Ứng dụng thép hình trong xây dựng — khung thép, dầm và cột

Thép hình được dùng để làm gì trong xây dựng?

Thép hình được dùng làm cấu kiện chịu lực chính (cột, dầm, xà gồ) và kết cấu phụ (giằng, hệ liên kết) trong các công trình xây dựng từ nhà dân dụng, nhà công nghiệp cho đến cầu trục và kết cấu đặc biệt. Việc lựa chọn loại tiết diện phù hợp phụ thuộc vào sơ đồ chịu lực, điều kiện khai thác và yêu cầu kết nối. Thiết kế thép hình tại Việt Nam thường áp dụng TCVN 5575 (kết cấu thép) hoặc EN 1993 (Eurocode 3).

Khung nhà thép tiền chế (Pre-engineered Building)

Khung nhà thép tiền chế là ứng dụng phổ biến nhất của thép hình tại Việt Nam, đặc biệt cho nhà xưởng, kho bãi và trung tâm logistics. Cột khung thường dùng tiết diện H hoặc tiết diện hàn tổ hợp (built-up) với bản bụng cao 400–800mm; xà ngang dùng tiết diện H có chiều cao thay đổi. Mái lợp tôn lạnh dùng xà gồ C hoặc Z cán nguội bước 1,2–1,5m. Khẩu độ nhịp điển hình 18–36m, bước khung 6–9m.

• Cột: H-beam hoặc tổ hợp hàn, chiều cao tiết diện 300–600mm
• Xà ngang: tiết diện H thay đổi chiều cao (tapered rafter)
• Xà gồ mái/tường: Z-section hoặc C-section cán nguội
• Hệ giằng: L-angle hoặc thép tròn đặc căng sẵn

Dầm sàn nhà cao tầng và văn phòng

Trong kết cấu hỗn hợp (composite structure) — sàn bê tông cốt thép trên dầm thép — thép hình H-beam hoặc IPE được dùng làm dầm sàn liên hợp với sàn bê tông qua chốt liên kết (shear stud). Hệ dầm liên hợp cho phép nhịp dầm 8–15m mà không cần cột trung gian, tạo không gian thông thoáng. Theo EN 1994 (Eurocode 4), dầm liên hợp tận dụng cường độ nén của bê tông và cường độ kéo của thép.

Cầu trục công nghiệp (Overhead Crane)

Cầu trục dầm đơn và dầm đôi dùng thép hình I-beam hoặc H-beam làm dầm chạy (runway beam) và dầm cầu (bridge beam). Dầm chạy được lắp trên vai cột nhà xưởng, chịu tải trọng bánh xe cầu trục di động. Tải trọng động và mỏi là yếu tố thiết kế quan trọng — thường áp dụng hệ số tải trọng động (ψ) và kiểm tra mỏi theo EN 1993-6 (Crane Runway). Tải cầu trục 5–50 tấn tương ứng dầm I-beam hoặc hộp chiều cao 400–1000mm.

Kết cấu mái nhà kho và trung tâm phân phối

Giàn mái (roof truss) dùng thép hình L-angle hoặc T-section cho thanh giàn, cùng H-beam cho cột đỡ giàn. Nhịp giàn mái từ 24–60m có thể đạt được với giàn thép thanh mảnh. Mặt khác, kết cấu mái vòm (arched roof) và mái không gian (space frame) dùng thép hộp tròn (CHS) hoặc vuông (SHS) cho các thanh không gian ba chiều.

Cột nhà xưởng và hệ giằng

Cột nhà xưởng chịu tải trọng nén kết hợp momen từ tải ngang (gió, cầu trục) thường là tiết diện H hoặc tổ hợp hàn. Hệ giằng đứng và giằng mái dùng L-angle hoặc thép tròn chịu kéo, tạo hệ kết cấu không gian ổn định. Cột tiết diện hộp (SHS/RHS) được dùng khi yêu cầu thẩm mỹ cao hoặc khi cột chịu lực nén và momen đều theo cả hai trục.

Lựa chọn tiết diện theo chức năng