Dầm thép là thành phần không thể thiếu trong kết cấu xây dựng, có vai trò chịu tải trọng, tăng độ ổn định cho công trình. Qua bài viết này, BMB Steel sẽ giới thiệu các bạn dầm thép là gì, cấu tạo, các loại dầm thép phổ biến và những lợi ích của chúng trong các công trình kết cấu thép.

1. Dầm thép là gì?

Dầm là một thành phần cơ bản trong xây dựng, đóng vai trò như một cấu trúc hỗ trợ nhằm chịu tải trọng, truyền tải nó đến các cột và móng.

Trong kết cấu thép, dầm thép là các cấu kiện chịu lực được thiết kế để nâng đỡ tải trọng lớn ở phương thẳng đứng trên các nhịp dài. Dầm thép có khả năng chịu được mô-men uốn lớn hơn so với các loại dầm cán sẵn thông thường.

2. Cấu tạo của dầm thép

2.1. Bụng dầm

Bụng dầm là tấm thẳng đứng nằm giữa hai mặt bích, đóng vai trò giữ khoảng cách cần thiết cho chúng. Bụng dầm chịu trách nhiệm chống lại lực cắt phát sinh trong quá trình dầm thép chịu tải. 

2.2. Mặt bích

Mặt bích là các thành phần nằm ngang của dầm thép, gồm một mặt bích trên và một mặt bích dưới, được tách bởi bụng dầm. Trong đó:

• Mặt bích trên chịu mô-men uốn do lực nén tác động (trường hợp momen dương)
• Mặt bích dưới chịu lực căng gây ra bởi mô-men uốn (trường hợp momen dương)

2.3. Nẹp tăng cứng

Nẹp tăng cứng được sử dụng để gia tăng khả năng chịu lực và ngăn ngừa hiện tượng mất ổn định cục bộ trong kết cấu dầm thép. Chúng giúp phân bổ đều tải trọng tác dụng lên dầm trước khi truyền tải vào các bộ phận khác. Nẹp tăng cứng được chia thành 2 loại chính: nẹp tăng cứng dọc và nẹp tăng cứng ngang.

2.4. Mối nối giữa mặt bích và bụng dầm

Trong trường hợp chiều dài dầm ngắn hơn nhịp yêu cầu, các mối nối được sử dụng để ghép các phần của dầm lại với nhau. Mối nối này phải chịu được cả mô-men uốn và lực cắt để đảm bảo sự liên kết vững chắc giữa các thành phần.

2.5. Kết nối cuối

Đối với kết cấu dầm liên tục, các chi tiết nối cần được lắp đặt chính xác để đảm bảo khả năng chịu lực. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, dầm thép chỉ được đỡ tại các điểm đỡ cuối. Lúc này, nẹp tăng cứng đóng vai trò hỗ trợ hiệu quả, giúp kết nối các đầu nối một cách an toàn và bền vững.

3. Phân loại dầm thép

3.1. Dầm thép định hình

Dầm thép định hình là loại dầm được chế tạo từ thép hình, với tiết diện thường có dạng đối xứng hoặc không đối xứng. Hai dạng tiết diện phổ biến nhất là chữ I và chữ [.

• Dầm thép hình chữ I: là một cấu kiện được thiết kế dựa trên tiết diện hình chữ I, gồm 2 mặt bích hẹp đối xứng qua trục ngang X-X, phần bụng dầm chiếm tỷ lệ lớn. Dầm chữ I thường được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng nhà ở, kết cấu nhịp cầu, các công trình yêu cầu khả năng chịu tải trọng lớn. Ngoài ra, dầm chữ I còn được ứng dụng chuyên biệt trong các trường hợp yêu cầu độ đàn hồi, khả năng chịu lực nhất định.
• Dầm thép hình chữ [: có hình dáng tương tự chữ I nhưng không đối xứng theo phương dọc Y-Y. Dầm chữ [ thường được sử dụng để chịu uốn phẳng trong các kết cấu cần sự ổn định.

