Khi thiết kế dầm, cột hay bất kỳ cấu kiện thép nào, một trong những yếu tố bạn không thể bỏ qua chính là ứng suất uốn cho phép của thép hình. Đây là giới hạn chịu lực an toàn giúp bạn tính toán chính xác khả năng làm việc của thép, tránh các sự cố như biến dạng vĩnh viễn hay mất ổn định công trình. Mỗi loại thép hình – từ chữ I, H, U đến V – sẽ có khả năng chịu uốn khác nhau, phụ thuộc vào mác thép, hình học tiết diện, chiều dài không giằng và tiêu chuẩn thiết kế mà bạn sử dụng (TCVN, AISC, Eurocode…).
Trong bài viết này, Thép Bảo Tín sẽ đồng hành cùng bạn tìm hiểu chi tiết về ứng suất uốn cho phép, cách tính, bảng tra chuẩn và các lưu ý quan trọng khi chọn thép hình cho công trình. Cùng khám phá ngay nhé!
Ứng suất uốn là gì?
Ứng suất uốn là dạng ứng suất phát sinh bên trong thép khi cấu kiện bị uốn cong do tác động của tải trọng, chẳng hạn như dầm chịu lực từ sàn, mái hoặc thiết bị treo.
Đây là một dạng ứng suất pháp (vuông góc với mặt cắt ngang), thường xuất hiện trong các cấu kiện như dầm thép, khung kèo, lan can hoặc giàn mái.
Ứng suất uốn không phân bố đều trên mặt cắt ngang – mà tăng dần từ trục trung hòa (nơi không bị kéo hay nén) đến thớ ngoài cùng – nơi có giá trị ứng suất lớn nhất. Chính tại đây, nếu ứng suất vượt quá khả năng chịu lực của vật liệu, thép có thể bị cong vênh, biến dạng vĩnh viễn hoặc thậm chí gãy đứt.
Để đảm bảo an toàn khi thiết kế, bạn cần biết trước giá trị ứng suất uốn cho phép của thép hình là bao nhiêu – từ đó xác định xem tiết diện bạn chọn có đủ khả năng chịu tải hay không.
Bạn có thể sử dụng công thức sau để tính toán:
σ = M/S
Trong đó:
- σ là ứng suất uốn (MPa hoặc N/mm²)
- M là mômen uốn tác động lên tiết diện (kNm)
- S là mômen chống uốn (section modulus), đặc trưng hình học của tiết diện (mm³)
Từ công thức này, bạn cũng có thể thấy: cùng một mômen M, tiết diện có mômen chống uốn càng lớn thì ứng suất sinh ra càng nhỏ – tức là an toàn hơn. Đây cũng chính là lý do vì sao thép hình chữ I, H, U… được thiết kế để tối ưu hóa khả năng chịu uốn vượt trội trong xây dựng và cơ khí.
Ứng suất uốn cho phép là gì?
Ứng suất uốn cho phép (ký hiệu thường gặp là Fb) là giá trị giới hạn mà thép hình có thể chịu được khi bị uốn mà không bị biến dạng vĩnh viễn hay mất ổn định. Nói cách khác, đây là “ngưỡng an toàn” giúp bạn kiểm soát lực tác động lên dầm, cột hoặc khung thép trong thực tế sử dụng.
Giá trị này không phải là cường độ tối đa của thép, mà đã được giảm bớt để tạo ra hệ số an toàn, phòng trường hợp sai số vật liệu, tải trọng vượt mức, hoặc điều kiện thi công không lý tưởng. Ví dụ, với mác thép SS400 có giới hạn chảy khoảng 250 MPa, thì ứng suất uốn cho phép thường chỉ từ 150–165 MPa, tùy theo tiêu chuẩn áp dụng.
