Đã bao giờ bạn thắc mắc rằng: “Những tòa nhà chọc trời được thiết kế như thế nào chưa? Hay những yếu tố nào sẽ ảnh hưởng đến quá trình thi công và vận hành của công trình này?” Vậy hãy cùng tìm hiểu những điều thú vị trong việc thiết kế tòa nhà chọc trời cùng với công ty thi công nhà cao tầng Đà Nẵng nhé!
Thiết kế tòa nhà chọc trời – Ý tưởng viển vông những năm 60
Năm 1956, kiến trúc sư Frank Lloyd Wright gây chấn động giới kiến trúc với ý tưởng táo bạo về thiết kế một tòa nhà chọc trời cao gần 2.000 mét, gấp 6 lần tháp Eiffel và trở thành công trình cao nhất thế giới vào thời điểm đó. Tuy nhiên, thay vì sự tán thưởng, Wright phải đối mặt với vô số lời gièm pha. Nhiều nhà phê bình mỉa mai gọi đây là “ảo tưởng”, cho rằng con người sẽ phải dành hàng giờ chờ thang máy hoặc tệ hơn, tòa nhà khổng lồ này sẽ sụp đổ dưới sức nặng của chính nó.
Bất chấp những lời chỉ trích, Wright vẫn kiên định với tầm nhìn của mình. Tuy đề xuất của ông chưa bao giờ được hiện thực hóa, nó đã mở ra những tiềm năng to lớn cho lĩnh vực kiến trúc và đặt nền móng cho những tòa nhà chọc trời ấn tượng sau này
Tuy nhiên, ý tưởng viễn vông của kiến trúc sư Frank Lloyd Wright đang dần trở thành hiện thực. Khi mà thế giới hiện đại chứng kiến sự bùng nổ của những công trình kiến trúc đồ sộ, vươn cao chọc trời. Nổi bật là tòa tháp Jeddah ở Saudi Arabia, với tham vọng vượt qua chiều cao gấp ba lần tháp Eiffel, đây như là một bước ngoặt trong việc biến điều không thể thành hiện thực. Vậy đâu là bí ẩn đã níu chân những “siêu kiến trúc” này 70 năm trước. Và ngày nay, điều gì đang giúp ta chinh phục độ cao ngàn mét?
Xem thêm: Thiết kế nhà cao tầng Đà Nẵng hiện đại sang trọng
Khả năng chịu tải
Khả năng chịu tải là yếu tố cốt lõi trong bất kỳ công trình xây dựng nào. Mỗi tầng của tòa nhà cần đảm bảo đủ sức mạnh để nâng đỡ trọng lượng của các tầng phía trên. Theo định luật hấp dẫn, lực tác động từ trên xuống càng lớn khi chiều cao công trình tăng. Tuy nhiên, chúng ta có thể sử dụng phương pháp làm móng rộng hơn để nâng đỡ trọng lượng của công trình.
Một ví dụ điển hình của các kiến trúc sư cổ đại là xây dựng kim tự tháp, công trình với phần móng rất rộng để phân tán lực lên các tầng dưới. Tuy nhiên, phương pháp này không phù hợp với việc thiết kế những tòa nhà chọc trời ngày nay vì tại những thành phố lớn quỹ đất còn khá chật hẹp. Bên cạnh đó, việc xây dựng một kim tự tháp có chiều cao gấp năm lần tháp Eiffel đòi hỏi phần móng rộng hơn 3km và chi phí để xây dựng không phải là một con số nhỏ.
May mắn thay, nhờ sự ra đời của vật liệu mới là bê tông – với độ rắn chắc và khả năng chịu lực vượt trội. Các kiến trúc sư đã không còn bị giới hạn bởi những thiết kế phi thực tế. Bê tông hiện đại được gia cố bằng thép để gia tăng độ bền, đồng thời bổ sung hóa chất polymers giúp giảm thiểu lượng nước trong hỗn hợp, hạn chế tình trạng nứt gãy. Nhờ vậy, bê tông tại tòa nhà cao nhất thế giới Burj Khalifa có thể chịu được áp lực lên tới 8.000 tấn/m², tương đương trọng lượng của 1.200 con voi châu Phi!
