết diện lớn, dẫn đến nguy cơ mất ổn định dưới tác động của tải trọng phức tạp. Vì vậy, nguyên lý tính toán cần đảm bảo đồng thời cả khả năng chịu uốn, chịu cắt và chống xoay.
>>> Dưới đây là các bước và nguyên tắc cơ bản trong quá trình tính toán:
1. Xác định tải trọng tác dụng
Tải trọng bao gồm:
- Tải trọng tĩnh: trọng lượng bản thân xà gồ, tấm lợp, lớp cách nhiệt, hệ máng nước…
- Tải trọng động: gió, mưa, tải trọng bảo trì (người đi lại trên mái), tải trọng tuyết (nếu có).
- Tải trọng đặc biệt: thiết bị cơ điện gắn trên mái, tấm pin năng lượng mặt trời.
2. Lựa chọn sơ đồ tính và điều kiện gối
- Phổ biến nhất là sơ đồ dầm đơn giản một nhịp hai gối tựa.
- Trong trường hợp có liên kết mí xà gồ Z, có thể tính như dầm liên tục.
- Cần xác định có hay không hệ chống xoay đầu nhịp để điều chỉnh hệ số ổn định.
3. Tính toán nội lực uốn và cắt
Áp dụng công thức uốn đơn giản:
- Mmax = qL²/8 (với dầm hai gối) hoặc Mmax = qL²/10 (nếu có liên kết liên tục và hỗ trợ).
- Kiểm tra ứng suất uốn σ = M/W, ứng suất cắt τ = V/A.
4. Kiểm tra ổn định tiết diện
Vì xà gồ dập nguội là tiết diện mỏng, cần kiểm tra thêm:
- Ổn định cục bộ của bản bụng và cánh (local buckling)
- Ổn định tổng thể của thanh (lateral-torsional buckling)
- Hiệu ứng xoắn – uốn tổng hợp (nếu không có đai gắn chống lật)
5. Xác định hệ số an toàn theo tiêu chuẩn thiết kế
Mỗi bộ tiêu chuẩn (TCVN, AISI, Eurocode…) có hệ số riêng, thường từ 1.2 – 1.7 cho tổ hợp tải trọng cơ bản.
6. Lựa chọn tiết diện phù hợp
Từ kết quả nội lực và ổn định, tiến hành tra bảng hoặc phần mềm để chọn tiết diện xà gồ (C hoặc Z) đáp ứng yêu cầu. Đảm bảo chiều dày không nhỏ hơn mức tối thiểu để tránh mất ổn định cục bộ.
Trong thực tế, các đơn vị chuyên nghiệp như TPT Steel sử dụng phần mềm thiết kế chuyên dụng (SAP2000, Tekla TSD, Prota Structure…) để mô phỏng và kiểm tra toàn bộ hệ xà gồ, đặc biệt trong các công trình khẩu độ lớn hoặc điều kiện gió phức tạp. Tuy nhiên, hiểu rõ các nguyên lý cơ bản vẫn là nền tảng quan trọng để kiểm soát chất lượng và đảm bảo an toàn thiết kế.
Hai trường hợp chịu tải của xà gồ dập nguội
Trong thiết kế và thi công nhà công nghiệp khung thép, xà gồ thép dập nguội có thể làm việc trong hai trạng thái chịu tải khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện liên kết, cấu tạo hệ giằng và yêu cầu kỹ thuật của từng công trình. Việc phân biệt rõ hai trường hợp này là yếu tố then chốt trong lựa chọn tiết diện và kiểm soát ổn định tổng thể của cấu kiện.
Trường hợp có liên kết chống lật
Đây là trường hợp lý tưởng khi xà gồ được hỗ trợ đầy đủ bởi các hệ giằng ngang, đai gắn, tấm lợp và các liên kết với khung chính. Các điểm gối đỡ và giữa nhịp được cố định tốt, ngăn chặn chuyển vị bên và xoay ngang tiết diện.
Đặc điểm kỹ thuật:
- Ứng suất uốn được phân bố đều theo tiết diện.
- Khả năng chịu tải cao hơn do không bị giảm khả năng ổn định bên.
- Tiết diện có thể được tối ưu để giảm trọng lượng (sử dụng chiều dày nhỏ hơn hoặc nhịp dài hơn).
- Phù hợp với hệ mái có bố trí đầy đủ đai gắn hoặc lớp tấm lợp gắn cố định.
Trường hợp không có liên kết chống lật
Trong một số công trình, đặc biệt là giai đoạn trước khi hoàn thiện lớp mái, hoặc các công trình tạm không sử dụng đai gắn, xà gồ có thể làm việc trong trạng thái không có hỗ trợ chống lật. Khi đó, tiết diện xà gồ dễ xảy ra hiện tượng mất ổn định bên (lateral buckling) hoặc uốn xoắn.
Đặc điểm kỹ thuật:
- Khả năng chịu uốn giảm rõ rệt, đặc biệt với tiết diện mỏng và khẩu độ dài.