Một số tiêu chuẩn phổ biến quy định ứng suất uốn cho phép như sau:
- AISC (Mỹ – ASD): Fb = 0.6 ~ 0.66 × Fy
- TCVN 5575:2024 (Việt Nam): sử dụng hệ số giảm tương đương, có tính đến phân loại tiết diện và ổn định kết cấu
- Eurocode 3 (Châu Âu): tính theo mômen kháng chia cho hệ số an toàn riêng phần (Mc,Rd = W × fy / γM0)
Hiểu và tra đúng giá trị ứng suất uốn cho phép của thép hình là bước quan trọng trong việc chọn tiết diện phù hợp, tránh trường hợp thiết kế “thừa thép” gây lãng phí, hoặc “thiếu thép” gây mất an toàn công trình.
Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất uốn cho phép của thép hình
Ứng suất uốn cho phép không phải là một con số cố định cho mọi loại thép hình. Trên thực tế, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố, từ đặc tính vật liệu đến hình dạng tiết diện và điều kiện làm việc. Dưới đây là 3 nhóm yếu tố chính mà bạn nên lưu ý:
Mác thép và đặc tính cơ học
Mỗi loại thép có một giới hạn chảy (Fy) riêng. Đây là nền tảng để tính ra ứng suất uốn cho phép.
Ví dụ:
- Thép SS400: Fy ≈ 250 MPa → Fb ≈ 150–165 MPa
- Thép S355: Fy ≈ 355 MPa → Fb ≈ 230–250 MPa
Một số loại thép cao cấp như A572 Gr.50 hoặc S460 có khả năng chịu uốn tốt hơn, cho phép dùng tiết diện nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn.
Hình dạng và kích thước tiết diện
Tiết diện càng lớn, mômen chống uốn (S) càng cao → ứng suất sinh ra càng nhỏ → càng an toàn.
Thép hình chữ I, H, U, V được thiết kế để tối ưu khả năng chịu uốn nhờ phân bổ vật liệu xa trục trung hòa.
Ngoài ra, tỷ lệ bề rộng / chiều dày (b/t) ảnh hưởng đến nguy cơ mất ổn định cục bộ – khiến ứng suất uốn cho phép bị giảm.
Chiều dài không giằng và điều kiện ổn định
Dầm thép không được giằng ngang đầy đủ sẽ dễ bị xoắn vặn và lệch tâm, gây hiện tượng uốn xoắn ngang (lateral-torsional buckling (LTB)).
Khi đó, dù thép có cường độ cao, tiết diện đẹp nhưng Fb vẫn phải giảm để tránh phá hoại bất ngờ.
Các tiêu chuẩn như AISC và TCVN 5575 yêu cầu phải tính đến chiều dài không giằng (Lb), vị trí đặt tải, và điều kiện liên kết khi xác định ứng suất uốn cho phép.
Nếu bạn đang lựa chọn thép hình cho dầm, khung hay cột, đừng chỉ quan tâm đến mác thép mà hãy cân nhắc độ mảnh tiết diện, chiều dài nhịp dầm, và điều kiện giằng trong thực tế thi công. Đó là những yếu tố quyết định việc sử dụng Fb = 0.66Fy hay phải giảm sâu hơn.
Phân loại tiết diện và ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn
Khi bạn lựa chọn thép hình cho dầm hay khung nhà xưởng, đừng chỉ nhìn vào mác thép hay kích thước – vì cùng một loại thép, nhưng nếu tiết diện mảnh hoặc không đủ “đặc chắc”, thì ứng suất uốn cho phép (Fb) cũng sẽ bị giảm đáng kể.
Vì vậy, các tiêu chuẩn thiết kế (như AISC, TCVN 5575:2024, Eurocode 3) đều yêu cầu phải phân loại tiết diện trước khi tính toán khả năng chịu uốn.
