Ngay cả khi những đồn đoán vẫn tiếp tục xoay quanh việc liệu Tháp Jeddah cao 1 km ở Ả Rập Saudi có bao giờ được hoàn thành hay không thì các kế hoạch xây dựng một tòa nhà chọc trời cao 2 km ở vương quốc này đã được triển khai.
Một tòa nhà cao 2 km sẽ vượt tòa nhà cao nhất thế giới hiện tại, Burj Khalifa cao 828 mét, gần 1,2 km. Và bản thân Burj Khalifa cao hơn 300m so với tòa nhà Đài Bắc 101 cao 508m, trước đây là tòa nhà cao nhất thế giới.
Sự gia tăng chiều cao lớn như vậy đặt ra một câu hỏi: có giới hạn nào đối với việc xây dựng các tòa nhà siêu cao không và điều gì chi phối những giới hạn đó?
“Giới hạn không phải là công nghệ”
Peter Weismantle – giám đốc tư vấn về công nghệ tòa nhà siêu cao tại công ty kiến trúc tại Adrian Smith và Gordon Gill Architecture có trụ sở tại Chicago có nhiều thập kỷ kinh nghiệm làm việc trong các tòa nhà cao tầng. Ông là thành viên của nhóm tại Skidmore, Owings & Merrill (SOM) đã thiết kế tòa tháp Jin Mao 88 tầng ở Thượng Hải. Năm 2003, ông đảm nhận vai trò kiến trúc sư kỹ thuật cao cấp cho Burj Khalifa và sau khi rời SOM để gia nhập kiến trúc sư Burj Khalifa, Adrian Smith, ông đã giúp thiết kế Tháp Jeddah.
Nhờ kinh nghiệm phong phú của mình, Weismantle hiểu đôi điều về thiết kế kỹ thuật của các tòa nhà siêu cao tầng. Theo quan điểm của ông, ngành xây dựng có khả năng xây dựng các tòa nhà cao tới 2km và hơn thế nữa nhưng có nhiều yếu tố khác cản đường phía trước.
“Tôi không nghĩ rằng các giới hạn là công nghệ. Đầu tiên là tiền và tính kinh tế của những tòa nhà cao tầng này,” – Weismantle nói – “Để xây cao, bạn phải xây một tòa nhà lớn theo nghĩa là nó có nhiều diện tích bề mặt và nhiều diện tích sàn. Đó là tiền. Và càng lên cao, giá mỗi mét vuông càng tăng. Gắn liền với chi phí xây dựng các tòa nhà ở quy mô khổng lồ như vậy là lượng thời gian cần thiết – và thời gian cũng có nghĩa là tiền bạc. Để xây dựng những thứ này ở bất cứ đâu một cách hiệu quả nhất, bạn phải xây dựng chúng một cách nhanh chóng. Và nhanh chóng đối với một tòa nhà siêu cao cần khoảng năm năm. Đó là một khoảng thời gian dài, đặc biệt là với lạm phát như hiện nay.”
Sau đó đến những ràng buộc liên quan đến cơ thể con người. Những dấu hiệu đầu tiên của chứng say độ cao có thể bắt đầu xuất hiện sau ít nhất 4 giờ ở độ cao 2.000m. “Khi bạn bay từ Chicago đến Denver, bạn sẽ bay lên độ cao 5.200ft (1.600m). Bạn sẽ mất một ngày để thích nghi và không có gì lạ khi bị đau đầu và cảm thấy mệt mỏi” Weismantle nói.
Do đó, một chuyến đi thang máy kéo dài hai phút từ mực nước biển lên tới 2.000m có thể gây căng thẳng cho cơ thể con người. Weismantle gợi ý rằng một giải pháp có thể là tạo áp suất cho tòa nhà nhưng cảnh báo rằng ngoài việc không dễ dàng để giữ cho các bức tường bên ngoài hoàn toàn kín gió, nó sẽ tiêu tốn một lượng lớn năng lượng.
“Nếu bạn định xây một tòa nhà như vậy, tốt hơn hết bạn nên đảm bảo rằng đó là một thành phố thẳng đứng, nơi bạn không phải đi từ mặt đất đến căn hộ hoặc văn phòng của mình. Phần lớn mọi người không muốn bị phong tỏa trong tòa nhà của họ mọi lúc, họ muốn ra ngoài. Vì vậy, đó là một trong những trở ngại lớn nhất.”
Vật liệu và nền móng
Bỏ qua những hạn chế về tài chính và sinh lý, Weismantle tự tin hơn về khả năng kỹ thuật của các nhà thiết kế và công ty xây dựng để cung cấp các tòa nhà cao hơn nữa. Ông cho rằng 2km là “khá hợp lý”. “Có phải là giới hạn không? Tôi nghi ngờ điều đó,” ông nói thêm.
Hệ thống cấu trúc “lõi chống đỡ” của Burj Khalifa bao gồm các bức tường bê tông được bố trí trong một trung tâm hình lục giác, mỗi cái trong số chúng làm bệ đỡ cho những cái khác. Weismantle coi bê tông là vật liệu phù hợp để xây dựng siêu cao, phần lớn nhờ vào trọng lượng của nó. “Trọng lượng là một điều tốt trong một tòa nhà cao tầng vì nó chống lại một số lực gió. Trong các tòa nhà cao tầng, ngay cả trong vùng động đất, bạn thiết kế cho gió. Và nếu bạn có thể thiết kế theo chiều gió thì cơn địa chấn thường tự khắc phục,” – ông nói – “Khi gió thổi vào một tòa nhà, nó sẽ kích thích tòa nhà vuông góc với hướng gió do dòng xoáy đổ ra. Bê tông thực sự tốt vì khối lượng của nó, nó tạo ra sự giảm chấn tự nhiên.”
