Nên chọn thép hộp loại nào? Tư vấn hộp vuông hay chữ nhật theo kết cấu
Khi thi công kết cấu thép nhẹ, câu hỏi thường gặp là nên dùng thép hộp vuông (SHS) hay thép hộp chữ nhật (RHS). Lựa chọn đúng giúp tối ưu vật liệu, giảm chi phí và đảm bảo an toàn kết cấu.
1. Tổng quan hai loại thép hộp
Thép hộp vuông SHS (Square Hollow Section) có bốn cạnh bằng nhau, mô men quán tính hai trục bằng nhau, phù hợp chịu tải nhiều phương. Thép hộp chữ nhật RHS (Rectangular Hollow Section) có chiều cao lớn hơn chiều rộng, mô men quán tính trục mạnh lớn hơn trục yếu, tối ưu cho chịu uốn một chiều.
Cả hai loại đều được sản xuất theo tiêu chuẩn EN 10219 (cold-formed) hoặc EN 10210 (hot-formed), với bề dày thành t = 1,5–16 mm. Vật liệu thường là S235, S275, S355 hoặc tương đương JIS SS400, ASTM A500.
2. Khi nào chọn thép hộp vuông SHS?
2.1. Làm cột chịu nén
SHS là lựa chọn ưu tiên cho cột trong khung thép nhẹ vì bán kính quán tính hai trục bằng nhau, tránh mất ổn định lệch tâm. Ví dụ: SHS 100×100×4 có ix = iy ≈ 38 mm, phù hợp cột tầng thấp chiều cao ≤ 4 m.
2.2. Nút kết cấu không gian
Khi hàn nhiều thanh vào một nút theo nhiều hướng, SHS cho bề mặt hàn đều và đối xứng, giảm ứng suất tập trung. Ứng dụng điển hình: cột trung tâm kiot thương mại, cột lan can, khung cổng nhẹ.
2.3. Kiến trúc lộ kết cấu
Hình vuông cân đối thẩm mỹ hơn trong các công trình để lộ kết cấu như nhà hàng, showroom. Gia công sơn, mạ kẽm hoặc sơn tĩnh điện đồng đều bốn mặt.
3. Khi nào chọn thép hộp chữ nhật RHS?
3.1. Làm dầm ngang chịu uốn
RHS đặt theo hướng chiều cao lớn (trục mạnh) sẽ có mô men chống uốn W lớn hơn SHS cùng diện tích. Ví dụ: RHS 200×100×5 có Wx ≈ 68 cm³, trong khi SHS 150×150×5 có Wx ≈ 47 cm³ với khối lượng tương đương.
3.2. Thanh ngang và xà ngang thấp
Khi không gian thông thủy hạn chế (ví dụ trần thấp), RHS cho phép tăng khả năng chịu uốn mà không tăng chiều cao dầm. Phổ biến trong kết cấu mezzanine, sàn nâng, khung chứa hàng.
3.3. Thanh giằng ngang và liên kết mái
Thanh giằng ngang trong khung thép nhà xưởng thường dùng RHS nằm ngang để chịu lực gió truyền từ tấm mái. RHS 150×75×4 hoặc RHS 120×60×4 là kích thước phổ biến tại Việt Nam.
4. Bảng tư vấn chọn thép hộp theo ứng dụng
| Ứng dụng kết cấu | Loại ưu tiên | Kích thước tham khảo | Lý do |
|---|---|---|---|
| Cột khung thép nhẹ < 4 m | SHS | SHS 100×100×4 đến 150×150×5 | i hai trục bằng nhau, ổn định đều |
| Cột cao > 5 m, tải lớn | RHS đứng hoặc thép H | RHS 200×150×6 hoặc H200×200 | Mô men lớn một phương, tiết kiệm thép |
| Dầm ngang span < 4 m | RHS | RHS 150×75×4 đến 200×100×5 | Wx lớn, tối ưu chịu uốn |
| Dầm ngang span > 6 m | Thép I hoặc H | IPE200 trở lên | RHS không đủ hiệu quả ở span lớn |
| Thanh giằng chéo | SHS hoặc thép L | SHS 60×60×4 hoặc L70×70×6 | Chịu kéo/nén, nút hàn đơn giản |
| Kiot, cổng, lan can | SHS | SHS 40×40×2 đến 80×80×3 | Thẩm mỹ, hàn dễ |
| Khung cửa, cửa sổ thép | RHS nằm ngang | RHS 80×40×2 đến 100×50×3 | Giảm thấy nặng theo chiều đứng |
| Sàn nâng mezzanine | RHS | RHS 180×80×5 đến 250×120×6 | Tối ưu chiều cao dầm bị hạn chế |
5. Yếu tố kinh tế khi chọn
Giá thép hộp phụ thuộc vào bề dày thành và kích thước tiết diện, không phân biệt SHS hay RHS cùng khối lượng. Giá tham khảo năm 2024: khoảng 20.000–28.000 đ/kg tùy nhà máy và bề dày. Khi so sánh kinh tế, tính theo kg thép/m span dầm hoặc kg thép/m chiều cao cột, không so sánh theo giá/cây.
Với span dầm ≤ 3 m, RHS 150×75×4 tiết kiệm hơn RHS 120×120×4 khoảng 15% khối lượng cùng khả năng chịu tải. Với cột cao ≤ 3 m, SHS 100×100×4 và RHS 120×80×4 có khối lượng gần tương đương nhưng SHS chịu nén tốt hơn.
6. Lưu ý về liên kết và gia công
Hàn SHS vào SHS tại góc 90° cần cắt vát chính xác — thường dùng cắt laser hoặc plasma để đảm bảo mối hàn kín. Hàn RHS vào RHS cùng phương thẳng đứng không cần vát cạnh nếu bề dày ≤ 5 mm. Cả hai loại đều có thể liên kết bằng bu lông nếu dùng bản thép đệm hàn sẵn.
Kiểm tra thêm kích thước chuẩn tại TCVN 7571-14:2006 (thép hộp vuông và chữ nhật tại Việt Nam) hoặc EN 10219-2 cho sản phẩm nhập khẩu từ châu Âu, Hàn Quốc, Nhật Bản.
7. Câu hỏi thường gặp
- SHS và RHS có cùng tiêu chuẩn chế tạo không?
- Có, cả hai đều theo EN 10219 (cold-formed) hoặc EN 10210 (hot-formed). Sự khác biệt chỉ ở hình dạng tiết diện.
- Thép hộp vuông có thể làm dầm được không?
- Được, nhưng kém hiệu quả hơn RHS ở span trên 3 m vì mô men chống uốn thấp hơn cùng khối lượng.
- RHS có dùng làm cột không?
- Được, nhưng cần kiểm tra mất ổn định theo trục yếu (trục chiều rộng nhỏ). Nếu cột không được giằng theo một phương, cần tăng bề dày thành hoặc dùng SHS.
- Tôi muốn mua thép hộp cho khung nhà xưởng nhỏ, chọn loại nào?
- Cột: SHS 100×100×4 hoặc SHS 120×120×4; Dầm ngang: RHS 200×100×4 hoặc RHS 150×75×4; Xà gồ: nên dùng C/Z purlin thay vì RHS để nhẹ hơn.
- Thép hộp có thể mạ kẽm nhúng nóng không?
- Có, nhưng cần khoan lỗ thoát kẽm tại đầu cây để tránh nổ khi nhúng. Đường kính lỗ thoát thường ≥ 12 mm ở mỗi đầu.