Tiêu chuẩn AISC – phân loại theo độ “đặc chắc” của tiết diện
AISC chia tiết diện thép thành 3 loại:
| Loại tiết diện | Mô tả | Fb (ứng suất cho phép) |
| Compact | Cánh và bụng dày, không bị local buckling trước khi đạt mômen dẻo | Fb ≈ 0.66Fy |
| Noncompact | Một phần tiết diện bị local buckling nhẹ trước khi đạt mômen dẻo | Fb < 0.66Fy (giảm nhẹ) |
| Slender | Cánh hoặc bụng mảnh, bị local buckling trước khi đạt tới Fy | Fb giảm mạnh |
Ví dụ: Dầm chữ I có bụng mỏng → dễ bị local buckling → bị xếp vào nhóm Noncompact hoặc Slender → phải giảm Fb khi tính toán.
Eurocode 3 và TCVN 5575:2024 – phân loại theo cấp (Class)
Hai tiêu chuẩn này phân chia tiết diện thành:
| Class | Đặc điểm chịu uốn | Mômen sử dụng trong tính toán |
| Class 1 | Tiết diện dẻo – đạt mômen dẻo và xoay được | Wpl × Fy |
| Class 2 | Gần giống Class 1 nhưng khả năng xoay thấp hơn | Wpl × Fy |
| Class 3 | Chỉ đạt đến giới hạn chảy, chưa tới mômen dẻo | Wel × Fy |
| Class 4 | Mất ổn định cục bộ trước khi đạt tới Fy | Weff × Fy (giảm) |
Trong TCVN 5575:2024, tiết diện cũng được chia thành Cấp 1 – 2 – 3, tương ứng với mức độ cho phép khai thác khả năng dẻo của thép. Cấp 1 là tiết diện tốt nhất, được phép tính trong giới hạn đàn hồi mà vẫn đảm bảo an toàn cao.
Tại sao phân loại tiết diện lại quan trọng?
- Nếu bạn áp dụng Fb = 0.66Fy cho một tiết diện mảnh (Slender), bạn sẽ thiết kế thiếu an toàn, dễ gây hỏng hóc công trình.
- Ngược lại, nếu tiết diện “đặc chắc” nhưng bạn lại dùng hệ số giảm quá lớn, sẽ dẫn đến lãng phí vật tư không cần thiết.
Do đó, việc phân loại tiết diện giúp bạn xác định đúng giá trị Fb phù hợp, từ đó chọn kích thước tiết diện tối ưu: vừa đảm bảo an toàn, vừa tiết kiệm chi phí vật liệu.
Bảng tra ứng suất uốn cho phép của một số loại thép hình
Để thiết kế kết cấu chính xác và hiệu quả, bạn cần biết giá trị ứng suất uốn cho phép (Fb) của từng mác thép phổ biến, được tính toán theo các tiêu chuẩn như TCVN, AISC (ASD) hoặc Eurocode 3. Các giá trị dưới đây đã bao gồm hệ số an toàn – giúp bạn yên tâm khi áp dụng vào tính toán dầm, cột hoặc khung chịu uốn.
Bảng tra nhanh giá trị Fb cho một số mác thép phổ biến
| Mác thép | Tiêu chuẩn | Giới hạn chảy Fy (MPa) | Fb cho phép (MPa) | Ghi chú |
| SS400 | JIS G3101 | 245–275 | 150–165 (0.6–0.67 Fy) | Thép thông dụng tại Việt Nam |
| A36 | ASTM A36 (Mỹ) | 250 | 150–165 (ASD) | Phổ biến trong công trình dân dụng |
| S275 | EN 10025 | 275 | ~181 (0.66 Fy) | Dùng trong khung nhẹ, giằng mái |
| S355 | EN 10025 | 355 | ~230–240 (0.66 Fy) | Cường độ cao, phù hợp dầm chính, cột lớn |
| Q345B | GB/T (Trung Quốc) | 345 | ~220–230 (xấp xỉ 0.64 Fy) | Gần tương đương S355 |
| A572 Gr.50 | ASTM A572 | 345 | 207–228 (0.6–0.66 Fy) | Dùng trong kết cấu công nghiệp, cầu thép |
Lưu ý khi tra bảng:
- Fb phụ thuộc vào cả hình dạng tiết diện và chiều dài không giằng, không chỉ riêng mác thép.
