Khối lượng riêng của thép (7850 kg/m³)

Trong xây dựng và cơ khí, khối lượng riêng của thép là một hằng số kỹ thuật bắt buộc phải nắm rõ. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến mọi tính toán từ kết cấu, tải trọng đến chi phí vận chuyển và tuân thủ định luật bảo toàn khối lượng trong thiết kế.

Vậy khối lượng riêng của thép chính xác là bao nhiêu? Làm thế nào để tính khối lượng (kg) của thép tròn, thép tấm, thép hộp từ giá trị này?

Bài viết này sẽ cung cấp câu trả lời chi tiết, các công thức chuẩn và bảng tra cứu nhanh, đồng thời giúp bạn phân biệt rõ ràng với một khái niệm hay bị nhầm lẫn là trọng lượng riêng.

Hình 1: Khối lượng riêng của thép là 7850 kg/m3

Khối lượng riêng của thép là 7850 kg/m³

Khối lượng riêng (Density – D) của thép là 7850 kg/m³.
Điều này có nghĩa là 1 mét khối (m³) thép tiêu chuẩn sẽ có khối lượng nặng 7850 kg (7.85 tấn).

Đây là một đại lượng vật lý đặc trưng cho mật độ vật chất, được tính bằng công thức cơ bản:

D = m / V

Trong đó:

D: Khối lượng riêng (kg/m³)
m: Khối lượng (kg)
V: Thể tích (m³)

Giá trị 7850 kg/m³ là con số trung bình và được áp dụng cho hầu hết các loại thép xây dựng thông dụng. Trên thực tế, thép là một hợp kim của sắt (nguyên liệu chính từ quặng như quặng hematit) và cacbon. Tùy vào tỷ lệ hợp kim (ví dụ như gang hay thép không gỉ) mà con số này có thể dao động nhẹ, nhưng 7850 vẫn là tiêu chuẩn vàng trong tính toán kỹ thuật.

Các công thức tính khối lượng của thép (Đã hiệu đính)

Công thức tính khối lượng thép chung là: m (kg) = 7850 × L (m) × A (m²). Trong đó L là chiều dài (mét) và A là diện tích mặt cắt ngang (mét vuông). Các công thức chi tiết cho từng loại thép tròn, tấm, hộp, ống được trình bày cụ thể bên dưới.

Hình 2: Mỗi loại thép sẽ có công thức tính khác nhau

Từ khối lượng riêng, ta có công thức tính khối lượng thép tổng quát:

m (kg) = D (kg/m³) × V (m³) = 7850 × L (m) × A (m²)

Trong đó L là chiều dài (m) và A là diện tích mặt cắt ngang (m²). Dưới đây là các công thức đã được quy đổi đơn vị để bạn dễ dàng áp dụng.

LƯU Ý QUAN TRỌNG VỀ ĐƠN VỊ:
Để tránh sai sót, hãy chú ý kỹ đơn vị (m) hay (mm) trong từng công thức.

Công thức tính khối lượng thép tròn đặc (thép cây)

m (kg) = (7850 × L × π × d²) / 4

L: Chiều dài thép (m)
d: Đường kính thép (m) (ví dụ: phi 12 = 0.012 m)
π: ≈ 3.14

Ví dụ: Tính khối lượng thép tròn phi 12 (0.012 m), dài 6 m:

m = (7850 × 6 × 3.14 × 0.012²) / 4 ≈ 5.33 kg

Công thức tính khối lượng thép tấm

Công thức này thực tế hơn khi dùng (mm) cho tiết diện và (m) cho chiều dài:

m (kg) = T (mm) × W (mm) × L (m) × 0.00785

T: Độ dày (mm)
W: Chiều rộng (mm)
L: Chiều dài (m)
0.00785: Hằng số quy đổi (7850 × 10^-6)

