Vì sao tòa nhà cao nhất thế giới chịu được sức gió 240km/h?

Hóa ra tòa nhà cao nhất thế giới có thể đứng vững trước sức gió lên tới 240km/h là nhờ một bộ phận đặc biệt. Đó là gì?

Với tổng chiều cao lên tới 828m, Burj Khalifa (Dubai) là công trình nhân tạo cao nhất thế giới từng được xây dựng. Công trình này cao gấp đôi tòa nhà Empire của New York và cao gấp 3 lần tòa tháp Eiffel ở Paris. Ngoài ra, tòa nhà Burj Khalifa còn đạt được một số danh hiệu phá kỷ lục của thế giới, chẳng hạn như có chiều cao thang máy cứu hộ cao nhất thế giới; bể bơi trong tòa nhà cao nhất thế giới…

Vậy, vì sao tòa nhà Burj Khalifa lại có thể đứng vững trong bão cát với sức gió lên tới 240km/h?

Burj Khalifa là tòa nhà cao nhất trên thế giới hiện nay. (Ảnh: Reuters).

Theo các chuyên gia, bí mật này nằm ở phần móng của tòa nhà. Cấu trúc ngầm này có độ sâu tới 48m, tương đương với tòa nhà cao 10 tầng. Điều đáng ngạc nhiên là móng của Burj Khalifa phải được truyền điện 24/7. Bởi bất cứ vấn đề nhỏ nào xảy ra với dòng điện cũng sẽ làm yếu móng và có thể dẫn tới thảm kịch vào ngày có gió mạnh.

Tòa nhà Burj Khalifa có phần móng bè dày khoảng 3,7m. Dù trông có vẻ đơn giản nhưng để xây dựng nó lại là nhiệm vụ không hề dễ dàng. Nguyên nhân chủ yếu là do lượng bê tông lớn cần phải đổ vào trong một khối.

Xây móng tòa nhà cao nhất thế giới gặp nhiều khó khăn

Toàn cảnh Dubai từ trên cao khi nhìn từ Burj Khalifa, tòa nhà cao nhất thế giới. (Ảnh: Reuters).

Cụ thể, việc xây dựng móng bè bắt đầu với bước đặt các thanh cốt thép. Bước kế tiếp là đổ bê tông. Đây là nhiệm vụ không dễ đối với tình trạng nắng nóng 40 độ ở Dubai. Điều này cũng là lý do khiến các kỹ sư, công nhân phải thực hiện công việc này vào ban đêm. Họ tiến hành trộn bê tông với những khối nước đá trong lúc đổ. Quá trình đổ bê tông toàn bộ phần móng bè được thực hiện thành 4 phần tách biệt nhau, và mỗi phần sẽ diễn ra trong 24 giờ.

Ngoài ra, quá trình xây dựng móng bè còn rất nhiều thách thức đặt ra với ông Bill Baker, kỹ sư thiết kế trưởng của tòa nhà Burj Khalifa. Đầu tiên, các chuyên gia cần phải giải quyết thách thức lớn nhất, đó là độ lún của đất. Khi xây dựng công trình thông thường, các kỹ sư luôn tìm thấy địa tầng cứng, lớp đất cứng mà tòa nhà có thể tọa lạc.

Sau đó, trong giai đoạn xây dựng, trọng lượng của một tòa nhà tăng lên và việc nó bị lún xuống vài cm là chuyện bình thường. Trong quá trình này, đất ở dưới móng bị nén và lún. Vào lúc này, đất có thể tạo ra lực phản ứng thích hợp và cân bằng trọng lượng tòa nhà. Tuy nhiên, theo các chuyên gia, mức lún này cần nằm trong giới hạn an toàn.

Trong khi đó, đất ở Dubai có đặc điểm là chỉ có cát rời và đá trầm tích yếu. Ngay cả sau khi đào sâu 140 m, các kỹ sư vẫn không thể tìm thấy địa tầng cứng chắc ở đây. Do đó, nếu các kỹ sư của Burj Khalifa thi công móng bè bình thường ở địa điểm này thì nó sẽ bị lún xuống rất nhiều và thảm họa chắc chắn sẽ xảy ra.

Để giải quyết thách thức này, kỹ sư trưởng Bill Baker đã đưa ra một giải pháp đơn giản. Đó là sử dụng lực ma sát của đất xung quanh. Ông Bill Baker đã thử đâm xuyên cát bằng một cây gậy nhọn và mảnh. Sau khi quan sát, kết quả cho thấy rằng, khi tới một độ sâu nhất định, cây gậy không thể xuống tiếp được nữa. Nguyên nhân là do có sự gia tăng lực ma sát sinh ra từ cát xung quanh khi chiếc gậy được đâm xuống.