- Đối với các dầm không được giằng ngang liên tục, Fb thực tế sẽ thấp hơn bảng tra, cần tính thêm theo ổn định xoắn tổng thể (LTB).
- Một số tiêu chuẩn còn phân loại tiết diện để giảm Fb nếu rơi vào nhóm noncompact hoặc slender.
Nếu bạn đang tìm kiếm thép hình chất lượng cao với đầy đủ chứng chỉ CO, CQ, Thép Bảo Tín hiện đang cung cấp đa dạng các chủng loại:
- Thép hình I, H, U, V từ mác SS400, Q345B đến S355
- Xuất xứ từ An Khánh, Đại Việt, Posco, Huyndai, Trung Quốc
- Có bảng quy cách và mômen chống uốn chi tiết cho từng dòng sản phẩm
Liên hệ ngay để nhận tư vấn chọn tiết diện chịu uốn chuẩn kỹ thuật và báo giá nhanh trong ngày!
So sánh tiêu chuẩn TCVN 5575 – AISC – Eurocode 3
Dù cùng mục đích đảm bảo an toàn cho kết cấu thép, mỗi tiêu chuẩn lại có cách tiếp cận khác nhau khi xác định ứng suất uốn cho phép (Fb) hoặc khả năng chịu uốn của tiết diện. Việc hiểu rõ sự khác biệt này sẽ giúp bạn áp dụng đúng công thức, tránh thiết kế dư thừa hoặc thiếu an toàn.
AISC (ASD – Hoa Kỳ)
- Dựa trên phương pháp thiết kế ứng suất cho phép (Allowable Stress Design).
- Fb thường được lấy theo công thức:
- Fb=0.60∼0.66×Fy
- Áp dụng cho các tiết diện compact và chiều dài không giằng ngắn.
- Nếu tiết diện noncompact hoặc slender, hoặc dầm không được giằng đầy đủ, Fb sẽ phải giảm đáng kể, tra theo bảng hoặc công thức bổ sung.
Ưu điểm: Dễ áp dụng, quen thuộc với kỹ sư Việt Nam.
Hạn chế: Khó phản ánh độ tin cậy đồng đều ở nhiều tổ hợp tải trọng phức tạp.
TCVN 5575:2024 (Việt Nam)
- Áp dụng theo phương pháp thiết kế trạng thái giới hạn, tương tự Eurocode.
- Không dùng khái niệm “Fb” theo kiểu cũ, mà tính toán theo cường độ tính toán (Fb = Fy / My).
- Giá trị Fb thường dao động từ 0.6 đến 0.67 Fy, tùy cấp cấu kiện (Cấp 1 – 2 – 3).
- Có xét đến ổn định cục bộ, ổn định tổng thể, bi-mômen…
Ưu điểm: Phù hợp với các dự án hiện đại, dùng được phần mềm phân tích.
Hạn chế: Tính toán phức tạp hơn, đòi hỏi hiểu đúng khái niệm “cấp cấu kiện”.
Eurocode 3 (EN 1993-1-1 – Châu Âu)
Cũng sử dụng thiết kế theo trạng thái giới hạn.
Không tính trực tiếp Fb, mà dùng công thức:
Mc,Rd = (W x fy) / γM0
Nghĩa là: ứng suất kháng uốn = fy / γM0, trong đó:
- W: mômen chống uốn (dẻo hoặc đàn hồi)
- γM0: hệ số an toàn riêng phần, thường là 1.0
- Tiết diện phân loại theo Class 1 → 4:
- Class 1–2: Cho phép dùng mômen dẻo
- Class 3: Chỉ dùng mômen đàn hồi
- Class 4: Giảm tiết diện hiệu dụng (Zeff)
Ưu điểm: Phản ánh đúng hành vi thực tế của tiết diện
Hạn chế: Khó dùng với dầm tổ hợp hoặc không đồng chất
Nếu bạn đang làm việc với đối tác nước ngoài, tư vấn quốc tế hoặc thi công công trình có yêu cầu khắt khe, việc hiểu đúng và linh hoạt giữa các tiêu chuẩn sẽ giúp bạn đưa ra thiết kế an toàn – chính xác – tiết kiệm hơn.
