THIẾT KẾ NHÀ XƯỞNG KHUNG THÉP CẦN LƯU Ý NHỮNG GÌ

Nhà xưởng khung thép được sử dụng phổ biến trong các công trình công nghiệp nhờ khả năng tạo không gian lớn, tổ chức mặt bằng linh hoạt và thuận lợi cho quá trình thi công. Tuy nhiên, hiệu quả của công trình không chỉ phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu thép mà nằm ở cách tổ chức toàn bộ hệ kết cấu phù hợp với công năng và điều kiện sử dụng thực tế.

Một nhà xưởng khung thép điển hình có thể bao gồm khung chính gồm cột và kèo, hệ xà gồ mái, xà gồ tường, hệ giằng cùng lớp mái và tường bao che. Trong đó, từng bộ phận có vai trò riêng nhưng phải làm việc đồng bộ để tạo thành một hệ kết cấu ổn định.

Vì vậy, ngay từ giai đoạn thiết kế cần xem xét đồng thời nhiều yếu tố thay vì chỉ tập trung vào kích thước cột, kèo hoặc tổng khối lượng thép.

1. Xác định công năng trước khi lựa chọn phương án kết cấu

Công năng sử dụng là cơ sở đầu tiên để xác định phương án thiết kế nhà xưởng khung thép.

Nhà xưởng sản xuất cơ khí, kho hàng, xưởng lắp ráp hay nhà xưởng sử dụng cầu trục sẽ có yêu cầu khác nhau về chiều cao, khoảng trống bên trong, tải trọng và cách bố trí cột.

Trước khi xác định hệ khung cần làm rõ một số thông tin như:

• Quy trình sản xuất hoặc lưu trữ.
• Vị trí và kích thước máy móc.
• Luồng di chuyển nguyên liệu và thành phẩm.
• Phương tiện hoạt động bên trong nhà xưởng.
• Nhu cầu sử dụng cầu trục hoặc thiết bị nâng hạ.
• Yêu cầu đối với kho và các khu vực phụ trợ.
• Khả năng thay đổi dây chuyền trong tương lai.

Nếu phương án kết cấu được xác định trước khi làm rõ công năng, hệ cột hoặc chiều cao khung có thể gây cản trở khi bố trí thiết bị.

Do đó, thiết kế nhà xưởng khung thép nên bắt đầu từ nhu cầu sử dụng không gian, sau đó mới lựa chọn giải pháp kết cấu phù hợp.

2. Nhịp khung, bước cột và chiều cao phải phù hợp với không gian sử dụng

Ba thông số có ảnh hưởng lớn đến phương án khung thép là nhịp nhà xưởng, bước cột và chiều cao công trình.

Nhịp nhà xưởng

Nhịp là khoảng cách giữa các vị trí đỡ chính của khung theo phương ngang nhà xưởng.

Nhịp lớn tạo ra không gian rộng, hạn chế cột nằm giữa khu vực sản xuất nhưng đồng thời làm thay đổi yêu cầu đối với cột, kèo và liên kết.

Khung portal bằng thép được sử dụng rộng rãi cho công trình công nghiệp chính vì khả năng tạo không gian nhịp lớn với ít vật cản bên trong.

Bước cột

Bước cột là khoảng cách giữa các khung chính theo chiều dài nhà xưởng.

Thông số này cần được xem xét cùng với:

• vị trí dây chuyền;
• kích thước thiết bị;
• cửa xuất nhập hàng;
• hệ xà gồ;
• yêu cầu kết cấu;
• phương án mở rộng.

Không nên lựa chọn bước cột chỉ với mục tiêu giảm số lượng cột.

Chiều cao nhà xưởng

Chiều cao phải bảo đảm không gian cho thiết bị, thông gió, hệ thống kỹ thuật và hoạt động sản xuất.

Với nhà xưởng có cầu trục, chiều cao còn phải tính đến đường chạy, dầm cầu trục, thiết bị nâng và khoảng không vận hành cần thiết.

Vì vậy, nhịp lớn hơn, cao hơn hoặc ít cột hơn chưa chắc là phương án tối ưu. Các kích thước phải được lựa chọn dựa trên công năng và bài toán kết cấu tổng thể.

3. Tải trọng phải được xác định từ điều kiện làm việc thực tế

Khung thép chịu nhiều loại tác động trong suốt quá trình sử dụng công trình.

Ngoài trọng lượng của bản thân kết cấu, khi thiết kế còn phải xét đến tải trọng từ mái, hệ thống kỹ thuật, điều kiện môi trường và các thiết bị gắn với kết cấu.

