Kết cấu thép nhà xưởng gồm những thành phần nào?
Nhà xưởng thép công nghiệp được xây dựng từ ba hệ thống chính: khung thép hình (cột, dầm, xà ngang), hệ xà gồ C hoặc Z và lớp bao che tôn sóng hoặc sandwich panel. Ba hệ này liên kết với nhau qua bulong cường độ cao và mối hàn góc, tạo nên kết cấu chịu lực hoàn chỉnh. Trọng lượng thép trung bình cho nhà xưởng một tầng đạt 20–35 kg/m² sàn tùy nhịp và tải trọng.
Hệ khung thép hình (cột và dầm)
Cột nhà xưởng thường dùng thép H hoặc I cán nóng; tiết diện phổ biến H200–H400 tùy chiều cao tầng 6–12 m. Dầm ngang (rafter) dùng thép H hoặc dầm tổ hợp hàn (built-up); nhịp tiêu chuẩn 18–36 m, mái hai mái dốc 5°–15°. Khung được chế tạo tại xưởng, chia đoạn vận chuyển và nối bằng bulong cường độ cao M20–M24 tại công trường.
Khoảng cách khung (bay spacing)
Khoảng cách giữa các khung ngang thường 6 m hoặc 7,5 m; tối đa 9 m khi có dầm phụ. Khoảng cách này quyết định nhịp tính toán của xà gồ và tải truyền xuống cột. Lựa chọn 6 m phổ biến nhất tại Việt Nam do phù hợp với nhịp xà gồ và tiêu chuẩn tôn lợp.
Hệ xà gồ C và Z
Xà gồ C (C-purlin) và Z (Z-purlin) là thép nguội cán từ cuộn, phổ biến nhất dùng C150×65×2,5 mm nặng 3,1 kg/m cho nhịp 6 m. Xà gồ Z có khả năng lắp chồng (overlap sleeve) nên chịu lực liên tục tốt hơn trên mái dốc >10°. Khoảng cách xà gồ trên mái thường 1,2–1,5 m phụ thuộc tải tôn và tải gió.
| Tiết diện | Nhịp (m) | Tải thiết kế (kN/m²) | Trọng lượng (kg/m) |
|---|---|---|---|
| C100×50×2,0 | ≤ 4,5 | 0,5–0,8 | 2,0 |
| C150×65×2,5 | ≤ 6,0 | 0,8–1,2 | 3,1 |
| C200×75×3,0 | ≤ 7,5 | 1,0–1,5 | 4,8 |
| Z200×75×2,5 | ≤ 9,0 (lap) | 1,0–1,5 | 4,2 |
| Z250×90×3,0 | ≤ 10,0 (lap) | 1,2–2,0 | 5,6 |
Hệ bao che mái và tường
Tôn sóng đơn lớp (single skin) thường dày 0,42–0,55 mm, phủ lớp mạ kẽm-nhôm (Zincalume) hoặc sơn polyester; phổ biến nhất là tôn sóng ngói và tôn 11 sóng. Với yêu cầu cách nhiệt, dùng panel sandwich 50–100 mm (EPS hoặc rockwool nhân) đạt hệ số U ≤ 0,5 W/m²K. Tường bao che thường dùng tôn sóng 0,45 mm hoặc tường gạch từ nền đến 1,2 m chống va đập xe nâng.
Hệ giằng ngang và giằng đứng
Giằng mái (roof bracing) bố trí dạng chéo chữ X ở hai đầu hồi và giữa nhà bằng thanh thép tròn d16–d20 hoặc thép hộp; giằng đứng (wall bracing) bố trí tương tự ở vách hai đầu. Hệ giằng truyền lực gió ngang vào nền móng và đảm bảo ổn định tổng thể khi thi công. Không có hệ giằng đúng quy cách là nguyên nhân phổ biến của sự cố nhà xưởng.
Tiêu chuẩn thiết kế áp dụng
- TCVN 5575:2012 — Kết cấu thép, tiêu chuẩn thiết kế
- TCVN 2737:1995 — Tải trọng và tác động
- AISC 360-22 (Mỹ) — Specification for structural steel buildings
- EN 1993-1-1 (Eurocode 3) — Design of steel structures
- EN 10162 — Thép cán nguội cho xà gồ C/Z
Trình tự thi công nhà xưởng thép
- Định vị tim móng, đổ bê tông móng và chôn bu lông neo (anchor bolts)
- Dựng cột, lắp dầm ngang từng khung, tạm giữ bằng thanh chống tạm
- Lắp hệ giằng mái và giằng đứng, kiểm tra độ thẳng đứng trước khi xiết bulong
- Lắp xà gồ mái, xà gồ tường và phụ kiện tôn
- Lợp tôn mái từ đầu hồi về giữa, lắp tôn tường
- Lắp hệ máng xối, ống thoát nước và hoàn thiện
Lưu ý kiểm tra chất lượng
Kiểm tra moment xiết bulong bằng cờ lê lực (torque wrench) theo yêu cầu A325 hoặc Gr8.8. Mối hàn góc liên kết chân cột và bản đế phải kiểm tra bằng phương pháp từ tính (MT) hoặc mắt thường với thước đo chân hàn. Sai lệch độ thẳng đứng cột cho phép ≤ H/1000 (H = chiều cao cột) hoặc tối đa 10 mm theo TCVN 9391.
Chi phí tham khảo
Suất đầu tư nhà xưởng thép công nghiệp (không nội thất) dao động 2,5–4,5 triệu đồng/m² tùy tiêu chuẩn hoàn thiện và nhịp khung năm 2024. Phần thép kết cấu chiếm khoảng 40–55% tổng chi phí; phần còn lại là móng, tôn lợp và hệ điện nước. Nhà xưởng nhịp lớn (>30 m) có suất thép cao hơn nhưng tổng chi phí/m² sàn có thể thấp hơn nhờ bỏ cột giữa.