Những công trình khổng lồ chống động đất nổi tiếng thế giới

Động đất là một trong những thảm hoạ thiên nhiên có sức tàn phá mạnh nhất và có thể gây tổn hại nghiêm trọng đến các công trình kiến trúc. Vậy nên, khi thiết kế kết cấu các công trình, tải trọng địa chấn phải được tính toán một cách kĩ lưỡng, đặc biệt là đối với những toà nhà chọc trời.

Dưới đây là những công trình chống động đất độc đáo trên thế giới:

Sân bay Quốc tế Sabiha Gökçen (Istanbul, Thổ Nhĩ Kỳ)

Là một trong những sân bay chính phục vụ thành phố lịch sử Istanbul, đây cũng là một trong những công trình chống động đất tốt nhất thế giới. Sabiha Gökçen là một trong hai sân bay quốc tế ở Istanbul, Thổ Nhĩ Kỳ, nằm ở gần mảng đứt gãy Bắc Anatolian.

Sân bay Quốc tế Sabiha Gökçen với chi phí đầu tư xây dựng 12 tỷ USD

Sabiha Gökçen được thiết kế bởi công ty kỹ thuật Ove Arup để có 300 hệ thống cách chấn nền có thể chịu được trận động đất lên đến tối đa 8,0 Mw (cường độ mômen). Những chiếc đệm cách chấn có thể giảm 80% tải trọng địa chấn, khiến nó trở thành một trong những công trình cách ly địa chấn lớn nhất thế giới.

Một trong những tính năng chính khiến sân bay này trở nên “chống động đất” chính là một thứ gọi là “gối cô lập trượt ma sát” – “triple friction pendulum device”.

Theo tờ Architects Journal giải thích rằng “toàn bộ nhà ga được xây trên một nền và được cách ly khỏi mặt đất ở một mức độ lớn. Điều này cho phép nhóm thiết kế nhà ga thiết kế nó gần giống như là nó nằm ở vị trí không có địa chấn, và được thêm vào những tính năng giúp cho công trình sẽ hiếm khi bị ảnh hưởng bởi những chuyển động mạnh của mặt đất”.

Bộ gối cô lập trượt ma sát của sân bay này được sản xuất bởi Earthquake Protection Systems (EPS). Họ dùng nguyên lý của một con lắc cơ bản để giữ cho các công trình được cô lập khỏi mặt đất trong những trận động đất nghiêm trọng.

Khi một trận động đất tác động vào công trình này, hệ thống chống động đất của sân bay sẽ chuyển động nhẹ như một con lắc. Các chuyển vị do động đất xảy ra chủ yếu ở trong những ổ trục, do đó giảm thiểu được phần lớn những tác động của tải trọng ngang và sự rung chuyển của mặt đất tới công trình.

Kim Tự Tháp Transamerica

Kim tự tháp Transamerica là một công trình kiến trúc mang tính biểu tượng của những năm 70 ở San Francisco, California, nằm gần các đứt gãy San Andreas và Hayward.

Năm 1989, trận động đất ở Loma Prieta đã tấn công khu vực này với cường độ 6.9 Mw và khiến tầng trên cùng của kim tự tháp lắc lư khoảng 30cm trong hơn một phút, nhưng toà nhà vẫn đứng vững và không bị hư hại.

Kim tự tháp Transamerica từng chịu trận động đất với cường độ 6.9 Mw

Khả năng chống động đất này có được nhờ nền móng bằng thép và bê tông sâu 1585m được thiết kế để di chuyển với tải trọng địa chấn. Tải trọng dọc và ngang được hỗ trợ bởi một hệ thống giàn độc đáo nằm trên tầng một, với các khung bên trong kéo tới tầng 45 của toà nhà. Sự kết hợp phức tạp của hệ thống cấu trúc này giúp cho toà nhà có khả năng chống lại các chuyển động xoắn và cho phép hấp thụ một lượng lớn lực cắt ngang ở nền.

Toà nhà Burj Khalifa (Dubai, UAE)

Với tổng chiều cao lên tới 828m, Burj Khalifa (Dubai) là công trình nhân tạo cao nhất thế giới từng được xây dựng. Toà nhà chọc trời này không chỉ mang tính biểu tượng nhất trên thế giới và trùng hợp thay, nó cũng là một toà nhà chống động đất.

Burj Khalifa là toà nhà cao nhất thế giới

Ngoài ra, tòa nhà Burj Khalifa còn đạt được một số danh hiệu phá kỷ lục của thế giới, chẳng hạn như có chiều cao thang máy cứu hộ cao nhất thế giới; bể bơi trong tòa nhà cao nhất thế giới…

Công trình này bao gồm các sàn cơ học, nơi các bức tường dầm chìa nối các cột chịu lực với với tường bên trong. Bằng cách này, các cột chịu lực sẽ có thể hỗ trợ sự kháng lực bên của công trình. Các cột thẳng cũng giúp hấp thụ tải trọng trường.

Tòa nhà Burj Khalifa có phần móng bè dày khoảng 3,7 m. Dù trông có vẻ đơn giản nhưng để xây dựng nó lại là nhiệm vụ không hề dễ dàng. Nguyên nhân chủ yếu là do lượng bê tông lớn cần phải đổ vào trong một khối.

Do đó, tháp Burj Khalifa đặc biệt cứng theo cả hướng bên và hướng xoắn. Một hệ thống thiết kế nền móng phức tạp được hình thành là kết quả của nhiều giờ nghiên cứu địa chấn và địa kỹ thuật.

