Thép hình là gì và những thông tin cần biết

Thép hình là loại vật liệu không thể thiếu trong ngành xây dựng và công nghiệp hiện nay nhờ độ bền cao, tính linh hoạt, khả năng chịu lực vượt trội. Vậy thép hình là gì? Quy trình sản xuất ra sao, các loại thép hình nào đang được ưa chuộng? Hãy cùng Weldcom tìm hiểu qua bài dưới đây.

1. Thép hình là gì?

1.1. Định nghĩa

Thép hình có mặt cắt ngang được tạo theo những hình dạng xác định như H, I, U, V, C, Z hoặc T. Mỗi hình dạng không chỉ để phân biệt sản phẩm mà còn liên quan trực tiếp đến cách vật liệu chịu lực, liên kết và làm việc trong từng vị trí của công trình.

1.2. Thép hình được làm từ vật liệu gì?

Thép hình được làm từ thép carbon kết cấu hoặc thép hợp kim thấp, với các mác phổ biến như SS400, Q235, Q355, ASTM A36 hay S355. Đối với thép hình cán nóng, phôi thép được nung và cán qua nhiều trục để tạo thành tiết diện H, I, U, V… Trong khi đó, các dầm H/I tổ hợp dùng trong kết cấu thép thường được chế tạo từ thép tấm, gồm hai bản cánh và một bản bụng được tổ hợp và hàn thành cấu kiện hoàn chỉnh

1.3. Phân biệt Thép hình - Thép tấm - Thép hộp - Thép thanh

Xem thêm: TOP 10 Nhà máy sản xuất kết cấu thép uy tín hàng đầu

2. Đặc điểm của thép hình

Một trong những đặc điểm quan trọng của thép hình nằm ở cách phân bố vật liệu trên tiết diện. Khi dầm chịu uốn, các lớp vật liệu nằm càng xa trục trung hòa sẽ chịu ứng suất kéo hoặc nén lớn hơn so với phần vật liệu nằm gần trục này. Với dầm H và I, phần lớn vật liệu được bố trí ở hai bản cánh, giúp tăng mô-men quán tính và mô-đun chống uốn của tiết diện, từ đó nâng khả năng chịu mô-men và hạn chế biến dạng.

Theo góc nhìn của Weldcom, đây chính là lý do thép hình không được thiết kế theo hướng “dồn vật liệu” thành một tiết diện đặc. Thay vào đó, lượng thép được phân bố vào những vị trí làm việc hiệu quả hơn, vừa đảm bảo khả năng chịu lực, vừa tối ưu khối lượng cấu kiện so với một thanh thép đặc có kích thước tổng thể tương đương.

Với các tiết diện U, V, C hay Z, hình dạng cũng được phát triển để đáp ứng những yêu cầu riêng về chịu lực, liên kết, độ cứng, trọng lượng và khả năng gia công. Vì vậy, đặc trưng của thép hình không chỉ nằm ở việc có nhiều hình dạng khác nhau, mà ở cách tổ chức vật liệu thành một tiết diện phù hợp với chức năng làm việc của từng cấu kiện.

3. Các loại thép phổ biến hiện nay

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại thép hình (tiết diện khác nhau)nhưng trong xây dựng công nghiệp và sản xuất kết cấu thép, thép chữ H, I, U, V, C và Z vẫn là loại quen thuộc và phổ biến nhất.

3.1. Thép hình H

Thép H - tấm bụng ở giữa và hai tấm cánh tương ở hai đầu. Tiết diện khá cân đối nên dễ nhận biết. Thép H thường xuất hiện ở cột, dầm chính, khung nhà công nghiệp, nhà thép tiền chế, kết cấu cầu và những vị trí chịu tải lớn. Bản cánh rộng giúp tiết diện có độ ổn định tốt theo nhiều phương, đặc biệt với các cấu kiện chịu nén kết hợp uốn.

Không phải mọi dầm H đều được cán sẵn từ nhà máy thép. Với những tiết diện lớn hoặc kích thước riêng theo bản vẽ, dầm H thường được chế tạo bằng cách hàn tổ hợp - ghép hai tấm cánh với tấm bụng, hàn thành cấu kiện hoàn chỉnh. Đây là dạng dầm H tổ hợp và xuất hiện rất phổ biến trong các nhà máy kết cấu thép.

