Các kiến trúc chống động đất độc đáo trên 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.

Cùng khám phá những mẫu kiến trúc, thiết kế toà nhà độc đáo có thể tránh được ảnh hưởng của động đất trên thế giới.

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

Là một trong những sân bay chính phục vụ thành phố lịch sử Istanbul, nó cũng là một trong những công trình chống động đất tốt nhất 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 này 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”.

Tờ Architects Journal giải 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 như (cấu trúc có) diện tích rộng vì nền và các thiết bị trượt 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.

2. 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.

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)

Không cần giới thiệu thêm về toà nhà chọc trời này nữa. Burj Khalifa đơn giản chỉ là một trong những toà nhà chọc trời mang tính biểu tượng nhất trên thế giới và trùng hợp thay, nó cũng là một toà nhà chống động đất.

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.

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.

4. Tháp Đài Bắc 101

Đài Bắc 101 có lẽ là một trong những toà chọc trời đẹp mê hồn 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”.

Bỏ kiến trúc sang một bên, sự thật đáng kinh ngạc về Đài Bắc 101 là nó sở hữu bộ điều chỉnh khối lượng (TMD) lớn nhất trên thế giới. Về cơ bản, nó là một quả cầu kim loại khổng lồ có tác dụng chống lại tải trọng không ổn định lớn như gió và động đất để giảm sự lắc lư của tòa tháp chọc trời.

Bộ điều chỉnh khối lượng được đỡ bởi hệ thống giảm chấn thuỷ lực và hệ thống cản có chức năng tương tự như giảm xóc của ô tô. Khi một lực lớn tác động lên toà tháp, TMD sẽ chuyển động theo hướng ngược lại, sử dụng khối lượng của quả bóng để giảm các lực nhất thời và đem toà nhà quay trở lại trạng thái cân bằng. Hệ thống van điều tiết động đất này nằm giữa tầng 87 và tầng 92.

5. Đấu trường Philippine

Philippine 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 tháng 7 năm 2014.

Nó 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.

Mảng Philippines 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 Philippine 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.