Subject: Kỷ thuật xây dựng chống động đất độc đáo ở
Nhật Bản.
Kỷ thuật xây dựng chống động đất độc đáo
ở Nhật Bản.
Video cuối trang.
Nhật Bản là nơi "gặp gỡ" của nhiều
mảng kiến tạo lớn nhỏ khác nhau như mảng Thái Bình Dương, Á-Âu, Bắc Mỹ,
Philippines. Đây là lý do có quá nhiều núi lửa và suối nước nóng ở trên khắp
đất nước Nhật Bản.
Và với việc
nằm ngay trên Vành đai lửa Thái Bình Dương nên mỗi thế kỷ, Nhật Bản đều phải hứng
chịu một vài trận động đất mạnh có sức tàn phá kinh hoàng. Trong lịch sử của mình,
đất nước Mặt trời mọc đã phải trải qua khoảng
200 trận động đất kèm theo sóng thần diễn ra bên dưới, hoặc ngay sát Thái Bình
Dương.
Nhưng những
khối nhà cao ốc ở Nhật Bản không phải tòa nhà thông thường. Tất cả các tòa nhà
- thậm chí dù nhỏ hay chỉ là công trình tạm thời - đều phải có khả năng chống động đất ở quốc gia này - Jun Sato,
Kỹ sư kết cấu và là Giáo sư tại Đại học Tokyo nói.
Các tòa cao ốc có thể chuyển động:
Những tòa
cao ốc ở Tokyo, Osaka và Yokohama chiếm
phần lớn quang cảnh thành phố quanh chúng. Những
tòa tháp tạo cho ta cảm tưởng chúng là những cấu trúc vững chắc và bất di bất dịch
do con người xây dựng nên.
Nó là ảnh
nền cố định trong đời sống đô thị hàng ngày ở Nhật Bản, giống như bất cứ thành
phố phát triển lớn nào trên thế giới.
Khi con
người và hệ thống giao thông hối hả đi vòng quanh, các tòa nhà tĩnh lặng và đứng
yên - chúng là điểm chốt gắn kết cả thành phố sôi động lại gần nhau. Mãi đến
khi có động đất, người ta mới nhận ra góc nhìn này là ảo giác. Bởi vì ở Nhật Bản,
các tòa cao ốc có thể chuyển động.
|
Những khối nhà chọc trời ở Nhật Bản không
phải tòa nhà thông thường.
|
Trận động đất năm 2011 ở Nhật Bản được cho là tàn khốc nhất
trong thời gian gần đây. Trận động đất kinh hoàng gần 9 độ richter ở Nhật Bản
ngày 11-3-2011 là kết quả của những đợt dịch chuyển địa chất khổng lồ xung
quanh "Vành đai lửa" Thái Bình Dương.
Sức mạnh
tổng lực phát ra từ trận động đất mạnh gần 9 độ richter ở Nhật Bản ngày
11-3-2011, tương đương với sức nổ của 6,7 nghìn
tỉ khối lượng chất nổ TNT, và gấp
khoảng 1.000 lần sức hủy diệt của tất cả vũ khí nguyên tử trên thế giới cộng lại.
Trận động
đất này một lần nữa cho thấy "Vành đai lửa" Thái Bình Dương luôn tiềm
ẩn những thảm họa khó lường. Nhưng đó chỉ là một
trong rất nhiều địa chấn xảy ra ở Nhật Bản mỗi năm.
Theo các
Chuyên gia: Lý do Nhật Bản thường xuyên hứng chịu động đất là bởi vị trí của quốc
gia này. Nhật Bản nằm dọc Vành đai lửa Thái
Bình Dương. Đây là khu vực thường xuyên xảy ra động đất và phun trào núi lửa.
"Vành
đai lửa" này là một khu vực hay xảy ra động đất và các hiện tượng phun
trào núi lửa bao quanh vòng lòng chảo Thái Bình Dương. Nó có hình dạng tương tự
vành móng ngựa và dài khoảng 40.000km, gắn liền với một dãy liên tục các rãnh đại
dương, vòng cung quần đảo, các dãy núi lửa và sự chuyển động của các mảng kiến
tạo. Đôi khi nó còn được gọi là vành đai địa chấn Thái Bình Dương.
Khoảng 71% trận động đất có cường độ mạnh nhất thế giới diễn
ra tại vành đai lửa. Nó đi qua quần đảo Samoa, Indonesia, và cả
Peru. Các trận động đất thường xuyên xảy ra ở Nhật Bản vì đây là một trong những
khu vực có hoạt động địa chấn mạnh nhất. 20% các trận
động đất mạnh từ 6,0 độ richter trở lên xảy ra trên thế giới là ở Nhật Bản.
