(Góc nhìn từ một kỹ sư kết cấu với hơn 10 năm trong nghề)
1. Giới thiệu: Hệ giằng – phần “thầm lặng” nhưng quyết định sự an toàn của nhà xưởng
Trong thiết kế và thi công nhà xưởng, rất nhiều chủ đầu tư chỉ quan tâm đến kèo, cột, nền và tôn mái – vì đó là những phần “nhìn thấy được”. Nhưng có một bộ phận cực kỳ quan trọng, gần như quyết định toàn bộ độ ổn định không gian, khả năng chống gió, khả năng truyền tải trọng ngang, và tuổi thọ công trình, đó chính là hệ giằng.
Hệ giằng đúng nghĩa là “bộ gân” giúp công trình đứng vững.
Nhiều công trình bị rung, bị lắc, võng mái lớn, thậm chí sập đổ một phần trong bão – không phải vì thép không đủ, mà do bố trí giằng sai hoặc thiếu giằng.
Với góc nhìn của người làm kết cấu thép nhiều năm, tôi nhận ra:
“Cứ 10 nhà xưởng gặp vấn đề, thì 7 nhà có liên quan trực tiếp đến lỗi hệ giằng.”
Vì vậy, việc hiểu vì sao nhà xưởng cần giằng không chỉ dành cho kỹ sư – mà còn quan trọng với chủ đầu tư để nhận biết một bản vẽ có “tâm” hay không.
2. Hệ giằng trong nhà xưởng là gì?
Giằng là tập hợp các thanh thép (thường là thép ống, thép tròn, thép hộp, thép C/Z hoặc cáp xoắn) được bố trí theo phương chéo, dọc, ngang nhằm tạo nên các “mặt phẳng cứng” cho công trình.
Trong nhà thép tiền chế hoặc nhà xưởng khung thép, giằng có 3 nhóm chính:
2.1. Giằng mái (Roof Bracing)
Một hệ thanh chéo trong mặt phẳng mái giúp giữ ổn định vì kèo, truyền tải trọng gió về hệ cột.
2.2. Giằng cột – giằng khoang (Vertical Bracing)
Bố trí giữa các khung nhằm tạo đường truyền lực ngang về móng.
2.3. Giằng xà gồ (Purlin Bracing)
Hệ giằng tăng cứng cho xà gồ C/Z, giúp xà gồ không xoay hoặc mất ổn định.
2.4. Giằng dọc – giằng đỉnh (Tie Beam, Strut)
Hệ thanh dọc theo đỉnh hoặc chân mái để khóa các khung thép lại với nhau, tạo mặt phẳng cứng.
Dù tên gọi khác nhau, mục tiêu chung của giằng là:
Tạo độ cứng, truyền lực, chống xoay, chống lật, chống sập.
3. Vì sao nhà xưởng cần giằng? – Phân tích theo 6 nhóm lý do chính
Dưới đây là phần quan trọng nhất: 6 lý do mang tính chuyên môn – nhưng được diễn giải đơn giản, dễ hiểu để ai cũng thấy được giá trị của hệ giằng trong nhà xưởng.
3.1. Giằng giúp công trình chống lại tải trọng gió
Trong nhà xưởng, tải trọng lớn nhất không phải tải mái hay tải vận hành, mà là tải trọng gió.
Gió tạo ra lực ngang rất lớn.
Nếu không có giằng để “dẫn” lực gió về móng, thì lực này sẽ tác động trực tiếp vào khung kèo → gây lắc → gây chuyển vị ngang → gây xoay cột → dẫn tới phá hoại kết cấu.
Hệ giằng giúp:
-
Nhận lực gió từ mái và tường
-
Truyền lực đó qua các thanh giằng
-
Đưa lực xuống móng theo đúng đường thiết kế
Không có giằng → gió thổi một phát → khung nhà rung như sóng → đinh tán, bulong nở lỏng dần → công trình mất ổn định.
