Bảng tra sức chịu tải thép hộp giúp bạn ước lượng nhanh một thanh hộp vuông hay hộp chữ nhật có đủ khỏe cho khung mái, gác lửng, giá kệ, mái che hay không trước khi hỏi kỹ sư. Bài viết này đưa ra hai bảng tính sẵn: bảng đặc trưng tiết diện (diện tích, mô men quán tính I, mô men kháng uốn W) và bảng tải trọng phân bố cho phép của dầm đơn giản theo nhịp, kèm công thức, giả thiết tính và ví dụ áp dụng. Các con số được tính từ kích thước danh nghĩa, chỉ dùng để tham khảo sơ bộ, không thay cho thiết kế kết cấu.
Sức chịu tải của thép hộp phụ thuộc vào gì?
Không có một con số “thép hộp 40×40 chịu được X kg” dùng cho mọi trường hợp. Cùng một thanh thép, khả năng chịu tải thay đổi rất nhiều theo:
- Tiết diện: chiều cao, bề rộng và độ dày thành. Chiều cao tiết diện ảnh hưởng mạnh nhất khi thanh chịu uốn.
- Nhịp (khoảng cách giữa hai gối): tải cho phép giảm theo bình phương nhịp (theo độ bền) và theo lập phương nhịp (theo độ võng). Nhịp tăng gấp đôi, tải cho phép có thể giảm 4 đến 8 lần.
- Cách đặt tải: tải phân bố đều hay tải tập trung giữa nhịp.
- Liên kết hai đầu: gác tự do, hàn cứng hay dầm liên tục qua nhiều gối.
- Mác thép: thép hộp thông dụng theo JIS G3466 STKR400 có giới hạn chảy tối thiểu 245 MPa; theo ASTM A500 cấp B (hộp vuông, chữ nhật) là 315 MPa.
- Độ dày thực tế: hàng “thiếu ly” mỏng hơn danh nghĩa sẽ chịu tải kém hơn bảng tính.
Công thức và giả thiết của bảng tra
Bảng trong bài được tính cho dầm đơn giản hai đầu gối tự do, chịu tải phân bố đều, với các giả thiết:
- Đặc trưng tiết diện tính theo kích thước danh nghĩa, bỏ qua bo tròn ở góc (thực tế góc bo làm các trị số nhỏ hơn vài phần trăm).
- Cường độ tính toán giả định f = 210 MPa, mô đun đàn hồi E = 2,1 × 10⁵ MPa.
- Kiểm tra độ bền: q = 8 × W × f / L².
- Kiểm tra độ võng: độ võng giữa nhịp không vượt L/250, tức q = 384 × E × I / (5 × L³ × 250).
- Tải cho phép là giá trị nhỏ hơn của hai điều kiện, đã bao gồm cả trọng lượng bản thân thanh thép.
Thép hộp là tiết diện kín nên ít bị mất ổn định xoắn như thép chữ I. Tuy nhiên hộp thành rất mỏng (tỷ lệ bề rộng trên độ dày lớn) có thể bị móp cục bộ, nhất là tại điểm đặt tải tập trung, nên với hộp mỏng dưới khoảng 1,2 mm hãy dùng thêm hệ số an toàn.
Bảng đặc trưng tiết diện thép hộp thông dụng
Khối lượng tính theo công thức [2 × (A + B) − 4 × T] × T × 0,00785 (A, B, T tính bằng mm), cùng công thức dùng trên trang bảng giá thép hộp. Với hộp chữ nhật, I và W tính cho trường hợp đặt đứng (cạnh dài theo phương tải), là cách đặt khỏe nhất.
