Inox hộp vuông, chữ nhật: chọn quy cách cho khung, kết cấu

Inox hộp vuông và hộp chữ nhật là nhóm vật liệu cốt lõi trong gia công khung sườn, dầm, cột, giàn kệ và kết cấu nhẹ đến trung bình. Bài viết này cung cấp hướng dẫn chọn quy cách tối ưu (mác thép, kích thước, độ dày, bề mặt, tiêu chuẩn) kèm công thức tính nhanh và ví dụ thực tế, giúp bạn ra quyết định nhanh – đúng – đủ ngay từ bản vẽ.

Inox hộp vuông và chữ nhật: khi nào chọn loại nào?

– Hộp vuông: phân bố mô men đều theo hai phương, phù hợp cột, khung cửa/cổng, tay vịn chịu tải tương đương theo x/y.
– Hộp chữ nhật: cứng hơn rõ rệt theo trục lớn (H), tối ưu làm dầm, xà gồ, thanh chịu uốn một phương. Với cùng khối lượng, hộp chữ nhật cho độ cứng uốn vượt trội nếu orient H theo phương thẳng đứng.

Chiều dài tiêu chuẩn: 6 m/cây. Bo góc thường 2–3 lần chiều dày t, giúp đẹp và bớt tập trung ứng suất tại góc.

Tiêu chí kỹ thuật cốt lõi khi chọn quy cách

Môi trường ăn mòn và lựa chọn mác thép

– SUS/ASTM 201: dùng trong nhà khô, trang trí, kệ nhẹ; hạn chế ngoài trời ô nhiễm/ẩm/muối. Độ bền cao nhưng kháng ăn mòn thấp hơn 304/316.
– SUS/ASTM 304/304L: tiêu chuẩn cho ngoài trời tại Hà Nội và nội địa; 304L ưu tiên kết cấu hàn dày để giảm nguy cơ nhạy cảm ăn mòn vùng ảnh hưởng nhiệt.
– SUS/ASTM 316/316L: bắt buộc gần biển, hóa chất nhẹ, môi trường clorua (Hải Phòng, Quảng Ninh, Đà Nẵng ven biển).
Gợi ý nhanh:
– Trong nhà khô: 201 hoặc 304 tùy ngân sách/độ bền mỹ quan.
– Ngoài trời đô thị: 304/304L.
– Ven biển/khí quyển muối/hoá chất: 316/316L.

Kích thước mặt cắt và chiều dày

– Ký hiệu: B x H x t (mm), với H là cạnh theo chiều chịu uốn chính.
– Độ dày t ảnh hưởng mạnh đến độ bền uốn, ổn định cục bộ (local buckling) và khả năng hàn.
– Quy tắc nhanh chống dồn mỏng bản: b/t ≤ 40 cho dầm nhẹ; ≤ 30 cho cột nén chính (b là bề rộng bản nén hữu hiệu, xấp xỉ cạnh trong của hộp).
– Slenderness cột: nên giữ KL/r ≤ 120 cho cột làm việc chính (K: hệ số chiều dài tính toán; L: chiều cao tự do; r: bán kính quán tính). Với giằng tốt, có thể đến 150, nhưng tránh > 180.

Tải trọng, nhịp và chỉ tiêu kiểm soát

– Uốn: ứng suất cho phép sơ bộ σ_allow ≈ 0.6·fy (MPa). fy điển hình: 201 ≈ 275–310 MPa; 304/316 ≈ 205–230 MPa.
– Độ võng cho dầm giản đơn chịu tải phân bố đều q (N/mm): f_max = 5·q·L^4 / (384·E·I). Dùng E ≈ 193–200 GPa (≈ 193,000–200,000 N/mm²). Giới hạn thường: f ≤ L/250 đến L/360 tùy yêu cầu thẩm mỹ/sàn/mái.
– Mô men uốn lớn nhất dầm giản đơn: M_max = q·L²/8 (q tính theo N/mm, L mm).
– Cột nén: kiểm tra ổn định tổng thể (Euler) và liên kết chân/đỉnh; tránh lệch tâm lớn.

Bề mặt và hoàn thiện

– Phổ biến: 2B (mờ), BA (bóng gương cán nguội), HL/No.4 (xước hairline/satin), 8K (gương). Ngoài trời nên chọn HL/No.4 hoặc 2B để che vết xước sau hàn, dễ bảo trì.
– Sau hàn: làm sạch xỉ, mài lưng mối hàn, tẩy/passivation khôi phục lớp thụ động chống ăn mòn.