3.2. Thép hình I

Thép I cũng gồm hai bản cánh và một bản bụng, có tỷ lệ tiết diện thường thiên về chiều cao nhiều hơn so với chiều rộng cánh. Thép I làm việc hiệu quả trong các cấu kiện chịu uốn theo một phương chính, thường sử dụng ở dầm sàn, dầm mái, dầm cầu, dầm cầu trục hoặc các khung công nghiệp.

Anh em làm kết cấu thường có câu thép “H làm cột, I làm dầm” nhưng không phải công trình nào cũng theo nguyên tắt thiết kế đó. Việc lựa chọn phải dựa vào tải trọng, chiều dài cấu kiện, điều kiện liên kết và các đặc trưng hình học của tiết diện.

3.3. Thép hình U

Thép U có một bản bụng và hai cánh cùng hướng về một phía, tạo thành mặt cắt giống chữ U. Thép U giúp việc liên kết, lắp ghép và bố trí chi tiết dễ dàng, thuận tiện nên thường góp mặt trong chi tiết khung phụ, kết cấu máy, giá đỡ, thanh biên, khung phương tiện và nhiều chi tiết cơ khí. Hai thanh thép U cũng thường được ghép với nhau để tăng độ cứng hoặc tạo thành một tiết diện mới phù hợp hơn với yêu cầu chịu lực.

3.4. Thép V và thép góc L

Thép V, hay thép góc L, gồm hai cạnh vuông góc. Hai cạnh bằng nhau tạo thành thép góc đều cạnh, nếu kích thước khác nhau thì được gọi là thép góc không đều cạnh. Đây là một trong những loại thép hình quen thuộc nhất trong thi công vì kết cấu đơn giản, dễ cắt, dễ hàn và thuận tiện khi liên kết bulông. Thép V thường được sử dụng cho giằng mái, giằng cột, tháp thép, cột điện, giá đỡ, khung phụ và các chi tiết liên kết.

3.5. Thép C và Z

C và Z thường xuất hiện trong hệ kết cấu nhẹ, đặc biệt là xà gồ mái và xà gồ tường. Hai loại này thường được tạo hình từ thép cuộn thay vì cán nóng theo cách của các tiết diện H hoặc I truyền thống. Trọng lượng nhẹ giúp giảm tải lên hệ khung chính. Riêng tiết diện Z có lợi thế khi nối chồng tại gối, được sử dụng nhiều trong nhà công nghiệp và nhà thép tiền chế có khẩu độ lớn.

4. Cách đọc ký hiệu và quy cách thép H, I, U, V

Một trong những vấn đề khiến người mới làm quen với thép hình dễ nhầm nhất là cách đọc quy cách. Khách hàng cần lưu ý cách gọi chung theo chiều cao hoặc theo tên thương mại, tránh nhầm lẫn khi đặt hàng sản xuất, mua vật tư, nhất là với những đơn hàng số lượng lớn.

Ví dụ: H300 × 300 × 10 × 15

Với cách ký hiệu thường gặp của dầm H, các thông số lần lượt thể hiện chiều cao tiết diện, chiều rộng cánh, chiều dày bụng và chiều dày cánh. H300 × 300 × 10 × 15 được hiểu là dầm cao khoảng 300 mm, cánh rộng 300 mm, bụng dày 10 mm và cánh dày 15 mm. “H300” chưa đủ để xác định một tiết diện, hai dầm đều cao 300 mm nhưng có chiều rộng cánh hoặc chiều dày khác nhau sẽ cho trọng lượng và đặc tính chịu lực khác nhau.

Với thép góc, cách đọc đơn giản hơn. Ký hiệu L50 × 50 × 5 thường chỉ thép góc đều cạnh, hai cạnh rộng 50 mm và chiều dày 5 mm. Còn L75 × 50 × 6 là thép góc không đều cạnh.

5. Các tiêu chuẩn thép hình phổ biến

Thép hình lưu thông trên thị trường không chỉ khác nhau về kích thước H, I, U, V mà còn được sản xuất theo nhiều hệ tiêu chuẩn khác nhau. Mỗi tiêu chuẩn quy định những yêu cầu riêng về kích thước tiết diện, dung sai, khối lượng, thành phần hóa học, cơ tính và điều kiện giao nhận. Khi đọc bản vẽ hoặc đặt vật tư, không nên chỉ nhìn vào quy cách mà cần kiểm tra cả tiêu chuẩn đi kèm.