| Quy cách (mm) | Khối lượng (kg/m) | Diện tích (cm²) | I (cm⁴) | W (cm³) |
|---|---|---|---|---|
| 20 × 20 × 1,0 | 0,60 | 0,76 | 0,46 | 0,46 |
| 25 × 25 × 1,2 | 0,90 | 1,14 | 1,08 | 0,86 |
| 30 × 30 × 1,4 | 1,26 | 1,60 | 2,19 | 1,46 |
| 40 × 40 × 1,4 | 1,70 | 2,16 | 5,37 | 2,69 |
| 40 × 40 × 2,0 | 2,39 | 3,04 | 7,34 | 3,67 |
| 50 × 50 × 1,8 | 2,72 | 3,47 | 13,46 | 5,38 |
| 50 × 50 × 2,5 | 3,73 | 4,75 | 17,91 | 7,16 |
| 60 × 60 × 2,0 | 3,64 | 4,64 | 26,05 | 8,68 |
| 75 × 75 × 2,5 | 5,69 | 7,25 | 63,59 | 16,96 |
| 90 × 90 × 3,0 | 8,20 | 10,44 | 131,86 | 29,30 |
| 100 × 100 × 3,0 | 9,14 | 11,64 | 182,71 | 36,54 |
| 100 × 100 × 4,0 | 12,06 | 15,36 | 236,34 | 47,27 |
| 150 × 150 × 5,0 | 22,76 | 29,00 | 1.017,42 | 135,66 |
| 20 × 40 × 1,2 (đặt đứng) | 1,09 | 1,38 | 2,87 | 1,44 |
| 25 × 50 × 1,4 (đặt đứng) | 1,59 | 2,02 | 6,59 | 2,64 |
| 30 × 60 × 1,5 (đặt đứng) | 2,05 | 2,61 | 12,33 | 4,11 |
| 40 × 80 × 1,8 (đặt đứng) | 3,29 | 4,19 | 35,40 | 8,85 |
| 40 × 80 × 2,5 (đặt đứng) | 4,51 | 5,75 | 47,62 | 11,90 |
| 50 × 100 × 2,0 (đặt đứng) | 4,58 | 5,84 | 77,52 | 15,50 |
| 50 × 100 × 3,0 (đặt đứng) | 6,78 | 8,64 | 112,12 | 22,42 |
| 60 × 120 × 3,0 (đặt đứng) | 8,20 | 10,44 | 197,31 | 32,88 |
| 100 × 150 × 4,0 (đặt đứng) | 15,20 | 19,36 | 617,31 | 82,31 |
| 100 × 200 × 5,0 (đặt đứng) | 22,76 | 29,00 | 1.522,42 | 152,24 |
Bảng tải trọng phân bố cho phép theo nhịp
Đơn vị: kg trên mỗi mét dài dầm (kg/m). Dấu * cho biết điều kiện độ võng L/250 quyết định (thanh vẫn đủ bền nhưng sẽ võng quá mức cho phép nếu tải lớn hơn).
| Quy cách (mm) | Nhịp 1,0 m | Nhịp 1,5 m | Nhịp 2,0 m | Nhịp 3,0 m | Nhịp 4,0 m |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 × 20 × 1,0 | 30* | 9* | 4* | 1* | dưới 1* |
| 25 × 25 × 1,2 | 71* | 21* | 9* | 3* | 1* |
| 30 × 30 × 1,4 | 144* | 43* | 18* | 5* | 2* |
| 40 × 40 × 1,4 | 353* | 105* | 44* | 13* | 6* |
| 40 × 40 × 2,0 | 482* | 143* | 60* | 18* | 8* |
| 50 × 50 × 1,8 | 885* | 262* | 111* | 33* | 14* |
| 60 × 60 × 2,0 | 1.487 | 508* | 214* | 63* | 27* |
| 75 × 75 × 2,5 | 2.904 | 1.239* | 523* | 155* | 65* |
| 100 × 100 × 3,0 | 6.258 | 2.781 | 1.502* | 445* | 188* |
| 25 × 50 × 1,4 (đứng) | 433* | 128* | 54* | 16* | 7* |
| 30 × 60 × 1,5 (đứng) | 704 | 240* | 101* | 30* | 13* |
| 40 × 80 × 1,8 (đứng) | 1.515 | 674 | 291* | 86* | 36* |
| 50 × 100 × 2,0 (đứng) | 2.655 | 1.180 | 637* | 189* | 80* |
| 60 × 120 × 3,0 (đứng) | 5.632 | 2.503 | 1.408 | 481* | 203* |
Nhìn bảng sẽ thấy hai điều quan trọng. Thứ nhất, nhịp quyết định gần như tất cả: hộp 40 × 40 × 1,4 chịu khoảng 353 kg/m ở nhịp 1 m nhưng chỉ khoảng 44 kg/m ở nhịp 2 m. Thứ hai, với hộp nhỏ và nhịp dài, giới hạn thực sự là độ võng chứ không phải độ bền.