Hướng dẫn xác định ứng suất uốn cho phép theo từng trường hợp
Trong thực tế thiết kế, không phải lúc nào bạn cũng có thể áp dụng một giá trị Fb cố định cho mọi loại dầm thép hình. Việc xác định ứng suất uốn cho phép cần xét đến nhiều yếu tố cụ thể của cấu kiện như mác thép, hình dạng tiết diện, điều kiện giằng, và chiều dài làm việc. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết cho từng tình huống:
Theo mác thép sử dụng
Tra Fy (giới hạn chảy) của vật liệu → tính Fb bằng công thức:
Fb=0.6∼0.67×Fy (AISC/ASD hoặc tương đương)
Ví dụ:
- Thép SS400 (Fy = 250 MPa) → Fb ≈ 150–165 MPa
- Thép S355 (Fy = 355 MPa) → Fb ≈ 230–240 MPa
Theo loại tiết diện và phân loại
- Tiết diện Compact (Class 1–2): Cho phép sử dụng Fb cao nhất, theo Fy/γ hoặc 0.66Fy
- Noncompact / Class 3: Phải giảm Fb nhẹ, vì có thể mất ổn định cục bộ sớm
- Slender / Class 4: Phải tính lại tiết diện hiệu dụng → Fb giảm sâu hơn
Lưu ý: Những dầm mảnh, bản bụng mỏng (như dầm I nhỏ, thép nhẹ) thường rơi vào nhóm này.
Theo chiều dài không giằng (unbraced length – Lb)
- Lb ≤ Lp: Dầm được giằng tốt → có thể dùng Fb tối đa
- Lp < Lb ≤ Lr: Phải giảm Fb theo biểu đồ hoặc công thức
- Lb > Lr: Dầm dễ bị xoắn lệch tâm (LTB) → Fb rất thấp
Giải pháp: bố trí giằng ngang, purlin hoặc sườn liên kết để rút ngắn Lb
Theo phương uốn: trục mạnh hay trục yếu
- Uốn quanh trục mạnh (x-x): Fb cao hơn vì tiết diện cứng hơn
- Uốn quanh trục yếu (y-y): Fb thường thấp hơn 10–20%
Đối với dầm hộp, dầm H quay ngang, cần đặc biệt chú ý phương đặt tải để tránh sai sót khi tính Fb.
Theo điều kiện làm việc và tải trọng
- Tải trọng động, rung, lặp đi lặp lại (crane beam, băng tải…): nên giảm Fb thêm 10–15% so với lý thuyết
- Môi trường ăn mòn, nhiệt độ cao: áp dụng hệ số điều kiện làm việc theo tiêu chuẩn (TCVN 5575:2024 có quy định rõ)
Mẹo nhỏ cho bạn:
Muốn tính nhanh tiết diện cần dùng? Hãy áp dụng công thức ngược:
S yêu cầu = Mmax / Fb
Rồi tra bảng mômen chống uốn (S) của các loại thép hình I, H, U mà bạn đang có sẵn.
Ứng dụng thực tế và hướng dẫn thiết kế
Trong xây dựng và cơ khí kết cấu, dầm thép hình chịu uốn là một trong những cấu kiện được sử dụng phổ biến nhất. Từ nhà xưởng, nhà thép tiền chế, khung nhà dân dụng cho đến giàn mái, sàn nâng – đâu đâu bạn cũng gặp dầm I, dầm H, thậm chí là thép U hoặc V lắp ghép.
Ứng dụng phổ biến của dầm chịu uốn
- Dầm chính, dầm phụ trong khung nhà xưởng
- Dầm console, dầm biên, ban công, mái đua
- Khung kèo mái thép, kết cấu giàn cầu, băng tải
- Khung chịu lực nhà nhiều tầng, sàn thép decking
- Dầm nâng thiết bị, dầm đỡ cầu trục tải trọng nặng
Với mỗi ứng dụng, yêu cầu về khả năng chịu uốn sẽ khác nhau, và do đó Fb áp dụng cũng phải linh hoạt điều chỉnh theo tiêu chuẩn, tải trọng và điều kiện giằng thực tế.
