Tấm thép cán nóng là một trong những sản phẩm thép linh hoạt nhất được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng. Từ khung chịu lực của các tòa nhà cao tầng đến dầm cầu đường bộ và nền móng cho thiết bị công nghiệp nặng, tấm thép cán nóng cung cấp độ bền, khả năng gia công và tính sẵn có mà các dự án xây dựng đòi hỏi. Việc hiểu rõ các ứng dụng cụ thể nơi tấm thép cán nóng phát huy giá trị cao nhất sẽ giúp kỹ sư kết cấu, quản lý dự án và đội ngũ mua hàng lựa chọn đúng mác và độ dày tấm thép phù hợp cho từng yêu cầu xây dựng.

Khung Nhà và Bộ Khung Kết Cấu

Trong xây dựng công trình nhiều tầng, thép tấm cán nóng (HR plate) được sử dụng rộng rãi trong khung kết cấu chính. Các tiết diện cột trong các tòa nhà cao tầng thường được chế tạo từ thép tấm Q345B, trong đó cường độ chảy tối thiểu là 345 MPa đáp ứng khả năng chịu tải dọc trục cần thiết cho các cột đỡ từ 20 tầng trở lên. Các tiết diện cột ghép (built-up column sections) được chế tạo bằng cách hàn các thành phần thép tấm cán nóng thành dạng chữ H hoặc dạng hộp, với chiều dày bản cánh thường dao động từ 20 mm đến 40 mm và chiều dày bản bụng từ 12 mm đến 25 mm, tùy thuộc vị trí cột và mức độ tải trọng. Dầm chuyển (transfer beams), có chức năng truyền tải từ các cột phía trên xuống các cột phía dưới tại những vị trí lưới cột thay đổi, được chế tạo từ thép tấm Q345B dày hơn, với chiều dày bản cánh từ 30 mm đến 50 mm nhằm đảm bảo khả năng chịu uốn đầy đủ tại các điểm truyền tải quan trọng. Các bản nối (splice plates) tại các mối nối cột và dầm được cắt từ thép tấm cán nóng có độ dày từ 10 mm đến 16 mm, sau đó được liên kết bằng bulông hoặc hàn để ghép các cấu kiện kết cấu tại các mức sàn; thiết kế mối nối tuân theo tiêu chuẩn AISC hoặc Eurocode 3 tùy theo quy định pháp lý của dự án.

Dầm cầu và Cơ sở hạ tầng đường cao tốc

Tấm cán nóng (HR) đóng vai trò trung tâm trong xây dựng cầu, đặc biệt là các cầu dầm thép, nơi các thành phần chịu lực chính được chế tạo từ tấm thay vì các tiết diện cán định hình. Cầu dầm bản mã (plate girder bridges) sử dụng bản bụng và bản cánh cắt từ tấm cán nóng S355JR hoặc Q345B, với độ dày bản bụng từ 10 mm đến 20 mm và độ dày bản cánh từ 20 mm đến 50 mm. Bản bụng được gia cường bằng các bản gia cường ngang, thường làm từ tấm cán nóng có độ dày 8 mm đến 12 mm, được hàn cách nhau theo khoảng cách nhất định nhằm ngăn ngừa hiện tượng mất ổn định cục bộ của bản bụng dưới tác dụng của lực cắt. Đối với các cầu nhịp dài hơn 60 mét, các dầm có chiều cao thay đổi được chế tạo bằng cách cắt bản bụng theo dạng cong nhờ công nghệ cắt plasma hoặc cắt khí – oxy; trong đó khả năng uốn dẻo vượt trội của tấm cán nóng ở trạng thái cán nguội cho phép tạo hình học này mà không làm suy giảm tính chất vật liệu. Các bản gối đỡ tại vị trí gối cầu – dùng để truyền phản lực từ dầm xuống các mố hoặc trụ bê tông – được gia công cơ khí từ tấm cán nóng có độ dày từ 40 mm đến 80 mm nhằm tạo ra bề mặt gối phẳng đáp ứng các yêu cầu về dung sai quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế cầu.

