Động đất xảy ra, các tòa nhà cao tầng làm cách nào để giảm rung lắc?

393

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.

Quả cầu thép 730 tấn được lắp bên trong tòa nhà Taipei 101, Đài Loan, để chống động đất. (Ảnh: Interesting Engineer).

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.

Động đất được gây ra chủ yếu là do đổ vỡ các đứt gãy địa chất, nhưng cũng có thể bắt nguồn từ hoạt động núi lửa, lở đất, nổ mìn hay thử hạt nhân.

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.

Trong đó, Nhật Bản là quốc gia đi đầu, có rất nhiều công nghệ chống động đất. Trong đó, nổi bật là thiết kế lắp đặt con lắc trên đỉnh tòa nhà cao tầng để hạn chế rung chấn.

Ý tưởng này được công ty phát triển bất động sản Mitsui Fudosan và nhà thầu xây dựng Kajima Corp đưa ra, bao gồm đặt 6 con lắc thép khổng lồ, mỗi con lắc nặng 300 tấn trên nóc một tòa nhà cao 55 tầng tại Tokyo.

Với tổng chi phí lên tới 5 tỷ Yên Nhật (tương đương 51 triệu USD), hệ thống con lắc sẽ dao động nhẹ nhàng để "triệt tiêu" các lực khiến tòa nhà bị lắc lư, giảm chấn động của động đất tới 60%.

Không chỉ vậy, chúng còn rút ngắn thời gian chịu tác động từ dư chấn của tòa nhà, cũng như cho phép thi công mà không hề ảnh hưởng tới cấu trúc.

Tòa nhà Đài Bắc 101 là một trong những niềm tự hào của người Đài Loan (Trung Quốc). (Ảnh: Interesting Engineer).

Công nghệ này sau đó được áp dụng tại nhiều công trình khác trên thế giới, tiêu biểu là tòa nhà Đài Bắc 101 cao 509 mét ở thành phố Đài Bắc, Đài Loan (Trung Quốc).

Theo thiết kế tòa nhà, một hệ thống giảm chấn gồm quả cầu thép khổng lồ nặng 730 tấn được đặt giữa tầng 88 và 92. Quả cầu này hoạt động tựa như con lắc, sẽ tạo ra lực phù hợp nhằm đối phó với bất kỳ rung chấn nào của động đất.

Bên cạnh hệ thống con lắc nổi tiếng, ở Nhật còn có công nghệ "con nhún", về cơ bản là hàng trăm thiết bị chống động đất chuyên dụng được lắp đặt dưới móng của các tòa nhà cao tầng.

Khi động đất xảy ra, tòa nhà được trang bị "con nhún" sẽ đung đưa, nhún lên xuống trên nền móng vững chãi của tòa nhà và dần triệt tiêu các rung chấn mà không hề hư hại gì.

Công trình tiêu biểu được trang bị hệ thống "con nhún" là bệnh viên Chữ thập đỏ Ishinomaki cao 7 tầng ở tỉnh Miyagi, phía Đông Bắc đảo Honshu.

Bệnh viện này từng trải qua một trận động đất mạnh 9 độ Richter vào ngày 11/3/2011 trong lúc đang diễn ra 2 ca mổ. Rốt cuộc, mọi hoạt động phẫu thuật chỉ bị tạm ngưng trong 10 giây do hệ thống điện dự trữ kích hoạt.

Mọi trang thiết bị và thiết kế tổng thể của tòa nhà không hề bị hư hại do trận động đất.

Một hệ thống chống động đất phổ biến khác là van điều tiết khối lượng (TMD), hiện đã được lắp cho hàng trăm tòa nhà cao tầng trên thế giới.

Hệ thống này gồm một thiết bị cực nặng, gọi là quả nặng thứ 2, được gắn vào tòa nhà và cố định bởi cáp thép, có tác dụng chống lại chuyển động của nó khi động đất xảy ra.

Cụ thể, 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 khiến cho tòa nhà xoay sang phải, hệ thống TMD sẽ phản ứng lại bằng cách xoay sang trái, giúp giảm thiểu tối đa các chuyển động

Tòa nhà Comcast Center tại Philadelphia, Mỹ được trang bị công nghệ này. Hệ thống đã góp phần giúp nó chống đỡ lại trận động đất mạnh 5,8 độ Richter xảy ra ngày 23/8/2011 mà hầu như không gặp hư hại gì.

Cập nhật: 18/11/2023 Dân Trí