Ví dụ: Thép tấm dày 5 mm, rộng 1 m (1000 mm), dài 2 m:

m = 5 × 1000 × 2 × 0.00785 = 78.5 kg

Công thức tính khối lượng thép hộp vuông

m (kg) = [A² – (A – 2T)²] × L × 7850

A: Cạnh hình vuông (m)
T: Độ dày (m)
L: Chiều dài (m)

Ví dụ: Thép hộp vuông 50×50 mm (A=0.05 m), dày 2 mm (T=0.002 m), dài 6 m:

m = [0.05² - (0.05 - 2 × 0.002)²] × 6 × 7850
m = [0.0025 - (0.046)²] × 47100 = [0.0025 - 0.002116] × 47100 = 0.000384 × 47100 ≈ 18.09 kg
(Lưu ý: Kết quả này đã được hiệu đính chính xác).

Công thức tính khối lượng thép hộp chữ nhật

m (kg) = [2 × T × (A₁ + A₂) – 4 × T²] × L × 7850

T: Độ dày (m)
A₁, A₂: Hai cạnh hộp chữ nhật (m)
L: Chiều dài (m)

Ví dụ: Thép hộp 40×80 mm (A₁=0.04 m, A₂=0.08 m), dày 2 mm (T=0.002 m), dài 6 m:

m = [2 × 0.002 × (0.04 + 0.08) - 4 × 0.002²] × 6 × 7850
m = [0.004 × 0.12 - 0.000016] × 47100 = [0.00048 - 0.000016] × 47100 = 0.000464 × 47100 ≈ 21.85 kg
(Lưu ý: Kết quả này đã được hiệu đính chính xác).

Công thức tính khối lượng thép thanh lập (thép đặc chữ nhật)

Tương tự thép tấm, dùng đơn vị (mm) và (m) cho thực tế:

m (kg) = W (mm) × T (mm) × L (m) × 0.00785

W: Chiều rộng (mm)
T: Độ dày (mm)
L: Chiều dài (m)

Ví dụ: Thép thanh lập rộng 50 mm, dày 5 mm, dài 6 m:

m = 50 × 5 × 6 × 0.00785 = 11.78 kg

Công thức tính khối lượng thép ống tròn

Công thức tính diện tích mặt cắt A (m²) = (π/4) × (OD² – ID²). Hoặc dùng công thức xấp xỉ qua độ dày (T):

m (kg) ≈ π × (OD – T) × T × L × 7850

OD: Đường kính ngoài (m)
T: Độ dày (m)
L: Chiều dài (m)

Ví dụ: Ống thép OD 50 mm (OD=0.05 m), dày 2 mm (T=0.002 m), dài 6 m:

m ≈ 3.14 × (0.05 - 0.002) × 0.002 × 6 × 7850
m ≈ 3.14 × 0.048 × 0.002 × 47100 ≈ 14.20 kg
(Lưu ý: Kết quả này đã được hiệu đính chính xác. Công thức xấp xỉ này rất gần với kết quả chính xác khi T nhỏ so với OD).

Phân biệt: Khối lượng riêng vs. Trọng lượng riêng

Khối lượng riêng (D) là mật độ vật chất (đơn vị: kg/m³), của thép là 7850 kg/m³. Trọng lượng riêng (γ) là lực (đơn vị: N/m³), của thép là ≈ 77,000 N/m³ (hay 77 kN/m³). Khối lượng riêng dùng để tính toán mua bán, vận chuyển (kg, tấn). Trọng lượng riêng dùng để tính toán tải trọng, kết cấu (Newton).

Đây là hai khái niệm vật lý rất dễ bị nhầm lẫn trong thực tế, nhưng bản chất hoàn toàn khác nhau.

Khối lượng riêng (Density): Là mật độ vật chất của thép, cho biết “lượng vật chất” trên một đơn vị thể tích. Đơn vị là kg/m³. Đây là giá trị cố định, không đổi dù bạn ở bất kỳ đâu.
Trọng lượng riêng (Specific Weight): Là lực (trọng lực) tác dụng lên một đơn vị thể tích vật chất. Nó phụ thuộc vào lực hấp dẫn (g). Đơn vị là N/m³ hoặc kN/m³.