Nền móng Thiết bị Nặng và Các Bệ Công nghiệp

Các dự án xây dựng công nghiệp như nhà máy điện, cơ sở hóa dầu và nhà máy luyện thép yêu cầu các kết cấu móng quy mô lớn, trong đó sử dụng thép tấm cán nóng (HR plate). Khung bệ thiết bị cho tuabin, máy phát điện và máy nén lớn được chế tạo từ thép tấm Q345B hoặc S355JR có độ dày từ 16 mm đến 40 mm, nhằm phân tán tải trọng tập trung của thiết bị lên các bản bê tông móng. Dầm giàn (grillage beams) đặt dưới thiết bị nặng, gồm nhiều lớp thép tấm cán nóng được bố trí theo các hướng vuông góc với nhau, sử dụng thép tấm có độ dày từ 25 mm đến 60 mm để tạo thành hệ khung phân tán tải trọng phía dưới các điểm neo. Các tấm neo máy (machine anchor plates), được chôn vào bê tông và kết nối với bu-lông cố định thiết bị, được cắt từ thép tấm cán nóng và thường yêu cầu khoan lỗ xuyên qua để lắp bu-lông. Trong các ứng dụng này, trạng thái cán nóng nguyên bản (as-rolled condition) của thép tấm cán nóng là chấp nhận được vì bề mặt tấm tiếp xúc trực tiếp với vữa hoặc bê tông chứ không yêu cầu bề mặt gia công chính xác, nhờ đó giúp kiểm soát chi phí chế tạo trong khuôn khổ ngân sách dành cho các dự án công nghiệp quy mô lớn.

Tường chắn đất và các cấu trúc giữ đất

Tấm cán nóng (HR) được sử dụng trong thi công tường chắn đất khi tải trọng đất yêu cầu khả năng chịu uốn cao dọc theo chiều cao tường. Các tường chắn đất dạng công-xôn có chiều cao lên đến 6 mét có thể được thiết kế bằng tấm cán nóng Q235B hoặc Q345B làm thân tường, với độ dày tấm từ 12 mm đến 25 mm tùy thuộc vào chiều cao đất được giữ và tải trọng phụ thêm. Đối với các tường chắn đất có neo dùng trong các hố đào sâu hơn, tấm cán nóng được sử dụng làm các tấm mặt ngoài được bắt bu-lông hoặc hàn vào các dầm neo thép, với độ dày tấm từ 10 mm đến 20 mm. Trong xây dựng biển và ven bờ, tường cừ ván thép được bổ sung bằng các dầm mũ và bản neo nối đầu tường với hệ thống neo, cả hai đều làm bằng tấm cán nóng. Yêu cầu về khả năng chống ăn mòn trong các môi trường này được đáp ứng bằng cách quy định sử dụng tấm cán nóng có lớp phủ chống ăn mòn do nhà máy áp dụng, hoặc bằng cách sử dụng các mác thép chịu thời tiết như Q355NH, có khả năng hình thành lớp ôxít bảo vệ, giúp giảm chi phí bảo trì trong suốt tuổi thọ phục vụ của công trình.

Các Kết Nối Cấu Trúc và Các Thành Phần Chi Tiết

Ngoài các thành phần cấu trúc chính, thép cán nóng (HR plate) còn đảm nhiệm các chức năng thiết yếu trong chi tiết nối kết giữ các khung nhà và cầu với nhau. Các bản thép gusset tại các vị trí nối thanh giằng trong các hệ khung có thanh giằng được cắt từ thép cán nóng có độ dày 8 mm đến 16 mm, với hình dạng hình học được thiết kế phù hợp theo góc và yêu cầu lực tại từng điểm nối. Các bản thép gia cường bên trong tiết diện cột và dầm — nhằm ngăn ngừa hiện tượng mất ổn định cục bộ của các phần bụng và cánh mỏng — thường được làm từ thép cán nóng có độ dày 6 mm đến 12 mm, hàn vuông góc với phần bụng tại các vị trí chịu tải trọng tập trung. Các bản thép đầu dầm tại các mối nối mô-men giữa dầm và cột — cho phép thực hiện các mối nối mô-men bằng bulông trong khung thép — được chế tạo từ thép cán nóng có độ dày 16 mm đến 30 mm tùy theo mức mô-men yêu cầu tại mối nối, đồng thời được khoan lỗ để lắp bulông cường độ cao theo các yêu cầu thiết kế mối nối của AISC hoặc Eurocode 3. Các bản thép máng (cleat plates) và bản thép giá đỡ (bracket plates) dùng cho các mối nối phụ được cắt từ thép cán nóng có độ dày nhỏ hơn, từ 6 mm đến 10 mm, và cung cấp các điểm gắn kết cho hệ thống bao che, ray cần cẩu và các giá treo thiết bị cơ điện trong khung nhà.