Hướng dẫn thiết kế dầm thép hình chịu uốn theo 5 bước cơ bản
Bước 1: Xác định tải trọng và sơ đồ chịu lực
- Tính toán tải trọng tác dụng lên dầm: tải bản thân, hoạt tải, gió, thiết bị…
- Xác định sơ đồ liên kết: dầm đơn giản, liên tục, console…
Bước 2: Tính mômen uốn lớn nhất (Mmax)
- Áp dụng công thức thông dụng hoặc dùng phần mềm (Etabs, Sap2000)
Ví dụ:
- Dầm đơn giản chịu tải đều: Mmax = wL²/8
- Dầm console: Mmax = wL²/2
Bước 3: Tra hoặc tính ứng suất uốn cho phép Fb
- Dựa vào mác thép, tiết diện, chiều dài không giằng, tiêu chuẩn áp dụng
- Lưu ý kiểm tra phân loại tiết diện, LTB, điều kiện môi trường
Bước 4: Tính mômen chống uốn yêu cầu (Sreq)
S yêu cầu = Mmax / Fb
Đơn vị phải thống nhất: nếu M (kNm) và Fb (MPa), thì chuyển đổi về mm³
Bước 5: Chọn tiết diện phù hợp
- Tra bảng mômen chống uốn S của các loại thép hình I, H, U, V…
- Chọn tiết diện sao cho:
S thực tế ≥ S yêu cầu
Ví dụ thực tế
Yêu cầu thiết kế:
- Dầm nhịp 6m, chịu tải phân bố đều 8 kN/m
- Sử dụng thép SS400 (Fy = 250 MPa) → Fb = 0.6 × 250 = 150 MPa
Tính toán nhanh:
- Mmax = wL²/8 = (8 × 6²) / 8 = 36 kNm
- Sreq = M / Fb = 36,000,000 Nmm / 150 MPa = 240,000 mm³ → Tra bảng → Chọn dầm I200x100x5.5×8 (Sx = 257,000 mm³) → đáp ứng yêu cầu
Kết luận
Qua bài viết này, bạn đã nắm rõ khái niệm ứng suất uốn, cách xác định ứng suất uốn cho phép của thép hình, cũng như các yếu tố ảnh hưởng như: mác thép, tiết diện, chiều dài không giằng và điều kiện làm việc. Việc chọn đúng tiết diện không chỉ đảm bảo an toàn cho kết cấu, mà còn giúp tối ưu chi phí vật liệu, đặc biệt trong các công trình sử dụng dầm thép I, H, U, V chịu uốn nhiều.
Hãy luôn nhớ: ứng suất uốn cho phép không phải là một con số cố định – mà là kết quả của việc hiểu đúng tiêu chuẩn, đánh giá chính xác hiện trường, và lựa chọn giải pháp phù hợp nhất cho công trình của bạn.
Nếu bạn đang tìm kiếm thép hình chất lượng cao, có đầy đủ chứng chỉ CO-CQ và tư vấn kỹ thuật bài bản, thì Thép Bảo Tín chính là đối tác đáng tin cậy dành cho bạn.
- Cung cấp thép hình I, H, U, V từ SS400, S355 đến Q345B
- Nhập khẩu và nội địa – có sẵn số lượng lớn, giao hàng nhanh
- Báo giá nhanh – chiết khấu tốt cho công trình lớn
Liên hệ ngay qua Hotline/Zalo 0932 059 176 hoặc để lại thông tin qua Email bts@thepbaotin.com để được tư vấn miễn phí và nhận bảng tra thép hình mới nhất!
Chính sách hậu mãi - giao hàng khi mua hàng tại Thép Bảo Tín
