Cách tính khối lượng thép hình chữ I | Theo Công ty Thiên Phú

Trong ngành xây dựng và kết cấu, thép hình chữ I là một trong những vật liệu cơ bản và quan trọng nhất. Việc xác định chính xác khối lượng thép hình I không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí dự án mà còn đảm bảo an toàn và tính toán kết cấu. Tuy nhiên, không phải ai cũng nắm rõ cách tính khối lượng thép hình chữ I một cách chuẩn xác và hiệu quả. Bài viết này, được biên soạn bởi Thiên Phú, sẽ cung cấp cho bạn kiến thức chuyên sâu về cấu tạo, thông số kỹ thuật và hướng dẫn chi tiết các phương pháp tính toán, giúp bạn tối ưu hóa công việc.

Giới thiệu sơ lược về thép hình chữ I

Để hiểu rõ cách tính khối lượng thép hình chữ I, trước tiên chúng ta cần nắm vững những khái niệm cơ bản về loại vật liệu này.

Thép hình chữ I là gì?

Thép hình chữ I (hay còn gọi là thép I, dầm I) là một loại thép kết cấu có mặt cắt ngang hình chữ “I” in hoa. Cấu tạo của nó bao gồm một phần thân đứng (web) và hai cánh ngang (flange) ở phía trên và dưới. Nhờ cấu trúc đặc biệt này, thép I có khả năng chịu lực uốn và nén rất tốt theo nhiều phương, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng chịu tải trọng lớn trong xây dựng cầu, nhà xưởng, dầm đỡ giàn giáo, cột chịu lực và các kết cấu cơ khí.

Khối lượng thép là gì?

Khối lượng thép là tổng trọng lượng của một cấu kiện thép hoặc toàn bộ khối lượng thép sử dụng trong một dự án. Đại lượng này thường được tính bằng kilogam (kg) hoặc tấn (tấn). Việc xác định khối lượng thép là bước không thể thiếu trong quá trình lập dự toán, quản lý vật tư và kiểm soát chi phí thi công. Đặc biệt, đối với các loại thép hình như thép hình I, việc tính toán chính xác trọng lượng thép hình I là yếu tố then chốt.

Vì sao cần tính khối lượng thép I chính xác?

Vì sao phải cần biết tính khối lượng thép i? Đây là câu hỏi mà mà bạn đang thắc mắc. Việc tính toán khối lượng thép hình I một cách chính xác mang lại nhiều lợi ích quan trọng:

• Kiểm soát chi phí: Thép là một trong những vật liệu có giá trị cao trong xây dựng. Sai số trong tính toán khối lượng thép có thể dẫn đến lãng phí vật tư hoặc thiếu hụt gây chậm trễ dự án, ảnh hưởng trực tiếp đến ngân sách.
• Đảm bảo an toàn kết cấu: Tính toán trọng lượng thép hình I chính xác giúp kỹ sư thiết kế lựa chọn đúng loại và kích thước thép I, đảm bảo khả năng chịu tải và độ bền vững của công trình.
• Quản lý vật tư hiệu quả: Xác định đúng khối lượng thép cần thiết giúp việc đặt hàng, vận chuyển và lưu trữ vật tư trở nên khoa học, tránh tình trạng tồn kho quá nhiều hoặc thiếu hụt khi thi công.
• Tiết kiệm thời gian và nhân lực: Khi có số liệu chính xác về khối lượng thép, quá trình thi công diễn ra thuận lợi hơn, giảm thiểu thời gian và công sức cho việc kiểm đếm, điều chỉnh vật tư tại công trường.

Cấu tạo và thông số kỹ thuật thép hình chữ I

Để thực hiện cách tính khối lượng thép hình chữ I một cách chuẩn xác, việc nắm rõ cấu tạo hình học và các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn là yếu tố tiên quyết.

Cấu tạo hình học chi tiết

Thép hình chữ I được cấu tạo từ ba bộ phận chính, tạo nên mặt cắt đặc trưng hình chữ I với khả năng chịu lực ưu việt.

