Thép kết cấu xây dựng được phân thành nhiều loại theo hình dạng tiết diện: thép H (wide flange), thép I (I-beam), thép U (channel), thép L (angle), thép hộp (SHS/RHS/CHS) và thép tấm — mỗi loại có ứng dụng và ưu nhược điểm riêng biệt. Bài viết giải thích đặc điểm và ứng dụng của từng loại thép hình kết cấu.
1. Thép H — Wide Flange Beam (WF/W Shape)
Thép H (còn gọi là H-beam hoặc wide flange beam) có tiết diện chữ H với bản cánh (flange) rộng, phù hợp làm cột chịu lực nén và dầm chịu uốn. Đây là loại thép hình phổ biến nhất trong kết cấu thép nhà xưởng, nhà cao tầng và cầu.
Tiêu chuẩn thép H: JIS G3192 (Nhật), EN 10034 (châu Âu), ASTM A992 (Mỹ). Ký hiệu: H 200×200×8×12 (cao × rộng × dày bụng × dày cánh, mm). Cánh rộng giúp phân bố ứng suất đều, thích hợp cho cột chịu cả lực nén và mômen.
2. Thép I — I-Beam (IPE/IPN)
Thép I (I-beam) có tiết diện chữ I với bản cánh hẹp hơn thép H, bụng cao hơn, tối ưu cho chịu uốn (dầm). Phổ biến trong châu Âu theo tiêu chuẩn EN 10024 (IPE: cánh song song) và IPN (cánh nghiêng).
Ở Việt Nam, thép I theo JIS G3192 (I-beam series) được nhập khẩu nhiều, dùng làm dầm đỡ sàn thép, dầm cầu trục và dầm phụ trong nhà xưởng. Thép I ít được dùng làm cột do tiết diện kém hiệu quả với tải nén đa hướng.
3. Thép U — Channel (UPN/UPE/C-channel)
Thép U (channel) có tiết diện hình chữ U, một mặt mở, dùng làm xà gồ mái (purlin), xà gồ tường (girt), đà đỡ cạnh sàn và các cấu kiện phụ trong khung nhà xưởng. Tiêu chuẩn EN 10279 (UPN) và UPE.
Xà gồ thép C (C-purlin) là biến thể thép U cán nguội, nhẹ hơn và kinh tế hơn thép U cán nóng, phổ biến cho mái tôn nhà xưởng. Kết hợp với nhau dạng back-to-back tạo dầm hộp tạm thời.
4. Thép L — Angle (Equal/Unequal Leg)
Thép L (angle) có tiết diện chữ L, hai cánh bằng nhau (equal leg) hoặc không bằng nhau (unequal leg). Ứng dụng chính: mã (bracket), thanh giằng (bracing), khung phụ, cột đỡ nhỏ, giá đỡ thiết bị và kết cấu truyền tải (pylon đường dây điện).
Tiêu chuẩn: EN 10056 (châu Âu), JIS G3192 (Nhật), TCVN 7325 (Việt Nam). Thép L cán nóng là loại thép hình đơn giản nhất, dễ gia công và hàn, giá thấp nhất trong các loại thép hình.
5. Thép hộp — SHS/RHS/CHS (Hollow Section)
Thép hộp rỗng gồm ba dạng: vuông (SHS — Square Hollow Section), chữ nhật (RHS — Rectangular Hollow Section) và tròn (CHS — Circular Hollow Section). Thép hộp có mô men quán tính đều theo các trục, phù hợp cho cột chịu nén và kết cấu ngoài trời.
Ưu điểm thép hộp: tiết diện rỗng giảm trọng lượng, bề mặt phẳng dễ kết nối, thẩm mỹ sạch đẹp cho kiến trúc hiện đại. Nhược điểm: khó kiểm tra rỉ sét bên trong, cần bịt kín hai đầu. Tiêu chuẩn EN 10210 (cán nóng) và EN 10219 (hàn nguội).
6. Thép tấm (Steel Plate)
Thép tấm (plate steel) dày 4–100mm dùng cho: bản bụng dầm tổ hợp, bản đáy móng thép, vách kết cấu (shear wall thép), ống trụ cột lớn và sàn thép composite. Tiêu chuẩn: ASTM A36, A572, EN 10025 SS400 tương đương.
Dầm tổ hợp (plate girder) được chế tạo bằng cách hàn ba tấm thép (hai bản cánh + bản bụng) cho nhịp lớn không có thép hình tiêu chuẩn phù hợp.
7. Thép sóng corrugated — Tôn thép mái
Tôn thép sóng (corrugated steel sheet) và tôn thép màu (prepainted galvanized steel) là vật liệu mái và tường phổ biến nhất cho nhà xưởng công nghiệp Việt Nam. Thép tấm dày 0,35–0,75mm cán sóng hoặc cán múi tăng độ cứng và khả năng thoát nước.
Tôn mạ kẽm nhúng nóng (HDG, Z100–Z275 theo TCVN 6588) hoặc mạ Galvalume (AZ150) bảo vệ thép khỏi rỉ sét. Tôn màu phủ thêm lớp sơn polyester hoặc PVDF chống UV và ăn mòn.
Bảng tóm tắt các loại thép hình kết cấu
| Loại thép | Ký hiệu | Tiêu chuẩn | Ứng dụng chính |
|---|---|---|---|
| Thép H (Wide Flange) | H, WF, W | JIS G3192, ASTM A992, EN 10034 | Cột, dầm chính nhà xưởng, cao tầng |
| Thép I (I-Beam) | IPE, IPN, I | EN 10024, JIS G3192 | Dầm đỡ sàn, dầm cầu trục |
| Thép U (Channel) | UPN, UPE, C | EN 10279, TCVN 7325 | Xà gồ mái, đà cạnh sàn, kết cấu phụ |
| Thép L (Angle) | L, EA, UA | EN 10056, JIS G3192, TCVN 7325 | Mã, giằng, cột nhỏ, truyền tải |
| Thép hộp rỗng | SHS, RHS, CHS | EN 10210, EN 10219 | Cột ngoài trời, kết cấu kiến trúc |
| Thép tấm | PL, BP | ASTM A36, EN 10025 | Dầm tổ hợp, bản đế, vách thép |
| Tôn thép sóng | — | TCVN 6588, EN 10346 | Mái, tường nhà xưởng |
- Thép H và thép I khác nhau thế nào?
- Thép H (wide flange) có bản cánh rộng gần bằng chiều cao, phù hợp cả cột và dầm. Thép I (I-beam) có bản cánh hẹp hơn, bụng cao hơn, tối ưu cho dầm chịu uốn nhưng kém hơn cho cột chịu nén đa hướng.
- Thép hình SS400 là gì?
- SS400 là mác thép carbon thấp theo tiêu chuẩn JIS G3101, Fu ≥ 400 MPa và fy ≥ 235 MPa (cho t ≤ 16mm), tương đương Q235B (Trung Quốc) và S235JR (EN 10025). Đây là mác thép phổ thông nhất dùng cho kết cấu thép xây dựng tại Việt Nam.
- TCVN nào quy định thép hình kết cấu?
- TCVN 7325:2012 (thép hình cán nóng: thép I, U, L) và TCVN 1765 (thép cacbon kết cấu) là các tiêu chuẩn chính. Thiết kế kết cấu thép theo TCVN 5575:2012 (Kết cấu thép — Tiêu chuẩn thiết kế).