Không thể xác định một cây thép I “chịu được bao nhiêu tấn” chỉ từ tên I200, I300 hay I400. Khả năng làm việc của cấu kiện phụ thuộc đồng thời vào hình học tiết diện, mác thép, chiều dài làm việc, sơ đồ liên kết, phương tải, vị trí giằng và trạng thái giới hạn cần kiểm. Vì vậy cùng một mặt cắt nhưng đặt trong hai hệ kết cấu khác nhau có thể cho kết quả thiết kế rất khác nhau.
Vì sao tên I200 hay I300 không thể quy đổi trực tiếp thành một con số tải trọng?
Tên gọi I200 hoặc I300 mới cho biết một phần rất nhỏ về mặt cắt. Muốn đánh giá một cấu kiện, trước hết phải khóa đầy đủ H × B × tw × tf, sau đó đối chiếu diện tích tiết diện, mô men quán tính, mô men chống uốn và bán kính quán tính của đúng catalogue. Hai mặt cắt cùng chiều cao danh nghĩa nhưng khác chiều rộng cánh hoặc chiều dày có thể có kg/m và đặc trưng tiết diện khác nhau đáng kể.
Tiếp theo là vật liệu. Mác thép và tiêu chuẩn xác định các chỉ tiêu cơ tính áp dụng cho thiết kế. Không nên tự coi SS400, A36, Q235B hay các mác khác là tương đương để đưa vào cùng một phép tính nếu hồ sơ chưa cho phép thay thế.
Nhưng ngay cả khi đã biết đầy đủ tiết diện và mác thép, vẫn chưa thể nói “chịu X tấn”. Một tải 5 tấn phân bố đều trên dầm, tải tập trung giữa nhịp, tải đặt lệch, tải ngang lên cánh hoặc lực nén dọc là các bài toán khác nhau. Chiều dài làm việc, vị trí gối, liên kết và hệ giằng tiếp tục thay đổi nội lực và điều kiện ổn định.
Vì thế bảng tra hình học chỉ trả lời câu hỏi “mặt cắt này có những đặc trưng gì?”, không trả lời trực tiếp “cấu kiện trong công trình này chịu được bao nhiêu tải?”. Nếu chưa quen cách đọc mặt cắt, xem cách đọc quy cách thép hình I.
Với dầm thép I, Wx và Ix quan trọng nhưng vẫn chưa đủ để kết luận khả năng chịu uốn
Khi dầm làm việc theo trục chính, mô men chống uốn W liên quan đến kiểm tra ứng suất uốn và mô men quán tính I liên quan đến độ cứng, độ võng. Đây là hai dữ liệu rất quan trọng, nhưng không nên biến chúng thành bảng tải dùng chung.
Một dầm còn phải được xem xét theo vị trí tải, chiều dài nhịp, điều kiện gối và tổ hợp tải. Ngoài kiểm tra cường độ và độ võng, cấu kiện chịu uốn còn có thể bị chi phối bởi ổn định tổng thể. Với I-section, chiều dài không được giữ ổn định của cánh nén, vị trí giằng và điều kiện biên có thể ảnh hưởng mạnh đến khả năng chống mất ổn định uốn-xoắn.
TCVN 5575:2024 hiện là tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép còn hiệu lực và đã thay thế TCVN 5575:2012. Tiêu chuẩn này có riêng phần tính toán cấu kiện chịu uốn và kiểm tra ổn định tổng thể dầm chữ I; điều đó cũng cho thấy một phép kiểm tra ứng suất đơn không đại diện cho toàn bộ bài toán.
Vì vậy, câu “I300 có Wx lớn hơn I250 nên chắc chắn dùng được cho nhịp dài hơn” là một bước suy luận chưa đủ. Cần quay về toàn bộ mô hình tải, chiều dài làm việc, hệ giằng và các trạng thái giới hạn mà kỹ sư thiết kế đang kiểm.
Với cột hoặc cấu kiện chịu nén, chiều dài tính toán và độ mảnh có thể quan trọng hơn tên quy cách
Ở cấu kiện chịu nén, diện tích tiết diện và cường độ vật liệu chỉ là một phần. Bài toán ổn định còn phụ thuộc bán kính quán tính theo từng trục, chiều dài tính toán và điều kiện liên kết hai đầu. Cùng một I-section, khi chiều dài tính toán tăng hoặc điều kiện giữ ổn định kém đi, khả năng chống mất ổn định có thể giảm đáng kể.
TCVN 5575:2024 quy định chiều dài tính toán của cột theo dạng Lef = μL, trong đó hệ số μ phụ thuộc sơ đồ liên kết và điều kiện làm việc. Vì vậy không nên lấy chiều dài cây thương mại 6 m hoặc 12 m làm luôn chiều dài tính toán của cột. Hai khái niệm này chỉ trùng nhau trong một số trường hợp cụ thể sau khi sơ đồ kết cấu được xác định.
