Các kỹ sư Canada đã thiết kế một hệ thống kết cấu mới có thể tăng cường đáng kể khả năng chống chịu động đất mạnh của các tòa nhà cao tầng, không chỉ đảm bảo sự tồn tại của công trình mà còn đảm bảo an toàn cho người ở.
Mô hình tòa nhà chọc trời điển hình của Vancouver cao 30 tầng do các nhà nghiên cứu tại Đại học British Columbia (UBC) phát triển vẫn nguyên vẹn và hoạt động bình thường sau khi trải qua hơn 100 trận động đất mô phỏng, bao gồm cả động đất kéo dài và động đất có cường độ lớn.
Dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Tony Yang, giáo sư kỹ thuật xây dựng và là tác giả chính của nghiên cứu, nhóm đã thử nghiệm kết cấu tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu chung quốc tế về kỹ thuật chống động đất (ILEE) tại Thượng Hải, Trung Quốc.
Đây là một trong số ít mô hình trên thế giới được trang bị bàn rung đủ lớn để mô phỏng điều kiện động đất thực tế cho các tòa nhà cao tầng, đã chịu nhiều loại chấn động khác nhau, bao gồm cả những chấn động tương đương với hoạt động địa chấn tàn khốc dự kiến xảy ra ở Đới hút chìm Cascadia ngoài khơi bờ biển phía tây Canada.
Thiết kế thông minh được xây dựng để tồn tại lâu dài
Ông Yang, người đứng đầu Phòng thí nghiệm Cấu trúc thông minh của UBC, nhấn mạnh rằng hệ thống vẫn nguyên vẹn và hoạt động hoàn toàn sau quá trình thử nghiệm nghiêm ngặt. "Chủ sở hữu có thể yên tâm rằng tòa nhà, người ở và đồ đạc bên trong được bảo vệ trong và sau khi rung lắc đáng kể", ông nhấn mạnh.
Hệ thống này được cho là sử dụng các móng rung, các thanh chống và bộ giảm chấn hiệu suất cao giúp tòa nhà có thể lắc lư theo lực động đất, thay vì chống lại chúng một cách cứng nhắc. Bằng cách hấp thụ và phân tán năng lượng động đất, thiết kế này làm giảm đáng kể nguy cơ hư hỏng kết cấu.
Nhóm nghiên cứu của Đại học British Columbia đã phát triển một hệ thống kết cấu mới giúp các tòa nhà cao tầng chịu được động đất lớn. Ảnh: UBC
Không giống như các cấu trúc cứng truyền thống chống lại chuyển động, thiết lập này cho phép tòa nhà "lắc lư" theo chuyển động, giảm thiểu ứng suất và thiệt hại cho lõi của nó. Một số bộ giảm chấn, bao gồm một thiết kế được cấp bằng sáng chế độc quyền của trường đại học, đã được phát triển và thử nghiệm tại chỗ.
Kết quả là, ngay cả sau khi rung lắc mạnh, kết cấu công trình cũng không bị hư hại đáng kể, đây là kết quả quan trọng đối với chức năng sau động đất , đảm bảo không chỉ sự tồn tại mà còn khả năng sử dụng liên tục của tòa nhà.
Cuộc cách mạng hóa an toàn khi động đất
Dự án sáng tạo này là dự án đầu tiên thuộc loại này về cả quy mô và phạm vi. Đây cũng là cấu trúc lõi bê tông lớn nhất từng được thử nghiệm trên bàn rung. Yang nhấn mạnh rằng lõi bê tông , là những bức tường gia cố thẳng đứng chạy qua trung tâm của các tòa nhà cao tầng, rất cần thiết để chống lại lực ngang trong động đất.
Theo nhóm nghiên cứu, việc mô phỏng cách các thành phần khổng lồ này hoạt động trong các tình huống thực tế sẽ cung cấp dữ liệu quan trọng để cải thiện thiết kế nhà cao tầng trong tương lai.
Hơn nữa, vì hệ thống mới làm giảm ứng suất lên lõi và nền móng nên nó cũng cho phép xây dựng nhẹ hơn và tối đa hóa không gian sử dụng bên trong tòa nhà. Lợi ích kép này không chỉ làm cho nó an toàn hơn mà còn rẻ hơn nhiều và hấp dẫn hơn đối với các nhà phát triển.
Để đưa hệ thống vào sử dụng thực tế, nhóm hiện đang có kế hoạch hợp tác với các công ty kỹ thuật và đối tác cộng đồng để tích hợp cải tiến này vào các dự án xây dựng sắp tới.
“Chúng tôi đã chứng minh rằng các tòa nhà cao tầng có thể được thiết kế để vẫn an toàn và không bị hư hại sau các trận động đất lớn, bằng cách sử dụng các hệ thống thông minh và tiết kiệm chi phí”, ông Yang cho biết. “Cách tiếp cận này có thể giúp cải thiện khả năng phục hồi của các tòa nhà cao tầng ở các khu vực dễ xảy ra động đất trên khắp thế giới”.
Theo Interesting Engineering
