Khối lượng riêng của sắt, thép: Bảng tra và công thức tính chuẩn

Việc hiểu rõ khối lượng riêng của sắt và thép không chỉ là kiến thức kỹ thuật cơ bản mà còn là yếu tố then chốt đảm bảo sự chính xác trong dự toán vật tư, thiết kế kết cấu và nghiệm thu vật liệu. Bài viết này sẽ là cẩm nang toàn diện dành cho bạn, cung cấp những thông tin chính xác và thực tiễn từ giá trị khối lượng riêng tiêu chuẩn của sắt, thép đến bộ công thức tính trọng lượng chi tiết cho từng loại thép thông dụng.

Khối lượng riêng của sắt là bao nhiêu?

Trong điều kiện tiêu chuẩn, khối lượng riêng của sắt nguyên chất được xác định là 7800 kg/m³, tương đương 7.8 g/cm³. Về mặt ý nghĩa vật lý, điều này có nghĩa là một khối sắt đặc, có thể tích đúng 1 mét khối, sẽ có khối lượng là 7800 kg. Đây là một đặc tính vật lý cơ bản, đóng vai trò là hằng số tham chiếu quan trọng cho mọi tính toán về mật độ khối lượng, trọng lượng và kết cấu liên quan đến sắt.

Tại sao khối lượng riêng của thép lại là 7850 kg/m³?

Trong thực tế khi xây dựng và sản xuất công nghiệp, vật liệu được sử dụng phổ biến không phải là sắt nguyên chất mà là thép. Thép về bản chất là một hợp kim với thành phần chính là sắt và carbon, cùng một số nguyên tố hóa học khác. Chính việc bổ sung carbon và các nguyên tố phụ gia này đã làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể vốn có của sắt, từ đó làm tăng nhẹ mật độ của vật liệu.

Vì vậy, trong kỹ thuật và thương mại, khối lượng riêng của thép được quy ước chung là 7850 kg/m³ (tương đương 7.85 g/cm³). Đây là con số được áp dụng cho hầu hết các loại thép carbon thông dụng trong xây dựng như SS400, A36, hay CT3, giúp đảm bảo tính đồng nhất và chính xác trong mọi khâu tính toán.

Bảng tra nhanh khối lượng riêng sắt, thép và các kim loại phổ biến

Để tiện cho việc so sánh và tra cứu nhanh, dưới đây là bảng tổng hợp khối lượng riêng của sắt, thép và một số kim loại phổ biến khác thường gặp trong ngành xây dựng và cơ khí chế tạo.

Lưu ý: Các giá trị trên là giá trị trung bình trong điều kiện tiêu chuẩn và có thể có sai khác nhỏ tùy thuộc vào thành phần hợp kim cụ thể.

Phân biệt khối lượng riêng và trọng lượng riêng

Trong kỹ thuật, khối lượng riêng và trọng lượng riêng là hai khái niệm thường bị nhầm lẫn. Việc hiểu rõ bản chất của từng đại lượng sẽ giúp áp dụng công thức tính toán một cách chính xác.

Khối lượng riêng

• Định nghĩa: Là đại lượng đặc trưng cho mật độ khối lượng của một chất, được xác định bằng khối lượng của chất đó trên một đơn vị thể tích.
• Công thức: D = m / V
• Đơn vị: kg/m³ (kilogram trên mét khối).
• Bản chất: Là một thuộc tính vật lý cố hữu của vật liệu, không thay đổi dù vật được đặt ở bất kỳ đâu.

Trọng lượng riêng

• Định nghĩa: Là đại lượng được xác định bằng trọng lượng trên một đơn vị thể tích của vật đó.
• Công thức: d = D x g (trong đó, g là gia tốc trọng trường, có giá trị xấp xỉ 9.81 m/s²).
• Đơn vị: N/m³ (Newton trên mét khối).
• Bản chất: Giá trị này phụ thuộc vào lực hấp dẫn tại vị trí đặt vật. Ví dụ, trọng lượng riêng của cùng một thanh thép trên Mặt Trăng sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với trên Trái Đất.

Bộ công thức tính trọng lượng sắt thép thực tế theo từng quy cách

Các công thức dưới đây là những công cụ không thể thiếu để lập dự toán khối lượng vật tư, kiểm soát chi phí và nghiệm thu hàng hóa tại công trường. Tất cả các công thức đều được xây dựng dựa trên hằng số khối lượng riêng quy ước của thép là 7850 kg/m³.

