Cột thép I là loại vật liệu xây dựng được ứng dụng trong nhiều kết cấu công trình nhà xưởng, nhà tiền chế, cầu đường, ... Với thiết kế tối ưu, thép I có khả năng chịu tải trọng lớn, đặc biệt là theo phương dọc trục – giúp tăng độ vững chắc và ổn định cho toàn bộ kết cấu. Nhờ vào độ cứng cao và trọng lượng tương đối nhẹ so với khả năng chịu lực, cột thép chữ I không chỉ giúp tiết kiệm vật liệu mà còn góp phần giảm chi phí thi công và thời gian lắp dựng.

Cột thép I được sử dụng nhiều trong các công trình nhà tiền chế, nhà xưởng

Ưu thế vượt trội khi sử dụng cột thép I

Hiện nay, cột thép chữ I được ưa chuộng rộng rãi, được nhiều nhà thầu, khách hàng chọn lựa vì các ưu điểm nổi bật đáp ứng nhu cầu thi công xây dựng.

Cột thép I có khả năng chịu lực cao, đặc biệt hiệu quả khi chịu uốn quanh trục vuông góc với bản bụng, thích hợp cho các cột chịu nén đúng tâm và tải trọng không quá lớn.
Cấu trúc thép đồng nhất, tính đàn hồi cao và sát với các giả thiết trong tính toán kỹ thuật.
Thi công cột thép I nhanh hơn, đơn giản hơn, nhờ cấu kiện được gia công sẵn tại nhà máy và dễ dàng lắp ráp tại công trường.
Trọng lượng nhẹ hơn bê tông cốt thép khoảng 60%, giúp giảm tải trọng lên móng và tiết kiệm chi phí xây dựng phần nền móng.
Thép I dễ dàng vận chuyển, lắp đặt và tháo dỡ, nhờ cấu trúc nhẹ, gọn và có thể tái sử dụng trong nhiều dự án khác nhau.
Khi được mạ kẽm, cột thép I có khả năng chống ăn mòn tốt, giúp tăng tuổi thọ trong các môi trường ẩm ướt, hóa chất hoặc vùng biển.

Cột thép chữ I dày dặn, chống mài mòn ấn tượng

Các loại cột thép I thông dụng và tiêu chuẩn thường dùng

Các kích thước thép I làm cột thông dụng nhất hiện nay bao gồm:

Thép I100x55x4.5 dài 6m
Thép I120x64x4.8 dài 6m
Thép I148x100x6x9 dài 12m
Thép I150x75x5x7 dài 12m
Thép I194x150x6x9 dài 12m
Thép I200x100x5.5x8 dài 12m
Thép I250x125x6x9 dài 12m
Thép I300x150x6.5x9 dài 12m
Thép I350x175x7x11 dài 12m
Thép I400x200x8x13 dài 12m
Thép I450x200x9x14 dài 12m
Thép I482x300x11x15 dài 12m

Bảng tra quy cách kích thước cột thép chữ I đầy đủ

BẢNG TRA CỘT THÉP I
H (mm)	B (mm)	t1 (mm)	t2 (mm)	L (mm)	W (kg/ m)
100	55	4.5	6.5	6	9.46
120	64	4.8	6.5	6	11.50
150	75	5	7	12	14
198	99	4.5	7	12	18,2
200	100	5,5	8	12	21,3
250	125	6	9	12	29,6
298	149	5.5	8	12	32
300	150	6,5	9	12	36,7
346	174	6	9	12	41,4
350	175	7	11	12	49,6
396	199	7	11	12	56,6
400	200	8	13	12	66
446	199	8	13	12	66,2
450	200	9	14	12	76
496	199	9	14	12	79,5
500	200	10	16	12	89,6
500	300	11	18	12	128
596	199	10	15	12	94,6
600	200	11	17	12	106
600	300	12	20	12	151
700	300	13	24	12	185
800	300	14	26	12	210
900	300	16	28	12	240

Các tiêu chuẩn sản xuất cột thép chữ I thường dùng:

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7571-15 - Mác thép: CT3, CT42, SS400, SM490
Tiêu chuẩn Nhật Bản: JIS G3101- Mác thép: SS400, SS490, SS540
Tiêu chuẩn Mỹ ASTM A36, A572 - Mác thép A36, A572 Gr50
Tiêu chuẩn Châu Âu: EN 10025/10034 - Mác thép: S235JR, S275JR, S355JR
Tiêu chuẩn Trung Quốc BG/T700 - Mác thép: Q235A, Q235B, Q235C
Tiêu chuẩn Nga GOST 380-88 - Mác thép: CT3

Nguyên tắc thiết kế và tính toán cột thép I

Các yếu tố cơ bản trong thiết kế cột chịu nén đúng tâm

Tải trọng tác dụng: Nén dọc trục, tính theo tổ hợp tải trọng.
Vật liệu: Thép cán nóng (CT3, SS400, Q345...), dùng cường độ chảy
Tiết diện: Diện tích , mô men quán tính , bán kính quán tính
Chiều dài tính toán : Phụ thuộc vào sơ đồ liên kết hai đầu cột.
Tính ổn định: Kiểm tra độ mảnh , tính hệ số ổn định , tránh mất ổn định Euler.