Đối với từng loại nhà xưởng, các tải trọng cần xem xét có thể khác nhau.

Ví dụ, nhà xưởng có:

• cầu trục;
• thiết bị treo;
• đường ống lớn;
• hệ thống thông gió;
• tấm pin hoặc thiết bị đặt trên mái;

sẽ có điều kiện làm việc khác với một nhà kho thông thường.

Đặc biệt với nhà xưởng sử dụng cầu trục, ngoài tải trọng thẳng đứng còn có thể xuất hiện các lực theo phương ngang và phương dọc do hoạt động của thiết bị. Hệ giằng và kết cấu liên quan phải được xem xét phù hợp với các tác động này.

Do đó, việc xác định tải trọng nên xuất phát từ thiết bị và điều kiện vận hành dự kiến, tránh để đến sau khi hoàn thiện kết cấu mới bổ sung thêm tải trọng đáng kể.

4. Hệ giằng và sự ổn định của khung không nên bị xem nhẹ

Khi nhìn vào một nhà xưởng khung thép, cột và kèo thường là những cấu kiện dễ thấy nhất. Tuy nhiên, khả năng ổn định của công trình còn phụ thuộc rất lớn vào hệ giằng và các cấu kiện liên kết giữa các khung.

Trong nhà công nghiệp một tầng, hệ khung chính có thể ổn định theo mặt phẳng ngang của từng khung, trong khi sự ổn định theo chiều dài công trình thường cần đến hệ giằng đứng và giằng mái. Hệ giằng còn có nhiệm vụ truyền các tác động ngang về hệ kết cấu và móng.

Một hệ giằng hợp lý cần được xem xét đồng thời với:

• vị trí cửa lớn;
• khu vực sản xuất;
• đường đi;
• thiết bị;
• cầu trục;
• khả năng mở rộng công trình.

Nếu bố trí giằng sau khi mặt bằng kiến trúc đã hoàn tất, rất dễ xảy ra xung đột giữa giằng và các vị trí cần sử dụng.

Ngoài khả năng chịu lực, thiết kế cũng cần quan tâm đến độ cứng, chuyển vị và ổn định của cấu kiện, bởi công trình không chỉ cần đủ khả năng chịu tải mà còn phải duy trì trạng thái làm việc phù hợp trong quá trình sử dụng.

5. Nền móng phải được thiết kế đồng bộ với hệ khung

Khung thép và móng là một hệ liên kết với nhau.

Tải trọng từ mái, kèo và cột cuối cùng đều được truyền xuống móng và nền đất. Vì vậy, phương án móng không thể được xác định độc lập với kết cấu phía trên.

Thiết kế móng cần xem xét các yếu tố như:

• điều kiện địa chất;
• tải trọng tại chân cột;
• vị trí cột;
• đặc điểm nền đất;
• quy mô nhà xưởng;
• thiết bị và tải trọng sử dụng.

Liên kết giữa cột thép và móng cũng là một vị trí quan trọng của hệ kết cấu. Các giải pháp tại chân cột phải phù hợp với mô hình làm việc được sử dụng trong tính toán kết cấu.

Đối với nền nhà xưởng, cần phân biệt rõ nền sử dụng bên trong nhà xưởng và móng chịu lực của hệ khung. Nền còn phải đáp ứng yêu cầu từ máy móc, hàng hóa, xe nâng và hoạt động sản xuất trên bề mặt.

Vì vậy, khảo sát điều kiện nền đất và xác định nhu cầu sử dụng nên được thực hiện trước khi chốt phương án nền móng.

6. Mái, tường bao và điều kiện môi trường cần được tính từ đầu

Mái và tường không chỉ có chức năng bao che.

Trong nhà xưởng khung thép, lớp mái và tường liên hệ với hệ xà gồ, thanh tường và các cấu kiện phụ. Xà gồ và hệ thanh tường vừa đỡ lớp bao che vừa tham gia giữ ổn định cho một số cấu kiện của hệ khung.

Khi thiết kế cần xem xét đồng thời:

• độ dốc mái;
• khả năng thoát nước;
• máng xối và ống thoát;
• tấm lấy sáng;
• thông gió;
• yêu cầu cách nhiệt;
• đặc điểm môi trường;
• khả năng ăn mòn;
• yêu cầu bảo trì.

Nhà xưởng có diện tích mái lớn đặc biệt cần chú ý đến hệ thống thoát nước. Một phương án mái phù hợp về kết cấu nhưng bố trí thoát nước không hợp lý vẫn có thể gây ra tình trạng nước tràn, thấm dột hoặc ảnh hưởng đến quá trình sử dụng.