• Web (Thân/Bụng): Đây là tấm thép đứng nối liền hai cánh. Chiều cao của web (h) là thông số chính để phân loại và gọi tên mác thép (ví dụ: thép hình I200 có chiều cao danh nghĩa 200mm). Độ dày của web (tw​) cũng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu cắt.
• Flange (Cánh): Gồm hai tấm thép nằm ngang, vuông góc với web, tạo thành phần trên và dưới của chữ I. Chiều rộng của cánh (b) và độ dày của cánh (tf​) là yếu tố quan trọng quyết định khả năng chịu uốn và ổn định của dầm.
• Fillet (Góc lượn): Là các phần nối cong (bo tròn) giữa web và cánh, có bán kính (r1​ và r2​). Các góc lượn này giúp giảm thiểu sự tập trung ứng suất tại các điểm giao, tăng cường độ bền tổng thể của tiết diện. Hiểu rõ cấu tạo này giúp chúng ta dễ dàng xác định các kích thước thép I cần thiết để áp dụng công thức tính khối lượng thép I chi tiết.

Các loại thép hình I phổ biến và đặc điểm ứng dụng

Trên thị trường, thép hình chữ I được sản xuất với nhiều quy cách khác nhau, được đặt tên theo chiều cao danh nghĩa của web. Mỗi loại kích thước thép I đều có trọng lượng thép hình I riêng biệt và ứng dụng đặc thù:

• Thép hình I200: Chiều cao khoảng 200mm. Phù hợp làm dầm, cột cho các công trình dân dụng, nhà xưởng nhỏ, hoặc các kết cấu phụ trợ.
• Thép hình I300: Chiều cao khoảng 300mm. Thường được dùng cho các kết cấu chịu lực trung bình như dầm cầu trục, khung nhà công nghiệp, hệ giằng, xà gồ lớn.
• Thép hình I400: Chiều cao khoảng 400mm. Ứng dụng trong các công trình có tải trọng lớn hơn, yêu cầu độ bền cao như dầm chính trong cầu, nhà cao tầng, hoặc các kết cấu máy móc hạng nặng. Ngoài ra, thị trường còn cung cấp các loại thép I đa dạng khác như I100, I150, I500, I600, I700, I800, đáp ứng mọi nhu cầu kỹ thuật của dự án.

Bảng quy cách kích thước và thông số tiêu chuẩn của thép hình I phổ biến

Các thông số kỹ thuật của thép hình chữ I được quy định theo các tiêu chuẩn cụ thể như JIS G3101 (Nhật Bản), ASTM A36/A572 (Mỹ), EN 10025 (Châu Âu), GOST (Nga), v.v. Dưới đây là bảng ví dụ về một số kích thước thép I phổ biến và trọng lượng thép hình I tiêu chuẩn tương ứng (tham khảo cho loại thép SS400/A36, khối lượng riêng 7850 kg/m³):

Lưu ý: Thông số trọng lượng thép hình I (kg/m) có thể dao động nhẹ tùy thuộc vào tiêu chuẩn sản xuất và nhà cung cấp cụ thể.

Cách tính khối lượng thép hình chữ I chi tiết theo công thức hình học

Việc tính toán khối lượng thép hình chữ I dựa trên công thức hình học đòi hỏi sự hiểu biết về từng phần của mặt cắt ngang.

Xác định diện tích mặt cắt ngang (A) của thép hình chữ I

Để tính khối lượng thép hình I, bước quan trọng nhất là xác định diện tích mặt cắt ngang (A) của dầm. Thay vì tra bảng, bạn có thể tính thủ công bằng cách chia mặt cắt chữ I thành ba hình chữ nhật đơn giản (một hình chữ nhật của bụng và hai hình chữ nhật của cánh), sau đó cộng diện tích của chúng. Tuy nhiên, để chính xác hơn, cần trừ đi phần diện tích không đáng kể do bo tròn (fillet) ở các góc.

Công thức tính diện tích mặt cắt ngang A (m²):

A=(b×tf​×2)+((h−2×tf​)×tw​)

Trong đó:

• b: Chiều rộng cánh (m)
• tf​: Độ dày cánh (m)
• h: Chiều cao tổng thể của thép hình (m)
• tw​: Độ dày bụng (m)

Lưu ý: Các kích thước b,tf​,h,tw​ phải được chuyển đổi sang đơn vị mét (m) trước khi tính toán để phù hợp với đơn vị của khối lượng riêng.

Công thức tính khối lượng thép I hoàn chỉnh

Sau khi có diện tích mặt cắt ngang A, chúng ta áp dụng công thức tính khối lượng thép I tổng quát dựa trên thể tích và khối lượng riêng của thép. Khối lượng riêng của thép tiêu chuẩn (thường là thép carbon) được chấp nhận là 7850 kg/m3.

