Nguyên lý làm việc
Kết cấu thép truyền tải trọng thông qua hệ thanh, dầm, cột và tấm liên kết với nhau thành khung chịu lực. Thép — đặc biệt là các mác phổ biến như thép SS400 — có khả năng chịu kéo và nén đồng đều, cho phép thiết kế các cấu kiện mảnh mà vẫn đảm bảo độ bền. Điểm mấu chốt là sự liên tục của liên kết: mối hàn hoặc bu lông phải truyền lực đúng theo giả thiết tính toán. Nếu liên kết yếu hơn cấu kiện, phá hoại xảy ra tại mối nối trước khi thép đạt giới hạn chảy — đây là nguyên nhân phổ biến nhất của sự cố kết cấu thép trong thực tế.
Ngoài cường độ, kết cấu thép còn phải được tính đến mất ổn định cục bộ (vênh bản bụng, bản cánh) và mất ổn định tổng thể (oằn thanh nén, lật dầm). Tăng độ cứng bằng sườn gia cường là biện pháp kinh tế hơn tăng bề dày bản thép.
Phân loại
Có thể phân loại kết cấu thép theo hai cách chính:
Theo dạng cấu kiện:
- Kết cấu thanh: khung phẳng, khung không gian, dàn — phù hợp nhà xưởng, cầu dầm
- Kết cấu tấm — vỏ: bồn chứa, silo, vỏ tàu — chịu áp lực phân bố đều
- Kết cấu hỗn hợp: kết hợp cột — dầm với vỏ tấm trong các công trình công nghiệp nặng
Theo phương pháp liên kết:
- Liên kết hàn: thường dùng Hàn MIG/MAG cho thép kết cấu, cho phép tiết diện liên tục và bề mặt gọn
- Liên kết bu lông cường độ cao: ưu tiên ở công trình cần tháo lắp, vận chuyển module hoặc kiểm soát chất lượng tại chỗ khó
Lưu ý khi lựa chọn và sử dụng
Chọn kết cấu thép thay bê tông cốt thép phù hợp nhất khi yêu cầu nhịp lớn, tải trọng động, hoặc tiến độ thi công ngắn. Ngược lại, môi trường ăn mòn mạnh đòi hỏi hệ sơn chống gỉ hoặc mạ kẽm nghiêm ngặt — chi phí bảo trì dài hạn cần tính vào bài toán kinh tế.
Chất lượng mối hàn quyết định phần lớn độ tin cậy của toàn bộ kết cấu. Việc kiểm tra không phá hủy (NDT) tại các mối hàn chịu lực quan trọng không phải tùy chọn mà là yêu cầu bắt buộc theo tiêu chuẩn nghiệm thu. Bản vẽ chế tạo và bản vẽ lắp dựng cần tách biệt rõ ràng để tránh nhầm lẫn dung sai gia công với dung sai lắp đặt ngoài công trường.