Đối với môi trường có độ ẩm cao, hóa chất hoặc các tác nhân gây ăn mòn, yêu cầu bảo vệ kết cấu thép cũng cần được xác định phù hợp với điều kiện làm việc thực tế.

7. Hệ thống kỹ thuật và PCCC phải được phối hợp với kết cấu

Một nhà xưởng sau khi hoàn thiện thường có nhiều hệ thống đi qua hoặc gắn với kết cấu như:

• máng cáp;
• hệ thống điện;
• đường ống;
• thông gió;
• cấp thoát nước;
• hệ thống phòng cháy chữa cháy;
• chiếu sáng;
• thiết bị phục vụ sản xuất.

Nếu các hệ thống này chỉ được bố trí sau khi khung thép đã thiết kế xong, có thể xảy ra tình trạng đường ống xung đột với giằng, phải thay đổi cao độ hoặc phát sinh nhu cầu treo thêm tải vào kết cấu.

Vì vậy, các bộ môn kiến trúc – kết cấu – cơ điện – phòng cháy chữa cháy cần được phối hợp từ giai đoạn thiết kế.

Các yêu cầu về an toàn và phòng cháy chữa cháy cũng phải được xem xét theo công năng, loại hình sản xuất và các quy định áp dụng cho từng công trình, thay vì sử dụng một phương án giống nhau cho mọi nhà xưởng.

8. Nên tính đến khả năng mở rộng ngay từ giai đoạn thiết kế

Nhà xưởng công nghiệp thường có vòng đời sử dụng dài, trong khi quy mô sản xuất có thể thay đổi.

Một doanh nghiệp có thể cần:

• kéo dài thêm nhà xưởng;
• bổ sung một nhịp;
• tăng diện tích kho;
• lắp thêm dây chuyền;
• bố trí thêm cầu trục;
• thay đổi công năng một số khu vực.

Không phải mọi công trình đều cần thiết kế sẵn cho tất cả các khả năng này. Tuy nhiên, nếu doanh nghiệp đã có kế hoạch mở rộng, điều đó nên được đưa vào bài toán thiết kế ngay từ đầu.

Ví dụ, vị trí hệ giằng, giao thông nội bộ, đầu hồi, công trình phụ trợ hoặc hệ thống kỹ thuật có thể ảnh hưởng đến khả năng mở rộng về sau.

Mục tiêu không phải là tăng khối lượng kết cấu không cần thiết mà là tránh tạo ra những ràng buộc khiến việc mở rộng trở nên khó khăn hơn.

Một thiết kế khung thép tốt không đồng nghĩa với sử dụng nhiều thép

Một quan niệm dễ gặp là kết cấu càng lớn hoặc sử dụng càng nhiều thép thì công trình càng chắc chắn.

Thực tế, hiệu quả của một nhà xưởng khung thép phụ thuộc vào việc lựa chọn đúng hệ kết cấu, xác định đúng tải trọng và tổ chức đường truyền lực hợp lý.

Thiết kế quá nặng có thể làm tăng chi phí mà không tạo ra giá trị sử dụng tương ứng. Ngược lại, tối ưu vật liệu nhưng không kiểm soát đầy đủ ổn định, độ cứng hoặc điều kiện vận hành cũng không phải một phương án phù hợp.

Các yếu tố quan trọng cần được cân bằng gồm:

công năng – kích thước khung – tải trọng – độ ổn định – nền móng – bao che – hệ thống kỹ thuật – khả năng phát triển trong tương lai.

Khi những yếu tố này được xem xét đồng bộ ngay từ đầu, nhà xưởng khung thép sẽ phù hợp hơn với nhu cầu sản xuất và hạn chế những điều chỉnh không cần thiết trong quá trình triển khai.

Châu Tuấn thực hiện tư vấn thiết kế và thi công xây dựng nhà xưởng kết cấu thép, phục vụ các nhu cầu nhà xưởng, nhà kho và công trình công nghiệp. Việc kết hợp giữa yêu cầu sử dụng thực tế và phương án kết cấu phù hợp là cơ sở để xây dựng công trình đáp ứng tốt nhu cầu vận hành lâu dài.

CÔNG TY TNHH XÂY DỰNG THƯƠNG MẠI VÀ DỊCH VỤ CHÂU TUẤN
Địa chỉ: 158/22 Hoàng Hoa Thám, Phường Bảy Hiền, TP.HCM
Hotline: (028) 2248 6888 – 0988 373 605
Email: info@chautuan.com
Website: chautuan.com – railtechco.com – xaynhaxuong.vn