Đặt hộp chữ nhật nằm hay đứng khác nhau thế nào?
Hộp chữ nhật chịu uốn khỏe hơn nhiều khi đặt đứng (cạnh dài theo phương tải). Ví dụ hộp 40 × 80 × 1,8:
| Cách đặt | I (cm⁴) | W (cm³) |
|---|---|---|
| Đặt đứng (cao 80 mm) | 35,40 | 8,85 |
| Đặt nằm (cao 40 mm) | khoảng 12,0 | khoảng 6,0 |
Đặt nằm, mô men quán tính chỉ còn khoảng 1/3, tức thanh võng gấp khoảng 3 lần dưới cùng tải. Khi làm xà gồ, dầm sàn gác lửng hay thanh đỡ kệ bằng hộp chữ nhật, luôn đặt cạnh dài theo phương thẳng đứng.
Ví dụ áp dụng bảng tra
Ví dụ 1: Thanh đỡ kệ dài 1,5 m
Kệ chứa hàng, mỗi thanh đỡ dài 1,5 m gác hai đầu lên khung, tải trên mỗi thanh khoảng 150 kg phân bố đều, tức 100 kg/m. Tra bảng: hộp 40 × 40 × 1,4 chỉ cho khoảng 105 kg/m ở nhịp 1,5 m, sát giới hạn; hộp 25 × 50 × 1,4 đặt đứng cho 128 kg/m; hộp 30 × 60 × 1,5 đặt đứng cho 240 kg/m. Chọn 30 × 60 × 1,5 để có dư an toàn.
Ví dụ 2: Xà gồ mái tôn nhịp 3 m
Mái tôn nhà dân, xà gồ đặt cách nhau 0,8 m, gác lên kèo cách nhau 3 m. Giả sử tải mái (tôn, gió, người sửa chữa quy đổi) khoảng 60 kg/m², thì mỗi xà gồ chịu khoảng 60 × 0,8 = 48 kg/m. Tra bảng ở nhịp 3 m: hộp 40 × 80 × 1,8 đặt đứng cho khoảng 86 kg/m, đủ; hộp 30 × 60 × 1,5 chỉ khoảng 30 kg/m, không đủ. Lưu ý tải gió bốc mái có thể đổi chiều, liên kết xà gồ với kèo phải chắc chắn.
Ví dụ 3: Tải tập trung giữa nhịp
Nếu tải là một vật nặng đặt giữa nhịp (tải tập trung P), có thể quy đổi gần đúng: với điều kiện bền, P cho phép bằng khoảng một nửa tổng tải phân bố (q × L / 2); với điều kiện võng, P cho phép bằng khoảng 0,625 lần q × L. Lấy giá trị nhỏ hơn và thêm hệ số an toàn, vì tải tập trung còn gây móp cục bộ thành hộp.
Thép hộp làm cột chịu nén
Khi thép hộp làm cột (cột mái che, cột cổng, chân kệ), khả năng chịu tải phụ thuộc thêm vào chiều dài tính toán và độ mảnh. Cột càng cao, càng mảnh thì càng dễ bị cong vênh (mất ổn định) trước khi thép đạt giới hạn bền. Vì vậy cột cao nên chọn hộp kích thước lớn với thành vừa phải thay vì hộp nhỏ thành dày, và cần có giằng nếu cao. Tính cột nén phải theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5575:2024), bảng trong bài này không áp dụng cho cột.