6. Ứng dụng của thép hình hiện nay

Thép hình xuất hiện trong rất nhiều lĩnh vực, nhưng mỗi ngành lại ưu tiên những dạng tiết diện và cách sản xuất khác nhau. 

• Ở nhà công nghiệp và nhà thép tiền chế, H và I đảm nhiệm phần lớn hệ khung chính; C và Z thường dùng làm xà gồ; thép góc xuất hiện nhiều ở giằng và liên kết. 
• Trong cầu và công trình giao thông, cấu kiện phải làm việc với tải trọng lớn, chiều dài lớn và yêu cầu kiểm soát biến dạng nghiêm ngặt hơn. 
• Ngành đóng tàu sử dụng rất nhiều dầm, sườn, panel và các tiết diện gia cường để tạo độ cứng cho kết cấu thân tàu. 
• Trong công nghiệp năng lượng, thép hình và dầm tổ hợp xuất hiện ở kết cấu nhà máy, giá đỡ thiết bị, tháp, dầm, cột và nhiều kết cấu phụ trợ. 
• Còn trong chế tạo máy, thép hình được sử dụng cho khung máy, bệ máy, cầu trục và hệ thống vận chuyển. 

Điểm chung là: không có một loại thép hình phù hợp cho mọi ứng dụng. Việc lựa chọn phải đi từ chức năng của cấu kiện và điều kiện làm việc thực tế.

7. Cách lựa chọn thép hình phù hợp

Theo góc nhìn của Weldcom, thép hình phù hợp không phải là loại có kích thước lớn nhất hay giá thấp nhất, mà là tiết diện đáp ứng đồng thời yêu cầu chịu lực, tiêu chuẩn thiết kế, khả năng gia công và hiệu quả kinh tế của toàn bộ cấu kiện.

8. Câu hỏi thường gặp về thép hình

8.1 Thép H và thép I khác nhau thế nào?

Nhìn bên ngoài, khách hàng mới tiếp xúc thường thấy thép H và I khá giống nhau. Cả hai đều có hai cánh và một bụng. Sự khác biệt quan trọng nằm ở tỷ lệ giữa chiều cao dầm, chiều rộng cánh và chiều dày từng bộ phận.

Thép H thường có cánh rộng, tạo ra tiết diện cân đối hơn. Thép I thường có chiều cao nổi bật so với chiều rộng cánh, nhờ đó làm việc hiệu quả trong các cấu kiện chịu uốn theo phương chính.

Khách hàng khi mới tìm hiểu hay đặt câu hỏi với chúng tôi, thép “H hay I chịu lực tốt hơn?”, câu trả lời sẽ không nằm ở tên tiết diện. Một thanh I400 vẫn khác một thanh H200 về khả năng chịu tải, hai tiết diện có cùng chiều cao cũng chưa chắc tương đương, bởi chiều rộng cánh, chiều dày cánh và bụng khác nhau sẽ làm thay đổi đáng kể mô-men quán tính, mô-đun chống uốn và trọng lượng.

Khách hàng khi mua cần hỏi rõ: Tiết diện nào phù hợp với tải trọng và vị trí làm việc của cấu kiện này? Đó mới là cơ sở để lựa chọn giữa H, I hoặc một dạng tiết diện khác.

8.2 . Thép hình cán sẵn và dầm H tổ hợp có phải một loại?

2 loại này hoàn toàn khác nhau. Thép hình cán sẵn được tạo trực tiếp trong quá trình cán tại nhà máy thép. Sản phẩm được cung cấp theo các hệ quy cách tiêu chuẩn.

Dầm H hoặc I tổ hợp hàn được chế tạo từ thép tấm. Nhà máy sẽ cắt riêng bản bụng và hai bản cánh theo kích thước thiết kế, sau đó đưa các tấm vào quá trình tổ hợp, căn chỉnh, đính và hàn. Sau khi hình thành tiết diện, dầm tiếp tục được nắn, gia công và hoàn thiện.