Tiêu chuẩn, dung sai và chứng chỉ

– ASTM A554: ống inox cơ khí hàn (bao gồm hộp vuông/chữ nhật) – kích thước, độ thẳng, bo góc, bề mặt.
– Thành phần hóa học/mác: tham chiếu ASTM A240/EN 10088.
– Dung sai thường gặp (tham chiếu A554 hoặc nhà máy):
– Kích thước ngoài: ±0.5% (tối thiểu ±0.5 mm cho kích cỡ nhỏ).
– Độ dày: −10% (phía âm), phía dương theo thực tế cán.
– Độ thẳng: ≤ 1.5 mm/m.
– Vuông góc cạnh: sai lệch ≤ 2°; góc bo 2t–3t.
– Yêu cầu MTC (Mill Test Certificate) EN 10204 3.1 khi dùng cho kết cấu quan trọng.

Quy trình 5 bước chọn nhanh quy cách hộp inox

Bước 1 – Chọn mác theo môi trường

– Trong nhà khô: 201/304. Ngoài trời đô thị: 304/304L. Ven biển/hóa chất: 316/316L.

Bước 2 – Xác định tải và nhịp

– Quy đổi tải diện (kN/m²) sang tải đường (kN/m) cho dầm theo khoảng cách xà.
– Ghi chú hệ số an toàn tổng ≥ 1.5–2.0 cho kết cấu chế tạo thủ công.

Bước 3 – Sơ chọn kích thước B×H×t theo uốn

– Tính M_max = q·L²/8 (kN·m), đổi về N·mm.
– Yêu cầu mô đun chống uốn W_req = M_max / σ_allow.
– Với hộp chữ nhật theo trục H (đặt H đứng):
– I = [B·H³ − (B−2t)·(H−2t)³] / 12 (mm⁴)
– W = I / (H/2) = [B·H³ − (B−2t)·(H−2t)³] / (6H) (mm³)
– Chọn B, H, t sao cho W ≥ W_req. Ưu tiên tăng H trước khi tăng t để tối ưu độ cứng/khối lượng.

Bước 4 – Kiểm tra độ võng

– f_max = 5·q·L⁴/(384·E·I). Mục tiêu: f ≤ L/250 (cấu kiện mái), ≤ L/360 (yêu cầu thẩm mỹ cao).

Bước 5 – Kiểm tra ổn định cục bộ và tổng thể

– Bảo đảm b/t hợp lý (≤ 40 cho dầm, ≤ 30 cho cột).
– Với cột: kiểm tra KL/r, bổ sung giằng trung gian nếu vượt khuyến nghị.

Ví dụ tính nhanh (tham khảo sơ bộ)

Lưu ý: Đây là kiểm tra sơ bộ để sơ chọn quy cách. Khi công trình quan trọng, phải tính theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành.

– Ví dụ 1 – Dầm xà mái nhẹ ngoài trời, nhịp L = 3.0 m
– Giả thiết: q = 0.5 kN/m (tải mái + tự trọng), mác 304, σ_allow ≈ 0.6·205 ≈ 123 MPa, E = 200,000 N/mm².
– M_max = q·L²/8 = 0.5×3²/8 = 0.5625 kN·m = 562,500 N·mm.
– W_req = 562,500 / 123 ≈ 4,570 mm³.
– Chọn hộp 40×80×2.0 (đặt H=80): tính nhanh W ≈ 9,740 mm³ > W_req.
– I tương ứng ≈ 3.90×10⁵ mm⁴ → f_max ≈ 6.8 mm < L/250 = 12 mm. Đạt. - Ví dụ 2 – Dầm kệ chịu tải 500 kg trên nhịp 1.2 m (trong nhà) - Tải quy đổi: 500 kg ≈ 4.9 kN → q ≈ 4.9/1.2 ≈ 4.08 kN/m. - M_max ≈ 0.735 kN·m = 735,000 N·mm; W_req ≈ 735,000/123 ≈ 5,980 mm³. - Hộp 40×80×2.0 vẫn thừa; để gọn có thể 30×60×2.0 nếu kiểm tra võng đạt. - Ví dụ 3 – Cột khung cửa cao 2.8 m (ngoài trời đô thị) - Giả thiết lực nén tính toán N_d ≈ 8 kN (gió + tự trọng + lệch tâm), mác 304. - Chọn hộp vuông 60×60×2.0, A ≈ 2t(B+H−2t) = 2×2×(60+60−4)= 464 mm² → σ ≈ 8,000/464 ≈ 17.2 MPa (thấp). - Kiểm tra KL/r: r ≈ √(I/A). Với 60×60×2.0, r ≈ 18–20 mm → KL/r ≈ 1.0×2800/19 ≈ 147. Bổ sung giằng trung gian để đưa KL/r về ≤ 120 nếu chịu gió mạnh.

