Công nghệ chống động đất cho các công trình cao tầng trên thế giới

Nhật Bản

Vào năm 2011, khi xảy ra động đất 9,0 độ richter tại miền Tây Bắc Nhật Bản thì thủ đô Tokyo cách đó gần 400 km cũng bị rung chuyển mạnh, song nhiều tòa nhà tại đây, kể cả tháp Tokyo Skytree cao 634 mét, lúc đó đang xây dựng chưa xong, vẫn không hề hấn gì. Dưới đây là một vài kỹ thuật được áp dụng trong thiết kế xây dựng tại Nhật Bản để phòng tránh động đất:

Công nghệ “Con lắc thép khổng lồ” cho công trình Shinjuku Mitsui

Nhật Bản có rất nhiều công nghệ chống động đất, trong đó công nghệ lắp đặt con lắc trên đỉnh tòa nhà cao tầng, hiện đang là công nghệ mới nhất hiện nay.

Công nghệ “Con lắc thép khổng lồ” cho công trình Shinjuku Mitsui (ảnh Inhabitat)

Nhằm đảm bảo an toàn cho các tòa nhà cao tầng trước các cơn rung chấn, Công ty phát triển bất động sản Mitsui Fudosan và nhà thầu xây dựng Kajima Corp đã hợp tác thiết kế và triển khai lắp đặt hệ thống chống động đất bằng cách đặt sáu con lắc thép khổng lồ, mỗi con lắc nặng ba trăm tấn trên nóc một tòa nhà cao 55 tầng tại Tokyo, với tổng chi phí năm tỷ yên Nhật, tương đương khoảng 51 triệu USD.

Theo thiết kế, những con lắc này không những làm giảm chấn động tới 60%, mà còn rút ngắn thời gian chịu tác động từ dư chấn của tòa nhà. Ngoài ra, công nghệ mới này còn cho phép thi công mà không hề ảnh hưởng tới cấu trúc.

Năm 2011, tòa nhà Shinjuku Mitsui đã từng hứng chịu trận động đất mạnh 9 độ richter, với biên độ dao động ngang lên tới hai mét, khiến nhiều người bị thương. Việc xây dựng hệ thống con lắc thép này góp phần giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản mỗi khi có động đất xảy ra.

Công nghệ “Con nhún” cho công trình Bệnh viện Chữ thập đỏ Ishinomaki

Toàn bộ tòa nhà chính của Bệnh viện được đặt trên một hệ thống gồm 126 thiết bị chống động đất, gọi là thiết bị cách ly động đất, do Tập đoàn Nikkei Seikei xây dựng. Thiết bị này giống như những “con nhún” đặt dưới móng của tòa nhà.

Khi động đất xảy ra, toàn bộ tòa nhà cao bảy tầng, rộng 9.455m2 này sẽ được 126 “con nhún” đẩy đưa “nhún” lên xuống và qua lại trên nền móng vững chãi của tòa nhà. Chính nhờ có thiết bị chống động đất như vậy, trong khi những tòa nhà lớn nhỏ xung quanh ngả nghiêng theo trận động đất 9 độ richter ngoài khơi vùng Tohoku và đo được tại Ishinomaki 6 độ richter ngày 11/3/2011, tòa nhà chính của Bệnh viện vẫn không hề hư hại gì.

Thiết bị cách ly động đất nằm dưới móng Bệnh viện Chữ thập đỏ Ishinomaki (ảnh: N.T.U.)

Bệnh viện Chữ thập đỏ Ishinomaki cũng được xem là mô hình kiểu mẫu về thiết kế chống động đất với hệ thống điện nước được đảm bảo dự trữ đủ cho ba ngày bị cúp điện, cúp nước. Với thiết kế của Nikkei Seikei, trong trường hợp bị cúp cả điện lẫn nước do động đất xảy ra, hệ thống điện tự sạc sẽ tự động kích hoạt cũng như hệ thống nước dự trữ có thể sử dụng ngay khi có sự cố.

Vào thời điểm trận động đất ngày 11/3 xảy ra là lúc Bệnh viện đang có hai ca mổ, việc phẫu thuật chỉ bị tạm ngưng trong 10 giây úc điện bị cúp và hệ thống điện dự trữ được kích hoạt. Ba ngày sau, hoạt động trong tình trạng bị cô lập hoàn toàn, Bệnh viện vẫn đủ điện và nước để đóng vai trò “tiền tuyến” chữa trị cho nạn nhân sóng thần. Những ngày tuyết rơi dày ở Miyagi, Bệnh viện không chỉ là nơi chữa trị mà còn là một “lò sưởi” ấm áp cho nhiều người dân ở đây tránh cái lạnh của tuyết giá.

Công nghệ Piston cho các tòa nhà tháp

Mục đích của công nghệ này là để hấp thụ lực tác động và giảm thiểu tối đa những chuyển động rung lắc giữa các tầng lầu. Khi có động đất cường độ mạnh, tòa nhà có thể đong đưa qua lại với biên độ lớn như một đồng hồ quả lắc và chúng ta có thể nhìn thấy bằng mắt thường nhưng những rung lắc nội tại của tòa nhà đã bị triệt tiêu. Một kỹ thuật khác rất phổ biến tại Tokyo là triệt tiêu lực tác động bằng chất lỏng - một dạng cấu trúc công nghệ như những piston lớn được ứng dụng. Một dẫn chứng là tòa tháp Mori cao 238 mét với 53 tầng và 6 tầng hầm của khu phức hợp Roppongi Hills tại Tokyo đã ứng dụng công nghệ này.

Công nghệ chống động đất khác cho các tòa nhà trên thế giới

Hàng trăm tòa nhà trên khắp thế giới đang sử dụng một hệ thống tên gọi là van điều tiết khối lượng (TMD). Một thiết bị cực nặng, gọi là quả nặng thứ hai, được gắn vào một tòa nhà để chống lại chuyển động của nó. Một trong những tòa nhà chọc trời cao nhất thế giới, Taipei 101 tại Đài Loan, có một quả cầu thép nặng 730 tấn cố định bởi cáp thép.

Quả cầu thép 730 tấn của tòa nhà Taipei 101, Đài Loan (ảnh Nasa)

Tòa nhà Comcast Center tại Philadelphia đã ứng dụng công nghệ bồn nước với dung tích hàng ngàn gallon cho công trình. Hệ thống này phản ứng với chuyển động bằng cách di chuyển tới hướng ngược lại. Thế nên khi có động đất hay gió mạnh, tòa nhà xoay sang phải, hệ thống TMD sẽ phản ứng lại bằng cách xoay sang trái, giảm thiểu tối đa các chuyển động.

Tuy nhiên, chi phí cho công nghệ TMD rất đắt.