Công thức tính khối lượng M (kg) cho một cây thép hình chữ I:

M=A×L×D

Hay:

M=A×L×7850

Trong đó:

• M: Khối lượng thép hình (kg)
• A: Diện tích mặt cắt ngang của thép hình (m²)
• L: Chiều dài của cây thép hình (m)
• D: Khối lượng riêng của thép (7850 kg/m3)

Ví dụ minh họa chi tiết cách tính khối lượng thép hình chữ I

Để minh họa chi tiết cách tính khối lượng thép hình chữ I thủ công, chúng ta sẽ lấy ví dụ về thép hình I200:

Ví dụ: Tính khối lượng thép hình I200 với các thông số cụ thể:

• Chiều cao (h) = 200mm = 0.200 m
• Chiều rộng cánh (b) = 100 mm = 0.100 m
• Độ dày bụng (tw​) = 5.5 mm = 0.0055 m
• Độ dày cánh (tf​) = 8 mm = 0.008 m
• Chiều dài cây thép (L) = 12 mét (thanh tiêu chuẩn)

Bước 1: Tính diện tích mặt cắt ngang (A). A=(b×tf​×2)+((h−2×tf​)×tw​) A=(0.100 m×0.008 m×2)+((0.200 m−2×0.008 m)×0.0055 m) A=(0.0016 m2)+((0.200−0.016) m×0.0055 m) A=0.0016 m2+(0.184 m×0.0055 m) A=0.0016 m2+0.001012 m2 A=0.002612 m2

Bước 2: Áp dụng công thức tính khối lượng M. M=A×L×7850 M=0.002612 m2×12m×7850 kg/m3 M≈245.89 kg

Vậy, khối lượng thép hình I200 có chiều dài 12 mét theo ví dụ này là khoảng 245.89 kg. (Lưu ý: Giá trị này có thể hơi khác so với bảng tra do cách làm tròn và không tính đến các góc lượn fillet một cách chính xác)

Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số trong tính toán

Mặc dù công thức tính khối lượng thép I có vẻ đơn giản, nhưng trên thực tế, có nhiều yếu tố có thể gây ra sai số đáng kể khi áp dụng cách tính khối lượng thép hình chữ I.

Sai số khi làm tròn và sự khác biệt tiêu chuẩn sản xuất

• Làm tròn số: Trong quá trình tính toán, việc làm tròn các số liệu trung gian (nhất là diện tích mặt cắt ngang A hoặc khối lượng riêng D) có thể dẫn đến sai số tích lũy, đặc biệt là với số lượng thép lớn. Nên sử dụng các giá trị chính xác nhất có thể và chỉ làm tròn ở bước cuối cùng của phép tính.
• Sai số sản xuất: Thép hình được sản xuất theo các tiêu chuẩn với dung sai nhất định. Do đó, kích thước thép I thực tế có thể chênh lệch một chút so với kích thước danh nghĩa trong bảng tra, dẫn đến sự khác biệt nhỏ về trọng lượng thép hình I thực tế so với lý thuyết. Khối lượng riêng của thép cũng có thể hơi khác nhau tùy thuộc vào thành phần hợp kim và tiêu chuẩn cụ thể.

Tình trạng thép bị gỉ, dính bẩn hoặc cắt không đều

• Gỉ sét và bụi bẩn: Lớp gỉ sét, bụi bẩn, bùn đất hoặc xi măng bám trên bề mặt thép sẽ làm tăng trọng lượng đo được nhưng không phải là khối lượng thép nguyên chất của cấu kiện. Khi tính toán cho mục đích kết cấu, cần dựa trên kích thước và khối lượng của thép sạch.
• Cắt không đều: Trong quá trình gia công tại nhà máy hoặc công trường, các vết cắt có thể không hoàn toàn vuông góc, gây ra phần dư thừa hoặc hao hụt nhỏ về vật liệu. Điều này ảnh hưởng đến trọng lượng thép hình I thực tế so với chiều dài lý thuyết.
• Cong vênh: Các thanh thép có thể bị cong vênh nhẹ do vận chuyển hoặc lưu trữ không đúng cách, mặc dù không ảnh hưởng lớn đến khối lượng, nhưng có thể gây khó khăn trong thi công và tính toán chính xác chiều dài sử dụng.