Tuy nhiên, chỉ có khả năng chịu lực thôi là chưa đủ để đảm bảo sự vững chãi cho một công trình khổng lồ như Burj Khalifa. Nền móng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc phân tán trọng lượng tòa nhà xuống mặt đất, ngăn chặn tình trạng sụt lún, đổ sập hay nghiêng. Ví dụ như tòa Burj Khalifa ở Dubai, để giữ cho tòa tháp nặng gần nửa triệu tấn này đứng vững, các kỹ sư đã sử dụng 192 cọc lõi thép được chôn sâu hơn 50 mét vào lòng đất. Lực ma sát khổng lồ giữa cọc thép và nền đất mới có thể giúp tòa nhà đứng vững đến nay.
Xem thêm: Lưu ý khi thi thiết kế nhà cao tầng
Thiết kế khả năng đối lưu gió cho các tòa nhà chọc trời
Bên cạnh sức nặng khổng lồ do lực hấp dẫn tác động, khi thiết kế tòa nhà cao tầng đa chức năng còn phải đối mặt với thử thách từ những cơn gió mạnh. Khác với cảm giác hiền hòa của gió nhẹ, sức gió thổi vào tòa nhà có thể lên đến hơn 7kg/m², tương đương lực tác động của một quả bóng bowling đang lao vun vút. Đây chính là bài toán hóc búa mà các kỹ sư xây dựng cần giải quyết để bảo đảm an toàn cho công trình cũng như các ngôi nhà xung quanh.
Tuy nhiên, vấn đề này cũng đã có phương pháp giải quyết chính là nhờ áp dụng thiết kế khí động lực học, các tòa nhà cao tầng hiện đại có khả năng chống chọi hiệu quả với sức gió dữ dội. Điển hình như tháp xoắn Thượng Hải (Trung Quốc) với khả năng giảm lực tác động của gió xuống đến 75%.
Ngoài ra, hệ thống khung chịu tải trọng gió được bố trí cả bên trong và ngoài tòa nhà cũng góp phần đáng kể vào việc hấp thụ lực gió dư thừa, tiêu biểu như tháp Lotte ở Seoul.
Tuy nhiên, ngay cả với những biện pháp tiên tiến này, con người vẫn có thể cảm nhận được sự rung lắc nhẹ trên đỉnh tòa nhà cao tầng trong những cơn bão lớn. Để giải quyết vấn đề này, nhiều kiến trúc sư đã sáng tạo ra giải pháp sử dụng “van điều tiết khối lượng”.
Đây là những quả đối trọng khổng lồ, nặng hàng trăm tấn, được lắp đặt bên trong tòa nhà. Ví dụ điển hình là quả cầu kim loại khổng lồ treo trên tầng 87 của tháp Taipei 101. Khi gió thổi, quả cầu sẽ dao động ngược chiều với tòa nhà, hấp thụ năng lượng rung lắc và giúp ổn định kiến trúc.
Khả năng di chuyển
Nhờ những tiến bộ vượt bậc trong kỹ thuật xây dựng, nên việc thiết kế các tòa nhà chọc trời cũng ngày càng nhiều hơn. Tuy nhiên, việc di chuyển con người và vật liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả vẫn là một bài toán hóc búa.
Vào thời đại của Wright, tốc độ tối đa của thang máy chỉ đạt 22 km/h – một con số khiêm tốn so với nhu cầu di chuyển ngày càng cao trong các tòa nhà hiện đại. Nhờ những cải tiến không ngừng, ngày nay con số đó đã được nâng lên hơn 70 km/h, và các công trình trong tương lai hứa hẹn sẽ còn tiếp tục phá vỡ những giới hạn về tốc độ với hệ thống thang máy sử dụng đường ray từ tính không ma sát.
Từ ý tưởng táo bạo ban đầu của Wright, mà những công trình cao tầng hiện nay đang có bước chuyển mình. Giờ đây, viễn cảnh về một tòa tháp cao gần 2.000m không còn là điều viển vông, mà chỉ còn là vấn đề thời gian trước khi nó trở thành hiện thực
Trên đây là những chia sẻ của công ty AFTA về những điều thú vị trong việc thiết kế và thi công tòa nhà cao tầng. Hy vọng với những chia sẻ vừa rồi sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về những tác động ảnh hưởng đến việc thiết kế cũng như xây dựng các tòa nhà chọc trời.