- Phải tính toán thêm hệ số ổn định bên (Cb hoặc klt tùy theo tiêu chuẩn).
- Đòi hỏi sử dụng tiết diện lớn hơn hoặc tăng chiều dày để bù lại giảm khả năng chịu tải.
- Nguy cơ hư hỏng trong quá trình thi công nếu chưa có đủ liên kết tạm.
Trong thực tế, các kỹ sư của TPT Steel luôn ưu tiên thiết kế theo phương án có liên kết chống lật nhằm đảm bảo ổn định và hiệu quả vật tư. Tuy nhiên, vẫn luôn cần tính đến phương án dự phòng cho giai đoạn thi công, đặc biệt là khi chưa hoàn thiện lớp mái – bởi đây là lúc xà gồ dễ mất ổn định nhất.
Cách chọn kích thước xà gồ dập nguội
Việc lựa chọn kích thước xà gồ thép dập nguội cần được thực hiện dựa trên các thông số kỹ thuật chính như chiều dài nhịp, tải trọng mái, bước xà gồ và khả năng liên kết chống lật. Bên cạnh các tính toán lý thuyết theo tiêu chuẩn, kinh nghiệm thực tế cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tiết diện hợp lý, tối ưu hóa chi phí mà vẫn đảm bảo độ bền và an toàn kết cấu.
Quy trình lựa chọn thường bắt đầu bằng việc xác định tải trọng tác dụng lên mỗi thanh xà gồ, bao gồm tải trọng tĩnh (trọng lượng mái, tấm cách nhiệt, xà gồ), tải trọng gió, tải trọng mưa và tải trọng sử dụng (nếu có). Sau đó, dựa trên nhịp tính toán và sơ đồ làm việc (hai gối đơn giản hay dầm liên tục), kỹ sư sẽ chọn sơ bộ tiết diện và kiểm tra lại theo khả năng chịu uốn – cắt – ổn định tiết diện.
Trong thực tế thi công, các kích thước xà gồ dập nguội phổ biến có thể kể đến như:
- Với khẩu độ nhịp từ 4m đến 6m: thường sử dụng xà gồ C100×50×1.5 hoặc Z120×50×1.8.
- Với khẩu độ nhịp từ 6m đến 8m: sử dụng xà gồ Z150×50×2.0 hoặc Z180×60×2.5.
- Với khẩu độ trên 8m hoặc trong vùng gió lớn: nên cân nhắc sử dụng Z200×60×2.5 trở lên, có liên kết mí và đai gắn đầy đủ.
Tất nhiên, đây chỉ là các tham số gợi ý mang tính tham khảo. Trong mọi trường hợp, kích thước xà gồ cần được kiểm tra chính xác bằng tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, có xét đến yếu tố an toàn và điều kiện thi công thực tế tại công trường.
Một lưu ý quan trọng khác là khả năng gia công tại xưởng và vận chuyển cũng ảnh hưởng đến việc chọn chiều dài thanh xà gồ. Thông thường, chiều dài mỗi thanh được giới hạn trong khoảng 6–12 mét để thuận tiện cho việc chuyên chở, bốc dỡ và lắp dựng bằng thủ công hoặc thiết bị cơ giới.
Tóm lại
Xà gồ thép dập nguội là một thành phần không thể thiếu trong kết cấu nhà công nghiệp khung thép. Với khả năng tạo hình linh hoạt, trọng lượng nhẹ và hiệu quả chịu lực cao, loại xà gồ này ngày càng trở thành lựa chọn ưu tiên trong các công trình hiện đại. Tuy nhiên, để khai thác tối đa ưu điểm của xà gồ dập nguội, người thiết kế và thi công cần nắm vững các nguyên lý kỹ thuật, từ lựa chọn tiết diện, cấu tạo liên kết, điều kiện chống lật cho đến tính toán ổn định tổng thể.
Việc lựa chọn đúng hình dạng và kích thước xà gồ không chỉ giúp đảm bảo khả năng chịu tải và tuổi thọ công trình, mà còn góp phần tối ưu hóa chi phí vật tư, đơn giản hóa thi công và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sử dụng. Đặc biệt trong môi trường sản xuất công nghiệp, nơi yêu cầu về độ ổn định và an toàn luôn được đặt lên hàng đầu, xà gồ cần được xem xét như một cấu kiện chiến lược chứ không đơn thuần là “thanh phụ”.
Là đơn vị chuyên thiết kế và thi công nhà công nghiệp khung thép, TPT Steel nhận thấy rằng chất lượng công trình không chỉ đến từ vật liệu hay máy móc, mà đến từ sự am hiểu và kiểm soát chi tiết, trong đó, xà gồ là một mắt xích quan trọng của toàn bộ hệ kết cấu. Việc đầu tư thời gian nghiên cứu, thiết kế bài bản và giám sát thi công chặt chẽ đối với hệ xà gồ sẽ mang lại giá trị bền vững và hiệu quả lâu dài cho bất kỳ công trình nào.
