Thép hình dùng để làm gì?
Thép hình được dùng chủ yếu để làm cột, dầm, xà gồ, giằng và các cấu kiện chịu lực chính trong khung kết cấu thép nhà xưởng, nhà cao tầng, cầu và công trình dân dụng. Mỗi loại tiết diện thép hình phù hợp với một vai trò kết cấu cụ thể, được kỹ sư lựa chọn dựa trên biểu đồ nội lực và điều kiện liên kết.
1. Kết cấu cột chịu nén
Thép H (đặc biệt dòng HW với bản cánh rộng) là lựa chọn hàng đầu làm cột vì mô-men quán tính hai phương gần bằng nhau, tránh mất ổn định ngoài mặt phẳng. Trong nhà xưởng một tầng, cột H200–H400 phổ biến; nhà nhiều tầng dùng cột H400–H600. Thép hộp SHS cũng được dùng làm cột nhẹ khi chịu nén đúng tâm không có mô-men uốn đáng kể. Cột thép ống tròn CHS chịu lực đa phương, được dùng trong kết cấu sảnh không gian hoặc nhà đa tầng bê tông – thép liên hợp.
2. Kết cấu dầm chịu uốn
Dầm chính nhịp lớn trong nhà xưởng thường dùng thép H (HN) hoặc thép I (IPE), vì mô-men quán tính trục x lớn, tối ưu cho uốn đứng. Dầm nhịp từ 6–24 m dùng H300–H700; nhịp lớn hơn cần dầm tổ hợp hàn (welded plate girder). Dầm phụ đỡ sàn thường chọn thép H hoặc I cỡ nhỏ hơn, kết hợp với bản sàn bê tông tạo dầm liên hợp tăng độ cứng.
Thép hộp RHS làm dầm trong khung thép nhẹ khi không gian hạn chế hoặc cần thẩm mỹ tiết diện gọn. Xà gồ C và Z là dạng dầm phụ đỡ tấm lợp mái — chiều cao C80–C300 mm phù hợp nhịp xà gồ 4–8 m.
3. Hệ mái nhà xưởng và nhà tiền chế
Xà gồ C-purlin và Z-purlin là thép hình không thể thiếu trong nhà tiền chế, nhà kho, nhà xưởng. Xà gồ C150×65×20×3 mm đỡ nhịp 6 m với tải mái tiêu chuẩn; xà gồ Z cho phép nối chồng tại gối, tăng nhịp hiệu quả lên 9–12 m. Tổng hệ mái gồm: kèo thép (dàn tam giác hoặc kèo cánh thoải) + xà gồ + tấm lợp tôn.
4. Giằng và thanh chống ổn định
Thép góc L và thép hộp nhỏ làm giằng chéo (X-bracing) trong mặt phẳng khung và mặt phẳng mái, ngăn chuyển vị ngang do gió và động đất. Thép L đều cạnh L50×50×5 đến L100×100×10 phổ biến nhất trong giằng chéo nhà xưởng. Thanh căng (tension rod) thép tròn Φ20–Φ36 cũng được dùng cho giằng chịu kéo một chiều.
5. Cọc móng thép
Cọc thép H-pile (H100–H400) được đóng hoặc ép vào đất để truyền tải xuống lớp đất cứng, sức chịu tải 50–500 tấn/cọc. Ưu điểm quan trọng: sau khi công trình kết thúc hoặc thay đổi thiết kế, cọc H có thể nhổ lên tái sử dụng — giá trị tái sử dụng cao hơn cọc bê tông. Sheet pile (cọc bản Larssen/Z) dùng thi công tầng hầm sâu, gia cố bờ kênh, ngăn mạch nước ngầm.
6. Công trình cầu
Dầm thép I hoặc dầm hộp (box girder) là kết cấu chịu lực chính trong cầu dầm thép. Cầu nhịp ngắn (15–40 m) dùng dầm I ghép song song; cầu nhịp trung và lớn (40–200 m) dùng dầm hộp thép hoặc dàn thép (truss). Cọc H-pile làm cọc móng trụ cầu chịu tải nặng.
7. Tháp, trụ điện và cột thu phát sóng
Kết cấu tháp thép dùng thép góc L (lattice tower) ghép thanh thành lưới tam giác hoặc chữ thập, vừa nhẹ vừa chịu gió tốt. Tháp điện 110–500 kV tại Việt Nam hầu hết là kết cấu dàn không gian từ thép L mạ kẽm nhúng nóng. Cột đèn cao áp và trụ viễn thông thường dùng ống thép tròn côn.
8. Nhà ở và công trình dân dụng
Trong nhà ở thép nhẹ (light gauge steel framing), khung được tạo từ thép chữ C cán nguội (tương tự xà gồ nhưng nhỏ hơn, t=0,8–1,5 mm) tạo vách, sàn, mái. Giải pháp này phổ biến ở biệt thự, nhà phố 3–5 tầng cần thi công nhanh và trọng lượng thấp. Thang bộ, lan can, khung cầu thang dùng thép hộp SHS/RHS tạo hình đẹp.
9. Ứng dụng đặc thù trong công nghiệp
Nền tảng công nghiệp (platform, catwalk) trong nhà máy lọc dầu, xi măng, nhiệt điện dùng thép hình làm khung đỡ thiết bị và đường đi lại. Bồn chứa, lò phản ứng được đỡ bằng skirt (vỏ trụ thép tấm) hoặc ring girder (vành thép hình). Đường ống dẫn lưu chất sử dụng ống thép seamless ASTM A106 chịu nhiệt độ và áp suất cao.
Câu hỏi thường gặp về ứng dụng
- Thép H hay thép I dùng cho cột tốt hơn?
- Thép H (HW) tốt hơn cho cột vì bản cánh rộng bằng chiều cao, mô-men quán tính hai phương gần nhau, chống mất ổn định ngoài mặt phẳng hiệu quả hơn thép I có cánh hẹp.
- Xà gồ Z có ưu điểm gì hơn xà gồ C?
- Xà gồ Z cho phép lắp chồng tại vị trí gối trung gian (lap joint), tăng nhịp hiệu quả và chịu gió nâng tốt hơn nhờ cánh nghiêng, đặc biệt phù hợp mái dốc >15°.
- Sheet pile có thể dùng lại không?
- Có. Sheet pile thép được thiết kế để nhổ sau thi công và tái sử dụng tối thiểu 3–5 lần tùy mức độ biến dạng, giảm chi phí so với tường bê tông cọc nhồi không thu hồi được.
- Thép hình dùng trong nhà ở dân dụng có an toàn không?
- An toàn nếu thiết kế đúng tiêu chuẩn (TCVN 5575, AISC 360 hoặc Eurocode 3) và thực hiện bảo vệ chống ăn mòn đầy đủ. Kết cấu thép nhẹ đang được dùng rộng rãi ở nhiều nước phát triển cho nhà ở từ 1–7 tầng.