Do đó, để tạo ra lực ma sát, vị kỹ sư này đã thêm các cọc bên dưới móng bè. Độ sâu của những cái cọc này tương đương với 10 tầng của Burj Khalifa. Kết quả, khi Burj Khalifa được xây xong, độ lún của tòa nhà chỉ khoảng 5cm, khá an toàn.

Sau khi hoàn thành, tòa nhà Burj Khalifa có độ lún chỉ 5cm. (Ảnh cắt từ video).

Thách thức lớn tiếp theo là làm thế nào để xây các cọc này một cách tốt nhất và hiện thực hóa thiết kế này. Theo đó, để xây số cọc này, nhóm dự án đã tiến hành khoan hố bằng máy đào gắn mũi khoan. Phần lưỡi của thiết bị này đã loại bỏ đất một cách hoàn hảo, nhưng kỹ sư Baker lại phải đối mặt với một vấn đề lớn là nước ngầm của Dubai.

Vì máy móc thiết bị nặng xung quanh nên hố khoan sẽ sụp đổ và bị nước mặn ngầm lấp đầy. Giải pháp đặt ra khá rõ ràng. Đó là khi đào đất, các công nhân tiến hành đổ một dung dịch khoan vào hố khoan. Điều này tạo ra một hỗn hợp bùn sệt, đặc hơn nước. Hỗn hợp này tạo ra áp lực thủy tĩnh lên thành hố khoan, giúp ngăn đất sụp đổ.

Sau khi đào xong hố khoan, các công nhân đặt một ống trụ rỗng bằng thép tạm thời để giữ đất nguyên vẹn cho quá trình đổ bê tông. Sau đó, họ tiến hành đặt vào các thanh thép gia cố được hàn lại như một ống trụ. Bê tông sẽ được đổ vào với sự trợ giúp của ống đổ bê tông ngầm.

Theo các chuyên gia, chỉ riêng việc xây dựng móng của tòa nhà Burj Khalifa cũng mất tới 2 năm.

Mặc dù phần móng này giúp chống lại trọng lực, nhưng những trận bão cát mạnh của Dubai lại là một thách thức khác. Bởi thiết kế móng cọc sẽ không chống đỡ được trong bão cát mạnh. Vậy, đâu là giải pháp tối ưu giúp tòa nhà này đứng vững trước bão cát?

Trong thiết kế gốc của Burj Khalifa, các kỹ sư đã áp dụng một giải pháp giúp tòa nhà khổng lồ này có thể đứng vững trong bão cát. Đó là tăng số lượng cọc ở phần cánh. Nhờ sự thay đổi khéo léo này giúp tòa nhà Burj Khalifa có thể chịu đựng được vận tốc gió lên tới 240 km/h.

Vì sao phần móng của Burj Khalifa lại cần được truyền điện liên tục?

Móng của tòa nhà Burj Khalifa phải truyền điện liên tục

Tòa nhà Burj Khalifa cao 2717 feet (khoảng 828m). (Ảnh: Insider).

Theo các chuyên gia, truyền điện liên tục để tránh nước biển thấm vào sẽ làm mòn các thanh cốt thép bên trong các cọc.

Để khắc phục vấn đề này, các kỹ sư đã áp dụng vật lý giống như pin, đó là điện phân. Theo đó, họ biến các thanh cốt thép thành cực cathode và dùng lưới titan làm cực anode. Sau đó, khi dòng điện một chiều từ bộ chỉnh lưu được đặt vào giữa chúng, các electron lắng đọng ở cực cathode. Điều này sẽ giúp ngăn thanh cốt thép bị ăn mòn, nhưng lại làm mòn nghiêm trọng kim loại ở cực anode. Vì vậy, sau vài năm, cực anode cần được thay thế. Giải pháp được đưa ra là để ngăn hoàn toàn sự ăn mòn, cần phải cung cấp lượng điện tối ưu.

Tòa nhà Burj Khalifa được đánh giá là không chỉ có kiến trúc xuất sắc mà còn có nhiều thiết kế nổi bật. Công trình này được coi là một biểu tượng đặc trưng cho một thành phố nổi tiếng xa hoa, hào nhoáng như Dubai.

Cập nhật: 05/08/2023 Tổ Quốc