Các ống vuông đã trở nên rất phổ biến trong kết cấu khung vì chúng mang lại độ bền xoắn tốt và phân bổ tải trọng đều khắp toàn bộ cấu trúc. Hình dạng đồng nhất giúp lan tỏa ứng suất một cách đều đặn theo mọi hướng, điều này có nghĩa là khả năng các bộ phận bị hư hỏng tại những điểm cụ thể trên cột hoặc dầm sẽ giảm đi. Khi nói đến các hệ thống giằng chịu lực ngang, ống vuông hoạt động đặc biệt hiệu quả. Theo nghiên cứu từ Viện Xây dựng Thép Hoa Kỳ (American Institute of Steel Construction) công bố năm 2023, những ống này thực sự có thể chống lại lực xoắn tốt hơn từ 20 đến 30 phần trăm so với ống tròn trong các trận động đất. Một lợi thế lớn khác là các mặt phẳng của ống giúp việc nối chúng với các bộ phận khác của cấu trúc dễ dàng hơn nhiều. Các nhà xây dựng cho biết thời gian gia công đã được rút ngắn khoảng một phần tư khi sử dụng ống vuông thay vì các loại tiết diện kỳ lạ hay cong queo đòi hỏi nhiều công sức hơn để lắp đặt đúng cách.
Một kho hàng được xây dựng gần đây đã sử dụng các ống thép vuông 4x4 làm cột chịu lực chính và dầm xuyên suốt công trình. Cách tiếp cận này giúp giảm khoảng 15 phần trăm tổng trọng lượng thép so với việc sử dụng dầm chữ I thông thường, nhưng vẫn đảm bảo khả năng chịu lực tương đương. Vì những ống này có kích thước tiêu chuẩn, việc lắp ráp trở nên nhanh hơn nhiều. Các kết nối bulông mất thời gian lắp đặt ít hơn khoảng 40% so với phương pháp hàn. Toàn bộ khung kết cấu cuối cùng bao gồm hơn 12.000 feet dài ống, tạo thành một hệ thống xương sống vững chắc cho tòa nhà. Khi được kiểm tra dưới tốc độ gió lên đến 110 dặm/giờ, hệ thống này hoạt động tốt và thực tế còn vượt quy định xây dựng địa phương gần một phần tư. Hiệu suất như vậy là hợp lý khi xem xét cả yếu tố tiết kiệm chi phí lẫn độ bền lâu dài.
Khi nói đến giàn mái và xà gồ, ống vuông thực tế mang lại độ bền tốt hơn so với trọng lượng của nó, nếu so sánh với các loại tiết diện hở mà chúng ta thường thấy như thép chữ C. Điểm quan trọng là các tiết diện vuông này chịu lực xoắn và uốn hiệu quả hơn nhiều. Về mặt thực tiễn, điều này có nghĩa là chúng ta có thể xây dựng những mái nhẹ hơn nhưng vẫn đảm bảo khả năng chịu tải. Móng không cần phải làm việc quá tải, và quá trình lắp đặt cũng dễ dàng hơn, khiến các thợ lắp đặt đánh giá cao. Đối với các công trình có nhịp dài giữa các điểm đỡ, ống vuông thực sự nổi bật vì độ võng thấp hơn khi chịu tuyết nặng hoặc gió mạnh. Hơn nữa, các nhà thầu còn tiết kiệm được khoảng một phần tư lượng vật liệu so với dầm đặc có cùng mức độ bền.
Thiết kế xà gồ tốt sẽ tìm được điểm cân bằng lý tưởng giữa việc thực hiện đúng nhiệm vụ và kiểm soát chi phí. Khi sử dụng các vật liệu nhỏ hơn như ống vuông 2x2, chúng ta có thể bố trí chúng gần nhau hơn, thường cách nhau khoảng 24 đến 36 inch. Cách bố trí này giúp phân bổ trọng lượng đều hơn trên toàn bộ kết cấu và ngăn ngừa hiện tượng võng xuống khó chịu mà không ai muốn thấy. Các mái che nhẹ thường hoạt động tốt với ống cỡ 14 hoặc 16 gauge, nhưng nếu ở những khu vực có tích tụ nhiều tuyết, thì việc dùng ống mạ kẽm cỡ 11 hoặc 12 gauge là hợp lý. Chỉ riêng tiết kiệm về vật liệu cũng có thể giảm chi phí khoảng 15% so với trường hợp người ta bố trí các thanh quá xa nhau và phải dùng các giá đỡ lớn hơn, nặng hơn. Điều này tạo nên một công trình chắc chắn, bền bỉ mà không tốn kém quá nhiều.