Trong nhiều công trình tôi thẩm tra, phần lớn lỗi đến từ việc:
-
Thiếu giằng mái
-
Giằng khoang bố trí sai vị trí
-
Giằng quá mảnh (lấy theo cảm tính)
3.2. Giằng giữ ổn định hình học khung thép (không bị xoắn/lắc)
Khung thép bản chất mảnh và cao, nên rất dễ bị:
-
Xoắn
-
Lắc phương ngang
-
Mất ổn định tổng thể
Hệ giằng được ví như:
-
Dây neo giữ thăng bằng
-
Gân tăng cứng của cơ thể
Chỉ cần thiếu giằng, dù chỉ 1 khoang, công trình sẽ mất mặt phẳng cứng, dẫn đến sự cố domino:
-
Các thanh chịu nén bị mất ổn định
-
Kèo xoay ngang
-
Xà gồ bị lật
-
Mái võng hoặc rung mạnh khi có gió
Trong tiêu chuẩn Mỹ, Úc và Việt Nam, yêu cầu về giằng được ghi rất rõ – không phải lý thuyết mà là kết quả từ hàng trăm sự cố thực tế.
3.3. Giằng giúp cố định xà gồ – tránh xoay và sập mái
Xà gồ C/Z là thép mỏng, dễ bị xoay, lật, mất ổn định cạnh.
Giằng xà gồ đóng vai trò:
-
Giữ xà gồ thẳng hàng
-
Truyền lực về hệ giằng mái
-
Tạo mặt phẳng cứng cho mái
Một số sự cố tôi từng chứng kiến:
-
Chủ đầu tư thay đổi thiết kế, bỏ bớt giằng → mái bị lật trong mưa lớn
-
Xà gồ bị xoay 90° dẫn đến tôn bị xé
-
Mái rung liên tục do xà gồ không được liên kết đủ
Nhiều người gọi giằng xà gồ là “giằng gió” – thực chất nó chính là liên kết sống còn của hệ mái.
3.4. Giằng giúp truyền lực ngang về móng – tránh sụp đổ tầng chân cột
Hình dung nhà xưởng giống như người đang đứng trên nền đất.
Nếu gió đẩy mạnh vào thân người mà không có chân trụ vững, người sẽ ngã.
Tương tự, giằng là hệ thống giúp:
-
Tập trung lực ngang
-
Dẫn lực về chân cột
-
Đưa tải trọng vào móng
-
Móng truyền lực xuống nền đất
Nếu không có giằng:
-
Lực ngang bị dồn vào từng khung riêng lẻ
-
Cột bị xoay → gây mất ổn định
-
Bản mã chân cột bị xé
-
Bulong neo bị tuột
→ Sập đổ một phần hoặc toàn bộ nhà xưởng
Đây là sự cố thường thấy trong bão ở miền Trung.
3.5. Giằng tăng khả năng làm việc theo không gian (3D), không phải 2D
Kết cấu thép là kết cấu không gian, chứ không phải hình phẳng.
Nếu không có giằng:
-
Từng khung kèo làm việc độc lập → yếu
-
Công trình chỉ chống lực theo 1 phương
-
Khi có gió hoặc tải lệch → khung bị xoắn
Giằng tạo ra sự liên kết giữa các khung để cả nhà xưởng cùng chịu lực, tức là:
-
Khung 1 chia sẻ tải với khung 2
-
Khung 2 phân bổ tải cho khung 3
-
Toàn bộ công trình tạo thành 1 thể thống nhất
Đây chính là bản chất của thiết kế kết cấu hiện đại.
3.6. Giằng giúp giảm chi phí tổng thể và tối ưu thép
Nghe có vẻ ngược nhưng đúng:
Bố trí giằng đúng cách giúp giảm lượng thép của công trình.
Lý do:
-
Khi có giằng → khung ổn định hơn → cột/kèo không cần quá lớn
-
Giảm chuyển vị → giảm moment → tiết diện có thể nhỏ hơn
-
Tránh lãng phí thép do “thiết kế theo trực giác”
Tôi từng tối ưu 1 nhà xưởng từ 115 tấn thép xuống còn 96 tấn chỉ bằng:
-
Bố trí lại giằng
-
Tối ưu đường truyền lực
-
Giảm xoay kèo → tiết diện không cần “quá cỡ”
Giằng là “đầu tư nhỏ” nhưng đem lại “giá trị lớn”.
