Hệ kết cấu chịu lực trong nhà thép tiền chế bao gồm khung ngang, móng, dầm cầu trục (nếu có) và hệ giằng, trong đó kết cấu chịu lực chính là khung ngang, tùy theo vật liệu, khung ngang có thể là khung bê tông cốt thép, khung thép và khung liên hợp (cột bê tông cốt thép, xà ngang bằng thép).
Khung ngang bằng thép có ưu điểm là trọng lượng nhẹ, thi công nhanh nhưng giá thành cao hơn so với khung bê tông cốt thép. Do vậy việc lựa chọn vật liệu phù hợp cần phải được giải quyết từ lúc lựa chọn phương án kết cấu, trên cơ sở phân tích tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Kinh nghiệm cho thấy khung thép sử dụng hợp lý trong trường hợp nhà có kích thước lớn, chịu tải trọng nặng, đất nền yếu, khi cần thi công nhanh sẽ sớm đưa công tình vào sử dụng, khi địa điểm xây dựng ở những vùng có điều kiện chuyên chở khó khăn hoặc không có điều kiện chế tạo kết cấu bê tông cốt thép.
Hệ khung thép chịu lực thường được sử dụng trong các nhà xưởng luyện kim, xưởng lắp ráp cơ khí, nhà kho,…
Trước đây, trong kết cấu mái nhà công nghiệp thường dùng tấm lợp pa-nen bê tông cốt thép. Hệ khung thép đỡ kiểu mái này thường bao gồm cột tiết diện thay đổi và dàn vì kèo. Loại khung này có trọng lượng lớn, kích thước cồng kềnh nên việc vận chuyển và dựng lắp khó khăn, chi phí chế tạo cao, tốn kém vật liệu, do đó làm tăng đáng kể chi phí xây lắp, hiệu quả kinh tế tháp. Trong thời gian gần đây, kết cấu khung thép nhẹ được áp dựng rộng rãi trong các công trình xây dựng, nhất là xây dựng nhà xưởng công nghiệp.
Do yêu cầu sử dụng và công năng của công trình, kết cấu khung thép nhẹ có thể có dạng một hoặc nhiều nhịp, một tầng hoặc nhiều tầng, cáu tạo của khung có thể khác nhau tùy thuộc nhà có hay không có cầu trục, cầu trục đặt trên vai cột hay bố trí trong phạm vi máy của công trình. Loại khung có cấu cấu tạo đơn giản và phổ biến nhất là khung một tầng, một nhịp, với cột và xà ngang có tiết diện không đổi hoặc thay đổi. Vật liệu lợp mái thường là tôn mạ hoặc sơn sần, có trọng lương nhẹ.
Yêu cầu quan trọng đối với kết cấu thép
Nhìn chung, kết cấu nhà công nghiệp cũng là nhà dân dụng khi thiết kế phải đáp ứng được yêu cầu cơ bản về sử dụng và tính kinh tế. Trong đó yêu cầu sử dụng là yêu cầu quan trọng nhất, được thể hiện ở các điểm sau:
- Kết cấu phải có đủ độ bền, độ cứng và tuổi thọ theo thiết kế. Điều này phụ thuộc vào đặc điểm của tải trọng tác dụng lên công trình, trong đó tải trọng cầu trục là quan trọng nhất vì tải trọng này có thể gây phá hoại mọi kết cấu. Ngoài ra cần kể đến các động của môi trường sản xuất như nhiệt độ, các tác nhân ăn mòn như hóa chất, độ ẩm,…
- Việc lắp đặt các thiết bị máy móc phải thuận tiện. Điều này liên quan đến cách bố trí lưới cột, hướng di chuyển của các thiết bị nâng cẩu, hệ giằng,… để các thiết bị nâng cẩu như cầu trục có thể hoạt động bình thường thì phải có đủ độ cứng dọc và ngang.
- Đảm bảo tốt các điều kiện thông giá và chiếu sáng tự nhiên cũng như nhân tạo để quá trình này sản xuất diện ra thuận lợi. Điều này phụ thuộc vào kích thước nhịp nhà, nhịp cửa trời,…
Ngoài yêu cầu sử dụng là yêu cầu cơ bản nhất thì yêu cầu kinh tế cũng là một tiêu chí quan trọng trong thiết kế nhằm mục đích giảm thiểu tối đa chi phí cho công trình (bao gồm chi phí thiết kế, chi phí vật liệu và chế tạo, chi phí xây lắp, bảo dưỡng kết cấu…). Để đạt hiệu quả kinh tế, người kỹ sư thiết kế cần lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý, chọn loại vật liệu phù hợp, tận dụng tối đa tính công nghiệp hóa và định hình hóa trong ác giai đoạn thiết kế, gia công chế tạo, thi công lắp dựng kết cấu.