Quy cách phổ biến tại thị trường Việt Nam

– Hộp vuông (mm): 10×10; 12.7×12.7; 20×20; 25×25; 30×30; 40×40; 50×50; 60×60; 75×75; 80×80; 90×90; 100×100; 120×120; 150×150.
– Hộp chữ nhật (mm): 10×20; 20×30; 25×50; 30×60; 40×80; 50×100; 60×120; 80×120; 100×150.
– Độ dày t (mm) thông dụng: 0.7; 0.8; 1.0; 1.2; 1.5; 1.8; 2.0; 2.5; 3.0 (đến 5.0 mm tùy mác và nhà máy).
– Chiều dài cây: 6 m. Bo góc: 2t–3t. Bề mặt: 2B, BA, HL/No.4, 8K.
Lưu ý: Mác 201 và 304 sẵn kho rộng; 316/316L thường đặt hàng trước, ít đủ size lớn.

Công thức tính nhanh khối lượng để bóc tách

– Diện tích tiết diện A (mm²) ≈ 2·t·(B + H − 2t).
– Khối lượng riêng inox ρ ≈ 7.93 g/cm³ = 7.93×10⁻⁶ kg/mm³.
– Khối lượng theo mét: W_kg/m ≈ 0.01586 × t × (B + H − 2t). Ví dụ: hộp 40×80×2.0 → W ≈ 0.01586×2×(120−4) ≈ 3.69 kg/m.

Gia công, lắp dựng và độ bền lâu dài

– Hàn: TIG/MIG với vật liệu hàn phù hợp mác nền (ER308L cho 304; ER316L cho 316; với 201 có thể dùng vật liệu tương thích, nhiều xưởng dùng ER308L cho mối hàn với 304 – tham khảo nhà cung cấp). Giảm nhiệt đầu vào để hạn chế biến dạng và ăn mòn liên tinh.
– Xử lý sau hàn: mài, tẩy/passivation, rửa sạch ion clorua; đánh xước lại nếu chọn HL/No.4.
– Kết cấu ngoài trời: bịt đầu, khoan lỗ thoát nước ngưng đọng ở vị trí khuất; tránh đọng nước gây rỉ đen.
– Tránh ăn mòn điện hóa khi ghép với thép carbon/nhôm: dùng đệm cách điện, sơn cách ly điểm tiếp xúc.
– Bu lông/ốc: chọn inox đồng mác (304 với 304, 316 với 316) để tránh chênh lệch ăn mòn.

Kiểm soát chất lượng tại công trường/xưởng

– Kiểm tra mác: yêu cầu MTC; dùng PMI cầm tay cho dự án quan trọng. Nam châm chỉ là kiểm tra sơ bộ, không xác nhận mác.
– Đo độ dày thực bằng panme; cân đối chiếu khối lượng lý thuyết để phát hiện non chuẩn.
– Soi mối hàn, nắn thẳng, kiểm tra xoắn vặn; kiểm tra độ thẳng ≤ 1.5 mm/m.
– Kiểm bề mặt: đồng nhất xước, không bọng/đốm cháy, không xỉ bám.

Gợi ý “rule-of-thumb” chọn nhanh theo nhịp

Áp dụng cho tải nhẹ–trung bình, mái tôn, khung quảng cáo, kệ hàng; mác 304, giằng đầy đủ.
– Nhịp 1.5–2.0 m: dầm 30×60×1.2–1.5; cột 40×40×1.5.
– Nhịp 2.5–3.0 m: dầm 40×80×1.5–2.0; cột 60×60×2.0.
– Nhịp 3.5–4.0 m: dầm 50×100×2.0–2.5; cột 80×80×2.5.
– Vùng biển/ăn mòn cao: giữ quy cách, đổi sang 316/316L và tăng bảo trì sau hàn.

Tối ưu chi phí – hiệu năng

– Tối ưu bằng hình học trước (tăng H) rồi mới tăng t.
– Dự án pha trộn: dùng 304/316 cho ngoài trời, 201 cho chi tiết trong nhà khô để tiết kiệm.
– Chọn bề mặt HL/No.4 cho ngoại thất: che vết xước, bảo trì thấp hơn gương 8K.
– Yêu cầu dung sai theo ASTM A554 để tránh lệch, giảm hao phí chỉnh sửa.

Kết luận

Để chọn đúng inox hộp vuông/chữ nhật cho khung sườn, kết cấu, hãy đi theo 5 bước: xác định môi trường → chọn mác (201/304/316) → tính tải–nhịp để sơ chọn B×H×t theo W_req → kiểm tra độ võng và ổn định (b/t, KL/r) → khóa dung sai, bề mặt và chuẩn ASTM A554. Ưu tiên hộp chữ nhật đặt H theo phương uốn để tối ưu độ cứng; chọn 304/316 cho ngoài trời; xử lý sau hàn và kiểm soát chất lượng để đảm bảo độ bền lâu dài. Với các công thức và ví dụ trên, bạn có thể ra quyết định quy cách nhanh, chính xác và tối ưu chi phí cho hầu hết ứng dụng khung, dầm, cột bằng inox.