Lưu ý quan trọng: Để đảm bảo kết quả chính xác, cần quy đổi tất cả các đơn vị (độ dày, chiều rộng, đường kính) về mét (m) trước khi áp dụng vào công thức.

Công thức tính trọng lượng thép tấm / thép lá

Công thức này áp dụng cho các loại thép tấm phẳng, thép lá dạng cuộn hoặc cắt theo quy cách.

• Công thức:
  

  m (kg) = T (m) × R (m) × L (m) × 7850

• Giải thích biến số:
  • m: Trọng lượng tấm thép (đơn vị: kg).
  • T: Độ dày của tấm thép (đơn vị: m).
  • R: Chiều rộng của tấm thép (đơn vị: m).
  • L: Chiều dài của tấm thép (đơn vị: m).
• Ví dụ thực tế: Tính trọng lượng một tấm thép có độ dày 5mm, chiều rộng 1.5m và chiều dài 6m.
  • Quy đổi: T = 5mm = 0.005m.
  • Áp dụng công thức: m = 0.005 × 1.5 × 6 × 7850 = 353.25kg.

Công thức tính trọng lượng thép tròn đặc (thép láp)

Đây là công thức dùng cho các loại thép đặc, có tiết diện hình tròn như thép cây, thép cốt bê tông tròn trơn hoặc thép láp.

• Công thức:
  

  m (kg) = 3.14 × (D/2)² × L (m) × 7850

• Giải thích biến số:
  • m: Trọng lượng thanh thép (đơn vị: kg).
  • 3.14: Hằng số Pi (π).
  • D: Đường kính của thanh thép (đơn vị: m).
  • L: Chiều dài của thanh thép (đơn vị: m).
• Ví dụ thực tế: Tính trọng lượng một thanh thép tròn đặc có đường kính 20mm và chiều dài 6m.
  • Quy đổi: D = 20mm = 0.02m.
  • Áp dụng công thức: m = 3.14 × (0.02 / 2)² × 6 × 7850 = 14.78kg.

Công thức tính trọng lượng thép ống tròn

Đây là công thức thực tế được sử dụng phổ biến nhất để tính trọng lượng các loại thép ống có tiết diện tròn rỗng.

• Công thức:
  

  m (kg) = 3.14 × T (m) × [D (m) – T (m)] × L (m) × 7850

• Giải thích biến số:
  • m: Trọng lượng ống thép (đơn vị: kg).
  • T: Độ dày thành ống (đơn vị: m).
  • D: Đường kính ngoài của ống (đơn vị: m).
  • L: Chiều dài của ống thép (đơn vị: m).
• Ví dụ thực tế: Tính trọng lượng một cây thép ống tròn có đường kính ngoài D90, độ dày thành ống 3mm, dài 6m.
  • Quy đổi: D = 90mm = 0.09m; T = 3mm = 0.003m.
  • Áp dụng công thức: m = 3.14 × 0.003 × (0.09 – 0.003) × 6 × 7850 = 38.64kg.

Công thức tính trọng lượng thép hộp vuông

Áp dụng cho các loại thép hộp có tiết diện hình vuông rỗng.

• Công thức:
  

  m (kg) = 4 × T (m) × [A (m) – T (m)] × L (m) × 7850

• Giải thích biến số:
  • m: Trọng lượng thép hộp (đơn vị: kg).
  • T: Độ dày của thành hộp (đơn vị: m).
  • A: Chiều dài cạnh hộp vuông (đơn vị: m).
  • L: Chiều dài của cây thép hộp (đơn vị: m).
• Ví dụ thực tế: Tính trọng lượng một cây thép hộp vuông 50x50mm, độ dày 2mm, dài 6 m.
  • Quy đổi: A = 50 mm = 0.05 m; T = 2 mm = 0.002 m.
  • Áp dụng công thức: m = 4 × 0.002 × (0.05 – 0.002) × 6 × 7850 = 18.09 kg.

Công thức tính trọng lượng thép hộp chữ nhật

Áp dụng cho các loại thép hộp có tiết diện hình chữ nhật rỗng.

• Công thức:
  

  m (kg) = 2 × T (m) × [A1 (m) + A2 (m) – 2 × T (m)] × L (m) × 7850

• Giải thích biến số:
  • m: Trọng lượng thép hộp (đơn vị: kg).
  • T: Độ dày của thành hộp (đơn vị: m).
  • A1, A2: Chiều dài hai cạnh của hộp chữ nhật (đơn vị: m).
  • L: Chiều dài của cây thép hộp (đơn vị: m).
• Ví dụ thực tế: Tính trọng lượng một cây thép hộp chữ nhật 40x80mm, độ dày 2mm, dài 6m.
  • Quy đổi: A1 = 40mm = 0.04m; A2 = 80mm = 0.08m; T = 2mm = 0.002m.
  • Áp dụng công thức: m = 2 × 0.002 × (0.04 + 0.08 – 2 × 0.002) × 6 × 7850 = 21.84kg.