Thép cán sẵn sẽ có giới hạn quy cách. Khi công trình cần dầm có chiều cao lớn, cánh rộng, chiều dày đặc biệt hoặc tiết diện nằm ngoài hệ tiêu chuẩn thương mại, dầm tổ hợp giúp nhà thiết kế chủ động hơn rất nhiều. Thay vì buộc phải chọn một cây thép cán gần với yêu cầu, nhà máy sản xuất đúng kích thước cánh và bụng theo bản vẽ. Vầm tổ hợp xuất hiện rất nhiều trong nhà xưởng lớn, kết cấu công nghiệp, cầu, năng lượng và các dự án có yêu cầu tải trọng cao.

8.3. Khi nào nên dùng thép hình cán sẵn, khi nào nên dùng dầm tổ hợp?

Nếu tiết diện thiết kế nằm trong hệ quy cách phổ biến, vật tư sẵn và đáp ứng đầy đủ yêu cầu chịu lực, thép hình cán sẵn thường là lựa chọn thuận tiện. Doanh nghiệp giảm được các công đoạn tổ hợp dầm.

Ngược lại, khi tiết diện lớn, kích thước đặc biệt hoặc yêu cầu tối ưu vật liệu theo từng vị trí, dầm tổ hợp phù hợp hơn. Ví dụ, một dầm có chiều cao lớn nhưng tải trọng không yêu cầu cánh và bụng quá dày sẽ được thiết kế riêng nhằm sử dụng vật liệu hợp lý hơn. Với thép cán tiêu chuẩn, doanh nghiệp bị giới hạn bởi các quy cách sẵn có. Đối với nhà máy kết cấu thép, lựa chọn giữa thép cán và dầm tổ hợp cũng liên quan đến năng lực thiết bị, sản lượng, khả năng hàn, mặt bằng và dòng vận chuyển phôi.

8.4. Làm nhà xưởng nên dùng thép H hay thép I?

Không nên chọn thép H hay I trước rồi mới thiết kế công trình, cần phải đi từ tải trọng và kết cấu để chọn tiết diện.

Trong một nhà xưởng, cấu kiện cột, dầm mái, dầm cầu trục, giằng và xà gồ luôn phải chịu tải theo cách khác nhau. Cột thường phải kiểm soát khả năng chịu nén và ổn định; dầm lại chịu uốn rõ hơn; dầm cầu trục còn chịu tải động. Dựa vào thực tế, từng vị trí cần được tính toán riêng. Thép H thường xuất hiện nhiều ở cột và dầm chính nhờ tiết diện ổn định. Thép I thường gặp ở các cấu kiện chịu uốn. Với nhà xưởng khẩu độ lớn hoặc tải trọng cao, dầm H/I tổ hợp lại trở thành lựa chọn phổ biến hơn so với việc giới hạn trong thép cán tiêu chuẩn.

8.5. H300 và I300 có thay thế cho nhau được không?

Không nên tự thay. Con số 300 thường chỉ phản ánh một kích thước chính của tiết diện, nhưng không cho biết toàn bộ chiều rộng cánh, chiều dày cánh, chiều dày bụng và các đặc trưng hình học khác. Hai cấu kiện cùng cao 300 mm vẫn có khả năng chịu lực khác nhau đáng kể. Nếu thay một tiết diện trong bản vẽ bằng loại khác, độ võng, khả năng chịu uốn, chịu cắt và ổn định của cấu kiện đều cần được kiểm tra lại. Đây là lý do trong hồ sơ kết cấu, thông số vật liệu phải được đọc đầy đủ thay vì chỉ gọi chung là “H300” hoặc “I300”.

8.6. Khi mua thép hình nên nhìn vào điều gì ngoài giá?

Giá theo kilogram thường là thông tin được hỏi đầu tiên nhưng lại chưa đủ để đánh giá một phương án vật liệu. Hai lô thép cùng tên gọi vẫn khác nhau về mác thép, tiêu chuẩn, xuất xứ, dung sai, chứng chỉ và chất lượng bề mặt.

Đối với công trình thông thường, những khác biệt này ảnh hưởng đến khả năng gia công và chất lượng đầu ra. Với dự án công nghiệp, cầu, năng lượng hoặc kết cấu xuất khẩu, yêu cầu truy xuất vật liệu còn quan trọng hơn. Trước khi đặt hàng nên kiểm tra đồng thời quy cách, mác thép, tiêu chuẩn, chiều dài, chứng chỉ vật liệu và yêu cầu gia công sau mua. Đối với doanh nghiệp kết cấu thép, bài toán chi phí cũng cần tính cả công đoạn sau. Một loại vật tư có giá đầu vào thấp hơn nhưng làm tăng thời gian cắt, gá, hàn hoặc vận chuyển chưa chắc đem lại tổng chi phí thấp hơn. Chi phí hợp lý được tính trên toàn bộ cấu kiện hoàn thiện, không chỉ ở giá thép đầu vào.