Các yếu tố cơ bản trong thiết kế cột chịu nén lệch tâm

Cột lệch tâm có đặc điểm là chịu đồng thời lực nén (N) và mô men uốn (M), nên ngoài các yếu tố trên, cần xét thêm:

Vị trí và độ lệch của tải trọng:
- Tải trọng không đi qua trọng tâm tiết diện → gây ra mô men lệch tâm
- Khoảng lệch tâm càng lớn → mô men uốn càng lớn.
Tổ hợp nội lực: Kiểm tra kết hợp nén + uốn, dùng biểu đồ tương tác hoặc công thức tổ hợp.
Độ võng ngang: Kiểm tra chuyển vị, giới hạn võng.
Ổn định ngoài phẳng: Xét xoắn – uốn kết hợp nếu tiết diện không đối xứng.
Thi công: Kiểm soát độ lệch lắp dựng, vị trí liên kết.

Tính toán khả năng chịu lực:

Khả năng chịu nén: Tính toán khả năng chịu nén của cột dựa trên cường độ vật liệu thép (σ_y), diện tích tiết diện và chiều dài cột

Tổ hợp tải trọng: Khi có tải trọng lệch tâm, cần tính tổ hợp nén và uốn. Nội lực được tính bằng mô men và lực nén .

Công thức tính tổ hợp nội lực:

Công thức tính tổ hợp nội lực

Mô men uốn M_u

Công thức tính mô men uốn

Trong đó $S$ là mô men kháng uốn của tiết diện.

Công thức kiểm tra ổn định tổng thể và ổn định cục bộ:

Ổn định tổng thể

Để kiểm tra mất ổn định do nén theo chiều dài cột. Sử dụng hệ số độ mảnh và công thức kiểm tra ổn định Euler:

Trong đó:

: Tải trọng đàn hồi (tải trọng gây mất ổn định).
: Modun đàn hồi của vật liệu.
: Mô men quán tính của tiết diện cột.
: Chiều dài tính toán của cột.
Hệ số ổn định Euler: Được tính từ độ mảnh , ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cột.

Ổn định cục bộ: Kiểm tra các phần tiết diện cột, đặc biệt là phần mép hoặc các khu vực có khả năng bị mất ổn định cục bộ dưới tải trọng lệch tâm hoặc xung đột cấu trúc.

Kiểm tra độ võng: Kiểm tra độ võng ngang theo tải trọng chịu, thường theo tiêu chuẩn TCVN hoặc các quy định quốc tế về chuyển vị cho phép của cột.

Hướng dẫn lựa chọn mác thép và kích thước cột thép I tối ưu

Việc lựa chọn mác thép và kích thước cột thép I không phù hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực, thi công và chi phí. Do đó, khi đưa ra lựa chọn cần cần nhắc các yêu cầu trong bảng dưới đây.

Lựa chọn mác thép
Yêu cầu	Cách lựa chọn
Khả năng chịu lực	- Cần tiết diện nhỏ gọn, chịu tải lớn → chọn thép cường độ cao (Q345B, S355). - Lưu ý: Thép cường độ cao dễ mất ổn định cục bộ, cần thiết kế & hàn kỹ.
Điều kiện làm việc	- Nhiệt độ thấp → dùng thép có độ dai va đập tốt (Q345 cấp C, D, E). - Môi trường ăn mòn → bảo vệ bề mặt (mạ kẽm/sơn) hoặc dùng ASTM A588.
Khả năng hàn	- Thép SS400, A36, Q235B, Q345B → hàn tốt bằng phương pháp thông dụng. - Thép cường độ cao → kiểm soát nhiệt hàn, chọn vật liệu hàn phù hợp.
Tính kinh tế	- Mác thép SS400, mác thép A36: Giá rẻ, phù hợp kết cấu thường. - Thép cường độ cao hiệu quả khi giảm trọng lượng giúp tiết kiệm chi phí móng, vận chuyển, lắp dựng.
Nguồn cung	- Ưu tiên các mác thép phổ biến, dễ mua, có sẵn trên thị trường nội địa để đảm bảo tiến độ, giảm rủi ro.

