Động đất ở Nhật không hề đáng sợ như bạn nghĩ !

10-09-2020

Tìm hiểu kỹ thuật xây dựng chống động đất của Nhật Bản

Theo Jun Sato, kỹ sư kết cấu, phó giáo sư tại Đại học Tokyo, với vị trí nằm ngay trên Vành đai lửa Thái Bình Dương, mỗi thế kỷ, Nhật Bản đều phải hứng chịu vài trận động đất mạnh kinh hoàng. Đất nước Nhật Bản đã trải qua khoảng 200 trận động đất cùng sóng thần diễn ra bên dưới hoặc ngay sát Thái Bình Dương. Do đó, những khối nhà cao ốc tại Nhật Bản không phải tòa nhà thông thường vì tất cả tòa nhà dù nhỏ hay chỉ là công trình tạm thời đều phải có khả năng chống động đất ở Nhật Bản.

Các tòa cao ốc tại Nhật Bản đều có thể chuyển động

Những tòa ốc cao ốc tại Tokyo, Osaka và Yokohama chiếm phần lớn cảnh quang thành phố và đây hình ảnh cố định trong đời sống đô thị hằng ngày ở Nhật Bản như bao thành phố phát triển lớn trên thế giới. Các tòa tháp tạo cảm tưởng chúng là những cấu trúc vững chắc, bất di bất dịch do con người xây dựng nên.

Con người và hệ thống giao thông hối hả bao quanh các tòa nhà, các tòa nhà đứng yên, tĩnh lặng chính là điểm chốt gắn kết cả thành phố sôi động lại gần nhau. Và khi đến khi có động đất, người ta mới nhận ra chúng không hề tĩnh lặng mà có thể chuyển động.

Trong các năm trở lại đây, trận động đất ngày 11/3/2011 gần 9 độ richter tại Nhật Bản được cho tàn khốc nhất. Đây 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 này tương đương với sức nổ của 6,7 nghìn tỉ khối lượng chất nổ TNT và gấp khoảng 1000 lần sức hủy diệt của tất cả vũ khí nguyên tử trên thế giới cộng lại. Một lần nữa, trận động đất cho thấy “Vành đai lửa” Thái Bình Dương luôn tiềm ẩn những thảm họa khó lượng nhưng đây cũng chỉ là 1 trong rất nhiều địa chấn xảy ra tại Nhật Bản mỗi năm. Vành đại lửa Thái Bình Dương có hình dạng như vành móng ngựa, dài khoảng 40.000km, gắn liền với một dãy liên tục các rảnh đại dương, vòng cung quần đảo, các dãy núi lửa và sự chuyển động của các mảng kiến tạo.

Theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS), có 81% trận động đất có cường độ mạnh nhất thế giới diễn ra tại vành đai lửa đi qua quần đảo Samoa, Indonesia, Peru. Rất nhiều trận động đất thường xuyên xảy ra tại Nhật Bản vì Nhật Bản là một trong những khu vực có hoạt động địa chấn mạnh nhất. 20% trận động đất mạnh từ 6 độ richter trở lên trên thế giới đều xảy ra tại Nhật Bản.

Các kỹ sư tại Nhật Bản đều phải xây các tòa nhà có 2 mức độ chống động đất. Ở mức độ đầu tiên, tòa nhà chịu được các trận động đất nhỏ xuất hiện khoảng 3-4 lần ở Nhật Bản. Với các trận động đất này, tòa nhà phải được thiết kế tốt đến mức tòa nhà trải qua động đất mà không hề hấn gì và việc để xảy ra hư hại khiến phải sửa chữa là điều không thể chấp nhận được. Ở mức độ thứ hai, tòa nhà phải chịu được các trận đọng đất cực mạnh, hiếm khi xảy ra hơn. Chuẩn mực này được thiết lập dựa trên trận động đất lớn Kanto năm 1923 7.9 độ richter đã phá hủy Tokyo, Yokoham với 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, chấp nhận bất kỳ hư hại nào, miễn sao nó không gây thương vọng cho con người.

 

Các kỹ thuật giảm chấn và hấp thu năng lượng trong xây dựng tại Nhật Bản

Để chịu được các lực rất mạnh từ trận động đất, tòa nhà cần được xây với cấu trúc hấp thu toàn bộ năng lượng từ trận động đất hay còn gọi là “cô lập địa chấn” để tòa nhà không bị sập.

Cấu trúc hay tòa nhà được xây dựng 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 các dịch chuyển do động đất gây ra. Các cột tòa nhà dù được đóng móng ở đâu thì chúng cũng nằm trên các tấm cao su đó. Kiểu nền móng này là một trong những cách cơ bản giúp các tòa nhà đứng vững trong động đất. Ngoài ra, bộ giảm dao động suốt chiều cao tòa nhà cũng có thể tăng cường khả năng chịu đựng được các trận động đất.