Công thức tính trọng lượng thép hình (H, I, U, V)

Đối với các loại thép hình, việc tính toán trọng lượng thủ công dựa trên công thức hình học là vô cùng phức tạp và không thực tế do cấu trúc tiết diện phức tạp, bao gồm cả các góc bo và độ dốc của cánh.

Phương pháp chuẩn và chính xác nhất được áp dụng trong ngành là tra cứu bảng quy cách trọng lượng do nhà sản xuất cung cấp. Mỗi loại thép hình với kích thước cụ thể sẽ có một đơn trọng lượng (kg/m) tiêu chuẩn. Từ đó, chỉ cần nhân đơn trọng lượng này với chiều dài cây thép là ra trọng lượng tổng.

Bạn có thể tham khảo cách tính trọng lượng thép hình tại đây:

• Cách tính trọng lượng thép hình I và bảng tra nhanh, chính xác
• Bảng tra khối lượng thép hình L chi tiết và thông dụng

Ứng dụng của việc tính khối lượng trong quản lý dự án xây dựng

Việc tính toán chính xác khối lượng sắt thép không chỉ là một yêu cầu kỹ thuật mà còn là một công cụ quản lý mạnh mẽ, mang lại nhiều lợi ích trực tiếp cho dự án:

• Lập dự toán và quản lý chi phí: Tính toán chính xác tổng khối lượng vật liệu xây dựng là cơ sở để lập ngân sách, mời thầu, đàm phán hợp đồng và kiểm soát dòng tiền của dự án, tránh các chi phí phát sinh không đáng có.
• Hoạch định vận chuyển và Logistics: Biết trước tổng trọng lượng hàng hóa giúp bạn lên kế hoạch vận chuyển hiệu quả, lựa chọn phương tiện có tải trọng phù hợp và bố trí thiết bị cẩu hạ tương ứng tại công trường.
• Kiểm định và nghiệm thu vật tư (QA/QC): Khi nhận hàng, bộ phận giám sát có thể cân đối chiếu ngẫu nhiên một số bó thép và so sánh với khối lượng lý thuyết đã tính. Đây là bước kiểm định chất lượng quan trọng để đảm bảo nhà cung cấp giao đúng và đủ số lượng, chủng loại thép theo hợp đồng, phát hiện sớm các sai lệch về dung sai.
• Thiết kế và phân tích kết cấu: Khi thiết kế kết cấu thép, kỹ sư phải tính đúng khối lượng thép của công trình vì nó là một phần quan trọng của tải trọng tĩnh. Việc này giúp bảo đảm nền móng, cột và dầm chịu được lực an toàn.
• Lập kế hoạch thi công và an toàn lao động: Nắm rõ trọng lượng của từng cấu kiện thép (dầm, cột, kèo) giúp kỹ sư công trường lập biện pháp thi công cẩu lắp an toàn, lựa chọn đúng loại cáp, pát và đảm bảo cần cẩu hoạt động trong giới hạn tải trọng cho phép.

Giải đáp các thắc mắc chuyên sâu (FAQ)

Khối lượng riêng của thép không gỉ (Inox) có giống thép thường không?

Câu trả lời là không. Khối lượng riêng của thép không gỉ (inox) thường cao hơn thép carbon thông thường. Nguyên nhân là do trong thành phần của inox chứa một tỷ lệ đáng kể các nguyên tố hợp kim nặng hơn sắt như Crom (Cr) và Niken (Ni). Các nguyên tố này làm tăng mật độ tổng thể của vật liệu.

Sai số thực tế của khối lượng thép so với tính toán lý thuyết là bao nhiêu?

Trong ngành thép, luôn tồn tại một khoảng dung sai sản xuất cho phép. Điều này có nghĩa là kích thước và trọng lượng thực tế của sản phẩm có thể chênh lệch một chút so với thông số danh nghĩa. Mức dung sai phổ biến thường dao động trong khoảng ±2% đến ±5%, tùy thuộc vào loại sản phẩm, tiêu chuẩn sản xuất và nhà máy. Chính vì vậy, việc cân đối chiếu trọng lượng thực tế khi nghiệm thu vật tư tại công trường là một bước làm việc chuyên nghiệp và cần thiết để đảm bảo quyền lợi.