Những yếu tố làm sức chịu tải thực tế thấp hơn bảng
- Thép thiếu ly: độ dày thật mỏng hơn danh nghĩa 0,1 đến 0,2 mm ở hộp mỏng đã làm giảm đáng kể I và W. Hãy đo bằng thước kẹp khi nhận hàng.
- Gỉ sét: hộp đen không sơn để ngoài trời bị ăn mòn mất dần chiều dày. Xem khác biệt giữa hai loại trong bài thép hộp đen và thép hộp mạ kẽm nên chọn loại nào.
- Mối hàn và liên kết yếu: thanh đủ khỏe nhưng liên kết đầu thanh không đủ thì vẫn hỏng.
- Lỗ khoan, khoét trên thanh làm giảm tiết diện tại vị trí đó.
- Tải động, rung: người đi lại, máy móc làm tải thực tế lớn hơn tải tĩnh.
Khi nào cần kỹ sư tính toán?
Bảng tra phù hợp để chọn sơ bộ cho hạng mục nhỏ, tải rõ ràng như kệ, khung mái nhẹ, hàng rào. Những trường hợp sau cần kỹ sư kết cấu tính theo tiêu chuẩn:
- Gác lửng, sàn có người ở, cầu thang, ban công.
- Mái nhịp lớn, mái chịu gió mạnh, biển quảng cáo cao.
- Kết cấu có tải động, cầu trục, pa lăng.
- Cột cao, khung nhiều tầng.
Chọn mua thép hộp đúng bảng tra
Bảng tra chỉ đúng khi thép mua về đúng quy cách. Khi đặt hàng, ghi rõ kích thước, độ dày, mác, tiêu chuẩn; khi nhận, đo độ dày thành và cân thử. Các dòng thép hộp và cách chọn được tổng hợp trong bài các loại thép hộp trên thị trường. Nếu dùng hộp ngoài trời, nên chọn hộp mạ kẽm; tìm hiểu thêm trong bài thép hộp mạ kẽm là gì. Giá theo hãng có ở các trang thép hộp Hòa Phát và thép hộp Nam Kim.
Khối lượng từng quy cách để dự toán thép cho khung có ở bài barem thép hộp vuông và chữ nhật.
Câu hỏi thường gặp
Thép hộp 40×40 chịu được bao nhiêu kg?
Phụ thuộc độ dày và nhịp. Theo bảng (dầm đơn giản, tải phân bố đều), hộp 40 × 40 × 1,4 chịu khoảng 353 kg/m ở nhịp 1 m, 105 kg/m ở nhịp 1,5 m và 44 kg/m ở nhịp 2 m.
Thép hộp 50×100 chịu được bao nhiêu kg?
Hộp 50 × 100 × 2,0 đặt đứng chịu khoảng 2.655 kg/m ở nhịp 1 m, 637 kg/m ở nhịp 2 m và 189 kg/m ở nhịp 3 m theo giả thiết của bảng.
Vì sao thép hộp nhịp dài lại chịu tải kém nhiều như vậy?
Mô men uốn tăng theo bình phương nhịp và độ võng tăng theo lũy thừa bốn của nhịp, nên tải cho phép giảm rất nhanh khi nhịp tăng.
Bảng tra này có dùng thay thiết kế được không?
Không. Bảng chỉ để tham khảo sơ bộ. Kết cấu có người sử dụng phải được kỹ sư tính toán.
Kết luận
Sức chịu tải của thép hộp được quyết định bởi tiết diện, độ dày, nhịp và cách đặt tải. Hai bảng tra trong bài cho phép chọn nhanh quy cách hộp vuông, hộp chữ nhật cho các hạng mục nhẹ, đồng thời cho thấy vai trò của nhịp và độ võng. Với kết cấu quan trọng, hãy để kỹ sư tính toán và mua đúng quy cách đã chọn. Cần báo giá thép hộp theo danh sách quy cách, hãy liên hệ Giá Thép Hôm Nay.