Thép hộp vuông và chữ nhật — tổng quan
Thép hộp vuông (SHS) và hộp chữ nhật (RHS) đều là tiết diện rỗng khép kín, cùng tiêu chuẩn sản xuất, nhưng có đặc tính cơ học và phạm vi ứng dụng khác nhau rõ rệt. Lựa chọn sai giữa hai loại dẫn đến lãng phí thép hoặc thiếu an toàn kết cấu.
Bảng so sánh 8 tiêu chí SHS và RHS
| Tiêu chí | Thép hộp vuông (SHS) | Thép hộp chữ nhật (RHS) |
|---|---|---|
| 1. Hình dạng tiết diện | B = H (cạnh bằng nhau) | B ≠ H (chiều cao khác chiều rộng) |
| 2. Momen quán tính | Ix = Iy (đẳng hướng) | Ix ≠ Iy (dị hướng) |
| 3. Khả năng chịu oằn (cột) | Đều hai phương, không có trục yếu | Có trục yếu, oằn xảy ra theo cạnh ngắn trước |
| 4. Khả năng chịu uốn (dầm) | Uốn đều hai phương nhưng kém hiệu quả hơn RHS cùng trọng lượng | Uốn một phương hiệu quả cao khi cạnh dài theo phương chịu lực |
| 5. Khả năng chịu xoắn | Rất tốt — J lớn hơn RHS cùng chu vi | Tốt — tiết diện kín có J cao hơn tiết diện hở nhưng kém SHS |
| 6. Ứng dụng chính | Cột, giá kệ, lan can, cổng | Dầm ngang, mái kính, vách kính, đòn gánh |
| 7. Thẩm mỹ kiến trúc | Cân đối, phù hợp góc nhìn đa chiều | Thon gọn theo một phương, phù hợp kết cấu hiện đại mỏng |
| 8. Giá và tính phổ biến | Phổ biến hơn, sẵn hàng hơn ở VN | Ít cỡ hơn, giá tương đương nhưng một số cỡ đặc biệt cần đặt hàng |
Phân tích chi tiết từng tiêu chí
Momen quán tính — yếu tố quyết định ứng dụng
Momen quán tính I (cm⁴) quyết định độ võng và khả năng chịu uốn. SHS 100×100×4 có Ix = Iy ≈ 168 cm⁴. RHS 150×75×4 (cùng ~11 kg/m) có Ix ≈ 386 cm⁴ và Iy ≈ 121 cm⁴. Khi dùng làm dầm một phương, RHS hiệu quả hơn 130% với cùng lượng thép — chênh lệch rất đáng kể.
Khả năng chịu xoắn — SHS vượt trội
Công thức momen quán tính xoắn tiết diện rỗng: J ≈ 4Am²·t/s, trong đó Am là diện tích bao bởi đường trung bình. Tiết diện vuông maximise Am với cùng chu vi, do đó J của SHS > RHS cùng chu vi và bề dày. Cấu kiện chịu xoắn (dầm vành khuyên, sườn chính cầu thang) nên ưu tiên SHS hoặc tiết diện tròn.
Ứng dụng cột — SHS chiếm ưu thế tuyệt đối
Thiết kế cột yêu cầu kiểm tra oằn theo cả hai phương. Với SHS, chỉ cần kiểm tra một trục. Với RHS, phải kiểm tra hai trục và trục yếu thường quyết định tiết diện cuối cùng. Kết quả: dùng RHS làm cột thường phải chọn cỡ lớn hơn cần thiết, không kinh tế.
Ứng dụng dầm — RHS chiếm ưu thế
Dầm chịu tải đứng (trọng lực). Nếu tải chủ yếu theo một phương, RHS đặt cạnh dài theo phương đứng cho momen kháng uốn Wx lớn hơn đáng kể. Trong khung thép nhẹ nhà xưởng, phổ biến nhất là: cột SHS 100–150 mm + dầm RHS 150×100 đến 200×100.
Bảng tư vấn chọn theo ứng dụng
| Ứng dụng | Khuyến nghị | Lý do |
|---|---|---|
| Cột nhà xưởng, kho | SHS | Oằn đều hai trục, không có trục yếu |
| Dầm ngang chịu tải đứng | RHS (cạnh dài đứng) | Ix lớn hơn với cùng trọng lượng |
| Giá kệ, khung kệ | SHS | Cân đối, dễ lắp ghép mọi hướng |
| Mái kính, vách kính | RHS | Tiết diện mỏng theo một phương, thẩm mỹ |
| Lan can, hàng rào | SHS hoặc RHS | Tùy thiết kế kiến trúc |
| Cấu kiện chịu xoắn | SHS | J lớn hơn RHS cùng chu vi |
| Thanh giằng chéo | RHS hoặc SHS nhỏ | Lực dọc trục chính, tiết kiệm thép |
Kết luận — khi nào chọn loại nào?
Nguyên tắc đơn giản: cấu kiện đứng (cột) → SHS; cấu kiện ngang (dầm) → RHS. Với cấu kiện chịu xoắn hoặc lực đa chiều, SHS vẫn là lựa chọn an toàn hơn. Khi ưu tiên thẩm mỹ kiến trúc mỏng nhẹ, RHS cho phép tiết diện gọn hơn theo một phương.
Câu hỏi thường gặp
- Có thể dùng RHS thay SHS để làm cột không?
- Có thể, nhưng phải kiểm tra oằn theo trục yếu và thường phải tăng tiết diện. Trong nhiều trường hợp, chi phí tăng lên nhưng không cải thiện được tính năng so với SHS.
- Giá SHS và RHS cùng cỡ có khác nhau nhiều không?
- Giá theo kg thường tương đương. Sự chênh lệch chủ yếu do tính phổ biến: SHS nhiều cỡ thông dụng hơn, dễ mua hơn RHS ở kích thước đặc biệt.
- SHS 100×100 và RHS 100×100 có khác nhau không?
- RHS 100×100 thực chất là SHS 100×100 (vì B = H = 100). Khi B = H, RHS và SHS là một, không có sự khác biệt. RHS chỉ có ý nghĩa phân biệt khi B ≠ H.