3.2. Dầm thép tổ hợp

Loại dầm thép phổ biến nhất hiện nay là dầm thép tổ hợp, được tạo thành từ sự kết hợp giữa thép hình và bản thép. Có 2 loại chính:

• Dầm tổ hợp liên kết bằng đinh tán (dầm đinh tán): sử dụng phương pháp cơ học để kết nối các thành phần với nhau. Các tấm thép và đinh tán được cố định để tạo nên kết cấu hoàn chỉnh, trong đó bụng dầm chịu khoảng 90% lực cắt tác dụng lên dầm. Phần góc của bụng dầm được gắn chặt với mặt bích nhằm đảm bảo sự ổn định cho liên kết giữa bụng dầm và mặt bích. Đinh tán đóng vai trò quan trọng trong việc chịu lực cắt ngang và tải trọng thẳng đứng, giúp truyền tải lực từ mặt bích vào bụng dầm một cách hiệu quả.
• Dầm tổ hợp liên kết bằng hàn (dầm hàn): là loại dầm được sử dụng phổ biến trong xây dựng, nhờ vào ưu điểm dễ gia công. Dầm hàn được ứng dụng chủ yếu trong việc xây dựng cầu, đặc biệt là cầu đường sắt, do khả năng chịu tải trọng lớn, chống lại các chuyển động ngang. Dầm tấm hàn cũng được ứng dụng để chế tạo dầm dạng hộp. Hiện nay, các kỹ sư có thể xác định các thông số như chiều cao tổng thể, kích thước mặt bích và độ dày bụng dầm thông qua các phương pháp thực nghiệm hoặc tính toán dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật.

4. Hệ dầm thép là gì?

4.1. Định nghĩa hệ dầm thép

Hệ dầm thép là một hệ thống kết cấu chịu lực bao gồm dầm chính và dầm phụ được bố trí vuông góc với nhau, tạo thành một mạng lưới kết cấu không gian. Nhiệm vụ của hệ dầm thép là nâng đỡ sàn, truyền tải trọng xuống các cột, tường, móng,...

4.2. Các loại hệ dầm thép

4.2.1. Hệ dầm thép đơn giản

Hệ dầm thép đơn giản là loại hệ dầm được cấu tạo từ các dầm đặt song song theo phương cạnh ngắn của sàn, chịu lực cùng với bản sàn làm việc như bản kê hai cạnh. Kết cấu của hệ dầm này có khả năng chịu lực không cao, phù hợp với các công trình có nhịp nhỏ, chịu tải trọng nhẹ.

4.2.2. Hệ dầm thép phổ thông

Hệ dầm thép phổ thông được thiết kế phù hợp cho các công trình có sàn vượt nhịp lớn và chịu tải trọng nặng. Đây là hệ dầm cấp ba, bao gồm các cột và 2 hệ dầm đặt vuông góc với nhau để cùng chịu lực. Hệ dầm phụ được tựa trên hệ dầm chính, hệ dầm chính được tựa trên các cột.

Hệ dầm thép phổ thông có thể được bố trí theo 2 cách:

• Dầm phụ đặt trên dầm chính: Trong cách bố trí này, bản sàn chỉ tựa lên dầm phụ, làm việc như bản kê hai cạnh. Chiều cao tổng thể của hệ kiến trúc sẽ lớn hơn.
• Dầm phụ và dầm chính nằm trên cùng một mặt phẳng: Khi cả dầm phụ và dầm chính được bố trí trên cùng một mặt phẳng, bản sàn sẽ làm việc như bản kê bốn cạnh.

4.2.3. Hệ dầm thép phức tạp

Hệ dầm thép phức tạp là loại hệ dầm bao gồm dầm chính, dầm phụ ngang và dầm sàn. Trong hệ này dầm sàn được đặt kê lên dầm phụ, dầm phụ được kết nối ở mức thấp hơn với dầm chính, tạo thành hai hệ dầm phụ vuông góc với nhau. Bản sàn trong hệ này thường tựa lên dầm sàn, làm việc như bản kê hai cạnh. Hệ dầm thép phức tạp được sử dụng phổ biến trong các công trình chịu tải trọng cực lớn.