Cũng không nên dùng rule “thép I chỉ làm dầm, không làm cột” hoặc “I bắt buộc phải có một kiểu giằng ngang cố định”. I-section có thể được dùng ở nhiều loại cấu kiện nếu thiết kế đáp ứng điều kiện bền và ổn định. Điều quyết định là tiết diện cụ thể, phương làm việc, hệ giằng và mô hình tính toán.
Nếu đang nhầm giữa chiều dài cây và chiều dài làm việc, xem chiều dài thép hình I và cách đặt hàng. Hai dữ liệu này cần được tách trước khi đọc bất kỳ công thức hay bảng tra nào.
TCVN 5575:2024 yêu cầu nhiều nhóm kiểm tra, không có một “bảng tải thép I” thay cho thiết kế
Đối với thép kết cấu, khái niệm “khả năng chịu lực” nên được hiểu như kết quả của một chuỗi kiểm tra. Tùy cấu kiện có thể phải xét cường độ tiết diện, ổn định tổng thể, ổn định cục bộ, uốn, nén, kéo, cắt, nén-uốn và điều kiện sử dụng. Một bảng H × B × tw × tf + Ix + Wx chỉ là dữ liệu đầu vào cho những bước này.
Điểm cần sửa rõ ở các tài liệu cũ là TCVN 5575:2012 không còn là phiên bản hiện hành. VSQI hiện ghi TCVN 5575:2024 ở trạng thái còn hiệu lực và bản 2024 thay thế bản 2012. Do đó các bài viết kỹ thuật của TLS không nên tiếp tục ghi “mọi thiết kế phải theo TCVN 5575:2012” hoặc dùng công thức cũ mà không kiểm lại phạm vi áp dụng.
Bài này cũng không nên phát hành một bảng “I100 chịu X tấn, I200 chịu Y tấn”. Cùng một I200 nhưng nếu nhịp, phương tải, vị trí giằng hoặc mác thép thay đổi thì kết quả đã khác. Một con số tải không kèm sơ đồ tính có thể gây hiểu nhầm lớn hơn là giúp người đọc.
Để tra dữ liệu hình học phục vụ bóc tách hoặc đối chiếu ban đầu, có thể dùng bảng tra trọng lượng thép hình. Nếu cần hiểu tiêu chuẩn sản phẩm và tiêu chuẩn thiết kế khác nhau ở đâu, xem tiêu chuẩn thép hình I.
Ở góc độ mua hàng, cần lấy kết quả thiết kế nào để chốt đúng thép I?
Bộ phận vật tư không cần tự tính lại khả năng chịu lực nếu hồ sơ thiết kế đã có. Thứ cần nhận từ bản vẽ, BOQ hoặc specification là đúng mặt cắt H × B × tw × tf, mác/tiêu chuẩn, chiều dài, số lượng, yêu cầu bề mặt/gia công và hồ sơ lô. Nếu bản vẽ còn kèm catalogue hoặc kg/m tham chiếu thì nên gửi cùng để tránh nhầm giữa các mặt cắt cùng tên rút gọn.
Nếu nguồn hàng đề xuất thay section, thay mác hoặc thay chiều dài ảnh hưởng mối nối, không nên tự duyệt chỉ vì trọng lượng gần nhau hoặc giá thấp hơn. Phần thay đổi phải quay lại bên thiết kế để so đặc trưng tiết diện, cơ tính, liên kết và các kiểm tra ổn định cần thiết.
Khi hàng về công trường, workflow lại chuyển sang xác nhận đúng vật tư đã đặt: kích thước, số lượng, khối lượng, marking/Heat-Lot và chứng từ theo yêu cầu. Xem nghiệm thu thép hình I và cách đối chiếu C/O, C/Q và MTC.
Khi exact section đã được thiết kế khóa và nhu cầu chuyển sang giá/nguồn hàng, danh mục thép hình I là trang thương mại phù hợp hơn bài này.
Nếu cần quay lại lớp khái niệm trước khi tính, xem thép hình I là gì và cách đọc mặt cắt; bài hiện tại chỉ giữ phần các biến số quyết định khả năng làm việc của cấu kiện.
Câu hỏi thường gặp về khả năng chịu lực của thép hình I
Thép I200 chịu được bao nhiêu tấn?
Không có một con số dùng chung. Cần biết đầy đủ mặt cắt, mác thép, nhịp/chiều dài tính toán, sơ đồ liên kết, tải và điều kiện ổn định.
Ix và Wx lớn hơn có nghĩa cấu kiện chắc chắn chịu tải lớn hơn không?
Chúng là dữ liệu hình học quan trọng, nhưng kết quả thiết kế còn phụ thuộc tải, chiều dài, giằng, liên kết, vật liệu và các trạng thái giới hạn.
Cây I300 dài 12 m có chịu lực kém hơn cây 6 m không?
Không thể kết luận từ chiều dài cây thương mại. Phải phân biệt chiều dài cây giao hàng với nhịp và chiều dài tính toán của cấu kiện.
Thép H có luôn chịu lực tốt hơn thép I không?
Không. Muốn so phải dùng hai mặt cắt cụ thể cùng với đặc trưng tiết diện, vật liệu, chiều dài làm việc, tải và liên kết.
