Theo ước tính mới nhất từ National Fire Agency (NFA), trận động đất mạnh 7,4 độ Richter xảy ra tại Đài Loan vào ngày 03/4/2024 khiến ít nhất 9 người thiệt mạng và làm hư hại 770 tòa nhà.
Tại Đài Bắc, chỉ cách tâm chấn 80 dặm, các tòa nhà rung chuyển dữ dội trong trận động đất mạnh nhất Đài Loan trong 25 năm qua. Nhưng nhờ vào thành tựu của kỹ thuật hiện đại, tòa nhà Taipei 101 từng là tòa nhà cao nhất thế giới vẫn trụ vững mà không có chút hư hại nào.
Tòa nhà Taipei 101 ở Đài Loan là tòa nhà chọc trời cao nhất thế giới từ năm 2004 đến năm 2007 - Ảnh: GoranQ/iStockphoto/Getty Images
Đoạn băng từ trận động đất cho thấy tòa nhà có sự rung lắc nhẹ, cấu trúc linh hoạt giúp cho nó có thể chống lại chuyển động mạnh của cơn địa chấn. Sự rung lắc nhẹ cho thấy một cách chuẩn xác cách thức phòng thủ quan trọng nhất của tòa nhà đã chống lại cơn địa chấn là từ vật liệu làm nên nó: bê tông cốt thép.
Kết hợp độ nén của bê tông với cường độ bền kéo của thép, vật liệu này giúp tòa nhà đủ linh hoạt để lắc lư nhưng cũng đủ cứng để chống lại gió lớn và các cơn bão thường xuyên đổ bộ vào Đài Loan. (Các tòa nhà có thể chịu được lực địa chấn theo nguyên tắc di chuyển theo các lực này, thay vì chống lại chúng, đã củng cố kiến trúc truyền thống ở các nước Đông Á nơi thường xuyên xảy ra động đất trong nhiều thế kỷ, từ các ngôi chùa Nhật Bản đến các cung điện Trung Quốc.)
Ở phía trên tòa tháp, một cải tiến công nghệ khác giúp bảo vệ tòa nhà 101 tầng, là một thiết bị hình cầu khổng lồ được biết với tên gọi bộ giảm chấn.
Một thiết bị hình cầu nặng 660 tấn với tên gọi bộ giảm chấn đung đưa như con lắc ở các tầng phía trên của tòa nhà cao tầng - Ảnh: Richard Chung TW/Reuters/File
Đối trọng khổng lồ
Được treo lơ lửng bởi 92 dây cáp khổng lồ giữa tầng 87 và tầng 92, khối cầu thép màu vàng có thể di chuyển bất cứ hướng nào trong phạm vi khoảng 1,5m. Kết quả là, nó hoạt động giống như một con lắc chống (hoặc làm giảm) chuyển động lắc.
Stefan Al tác giả của “Supertall: Các tòa nhà cao tầng định hình lại thành phố và cuộc sống chúng ta như thế nào”, giải thích trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại. “Về mặt cơ bản, bộ đối trọng này rất lớn. Trong trường hợp của tòa nhà Taipei 101, quả cầu nặng 660 tấn, nghe có vẻ nặng nhưng nếu so sánh với tổng khối lượng tòa nhà, đây chỉ là phần nhỏ”.
“Khi một tòa nhà bắt đầu rung lắc, bộ giảm chấn sẽ di chuyển theo hướng ngược lại. Trong trường hợp của tòa Taipei 101, quả cầu được treo sẽ lắc về phía sau khi tòa nhà lắc lư và sẽ hấp thụ động năng bằng việc di chuyển theo hướng đối diện”, Al cho biết và giải thích rằng các xi lanh thủy lực giữa quả cầu và tòa nhà chuyển đổi năng lượng này thành nhiệt sau đó bị phân tán.
Các bộ giảm chấn được sử dụng trong các tòa nhà cao tầng trên khắp thế giới, bao gồm tòa tháp Steinway Tower “siêu mỏng” ở New York và tòa nhà Burj al-Arab hình cánh buồm ở Dubai với 11 bộ giảm chấn. Thiết bị này chủ yếu bảo vệ tòa nhà khỏi những chuyển động mạnh gây ra bởi “dao động điều hòa”, có thể gây ra hư hại kết cấu trong trận động đất, Al cho biết.
“Đó là khi các tòa nhà bắt đầu rung lắc theo cộng hưởng của riêng nó, ông cho biết khi so với hiện tượng cộng hưởng ở âm thoa, điều này có thể dẫn đến sụp đổ do tòa nhà rung chuyển ngày càng nhanh hơn”, ông cho biết.
Bộ giảm chấn, được biết đến như bộ hấp thụ sóng, được điều chỉnh để cộng hưởng cùng tần số khi ngôi nhà với bước sóng ban đầu sớm hay muộn hơn, giúp tiêu tán các năng lượng tiềm tàng.
Sự ổn định mà chúng mang lại có thể làm giảm tác động lắc lư gây khó chịu hoặc thậm chí buồn nôn cho những người ở trong tòa nhà khi có gió lớn.
Hỗ trợ về cấu trúc
Được thiết kế bởi Taiwanese firm C.Y. Lee & Partners, Taipei 101 từng là tòa nhà cao nhất thế giới từ năm 2004 cho đến 2007 khi nó bị tòa nhà Burj Khalifa ở tại Dubai soán ngôi. Một đài vọng cảnh nhìn xuống bộ giảm chấn hiện đang nổi tiếng và thu hút rất nhiều khách du lịch, đặc biệt khi nó di chuyển bởi gió mạnh.
Tuy nhiên, quả cầu khổng lồ không phải là thiết kế duy nhất giúp ổn định tòa tháp nằm gần một đường nứt lớn.
Tòa tháp được xây trên nền bê tông cốt thép và 380 cọc thép khoan sâu xuống nền đá bên dưới. Ở phía trên của chúng, lõi của tòa nhà được kết nối bằng một loạt các cây trụ khổng lồ, xếp xung quanh chu vi của nó, thông qua các giàn thép khổng lồ.
Tòa nhà cao tầng tuân thủ các quy tắc xây dựng chống địa chấn nghiêm ngặt thường được thấy trên một hòn đảo nằm dọc theo “Vành đai lửa Thái Bình Dương”, chạy quanh rìa Thái Bình Dương và gây ra hoạt động địa chấn và núi lửa lớn từ Indonesia đến Chi-lê.
Nhưng trong khi thiết kế cũng trải qua các mô hình hóa kỹ thuật số và các bài kiểm tra trên “bàn lắc” (nơi các mức độ rung chấn được kiểm tra trên thiết bị mô phỏng với sự dịch chuyển của động đất), thì tòa nhà Taipei 101 sẽ phản ứng như thế nào với các sự kiện động đất theo lý thuyết là mạnh hơn và gần hơn.
“Mặt dù chúng tôi có các mô phỏng trên máy tính, vẫn còn nhiều việc liên quan đến vật lý mà chúng tôi không thể đạt được thông qua các bài mô phỏng kỹ thuật số, mặt dù chúng tôi có các tiến bộ khoa học kỹ thuật hiện đại, chúng tôi vẫn kiểm tra (thiết kế) trong đường ống gió và bàn rung.”
Việt An
(Lược dịch)