Theo chuyên gia địa chất Đại học London Ziggy Lubkowski, kỹ sư, kiến trúc sư thiết kế các tòa nhà để bảo vệ sự sống của con người và đó là yêu cầu tối thiểu. Một tòa nhà cao có thể di chuyển 1,5m nhưng nếu đặt bộ giảm xóc ở một mức độ nào đó – như cứ mỗi 2 tầng lầu từ chân đến đỉnh tòa nhà thì có thể giảm dao động đến mức nhỏ hơn rất nhiều, từ đó chống hư hại cho siêu cấu trúc. Bộ giảm xóc nhìn bề ngoài có vẻ giống như chiếc bơm, đẩy lại bằng chất lỏng. Nó không đẩy rất mạnh nhưng nó sẽ di chuyển chút và tiến trình này giúp giảm dao động trong tòa nhà. Chuyên gia Lobkowski chia sẻ: Điều lý tưởng mà chúng tôi muốn là khiến các tòa nhà bình tường nhất có thể. Nếu mỗi tầng lầu có độ cao chính xác bằng nhau, toàn bộ các cột chịu lựng nằm cách nhau ở những khoảng cách đều đặn như một mạng lưới thì tòa nhà sẽ chống đỡ tốt hơn khi có động đất.

Nhưng trên thực tế, sẽ xảy ra xung đột giữa chống địa chất do Kỹ sư yêu cầu với tầm nhìn sáng tạo của Kiến trúc sư. “Luôn có xung đột lớn giữa chúng tôi nhưng may mắn tại Nhật Bản, kiến trúc sư cũng được đào tạo về động đất, vì thế kỹ sư và kiến trúc sư có thể thảo luận với nhau và có được tiếng nói chung”, giám đốc đại diện Công ty Kỹ thuật Kết cấu Ejiri chia sẻ.

Tháp Skytree Tower, Tokyo là cấu trúc cao thứ 2 thế giới được xây dựng theo phong cách tân vị lai, tức là kết hợp với những yếu tố kiến trúc chùa Nhật Bản truyền thống và có một trụ trung tâm kết nối với bộ giảm xóc địa chấn để hai bộ phận này có theer cùng hấp thụ năng lượng do động đất gây ra.

Jun Sato, Kỹ sư kết cấu, Giáo sư tại Đại học Tokyo – người nghiên cứu phát triển giải pháp kỹ thuật địa chấn phân tích: “Khi thảo luận thiết kế cấu trúc với kiến trúc sư, tôi luôn tìm cách phối hợp hài hòa các yếu tố địa chấn vào thiết kế tổng thể của tòa nhà. Đôi khi, tôi có thể tìm cách nhúng các yếu tố đó vào thiết kế bản vẽ mặt sàn tầng lầu, đôi khi tạo ra các yếu tố trong suốt hoặc mờ. Hoặc tôi có thể nhìn bản vẽ phác thảo cấu trúc sinh học của kiến trúc sư và từ đó phát triển các yếu tố địa chấn.

Sử dụng cấu trúc lưới để tránh tình trạng oằn khung hỗ trợ tòa nhà cũng là cách phổ biến hiện nay. 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. Cấu trúc lưới cũng đạt yêu cầu thẩm mỹ và giúp gia cố các tòa nhà.

Câu trúc lưới giúp chống động đất trong xây dựng Nhật Bản.

Mục tiêu của các kỹ sư tại Nhật Bản là xây dựng các tòa nhà có khả năng chịu được các trận động đất càng ngày càng tốt hơn. Tuy nhiên, độ mạnh của các trận động đất ngày càng tăng gây không ít khó khăn trong việc xây dựng, Ejiri chia sẻ.

Câu trả lời nằm ở việc thường xuyên thử nghiệm các công nghệ đã biết để ổn định tòa nhà và đồng thời, tiếp tục thử nghiệm thêm nhiều thiết kế sáng tạo như cấu trúc lưới. Những cấu trúc thử nghiệm nhỏ như lưới đa diện phức hợp được thiết kế giúp tránh tình trạng uốn cong như ở công trình Naoshima Pavillion, Kagawa do Sou Fujimoto thiết kế có thể góp thêm vào kho tư liệu cho các kỹ sư.

Thảm họa tự nhiên là không thể lường trước. Người ta không thể biết liệu một thiết kế có chịu đựng được trận động đất kết tiếp hay không cho đến khi trận động đất xảy ra. Ngày nay, công nghệ xây dựng phát triển vượt bậc cho phép Nhật Bản có một hệ thống cơ sở hạ tầng hiện dại bậc nhất thế giới kèm theo khả năng chịu động đất lớn.

Qua bài viết trên mà IIG chia sẻ các bạn có thể thấy cách mà người Nhật đối mặt với thiên tai thần kỳ như thế nào, thật sự đáng nể với đất nước mặt trời mọc về tính cách con người và về khoa học kỹ thuật hiện tại.

Nguồn: internet