Cân nhắc phần hao hụt khi thi công thực tế

Ngoài các sai số trong tính toán lý thuyết, quá trình thi công thực tế luôn phát sinh hao hụt vật tư mà cần được tính toán dự phòng:

• Đầu thừa, mẩu thừa: Các đoạn thép thừa do cắt để phù hợp với chiều dài thiết kế. Những đoạn này có thể không đủ dài để tái sử dụng.
• Hỏng hóc trong quá trình vận chuyển/lắp đặt: Thép bị biến dạng, móp méo không thể sử dụng do quá trình bốc dỡ, vận chuyển hoặc va chạm tại công trường.
• Thất thoát: Thép bị mất mát, thất lạc hoặc bị đánh cắp tại công trường. Do đó, khi lập dự toán, ngoài việc tính toán khối lượng thép lý thuyết, cần có một tỷ lệ hao hụt dự phòng (thường từ 2-5% tùy thuộc vào quy mô dự án, kinh nghiệm thi công và mức độ quản lý vật tư) để đảm bảo đủ vật tư và kiểm soát chi phí hiệu quả.

Khi nào nên dùng cách tính và khi nào nên tra bảng

Quyết định sử dụng cách tính khối lượng thép hình chữ I thủ công hay tra bảng phụ thuộc vào tình huống cụ thể và yêu cầu về độ chính xác cũng như tiện lợi.

Lý do nên tra bảng đối với loại thép tiêu chuẩn

Đối với các loại thép hình I tiêu chuẩn, việc tra bảng là phương pháp được khuyến nghị và phổ biến nhất, có thể sử dụng bảng tra thép hình theo tiêu chuẩn Việt Nam cho các loại thép hình sản xuất tại Việt Nam.

• Độ chính xác và tin cậy cao: Các bảng tra tiêu chuẩn (từ nhà sản xuất, tiêu chuẩn quốc tế như JIS, ASTM, hoặc sổ tay kỹ thuật) đã được tính toán kỹ lưỡng, kiểm định và cung cấp trọng lượng thép hình I trên mỗi mét dài (kg/m) hoặc diện tích mặt cắt ngang (A) với độ chính xác cao nhất. Các giá trị này đã tính đến cả các phần bo tròn (fillet) phức tạp.
• Tiết kiệm thời gian và công sức: Không cần thực hiện các phép tính phức tạp, chỉ cần tìm đúng loại thép theo kích thước thép I (ví dụ: I200, I300, I400) và nhân với chiều dài cần dùng.
• Tiện lợi và dễ tiếp cận: Dễ dàng tìm thấy các bảng tra trên internet, sách cẩm nang xây dựng, phần mềm chuyên ngành, hoặc từ tài liệu của nhà cung cấp thép.

Tự tính thủ công khi:

Tuy nhiên, có những trường hợp mà cách tính khối lượng thép hình chữ I thủ công lại trở nên cần thiết và hữu ích:

• Thép cắt lẻ không tiêu chuẩn: Khi bạn có một đoạn thép I không có chiều dài chẵn mét, hoặc là thép phế liệu không có thông số rõ ràng trong bảng tra. Việc đo đạc kích thước thép I thực tế và áp dụng công thức sẽ cho kết quả chính xác nhất.
• Không có mã hiệu hoặc thông số cụ thể: Đôi khi thép không còn tem mác hoặc bạn chỉ có thể đo đạc các kích thước (h,b,tw​,tf​) của nó. Lúc này, áp dụng công thức tính khối lượng thép I từ hình học mặt cắt ngang là giải pháp duy nhất để xác định trọng lượng thép hình I.
• Cần ước tính nhanh tại công trình: Trong một số tình huống khẩn cấp tại công trường mà không có bảng tra hoặc truy cập internet, việc nắm vững công thức tính khối lượng thép I cho phép bạn ước tính nhanh chóng để phục vụ các quyết định tức thì.
• Thép phi tiêu chuẩn hoặc gia công đặc biệt: Đối với các cấu kiện thép hình I được chế tạo hoặc gia công đặc biệt, không tuân theo các kích thước tiêu chuẩn, việc tính toán thủ công là bắt buộc.

Gợi ý phần mềm tính khối lượng thép nhanh chóng

Để tăng tốc độ và độ chính xác, đặc biệt với các dự án lớn có nhiều loại thép và số lượng lớn, việc sử dụng phần mềm chuyên dụng là một lựa chọn thông minh:

• Phần mềm CAD/BIM (AutoCAD, Tekla Structures, Revit): Các phần mềm này có khả năng mô hình hóa 3D và tự động xuất bóc tách khối lượng vật tư (Bill of Materials – BOM) một cách chính xác dựa trên mô hình đã thiết kế.
• Các ứng dụng di động hoặc công cụ online: Nhiều trang web và ứng dụng di động cung cấp công cụ tính khối lượng thép hình I chỉ bằng cách nhập các thông số kích thước thép I cơ bản, giúp tính toán nhanh tại công trường hoặc khi di chuyển.
• Bảng tính Excel hoặc Google Sheet tùy chỉnh: Xây dựng bảng tính Excel với các công thức tính khối lượng thép I đã được thiết lập sẵn. Bạn chỉ cần nhập các kích thước hoặc chọn loại thép, bảng tính sẽ tự động đưa ra khối lượng thép tương ứng, cho phép tính toán hàng loạt và quản lý dữ liệu hiệu quả.