Nghiên cứu tình huống: Cung cấp thép tấm cán nóng cho cột tòa nhà văn phòng cao tầng

Năm 2023, một công ty thương mại thép có trụ sở tại Thiên Tân đã cung cấp 450 tấn thép tấm cán nóng Q345B để chế tạo cột cho một tòa nhà văn phòng 28 tầng tại châu Đại Dương. Độ dày của tấm thép dao động từ 16 mm đến 36 mm, được sử dụng làm bản cánh và bản bụng của cột chữ H ghép tại các tầng khác nhau. Các tiết diện cột ở các tầng thấp sử dụng tấm bản cánh dày 36 mm và tấm bản bụng dày 20 mm nhằm chịu lực nén dọc trục vượt quá 8.000 kN, trong khi các cột ở các tầng trên được chế tạo từ bản cánh dày 16 mm và bản bụng dày 12 mm do tải trọng cột giảm dần theo độ cao. Toàn bộ thép tấm Q345B đều được sản xuất bởi các nhà máy luyện kim tại tỉnh Hà Bắc và Sơn Đông, với chứng chỉ thử nghiệm nhà máy xác nhận giới hạn chảy nằm trong khoảng từ 370 đến 410 MPa. Số thép tấm này được vận chuyển từ cảng Thiên Tân Tân Cương bằng 12 chuyến container trong vòng bốn tháng, phù hợp với tiến độ lắp dựng công trình, minh họa rõ cách thức cung cấp thép tấm cán nóng từ các nhà máy Trung Quốc có thể được điều chỉnh thời điểm giao hàng để đáp ứng yêu cầu phân kỳ thi công.

Lập kế hoạch mua sắm cho tấm thép HR trong xây dựng

Các đội tuyển chọn dự án xây dựng cần lập kế hoạch đặt hàng tấm thép cán nóng (HR plate) với sự chú ý đến tính nhất quán về cấp độ, dải độ dày và giai đoạn giao hàng. Việc quy định một cấp độ duy nhất như Q345B cho toàn bộ các độ dày tấm sẽ đơn giản hóa quá trình sản xuất tại nhà máy và kiểm soát chất lượng, mặc dù kỹ sư có thể lựa chọn Q235B cho các bộ phận chịu tải nhẹ nhằm giảm chi phí vật liệu khi thiết kế cho phép. Các dải độ dày nên được chuẩn hóa theo các bước tăng tiêu chuẩn là 2 mm hoặc 5 mm để phù hợp với lịch trình sản xuất của nhà máy và rút ngắn thời gian giao hàng. Việc chia giai đoạn giao hàng là yếu tố then chốt đối với các dự án xây dựng, nơi tấm thép được giao theo từng đợt tương ứng với trình tự lắp dựng, do đó công ty thương mại phải phối hợp sắp xếp các ca sản xuất tại nhà máy và lịch trình tàu biển từ cảng Thiên Tân Hưng Cảng. Đối với các dự án tại Bắc Mỹ và Châu Âu, cần xác nhận rằng các cấp độ tấm thép cán nóng (HR plate) được ghi rõ cả hai tiêu chuẩn – tiêu chuẩn Trung Quốc và tiêu chuẩn quốc tế – trên giấy chứng nhận thử nghiệm của nhà máy nhằm đảm bảo việc phê duyệt vật liệu tại hiện trường đích diễn ra thuận lợi.