8.7. Thép hình có bị gỉ không?

Có. Phần lớn thép hình dùng trong xây dựng và kết cấu thép được sản xuất từ thép carbon hoặc thép hợp kim thấp, nên bề mặt sẽ bị oxy hóa khi tiếp xúc lâu với độ ẩm, nước, oxy hoặc môi trường có tính ăn mòn. Tốc độ gỉ phụ thuộc nhiều vào điều kiện sử dụng: kết cấu trong nhà thường ít chịu tác động hơn so với thép ngoài trời, khu vực ven biển, môi trường hóa chất hoặc nơi thường xuyên đọng nước.

Theo kinh nghiệm triển khai các dự án kết cấu thép, Weldcom cho rằng chống gỉ không nên được xem là công đoạn xử lý sau cùng. Ngay từ thiết kế và chế tạo cần tính đến khả năng thoát nước, làm sạch bề mặt, chất lượng mối hàn và phương án bảo vệ phù hợp như sơn chống ăn mòn, sơn công nghiệp hoặc mạ kẽm. Nếu bề mặt còn gỉ, dầu mỡ hoặc xỉ hàn trước khi phủ bảo vệ, tuổi thọ của lớp sơn hoặc lớp mạ cũng bị ảnh hưởng.

8.8. Thép hình có mạ kẽm được không?

Có. Thép hình H, I, U, V, C và nhiều loại cấu kiện thép khác đều mạ kẽm được, trong đó mạ kẽm nhúng nóng là phương pháp được sử dụng phổ biến cho các kết cấu ngoài trời.

Trong quá trình này, cấu kiện được làm sạch bề mặt rồi nhúng vào bể kẽm nóng chảy. Lớp kẽm hình thành trên bề mặt vừa tạo hàng rào cách ly thép với môi trường, vừa có khả năng bảo vệ điện hóa cho lớp thép nền khi bề mặt xuất hiện những vết xước nhỏ.

Mạ kẽm đặc biệt phù hợp với các kết cấu như tháp thép, cột điện, giàn thép, lan can, giá đỡ và kết cấu ngoài trời cần khả năng chống ăn mòn lâu dài. Tuy nhiên, với cấu kiện tổ hợp hoặc tiết diện phức tạp, phương án mạ cần được tính từ khâu thiết kế. Các khoang kín, vị trí khó thoát dung dịch hoặc cấu kiện có chiều dài và chiều dày không đồng đều cần được xử lý phù hợp để quá trình nhúng kẽm an toàn và hạn chế biến dạng.

Thép hình là nhóm thép có tiết diện được tạo theo những hình dạng như H, I, U, V, C hoặc Z nhằm phân bố vật liệu phù hợp với yêu cầu chịu lực và liên kết.

Điểm quan trọng không nằm ở việc nhớ càng nhiều loại thép càng tốt, mà là hiểu mỗi tiết diện được dùng vì lý do gì. H và I thường xuất hiện ở hệ khung chịu lực chính; U và V phù hợp với nhiều dạng khung phụ, giằng và liên kết; C và Z được sử dụng rộng rãi ở hệ kết cấu nhẹ. Với những cấu kiện lớn hoặc kích thước nằm ngoài hệ thép cán tiêu chuẩn, dầm H/I tổ hợp từ thép tấm trở thành một lựa chọn quan trọng.

Đối với doanh nghiệp sản xuất kết cấu thép, bài toán còn đi xa hơn vật liệu. Hiệu quả cuối cùng phụ thuộc vào cách toàn bộ quá trình từ cắt phôi, tổ hợp, hàn, lật, nắn đến hoàn thiện được tổ chức thành một dòng sản xuất ổn định.

Công ty Cổ phần Công Nghiệp Weldcom

• Địa chỉ: 285 Ngô Gia Tự, Phường Việt Hưng, Hà Nội
• Hotline: 1900 9410
• Website: weldcom.vn
• Email: sales@weldcom.vn