Ngày nay, ngày càng nhiều kiến trúc sư lựa chọn ống vuông làm thành phần kết cấu lộ thiên vì chúng vừa mang lại độ bền vững vừa có vẻ ngoài sạch sẽ, gọn gàng mà mọi người mong muốn ở các công trình xây dựng. Các cạnh thẳng kết hợp rất tốt với những bức tường kính, tạo sự hỗ trợ chắc chắn cho tòa nhà nhưng vẫn cho phép ánh sáng đi xuyên qua như thể không có gì tồn tại. Khi nói đến lối vào hay cổng ra vào công trình, những đường cắt nghiêng ở các góc thực sự tạo nên sự khác biệt về mặt thẩm mỹ tổng thể. Hãy hình dung đến các sảnh sân bay hay lối vào trung tâm thương mại – nơi mà yếu tố này đặc biệt quan trọng. Đối với các kết cấu mái che trên lối đi bộ, ống vuông cho phép các nhà thiết kế bắc vượt khoảng cách khá lớn mà không cần đến những cột đỡ thô kệch mà ai cũng ghét. Điều tuyệt vời là tính linh hoạt thực sự của những ống này. Chúng có thể uốn cong thành những đường cong uyển chuyển trong các thiết kế hiện đại, hoặc lắp ráp thành những góc sắc nét cho phong cách công nghiệp hơn. Ngoài ra, cũng đừng quên các yếu tố thực tiễn. Ống vuông chịu được thời tiết khá tốt, do đó tuổi thọ sử dụng lâu dài khi đặt ngoài trời, nơi thường xuyên tiếp xúc với mưa và nắng. Hơn nữa, bề mặt nhẵn mịn của chúng bám lớp sơn phủ rất tốt, nghĩa là các kiến trúc sư có thể thỏa sức sáng tạo với màu sắc mà không phải lo lớp hoàn thiện bị phai hay bong tróc sau vài tháng sử dụng.
Mạ kẽm nhúng nóng (ASTM A123) tạo lớp kẽm bảo vệ dày 0,10–0,15 mm, cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt như khu vực ven biển hoặc công nghiệp. Ống vuông mạ kẽm vượt trội hơn thép không phủ và có độ bền cấu trúc tốt hơn nhôm trong các ứng dụng ngoài trời then chốt.
| So sánh vật liệu | Khả năng chống ăn mòn | Nhu cầu bảo trì | Tính toàn vẹn cấu trúc |
|---|---|---|---|
| Ống vuông mạ kẽm | Xuất sắc | Thấp | Cao |
| Thép carbon thông thường | Kém | Cao | Cao |
| Nhôm | Tốt | Thấp | Trung bình |
Các công trình lan can ven biển sử dụng ống vuông mạ kẽm cho thấy mức độ hư hại do ăn mòn thấp hơn 70% sau 10 năm so với thép chưa xử lý, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho cầu, đường đi bộ trên bãi biển và hàng rào an ninh nơi độ tin cậy cấu trúc là yếu tố bắt buộc.
Các ống vuông mạ kẽm là vật liệu xây dựng lý tưởng cho các dự án hạ tầng công cộng vì chúng bền lâu và gần như tự bảo dưỡng được sau khi lắp đặt. Kích thước đồng đều giúp dễ dàng thi công khi lắp ráp từng bộ phận với nhau, đồng thời chúng có độ bền cao dù trọng lượng khá nhẹ. Trong lĩnh vực làm hàng rào, những ống này chịu được va chạm tốt hơn nhiều so với các sản phẩm giá rẻ thông thường thấy trong thành phố. Ghế ngồi và các đồ nội thất ngoài trời khác vẫn vững chắc ngay cả sau nhiều năm tiếp xúc với mưa nắng. Các cột biển báo cũng không bị uốn cong hay rung lắc trong gió mạnh, điều này rất quan trọng gần các tuyến đường đông đúc nơi tầm nhìn đóng vai trò then chốt. Tất cả những điều này có nghĩa là chính quyền địa phương có thể lắp đặt các hạng mục này mà không tốn kém quá nhiều nhưng vẫn đáp ứng đầy đủ các quy chuẩn xây dựng khắt khe dành cho không gian công cộng.
Ống vuông được ưu tiên nhờ độ bền xoắn vượt trội và dễ dàng kết nối. Hình dạng của chúng phân bổ tải trọng đồng đều, giảm tập trung ứng suất ở các cột và dầm.
Ống vuông có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng tốt hơn, cho phép làm mái nhẹ hơn mà vẫn duy trì khả năng chịu tải, và cần ít vật liệu hơn so với các dầm truyền thống.
Ống vuông mạ kẽm cung cấp khả năng chống ăn mòn xuất sắc, làm cho chúng lý tưởng khi sử dụng ngoài trời, đặc biệt trong các môi trường khắc nghiệt như khu vực ven biển hoặc khu công nghiệp.
EN