Công thức liên hệ:

Trọng lượng riêng (γ) = Khối lượng riêng (D) × Gia tốc trọng trường (g)

γ = D × g

Lấy g ≈ 9.81 m/s², ta có:

γ (thép) = 7850 kg/m³ × 9.81 m/s² = 76996.5 N/m³ ≈ 77 kN/m³

Tóm tắt:

Khi bạn mua bán, vận chuyển thép, bạn quan tâm đến Khối lượng (tính bằng kg, tấn).
Khi bạn tính toán kết cấu, tải trọng lên móng, dầm, bạn quan tâm đến Trọng lượng (tính bằng N, kN).

Việc phân biệt rõ hai khái niệm này với tỷ trọng (Specific Gravity) cũng rất quan trọng, vì tỷ trọng là tỷ số khối lượng riêng của vật so với khối lượng riêng của nước.

Bảng tra cứu nhanh khối lượng & trọng lượng riêng

Bảng tra trọng lượng riêng

Như đã tính ở trên, trọng lượng riêng của thép là ≈ 77 kN/m³. Giá trị này áp dụng chung cho hầu hết các loại thép.

Loại vật liệu	Trọng lượng riêng (kN/m³)	Ghi chú
Thép kết cấu (H, I, U, V)	77 kN/m³	Dùng tính toán tải trọng
Thép ống, thép hộp	77 kN/m³	Dùng tính toán tải trọng
Thép cây (thép cốt)	77 kN/m³	Dùng tính toán tải trọng
Gang (Cast Iron)	≈ 72 kN/m³	Nhẹ hơn thép một chút
Chì (Pb)	≈ 111 kN/m³	Nặng hơn thép đáng kể

Bảng tra khối lượng thép tròn (kg/m) thông dụng

Để tiện lợi nhất cho thợ và kỹ sư, đây là bảng tra cứu khối lượng (kg) trên 1 mét dài của các loại thép cây (tròn đặc) phổ biến, tính theo công thức m/L = (7850 × π × d²) / 4 (với d tính bằng mét).

Đường kính (Phi)	Khối lượng (kg/m)
6 mm	0.222 kg/m
8 mm	0.395 kg/m
10 mm	0.617 kg/m
12 mm	0.888 kg/m
14 mm	1.21 kg/m
16 mm	1.58 kg/m
18 mm	2.00 kg/m
20 mm	2.47 kg/m
22 mm	2.98 kg/m
25 mm	3.85 kg/m

Kết luận

Nắm vững khối lượng riêng của thép là 7850 kg/m³ là chìa khóa để tính toán chính xác khối lượng vật tư, dự toán chi phí và đảm bảo an toàn kết cấu. Quan trọng hơn là phải áp dụng đúng công thức cho từng hình dạng thép (tấm, ống, hộp) và tuyệt đối không nhầm lẫn giữa khối lượng (kg) với trọng lượng (N).

Hy vọng các công thức (đã hiệu đính) và bảng tra chi tiết trong bài viết đã giúp bạn giải quyết được vấn đề của mình. Nếu bạn có nhu cầu tư vấn về các loại hóa chất, dung môi, hay vật tư liên quan đến ngành công nghiệp và xây dựng, hãy liên hệ với chúng tôi để được hỗ trợ.

Rate this post

✓

Người kiểm duyệt nội dung

PGS.TS Đặng Hoàng Phú

Cố vấn chuyên môn cấp cao tại Hóa Chất Doanh Tín. Phó Giáo sư, Giảng viên Khoa Hóa học (ĐH KHTN ĐHQG-HCM) với hơn 10 năm kinh nghiệm nghiên cứu Hóa hữu cơ & Phổ nghiệm.

Xem hồ sơ năng lực & công bố khoa học →