Thép chữ H là gì?
Thép chữ H (wide flange steel, còn gọi W-section hoặc H-beam) là cấu kiện thép cán nóng có tiết diện ngang hình chữ H với hai bản cánh (flanges) song song nhau và một bản bụng (web) vuông góc nối hai cánh. Tên gọi “thép H” xuất phát từ hình dạng tiết diện khi nhìn từ đầu cấu kiện. Đây là loại thép hình phổ biến nhất trong kết cấu thép hiện đại nhờ hiệu quả vật liệu vượt trội so với thép đặc.
Đặc điểm hình học bản cánh song song
Điểm phân biệt quan trọng nhất của thép chữ H so với thép chữ I truyền thống là bản cánh song song (parallel flanges). Mặt trong và mặt ngoài của bản cánh H có độ nghiêng ≤2%, gần như phẳng hoàn toàn, tạo điều kiện tiếp xúc đầy đủ khi liên kết bulông hoặc hàn. Bản cánh rộng giúp phân bố tải trọng đều trên bề mặt tiếp xúc và tăng khả năng chịu nén hai trục.
Tỷ lệ bề rộng cánh (b) so với chiều cao (h) của thép H thường đạt 0,5–1,0, tức cánh rộng hơn nhiều so với thép I có tỷ lệ b/h chỉ khoảng 0,3–0,5. Bản bụng của thép H có chiều dày đồng đều, không thon côn như thép I kiểu cũ.
Ký hiệu HW, HM, HN
Tiêu chuẩn JIS G3192 và các tiêu chuẩn châu Á phân loại thép H thành ba nhóm dựa trên tỷ lệ b/h. HW (Wide flange): bề rộng cánh gần bằng chiều cao, tỷ lệ b/h ≈ 1,0; ví dụ H200×200×8×12, H300×300×10×15 — nhóm này dùng chủ yếu làm cột vì khả năng chịu nén hai trục tương đương. HM (Medium flange): b/h ≈ 0,6–0,8; cân bằng giữa dầm và cột; H244×175, H340×250. HN (Narrow flange): b/h ≈ 0,5; bản cánh hẹp hơn, momen quán tính quanh trục x lớn; H250×125, H400×200 — phù hợp làm dầm chịu uốn theo một phương chính.
Tiêu chuẩn sản xuất
Thép chữ H được sản xuất và kiểm định theo nhiều tiêu chuẩn quốc tế. ASTM A992 (Mỹ) là tiêu chuẩn phổ biến nhất: Fy ≥ 345 MPa, Fu = 448–620 MPa, giới hạn tỷ lệ Fy/Fu ≤ 0,85 để đảm bảo dẻo dai. JIS G3192 (Nhật) quy định kích thước và dung sai hình học chi tiết cho H-section và I-section. EN 10034 (châu Âu) quy định dung sai cho thép H theo tiêu chuẩn EN, cùng với yêu cầu cơ lý theo EN 10025 cho các cấp S235, S275, S355. Tại Việt Nam áp dụng TCVN 7571 cho thép hình cán nóng.
Thông số trọng lượng tiêu biểu
Trọng lượng thép H tăng theo tiết diện. Một số giá trị tham khảo theo JIS G3192: H100×100×6×8 nặng 17,2 kg/m; H150×150×7×10 nặng 31,5 kg/m; H200×200×8×12 nặng 49,9 kg/m; H250×250×9×14 nặng 71,8 kg/m; H300×300×10×15 nặng 93,0 kg/m; H350×350×12×19 nặng 135 kg/m; H400×400×13×21 nặng 172 kg/m. Trọng lượng tuyến tính (kg/m) là cơ sở tính toán khi đặt hàng và thiết kế kết cấu.