Theo Cơ
quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS), trên thực tế, 81% các trận động đất mạnh nhất
thế giới xảy ra trong Vành đai lửa Thái Bình Dương. Do Nhật Bản nằm trên một mảng
kiến tạo nên các mảng thường xuyên phân tách và va chạm dẫn đến những trận động
đất và núi lửa phun trào.
Có 2 mức
độ chống động đất mà các Kỹ sư phải thực hiện:
Ở mức đầu
tiên, tòa nhà phải chịu được các trận động đất cỡ nhỏ có thể gặp khoảng 3 đến 4
lần ở Nhật Bản.
Với các
trận động đất này, việc xảy ra hư hại khiến cần phải sửa chữa đều là không thể
chấp nhận được. Do đó, tòa nhà cần được thiết kế
tốt đến mức nó có thể trải qua động đất mà không hề hấn gì..
Mức độ thứ
hai là tòa nhà có thể chịu được các trận động đất cực mạnh, vốn hiếm khi xảy ra
hơn. Chuẩn mực này được thiết lập dựa trên trận động đất lớn Kanto năm
1923 mạnh 7,9 độ Richter, phá hủy Tokyo và Yokohama, khiến hơn
140.000 người thiệt mạng.
Với những
trận động đất mạnh hơn mức này thì mục tiêu không còn là bảo tồn các tòa nhà nữa;
bất cứ hư hại gì cũng đều được chấp nhận, miễn là nó không gây thương vong cho
con người.
Ziggy Lubkowski, Chuyên gia địa chấn Đại học London, cho
biết: "Bạn thiết kế các tòa nhà để bảo vệ sự sống của con người. Đó là yêu
cầu tối thiểu".
Những kỷ thuât hấp thu
năng lượng và giảm chấn:
Để chịu đựng
được các lực rất mạnh từ trận động đất, tòa nhà phải hấp thu càng nhiều
năng lượng địa chấn càng tốt. Khi một cấu trúc có thể hấp thu toàn bộ năng lượng
(từ trận động đất), nó sẽ không sập. Điều này xảy ra trong quy trình gọi là cô lập địa
chấn.
|
Đường cao tốc Kyushu bị hư hại vì trận động
đất mạnh 6,4 độ Richter năm 2016.
|
Tòa nhà hay cấu trúc được xây trên một hình thức như
vòng bi, hoặc thiết bị giảm chấn - đôi khi chỉ đơn giản như các khối cao
su dày 30-50cm - để chống lại những dịch chuyển do động đất gây ra. Dù các cột tòa nhà được đóng xuống móng ở đâu, chúng
cũng nằm trên các tấm cao su đó.
Sự thích
nghi từ nền móng tòa nhà là một trong những cách cơ bản khiến các tòa nhà được
xây dựng để có thể đứng vững trong động đất. Nhưng bộ giảm dao động suốt
chiều cao tòa nhà cũng có thể tăng cường khả năng chịu đựng được các trận động đất.
Lubokowski phân tích: "Một tòa nhà cao
có thể di chuyển 1,5 mét nhưng nếu bạn đặt bộ giảm xóc ở mức độ nào đó - ví dụ
như cứ mỗi 2 tầng lầu từ chân đến đỉnh tòa nhà - bạn có thể giảm dao động đến mức
nhỏ hơn rất nhiều, chống hư hại cho siêu cấu trúc. Bộ giảm xóc có vẻ ngoài giống
như bơm xe đạp, chỉ khác là bên trong nó đầy chất
lỏng thay vì không khí. Khi bạn nén chiếc bơm, nó đẩy lại bằng chất lỏng.
Nó không đẩy rất mạnh nhưng nó sẽ di chuyển một chút.Tiến trình này có thể giảm dao động trong tòa nhà".
Các thiết
bị phức tạp hấp thu năng lượng từ động đất và giảm rung lắc không chỉ là cách
duy nhất giúp tòa nhà chịu được các trận động đất. Trong số các phương pháp
khác còn có nhờ vào cấu trúc và thiết kế của chính tòa nhà nữa.
|
Kiến trúc lưới được sử dụng ở Đại học
Hakodate Future, do Riken Yamamoto thiết kế.
|
Lubkowski
nói: "Điều lý tưởng mà chúng tôi muốn là
khiến tòa nhà bình thường nhất có thể. Nếu mỗi tầng lầu có độ cao chính xác bằng
nhau, và toàn bộ các cột chịu lực nằm cách nhau ở những khoảng cách đều đặn như
một mạng lưới, thì tòa nhà sẽ chống đỡ tốt hơn khi động đất".
Nhưng
thông thường nhà thiết kế của các tòa cao ốc ngoạn mục lại miễn cưỡng thỏa hiệp
như vậy, và xung đột giữa chuẩn chống địa chấn do Kỹ sư yêu cầu và tầm nhìn
sáng tạo của Kiến trúc sư thường xảy ra.