4. Hệ giằng trong tiêu chuẩn – Điều mà chủ đầu tư nên biết
Để chủ đầu tư yên tâm, bạn có thể tham khảo quy định trong:
4.1. Tiêu chuẩn Việt Nam – TCVN 5575:2012
Yêu cầu chung:
-
Nhà thép phải bố trí đủ các hệ giằng ngang, dọc, chéo
-
Giằng được tính toán theo tải trọng gió
-
Giằng phải đảm bảo ổn định cho thanh nén và xà gồ
4.2. Tiêu chuẩn Mỹ – AISC 360, MBMA
-
Yêu cầu giằng mái bắt buộc cho mọi nhịp
-
Giằng khoang phải bố trí tối thiểu 1–2 khoang trong nhà xưởng
-
Cấm bỏ giằng vì lý do “thẩm mỹ” hoặc “đơn giản hóa”
4.3. Tiêu chuẩn Úc – AS/NZS 4600 & 4100
-
Xà gồ Z phải có giằng chống xoay
-
Giằng được tính theo tải trọng thiết kế cực hạn (Ultimate Load)
Điều quan trọng:
Trên toàn thế giới, không có tiêu chuẩn nào cho phép “bỏ giằng”.
5. Hậu quả thực tế khi thiếu giằng – Những bài học xương máu
Đây là phần chia sẻ từ kinh nghiệm cá nhân.
5.1. Nhà xưởng bị rung mạnh trong gió lớn
Nguyên nhân:
-
Không có giằng mái
-
Xà gồ quá dài không được chống xoay
-
Khoang giằng bố trí sai vị trí
5.2. Mái bị võng, tôn bị xé
Xảy ra khi xà gồ bị xoay, mất ổn định do thiếu giằng.
5.3. Cột bị lắc → gãy bulong neo
Thường gặp khi lực ngang không được truyền đúng theo thiết kế.
5.4. Sụp đổ một phần công trình trong bão
Tỷ lệ cao ở miền Trung và Tây Nguyên.
5.5. Tiếng ồn bất thường khi gió mạnh
Dấu hiệu của xà gồ hoặc kèo bị rung.
Tôi từng xử lý một công trình mà chủ đầu tư tự ý bỏ giằng để “đẹp” hơn:
→ Sau 6 tháng, mái rung như muốn bay.
→ Chỉ thêm đúng 2 hệ giằng – mái ổn ngay lập tức.
6. Bố trí giằng thế nào là đúng? (Tư vấn thực tế)
6.1. Giằng mái
-
Bố trí ở 2 đầu nhà
-
Khoảng cách 20–40m 1 khoang
-
Dùng thép tròn D16–D20 hoặc cáp D12
6.2. Giằng cột
-
Bố trí tại vị trí có xà gồ nối, hoặc bước cột từ 20–30m
-
Tạo đường truyền lực xuống móng
6.3. Giằng xà gồ
-
Bố trí theo modul 6m, 7.5m hoặc 9m tùy loại xà gồ
-
Kết hợp ty giằng + thanh chống xoay
6.4. Giằng đỉnh
-
Kết nối các vì kèo tạo thành hệ không gian cứng
7. Kết luận: Giằng không chỉ là “thanh thép” – mà là yếu tố sống còn của kết cấu
Nhà xưởng có thể thiếu nhiều thứ nhưng không được thiếu giằng.
Là kỹ sư, tôi luôn nói với chủ đầu tư:
“Giằng là thứ rẻ nhất trong nhà thép, nhưng lại quyết định sự an toàn nhiều nhất.”
Một bản vẽ có hệ giằng hợp lý là bản vẽ:
-
An toàn
-
Tối ưu thép
-
Độ cứng tốt
-
Vận hành bền bỉ 20–50 năm
Đó chính là giá trị đích thực trong nghề kết cấu thép – cũng là điều tôi luôn muốn truyền tải:
Làm chất lượng, có tâm, có tầm và hướng đến hợp tác lâu dài.