5. Thiết kế dầm trong kết cấu thép

Khi thiết kế dầm trong kết cấu thép, cần áp dụng các giả định cơ bản sau:

• Lực cắt được chịu hoàn toàn bởi bụng dầm, cường độ cắt được phân bố đồng đều trên toàn bộ độ sâu của dầm.
• Ứng suất trên các tấm mặt bích và góc của dầm là như nhau. Trong khi đó, ứng suất trong bụng dầm thay đổi, đạt cực đại ở vùng tiếp giáp với mặt bích và giảm dần đến 0 tại trục trung hòa.

5.1. Độ dày tối thiểu

Kích thước của tấm bụng dầm phải đáp ứng: tối đa 270t, tối thiểu: 180t.
Trong đó, t là độ dày của bụng dầm (tính bằng mm).

5.2. Trọng lượng

Trọng lượng của dầm được xác định theo công thức:

• Đối với dầm bản có đinh tán: W/300 mỗi đoạn ống đo
• Đối với dầm bản hàn: W/400 mỗi đoạn ống đo

Trong đó: W là tổng tải trọng đã nhân với hệ số.

5.3. Độ sâu tối thiểu

Độ sâu tối thiểu của dầm bản được xác định bằng:

• Đối với dầm bản: 1,1𝑀/𝑓t
• Đối với dầm bản có đinh tán, chiều sâu góc: 5,53𝑀/𝑓
• Đối với dầm bản hàn, chiều sâu tổng thể: 53𝑀/𝑓

Trong đó:

• M là mô-men uốn (N-mm).
• f là ứng suất cho phép (Mpa).
• t là độ dày của tấm (mm).

6. Lợi ích của dầm thép

• Dầm thép được thiết kế để chịu tải trọng từ các công trình xây dựng như tòa nhà, cầu, nhà máy, nhà xưởng,... Với khả năng chịu lực vượt trội, dầm thép có thể truyền tải trọng lớn đến các cột và móng, giữ cho công trình ổn định.
• Dầm thép giúp gia tăng độ cứng của kết cấu công trình bằng cách chịu tải trọng và phân phối đều qua hệ thống cột và móng. Điều này giảm thiểu độ uốn cong, biến dạng của công trình khi hoạt động, đồng thời tăng khả năng chống chịu trước các tác động từ môi trường bên ngoài như gió, động đất,...
• Sử dụng dầm thép có thể giúp giảm chi phí xây dựng so với nhiều vật liệu khác. Dầm thép không chỉ có khả năng chịu tải trọng lớn mà còn có trọng lượng nhẹ hơn so với dầm bê tông, giảm tải trọng tổng thể lên công trình.
• Dầm thép có thể được sản xuất thành nhiều hình dạng khác nhau để phù hợp với yêu cầu thiết kế của từng công trình. Tính linh hoạt này cho phép thực hiện các thiết kế kiến trúc độc đáo, hiện đại, phức tạp.
• Dầm thép thường được sản xuất dưới dạng các tấm hoặc thanh dài, dễ dàng ghép nối, lắp đặt tại công trường. Khả năng thi công nhanh chóng không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí lao động. Ngoài ra, việc bảo trì dầm thép cũng đơn giản hơn nhờ khả năng kiểm tra, thay thế dễ dàng.

Dầm thép đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự an toàn, ổn định cho các công trình xây dựng. Với khả năng chịu lực lớn, linh hoạt trong thiết kế, dầm thép là lựa chọn lý tưởng cho nhiều loại công trình. Việc hiểu rõ cấu tạo, các loại dầm thép sẽ giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế, xây dựng và bảo trì công trình. Liên hệ ngay BMB Steel - công ty xây dựng nhà thép tiền chế với hơn 20 năm kinh nghiệm - để được tư vấn thêm về dầm thép và lựa chọn giải pháp tối ưu cho công trình của bạn.

Xem thêm: Báo giá thi công nhà xưởng khung thép tiền chế