Tháp Đài Bắc 101

Khi một trận động đất mạnh 7,4 độ richter làm rung chuyển Đài Loan (Trung Quốc) hôm 3/4, người dân bên trong siêu tháp Taipei 101 - một trong những tòa nhà cao nhất thế giới - đã được bảo vệ an toàn, nhờ một con lắc lớn màu vàng ở trung tâm giúp hấp thụ năng lượng địa chấn.

Toà Tháp Taipei 101 cao chọc trời

Được gọi là "bộ giảm chấn khối lượng", quả cầu thép nặng đến 730 tấn. Nó được dùng trong các tòa nhà cao tầng, giúp chúng ổn định trước các rung lắc khi có gió mạnh hay bão. Trong siêu tháp Taipei 101, quả cầu treo lơ lửng từ tầng 87 đến tầng 92 của tòa nhà. Nguyên nhân nó được đặt ở vị trí này là vì khi gió mạnh tấn công, các tầng trên cùng sẽ chịu ảnh hưởng nhiều nhất.

Với 380 cây cọc được đóng sâu vào lòng đất, tòa nhà còn có khả năng phục hồi tốt hơn sau thiên tai. Cọc sâu nhất được đâm khoảng 30 mét vào nền đá. Theo mô tả của tòa nhà, quá trình này “tương tự như đóng đinh toàn bộ tòa nhà vào một mảng kiến tạo rắn”. Điện được cung cấp cho tòa nhà thông qua 2 trạm biến áp, giảm nguy cơ mất điện.

Quả cầu thép trong toà tháp Taipei nặng đến 730 tấn

Những người lập kế hoạch thiết kế Taipei 101 cho biết tòa nhà có thể chịu được gió có tốc độ 216 km/h, cũng như các trận động đất lớn nhất trong chu kỳ 2.500 năm. Nhờ đó, Taipei 101 được xem là một trong những tòa nhà ổn định nhất từng được xây dựng.

Đây cũng là khối cầu giảm chấn lớn nhất trên thế giới. Bất cứ ai bên trong cũng có thể nhìn thấy quả cầu thép khổng lồ này. Nhờ đó, nó trở thành điểm thu hút du khách khi đến Đài Bắc.

Trên lý thuyết, quả cầu sẽ di chuyển qua lại trong các trận động đất hoặc bão để hấp thụ lực của các dao động dữ dội, theo website tòa tháp. Các kỹ sư phụ trách bộ giảm chấn khối lượng cho biết nó có thể hạn chế 40% rung chấn của tòa tháp, đồng thời giảm cảm giác buồn nôn của người bên trong.

Đài Bắc 101 có lẽ là một trong những toà chọc trời đẹp nhất thế giới. Thiết kế bên ngoài (bởi C.Y. Lee) được truyền cảm hứng bởi câu nói, “càng trèo lên cao thì nhìn càng xa”.

Đấu trường Philippines

Philippines Arena là đấu trường có mái vòm lớn nhất thế giới và là một công trình chống động đất đáng kinh ngạc. Nó thuộc sở hữu của nhóm Cơ đốc giáo Iglesia Ni Cristo (INC), được uỷ quyền đấu trường có sức chứa 55.000 chỗ ngồi này vào dịp kỷ niệm 100 năm thành lập vào ngày 27/7/2014.

Đây cũng là trung tâm của khu du lịch Ciudad De Victoria ở Bulacan, Philippines. Đấu trường được thiết kế bởi công ty kiến trúc Úc Populous và công ty kỹ thuật hàng đầu Buro Happold.

Philippine Arena là đấu trường có mái vòm lớn nhất thế giới

Do nằm dọc theo Vành đai lửa Thái Bình Dương, nơi có chuỗi đường đứt gãy động đất còn hoạt động và nổi tiếng là nguy hiểm nhất thế giới, những trận động đất trước đây ở Philippines đã có lúc lên tới 8,2 Mw và cướp đi sinh mạng của hàng nghìn người. Các hoạt động địa chấn cũng là nguyên nhân gây ra các vụ phun trào núi lửa và sóng thần trong khu vực.

Chiếc mái lớn của Philippine Arena, kéo dài 170m, được thiết kế để chịu được tải trọng không ổn định khắc nghiệt như động đất, gió và bão. Trong một trận động đất, tải trọng bên được phát ra khắp toàn bộ công trình có thể lên tới 40% khối lượng của nó.

Buro Happold đã khéo léo đưa ra giải pháp là một thiết kế đế độc lập nền cho toàn bộ cấu trúc, có nghĩa là phần thân kết cấu chính của đấu trường được cách ly khỏi phần đế và nền của nó. Khe hở giữa kết cấu chính và hệ thống móng cơ sở được lấp bởi các gối cao su chì (LRB). Đây là sự sắp xếp linh hoạt của các vật liệu có tính năng tiêu tán năng lượng cao.

Điều này cho phép hệ thống chân đế và nền móng tự do di chuyển với lực của trận động đất, trong khi cấu trúc trên cùng vẫn đứng yên. Đây thực sự là một kỳ tích kỹ thuật đáng kinh ngạc.

Mặc dù không có cách nào để đánh bại sức mạnh của thiên nhiên, nhưng các kỹ sư có thể sử dụng các công cụ của họ để ít nhất cố gắng giảm thiểu tác động của thiên nhiên. Những công trình này và những công trình chống động đất khác trên khắp thế giới là minh chứng cho sự khéo léo của con người và kỹ năng của các kỹ sư đằng sau việc xây dựng chúng.

>> Tòa nhà 100 tầng cao nhất Đài Loan vẫn trụ vững sau động đất 7,4 độ richter nhờ một 'bí kíp' thần kỳ, giảm đến 40% độ rung lắc