Kết luận

Hiểu rõ cách tính khối lượng thép hình chữ I là kỹ năng thiết yếu trong ngành xây dựng, đặc biệt là đối với kỹ sư, nhà thầu và quản lý vật tư. Bằng việc kết hợp giữa việc tra cứu bảng tiêu chuẩn để có trọng lượng thép hình I chính xác, áp dụng công thức tính khối lượng thép I chi tiết khi cần thiết cho thép phi tiêu chuẩn, và sử dụng các công cụ hỗ trợ như phần mềm, bạn sẽ tối ưu hóa việc quản lý vật tư, kiểm soát chi phí và đảm bảo hiệu quả dự án. 

Công ty Thiên Phú cam kết mang đến những thông tin và giải pháp hữu ích nhất để hỗ trợ quý khách hàng trong mọi công trình, giúp bạn đưa ra những quyết định sáng suốt về vật liệu thép. Để liên hệ với Thiên Phú, hãy truy cập vào site https://giangiaoviet.com/ ngay hôm nay để được tư vấn và nhận ưu đãi có giá trị cho dự án của bạn. 

Các câu hỏi thường gặp về cách tính khối lượng thép hình chữ I

Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp về cách tính khối lượng thép hình chữ I mà Công ty Thiên Phú đã tổng hợp để giúp bạn hiểu rõ hơn:

1. Khối lượng riêng của thép thường là bao nhiêu để tính khối lượng thép I?

Khối lượng riêng của thép tiêu chuẩn (thép carbon) thường được lấy là 7850 kg/m³ (hoặc 7.85 tấn/m³). Giá trị này áp dụng cho hầu hết các loại thép hình, bao gồm cả thép hình I.

2. Có cần tính đến các góc bo tròn (fillet) khi tính thủ công diện tích mặt cắt thép I không?

Đối với tính toán nhanh hoặc ước lượng, bạn có thể bỏ qua phần bo tròn nhỏ. Tuy nhiên, để đạt độ chính xác cao nhất (đặc biệt cho các dự án lớn), diện tích mặt cắt ngang trong bảng tra đã tính đến các góc bo tròn. Nếu tự tính thủ công mà muốn chính xác, bạn cần tính thêm diện tích các phần cung tròn này, nhưng điều này khá phức tạp.

3. Làm thế nào để kiểm tra tính chính xác của bảng tra trọng lượng thép hình I?

Bạn có thể so sánh bảng tra từ nhiều nguồn uy tín khác nhau (ví dụ: catalogue của các nhà sản xuất thép lớn, tiêu chuẩn quốc tế như JIS, ASTM). Nếu các số liệu tương đồng, bảng tra đó đáng tin cậy.

4. Trọng lượng thép hình I có thay đổi theo mác thép không?

Có, trọng lượng thép hình I có thể thay đổi một chút tùy thuộc vào mác thép (ví dụ: SS400, A36, Q235B) do sự khác biệt nhỏ về thành phần hóa học và khối lượng riêng. Tuy nhiên, sự chênh lệch này thường không đáng kể so với giá trị trung bình 7850 kg/m³ đối với thép carbon thông thường.

5. Nên làm gì nếu không biết chính xác loại thép I hoặc thông số của nó?

Nếu không thể tra bảng hoặc không có thông số rõ ràng, bạn cần đo đạc các kích thước thép I thực tế (chiều cao, chiều rộng cánh, độ dày bụng, độ dày cánh) và áp dụng công thức tính khối lượng thép I thủ công như đã hướng dẫn trong bài. Trong trường hợp nghi ngờ, hãy tham khảo ý kiến chuyên gia hoặc kiểm tra lại từ nhà cung cấp thép.

Phan Thiện

Mr. Phan Lê Hoài Thiện là quản trị viên và biên tập viên của website giangiaoviet.com. Anh chuyên cung cấp các kiến thức về giàn giáo xây dựng, cốp pha xây dựng và các công nghệ mới trong thi công xây dựng.