Lựa chọn kích thước
Yêu cầu	Cách lựa chọn
Đảm bảo khả năng chịu lực & ổn định	- Kiểm tra đầy đủ các trạng thái giới hạn: chịu nén, uốn, cắt, ổn định tổng thể & cục bộ theo TCVN 5575. - Không bỏ qua bất kỳ điều kiện nào.
Tối ưu hóa ổn định tổng thể	- Chọn kích thước sao cho λₓ ≈ λᵧ → cột chịu lực đồng đều. - Tăng bán kính quán tính (iₓ, iᵧ) để tăng khả năng chống oằn tổng thể.
Kiểm soát ổn định cục bộ	- Giữ tỷ số b/tf, hw/tw trong giới hạn TCVN. - Nếu tiết diện quá mảnh → tăng chiều dày hoặc dùng sườn gia cường để chống oằn cục bộ.
Tính sẵn có & kinh nghiệm	- Ưu tiên chọn các quy cách thép I phổ biến. - Tham khảo kích thước thực tế từ các công trình tương tự để tăng tính khả thi khi thi công.
Tối ưu hóa kinh tế	- Chọn sơ bộ theo tải trọng & kinh nghiệm. - Kiểm tra theo TCVN 5575: Không đạt → tăng kích thước. Quá dư → giảm kích thước. - Lặp lại đến khi đạt tiết diện nhẹ nhất nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

Khi thi công cột thép chữ I, các kỹ sư lựa chọn một số dạng liên kết phổ biến như liên kết chân cột với móng (giúp truyền tải lực từ cột xuống móng vững chắc), liên kết với dầm thép (tạo sự kết nối ổn định giữa các cấu kiện). Các liên kết thép I này đều đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu lực của toàn bộ kết cấu.

Các điểm cần chú ý trong quá trình lắp dựng, nghiệm thu cột thép I tại công trường

Quá trình lắp dựng cột thép I đòi hỏi sự chính xác và tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc kỹ thuật nhằm đảm bảo an toàn và chất lượng công trình. Dưới đây là các điểm quan trọng cần lưu ý trong quá trình thi công tại công trường để tránh rủi ro mất ổn định và sự cố kết cấu:

Tuân thủ trình tự thi công: Lắp dựng đúng thứ tự, ưu tiên gian khóa cứng trước để tránh mất cân bằng, sụp đổ.
Đảm bảo độ chính xác hình học: Kiểm tra vị trí tim trục, cao độ, độ thẳng đứng theo TCVN 170:2007.
Kiểm soát chất lượng liên kết: Bu lông siết đúng lực, mối hàn đảm bảo hình thức, kích thước, không có khuyết tật.
Bảo vệ lớp phủ: Tránh trầy xước lớp sơn/mạ, dùng đệm lót khi nâng hạ, sơn dặm kịp thời nếu bị hư hại.
Vệ sinh sau lắp dựng: Loại bỏ mạt sắt, bụi bẩn trước khi lợp mái hoặc lắp tường bao.
Lắp dựng gian khóa cứng: Tạo khung ổn định chịu lực ngang và làm chuẩn cho các khung tiếp theo.
Lắp hệ giằng tạm: Đảm bảo ổn định trong quá trình thi công, ngăn ngừa sự cố mất ổn định tạm thời.

Khi lắp dựng cột thép I nên tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc kỹ thuật để đảm bảo an toàn cho công trình

Bên cạnh đó, an toàn lao động là yếu tố tiên quyết trong lắp dựng cột thép I. Công nhân phải trang bị đầy đủ đồ bảo hộ, thi công trên cao phải sử dụng dây an toàn, thiết bị nâng hạ cần kiểm định và vận hành đúng tải, giàn giáo phải lắp đặt chắc chắn, hệ giằng tạm đảm bảo ổn định và khu vực thi công phải có rào chắn, biển cảnh báo rõ ràng.

Cột thép chữ I là giải pháp hiệu quả cho các công trình xây dựng công nghiệp nhờ vào khả năng chịu lực vượt trội, linh hoạt trong quá trình thi công và tiết kiệm chi phí. Liên hệ ngay với Tôn Thép Mạnh Hà để được tư vấn chi tiết và nhận báo giá cột thép chữ I phù hợp nhất với yêu cầu kỹ thuật và ngân sách công trình.

Cột Thép I: Thiết kế, Lựa chọn và Thi công Tối ưu cho Công trình Bền vững