Ngày 28/3, một trận động đất mạnh 7,7 độ có tâm chấn tại Myanmar đã làm rung chuyển khu vực Nam Á, gây thiệt hại nghiêm trọng và khiến nhiều người thiệt mạng. Đây có thể coi là trận động đất mạnh nhất mà quốc gia này phải hứng chịu trong khoảng 100 năm qua. Rung chấn có thể cảm nhận ở hầu khắp Đông Nam Á như Thái Lan, Campuchia, Việt Nam, Lào.
Theo Cục Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS), trận động đất xảy ra vào lúc 12 giờ 50 theo giờ địa phương, ở độ sâu chỉ 10km. Độ nông của tâm chấn khiến thiệt hại trở nên nghiêm trọng hơn, khi những làn sóng chấn động không bị tiêu tán trước khi đến bề mặt.
Động đất ở Myanmar gây thiệt hại nghiêm trọng
Tại Bangkok (Thái Lan), một tòa nhà cao tầng đang xây dựng đã bị sập, gây thương vong và hoảng loạn cho người dân.
Những sự kiện như vậy đặt ra câu hỏi: Làm thế nào các tòa nhà chọc trời có thể đứng vững trước những cơn địa chấn mạnh mẽ?
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các công nghệ và kỹ thuật tiên tiến được sử dụng để bảo vệ các công trình cao tầng khỏi tác động của động đất.
Động đất và thách thức đối với các tòa nhà chọc trời
Động đất (hay địa chấn), là sự rung chuyển trên bề mặt Trái Đất do kết quả của sự giải phóng năng lượng bất ngờ ở lớp vỏ Trái Đất và phát sinh ra sóng địa chấn.
Tòa tháp 101 tầng cao nhất Đài Loan đứng vững sau động đất nhờ một thiết bị đặc biệt: Nặng 660 tấn, treo lơ lửng ở độ cao 300m
Đối với các tòa nhà chọc trời, những rung chấn này có thể gây ra dao động lớn, đe dọa đến tính ổn định và an toàn của công trình. Do đó, việc thiết kế và xây dựng các tòa nhà cao tầng phải tính đến khả năng chống chịu động đất để bảo vệ tính mạng con người và tài sản.
Con lắc trên đỉnh tòa nhà
Trong suốt lịch sử hình thành của Trái Đất, động đất từng xảy ra ở nhiều nơi và các nhà khoa học đã áp dụng rất nhiều công nghệ khác nhau cho việc chống chọi với loại hình thiên tai này.
Nhật Bản là quốc gia đi đầu với nhiều công nghệ chống động đất. Nổi bật nhất là thiết kế lắp đặt con lắc trên đỉnh tòa nhà để hạn chế rung chấn.
Ý tưởng này được đưa ra bởi công ty phát triển bất động sản Mitsui Fudosan và nhà thầu xây dựng Kajima Corp. Theo đó, 6 con lắc thép khổng lồ, mỗi con nặng 300 tấn được đặt trên nóc một tòa nhà cao 55 tầng tại Tokyo.
Với tổng chi phí lên tới 5 tỷ Yên Nhật (tương đương khoảng 51 triệu USD), hệ thống con lắc sẽ dao động nhẹ nhàng để giảm các lực khiến tòa nhà bị rung lắc, giảm chấn động của động đất tới 60%.
Con lắc trên đỉnh tòa nhà
Sau đó, công nghệ này được ứng dụng tại nhiều công trình khác trên thế giới, tiêu biểu nhất là tòa nhà cao nhất Đài Loan (Trung Quốc) Taipei 101.
Tòa nhà Taipei 101 được hoàn thành vào năm 2004, có 101 tầng, cao 508m tính cả chóp. Trong quá trình xây, Taipei 101 được trang bị một số biện pháp phòng ngừa giúp công trình này có thể chống chịu các chấn động do động đất và gió bão thường gặp ở Đài Loan.
Năm 2024, tòa nhà Taipei 101 vẫn trụ vững sau trận động đất với cường độ 7,4 độ richter hồi tháng 4. Trước đó, Taipei 101 trải qua rất nhiều trận động đất lớn nhỏ song vẫn hoạt động bình thường.
Taipei 101 có một thiết bị đặc biệt để bảo vệ nó khỏi động đất và gió lớn, đó là một con lắc thép nặng 660 tấn, treo cách mặt đất hơn 300m.
Quả cầu thép này có đường kính 6m, được chế tạo từ những tấm thép xếp chồng lên nhau, dao động nhẹ nhàng để triệt tiêu các lực khiến tòa nhà bị lắc lư. Thiết bị này được treo bằng 92 sợi cáp thép, trong đó mỗi sợi dày khoảng 9cm và dài 42m, nằm giữa tầng 87 và tầng 92 ở trung tâm tòa nhà.
Ngoài ra, con lắc được trang bị hệ thống cảm biến giúp phát hiện ra chuyển động tòa nhà và điều chỉnh chuyển động tương ứng. Thiết bị đồ sộ này có thể dịch chuyển 1,5m theo mọi hướng, qua đó giúp giảm độ lắc lư khoảng 40%.
Chỉ tính riêng con lắc khổng lồ này đã có giá khoảng 4 triệu USD. Các chuyên gia đánh giá, bộ giảm chấn rất thành công nhằm giảm tác động của gió và động đất lên tòa nhà.
Van điều tiết khối lượng
Một hệ thống chống động đất phổ biến khác là van điều tiết khối lượng (TMD). Công nghệ chống động đất này được sử dụng cho hàng trăm tòa nhà trên thế giới.
Hệ thống van điều tiết khối lượng này gồm một thiết bị cực nặng, gọi là quả nặng thứ 2, gắn vào tòa nhà và cố định bởi cáp thép, giúp chống lại chuyển động của nó khi động đất xảy ra.
Van điều tiết khối lượng
Cơ chế hoạt động của TMD tương tự con lắc: một “quả nặng thứ hai” được cố định vào kết cấu tòa nhà bằng hệ thống cáp hoặc ray trượt. Khi tòa nhà rung chuyển, thiết bị này dao động lệch pha để trung hòa dao động chính.
Tại Mỹ, tòa nhà Comcast Center ở Philadelphia cao 297m đã vận hành ổn định và không hư hại sau trận động đất 5,8 độ richter ngày 23/8/2011, nhờ hệ thống TMD tích hợp ngay trong lõi kết cấu.
“Con nhún” dưới nền móng
Nếu như con lắc làm nhiệm vụ giảm rung ở trên, thì “con nhún” dưới chân công trình là lớp giảm chấn từ nền móng. Về cơ bản, phương pháp này sử dụng hàng trăm thiết bị chống động đất chuyên dụng được lắp đặt dưới móng của các tòa nhà cao tầng.
Khi xảy ra động đất, tòa nhà được trang bị công nghệ này có thể đung đưa, nhún lên xuống trên nền móng vững chãi và dần triệt tiêu rung chấn mà không gây hư hại.
Một ví dụ nổi bật là Bệnh viện Chữ thập đỏ Ishinomaki (tỉnh Miyagi, Nhật Bản) - nơi từng trải qua trận động đất khủng khiếp 9 độ richter vào ngày 11/3/2011. Dù tâm chấn rất gần, tòa nhà vẫn không hề bị hư hại.
Toàn bộ tòa nhà được đặt trên 126 thiết bị chống động đất, phân tán đều dưới móng, đảm bảo đỡ lực từ mọi hướng rung.
Thúy Hà