Vào năm 1956, kiến trúc sư Frank Lloyd Wright đã đề xuất ý tưởng về tòa nhà cao tầng gần 2.000m. Và nó sẽ là tòa nhà cao nhất thế giới lúc bấy giờ, rất cao – gấp năm lần tháp Eiffel. Nhưng nhiều nhà phê bình đã cười nhạo vị kiến trúc sư, lý luận rằng người ta sẽ phải đợi thang máy hàng giờ hoặc tệ hơn, tòa tháp sẽ sụp đổ bởi chính sức nặng của nó và dù đề xuất đã được công khai, tòa tháp khổng lồ này chưa bao giờ được xây dựng.
Ngày nay, ngày càng nhiều những tòa nhà to lớn mọc lên khắp thế giới. Nhiều nhà thầu đã vạch kế hoạch cho những tòa nhà cao hơn 1.000m như tòa tháp Jeddah ở Saudi Arabia, với kích thước gấp ba lần tháp Eiffel. Sẽ sớm thôi, phép màu của Wright có thể thành hiện thực. Vậy điều gì đã cản trở ta xây dựng những siêu kiến trúc này vào 70 năm trước và ngày nay, ta xây dựng những thứ cao ngàn mét như thế nào?
Khả năng chịu tải
Trong bất kỳ dự án xây dựng nào, mỗi tầng của công trình phải nâng đỡ được tầng phía trên nó. Xây càng cao, lực hấp dẫn tác động từ tầng trên xuống tầng dưới càng lớn. Định luật này, từ lâu đã định hình các công trình của chúng ta, các kiến trúc sư cổ đại xây dựng kim tự tháp có phần móng rộng để có thể đỡ được các tầng cao nhẹ hơn. Nhưng giải pháp này không thể áp dụng cho những cao ốc trong thành phố – một kim tự tháp có chiều cao như vậy cần phần nền rộng hơn 3km khó có thể chen vào trung tâm thành phố.
May mắn một vật liệu mới được phát hiện chính là bê tông, chúng rất rắn chắc và có tính chịu lực cao, do đó, không phải thiết kế dưới hình dáng phi thực tế này. Vữa bê tông hiện đại được gia cố thêm cọc thép để tăng sức mạnh và hóa chất polymers giảm thành phần nước để tránh nứt gãy. Bê tông trong tòa tháp cao nhất thế giới ở Dubai – Burj Khalifa, có thể chịu được 8.000 tấn áp lực trên mỗi mét vuông bằng trọng lượng của 1.200 con voi Châu Phi!
Dĩ nhiên, ngay cả khi một tòa nhà có thể nâng đỡ được chính nó, nó vẫn cần sự hỗ trợ từ mặt đất. Không có phần móng, tòa nhà với sức nặng như vậy sẽ bị lún, đổ sập, hay nghiêng. Để tránh cho toà tháp gần nửa triệu tấn này lún xuống, 192 cọc lõi thép trộn vữa bê tông được chôn sâu hơn 50m. Ma sát giữa cọc thép và mặt đất giữ cho công trình khổng lồ đứng vững.
Khả năng chống lại sức gió
Ngoài việc đánh bại lực hấp dẫn, là yếu tố kéo tòa nhà xuống, một tòa cao ốc cũng cần phải chống chọi được sức gió thổi từ các bên. Những ngày bình thường, gió có thể tác động một lực mạnh hơn 7kg lên mỗi mét vuông của tòa cao ốc như lực của một quả bóng bowling đang lao đi.
Công trình được thiết kế theo khí động lực học, như tháp xoắn Thượng Hải ở Trung Quốc, có thể giảm lực tác động xuống đến một phần tư. Ngoài ra, một thiết kế khác là khung chịu tải trọng gió bên trong và ngoài tòa nhà có thể hấp thu lực gió còn lại, như tháp Lotte ở Seoul.
Nhưng ngay cả với những biện pháp này, bạn vẫn có thể thấy mình bị chao đảo với biên độ hơn cả mét trên đỉnh tòa tháp trong cơn bão. Để tránh tình trạng gió làm lung lay đỉnh tòa nhà, nhiều cao ốc đã sử dụng đối trọng nặng hàng trăm tấn gọi là “van điều tiết khối lượng”. Ví dụ, tháp Taipei 101, treo một quả cầu kim loại khổng lồ trên tầng 87. Khi gió thổi vào tòa tháp, khối nặng khổng lồ trong tòa nhà sẽ dao động, hấp thụ động năng của toà nhà và làm ổn định khối kiến trúc đang đung đưa.
Khả năng di chuyển trong toà nhà
Với tất cả các công nghệ này, những siêu công trình có thể đứng vững và ổn định. Nhưng việc di chuyển nhanh trong tòa nhà cũng là một thách thức. Vào thời đại của Wright, thang máy nhanh nhất chỉ có thể di chuyển 22 km/h. Thật may mắn là thời nay, thang máy di chuyển nhanh hơn 70 km/h với các cabin trong tương lai sử dụng đường ray từ tính không ma sát sẽ cho vận tốc cao hơn.
Công trình cao ốc đã tiến một bước dài từ đề xuất của Wrigh, điều từng bị cho là bất khả thi lại mở ra những cơ hội kiến trúc mới. Ngày nay, một tòa nhà cao gần 2.000m dường như đang ở trước mắt và chỉ còn là vấn đề thời gian.
Nguồn: TED-Ed