Thể tích riêng của sắt là gì?

Thể tích riêng là một đại lượng vật lý được định nghĩa là nghịch đảo của khối lượng riêng, có đơn vị là m³/kg. Về cơ bản, nó cho biết một kilogam vật chất chiếm bao nhiêu mét khối không gian. Tuy nhiên, khái niệm này rất ít khi được sử dụng trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp. Thay vào đó, thể tích riêng là một thông số quan trọng và được ứng dụng phổ biến hơn trong các ngành kỹ thuật liên quan đến nhiệt động lực học và cơ học chất lỏng.

Khối lượng riêng của sắt có thay đổi theo nhiệt độ không?

Có. Theo nguyên lý giãn nở vì nhiệt, khi nhiệt độ tăng, thể tích của vật liệu sẽ tăng lên trong khi khối lượng không đổi, dẫn đến khối lượng riêng giảm nhẹ. Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, khối lượng riêng sẽ tăng lên một chút. Tuy nhiên, trong điều kiện làm việc thông thường của các công trình xây dựng thì sự thay đổi này là không đáng kể và hoàn toàn có thể bỏ qua trong các tính toán dự toán và thiết kế thông thường để đảm bảo tính đơn giản và thực tiễn.

Tại sao KLR của gang (≈7200 kg/m³) lại thấp hơn thép?

Nguyên nhân chính nằm ở hàm lượng carbon. Gang là hợp kim của sắt và carbon với hàm lượng carbon rất cao (trên 2.14%), cao hơn đáng kể so với thép. Ở hàm lượng này, phần lớn carbon không hòa tan hoàn toàn vào mạng tinh thể của sắt mà tồn tại ở dạng graphit tự do và graphit lại có khối lượng riêng rất thấp (khoảng 2260 kg/m³). Sự hiện diện của graphit với mật độ thấp này trong cấu trúc đã làm cho khối lượng riêng trung bình của toàn bộ vật liệu gang bị kéo xuống, thấp hơn so với thép.

Làm thế nào để kiểm tra khối lượng thép thực tế tại công trường một cách hiệu quả?

Phương pháp hiệu quả và được áp dụng phổ biến nhất là phương pháp cân và đếm. Quy trình thực hiện như sau:

1. Chọn một hoặc một vài bó thép nguyên kiện, còn nguyên đai của nhà sản xuất.
2. Sử dụng cân điện tử (loại cân sàn công nghiệp có độ chính xác cao) để cân toàn bộ bó thép và ghi lại tổng trọng lượng.
3. Tiến hành đếm chính xác tổng số cây thép có trong bó đã cân.
4. Lấy tổng trọng lượng chia cho tổng số cây để ra được trọng lượng trung bình của một cây thép.
5. So sánh con số thực tế này với trọng lượng lý thuyết được công bố trong bảng quy cách của nhà sản xuất. Nếu chênh lệch nằm trong dung sai cho phép, lô hàng được xem là đạt yêu cầu.

Trung Dũng Steel – Nhà cung cấp các loại thép chất lượng cao

Trung Dũng Steel hiểu rằng chất lượng và độ chính xác là ưu tiên hàng đầu trong mọi dự án. Với vai trò là nhà cung cấp thép uy tín, chúng tôi đảm bảo các sản phẩm thép hình, thép cây, thép cuộn… luôn có nguồn gốc rõ ràng và đạt chuẩn quốc tế. Mọi sản phẩm đều đi kèm chứng chỉ CO/CQ đầy đủ và được giao đúng trọng lượng, đúng quy cách, mang lại sự yên tâm tuyệt đối cho các nhà thầu và chủ đầu tư về vật tư đầu vào.

Liên hệ với chúng tôi ngay để được hỗ trợ:

Xem thêm:

• Thép Q345 là gì? Đặc điểm, tiêu chuẩn và ứng dụng
• 1kg sắt phi 8 dài bao nhiêu mét? Công thức và bảng tra TCVN
• Khả năng chịu lực của thép chữ I theo tiêu chuẩn TCVN

Nắm vững các giá trị cốt lõi về khối lượng riêng của sắt, thép cùng với việc áp dụng chính xác các công thức tính toán là nền tảng cho sự thành công của mọi dự án xây dựng và cơ khí. Các con số này không chỉ là dữ liệu kỹ thuật mà còn là công cụ thiết yếu trong việc quản lý chi phí, đảm bảo chất lượng và an toàn thi công.