Vật liệu thép H
Thép chữ H phổ biến được chế tạo từ thép carbon thấp đến trung bình. Grade thông dụng nhất tại Việt Nam và Đông Nam Á là SS400 (JIS G3101): Re ≥ 235 MPa, Rm = 400–510 MPa — phù hợp công trình dân dụng thông thường. A572 Gr.50 (ASTM): Re ≥ 345 MPa — dùng khi cần giảm trọng lượng thép. S355 (EN 10025): Re ≥ 355 MPa — phổ biến ở các dự án liên doanh châu Âu. Thép H cường độ cao A992 hoặc S460 được dùng trong nhà nhiều tầng hoặc cầu đặc biệt.
Quy trình cán nóng
Thép chữ H được sản xuất bằng phương pháp cán nóng (hot rolling) từ phôi thép vuông hoặc phôi chữ H sơ bộ ở nhiệt độ 1100–1250°C. Phôi được đưa qua hệ thống trục cán liên tục, mỗi lần cán giảm tiết diện và định hình profil. Sau cán, thép được làm nguội kiểm soát hoặc nhiệt luyện tùy yêu cầu. Thép H từ 100 mm đến 1000 mm chiều cao có thể sản xuất theo phương pháp này, với độ dài thương phẩm thường là 6 m, 9 m hoặc 12 m.
Phân biệt với thép H hàn (welded H)
Ngoài thép H cán nóng, trong thực tế còn có thép H hàn (welded H-beam) được chế tạo bằng cách hàn ba tấm thép phẳng thành tiết diện H. Thép H hàn linh hoạt hơn về kích thước vì có thể chế tạo tiết diện không tiêu chuẩn (cánh không đối xứng, chiều dày khác nhau giữa cánh và bụng), thường dùng cho dầm và cột lớn trong nhà nhiều tầng hoặc cầu. Tuy nhiên, chất lượng phụ thuộc nhiều vào kiểm tra mối hàn và cần bổ sung sườn tăng cứng tại điểm đặt tải.
Tiêu chuẩn dung sai
Dung sai hình học của thép H bao gồm dung sai chiều cao (h ±3 mm với h ≤ 300 mm), dung sai bề rộng cánh (b ±4 mm), dung sai độ thẳng (không vượt quá 1/1000 chiều dài cấu kiện), và độ vênh cánh (≤ 0,01 × b). Kiểm tra dung sai tại nhà máy và tại công trình theo phương pháp đo thủ công hoặc laser scanning để đảm bảo khớp ghép chính xác trong lắp dựng.
Câu hỏi thường gặp
- Thép chữ H và W-section có phải là một không?
- Có. “W-section” là ký hiệu AISC/ASTM của Mỹ cho thép wide flange, tương đương thép chữ H trong ký hiệu JIS và châu Á. Tiết diện giống nhau, chỉ khác hệ ký hiệu kích thước.
- Thép H sản xuất từ thép gì?
- Chủ yếu từ thép carbon thấp SS400 hoặc A36 cho công trình dân dụng thông thường. Kết cấu chịu lực cao dùng A572 Gr.50, A992, hoặc S355.
- Thép H có chiều dài tối đa bao nhiêu?
- Thép H thương phẩm thường dài 6–12 m. Trong dự án lớn có thể đặt theo chiều dài yêu cầu (custom length), tuy nhiên vận chuyển và lắp dựng cấu kiện dài cần xe chuyên dụng.
- Thép H có chịu lửa không?
- Thép H như mọi thép kết cấu suy giảm cường độ rõ rệt khi nhiệt độ vượt 400°C và mất khoảng 50% cường độ ở 600°C. Cần lớp chống cháy (sơn intumescent, bọc bê tông hoặc bọc vữa chống cháy) cho các công trình yêu cầu chịu lửa R60–R120.
- Có thể hàn thép H không?
- Có. Thép H grade SS400, A36, A572, A992 đều có khả năng hàn tốt. Cần kiểm soát nhiệt độ nung trước hàn (preheat) với chiều dày cánh > 25 mm và tuân thủ quy trình WPS (welding procedure specification).