Norhihiro Ejiri,
Giám đốc đại diện Công ty Kỹ thuật Kết cấu Ejiri, bình luận:
"Luôn có xung đột lớn giữa chúng tôi. May mắn là ở Nhật Bản, Kiến trúc sư
cũng được đào tạo về động đất, vì vậy Kỹ sư và nhà Thiết kế có thể thảo luận với
nhau và có tiếng nói chung”.
Tháp Skytree Tower:
Tháp ở Tokyo là cấu trúc cao thứ 2 thế giới. Nó được
xây dựng theo phong cách "tân vị lai", kết hợp với những yếu tố của
kiến trúc chùa Nhật Bản truyền thống, và có một trụ cột trung tâm kết nối với bộ
giảm xóc địa chấn, để cả hai bộ phận này có thể cùng hấp thụ năng lượng do động
đất gây ra.
Jun Sato, người
Nghiên cứu phát triển giải pháp kỹ thuật địa chấn vừa hiệu quả vừa trang nhã,
nói: "Khi tôi thảo luận thiết kế cấu trúc với Kiến trúc sư, tôi luôn tìm
cách để phối hợp hài hòa các yếu tố chống địa chấn vào thiết kế tổng thể tòa
nhà. Đôi khi tôi có thể tìm được cách nhúng những yếu tố đó vào thiết kế bản vẽ
mặt sàn tầng lầu. Đôi khi tôi có thể tạo ra các yếu tố trong suốt hoặc mờ. Đôi
khi tôi có thể nhìn bản vẽ phác thảo cấu trúc hình học của họ, để từ đó phát
triển các yếu tố địa chấn".
Chẳng hạn,
sử dụng cấu trúc lưới có thể tránh tình trạng oằn khung hỗ trợ tòa nhà. Nếu một
phần bị oằn thì phần kế bên sẽ giúp chặn tình trạng bị uốn cong, và việc hấp thụ
năng lượng sẽ được phân ra các phần khác.
Kết quả
là, cấu trúc lưới - trông cũng rất đẹp - giúp
gia tăng các tòa nhà. Mục tiêu xây dựng các tòa nhà có khả năng chịu được
các trận động đất không hề tĩnh tại. Các nhà Nghiên cứu ước tính mức độ động đất
sẽ ảnh hưởng đến tòa nhà thông qua quan sát các lỗi hiện thời.
Tuy
nhiên, độ mạnh của các trận động đất trong vùng có vẻ như ngày càng tăng, vì vậy
việc dự đoán ngày càng khó khăn hơn, Ejiri nói. Liệu các tòa nhà trong tương
lai có thể chống được những trận động đất dữ dội nhất mà không hề hấn gì?
"Đúng, những tòa nhà như vậy có thể thành hiện thực. Nhờ hệ thống ngăn
cách nền, vòng bi, thanh giằng, hệ thống giầm giảm lực mà ta sử dụng, các
toà nhà sẽ đạt được khả năng đó", Lubkowski bình luận.
Câu trả lời
nằm ở việc thường xuyên thử nghiệm những Công nghệ đã biết mà ta phải ổn định
tòa nhà, trong khi tiếp tục thử nghiệm thêm nhiều thiết kế sáng tạo - như cấu
trúc lưới.
Đôi khi
những cấu trúc thử nghiệm nhỏ, như lưới đa diện phức hợp được thiết kế để tránh
tình trạng uốn cong ở công trình Naoshima
Pavillion, Kagawa (do Sou Fujimoto thiết kế) - có thể góp thêm vào kho
tư liệu kiến thức của các Kỹ sư.
Vì thảm họa
tự nhiên thường không đoán trước được, người ta không thể biết liệu một thiết kế
có chịu đựng được trận động đất kế tiếp hay không, cho đến sau khi trận động đất
đó thực sự xảy ra. Các Kỹ sư và Kiến trúc sư chỉ có thể nhận biết chắc chắn về
khả năng trụ vững của thiết kế họ tạo ra khi thiên tai đã xảy ra rồi.
|
Trong vòng 1 thế kỷ qua, Nhật Bản hứng chịu trên 24 trận động
đất có cường độ mạnh.
Năm 1923 ở Tokyo, trận động đất
7,9 độ richter làm hơn 140.000 người thiệt mạng.
Hay trận động đất năm 1995 ở tỉnh Hyogo làm 6.427
người chết, hơn 40.000 người bị thương, và gần 400.000 ngôi nhà bị sập, bị
cháy, hoặc hư hại.
Ngày nay, công nghệ xây dựng đã
phát triển vượt bậc, cho phép nước Nhật có một
hệ thống cơ sở hạ tầng hiện đại bậc nhất thế giới.. Các tòa cao ốc có
khả năng chịu động đất lớn đã không còn hiếm.
xemvideo
|
Di An. ./.
__._,_.___
No comments:
Post a Comment
Thanks for watching