Weismantle lớn lên ở New York, nơi lần đầu tiên ông bị mê hoặc bởi những tòa nhà cao tầng, được hưởng lợi từ nền đá cứng, biến chất hoàn hảo để chịu sức nặng của những tòa nhà chọc trời nặng nề.
Nhưng điều kiện địa kỹ thuật ở những nơi khác trên thế giới là nền móng của các tòa nhà siêu cao đòi hỏi công việc xây dựng rộng rãi. Trong trường hợp của Burj Khalifa và Tháp Jeddah, không có nền đá gần bề mặt nên cả hai đều nằm trên một hệ thống móng gồm các cọc ma sát với lớp móng sâu 4m phía trên kết nối tất cả các cọc. Trong trường hợp của Tháp Jeddah, các cọc ma sát sâu 105m. Mặc dù khả thi về mặt kỹ thuật, nhưng những điều kiện như vậy lại làm tăng thêm chi phí.
Ahmad Abdelrazaq là cựu giám đốc bộ phận tòa nhà cao tầng và phức hợp tại Tập đoàn Samsung C&T, trước khi ông rời đi để thành lập công ty Rise Global của riêng mình. Anh ấy đã làm việc tại SOM về thiết kế của Burj Khalifa trước khi gia nhập Samsung để xây dựng dự án. Ông cũng tham gia vào công trình Merdeka 118 cao 679m ở Kuala Lumpur, Malaysia, khiến ông chịu trách nhiệm thiết kế và xây dựng các tòa nhà cao nhất và cao thứ hai thế giới.
Ahmad Abdelrazaq chỉ ra rằng mặc dù bê tông có trọng lượng hiện đang là tiêu chuẩn, nhưng các vật liệu hiệu suất cực cao như bê tông cốt sợi thép có thể làm cho các tòa nhà nhẹ hơn đồng thời mang lại độ cứng cao hơn, độ căng cao hơn và cường độ cao hơn. Mặc dù ông thừa nhận rằng các quy chuẩn xây dựng vẫn chưa bắt kịp với những gì vật liệu hiệu suất cao có thể làm được, nên đã đặt ra giới hạn về cách các đội xây dựng được phép sử dụng chúng trong các tòa nhà.
Tuy nhiên, ông đã làm việc với các sinh viên tại Đại học Quốc gia Seoul ở Hàn Quốc, nơi anh ấy đang làm giáo sư để xem xét cách thiết kế lại các tòa tháp siêu cao hiện có để tính đến các vật liệu và phương pháp xây dựng mới. Trong trường hợp của Tháp Jeddah, ông tuyên bố việc xây dựng tòa nhà theo cách sắp xếp tương tự nhưng sử dụng bê tông cốt sợi có thể giảm 30% trọng lượng. Điều đó có ý nghĩa không chỉ đối với việc giảm lượng carbon thể hiện trong tòa nhà mà còn làm cho nó mạnh hơn và bền hơn, cũng như chống lại động đất tốt hơn vì tải trọng địa chấn lên tòa nhà phụ thuộc vào trọng lượng của nó.
Sử dụng công nghệ mới để giảm chi phí
Khi vật liệu và lao động, ngay cả ở các nước đang phát triển, trở nên đắt đỏ hơn, Weismantle hy vọng việc xây dựng sẽ áp dụng bất cứ thứ gì có thể tăng năng suất lao động và giảm lãng phí. Ông muốn thấy các công nghệ BIM được tận dụng nhiều hơn. “Nếu bạn thực sự có thể tạo nên cấu trúc trong bộ máy và sau đó bạn có thể đưa các thành phần đó vào nhà máy, thì có thể là sẽ có nhiều sự phát triển hơn nữa. Nhưng mọi thứ đều chỉ diễn ra một lần nên khó có thể tạo ra hiệu quả kinh tế theo quy mô mà chúng ta cần” ông nói.
Mặc dù Abdelrazaq cũng thấy không có giới hạn về chiều cao của một tòa nhà, nhưng ông thấy cần phải hiện đại hóa cách thức thiết kế và xây dựng chúng. Ông nói: “Chúng ta phải tìm cách xây dựng các tòa nhà siêu cao tiết kiệm hơn và bền vững hơn. Khi bạn tăng quy mô của một tòa nhà, bạn không còn có thể xem xét các giải pháp truyền thống. Chúng ta cần đưa ra một hệ thống cấu trúc thay thế phù hợp để đối phó với những tòa nhà rất cao này.
“Bạn đang tạo ra một thành phố thẳng đứng và câu hỏi đặt ra là làm thế nào để bạn tạo ra những thành phố và cộng đồng này. Ngay bây giờ, chúng tôi có rất nhiều hạn chế về thiết bị và khoảng cách mà nó có thể đi. Vì vậy, bạn cần bắt đầu xem xét các phương pháp khác nhau và cơ giới hóa quá trình xây dựng – nói cách khác là tạo ra các nền tảng làm việc có thể trèo lên tòa nhà.”
Abdelrazaq cũng coi việc xây dựng mô-đun là chìa khóa để tăng tốc công việc xây dựng và giảm sự phụ thuộc vào lực lượng lao động lớn. “Tại Burj Khalifa, chúng tôi có 12.000 người làm việc trên tòa nhà, một con số quá nhiều. Bạn không muốn có nhiều người làm việc tại chỗ, vì vậy bạn cần bắt đầu xem xét việc lập kế hoạch và xây dựng theo từng giai đoạn, đồng thời bắt đầu xem xét việc xây dựng bên ngoài và bàn giao mọi thứ khi chúng hoàn thành.”, ông nói.
Cuối cùng, một lĩnh vực mà Abdelrazaq cho rằng các tòa nhà siêu cao đang “mất tích” là sản xuất năng lượng. “Mọi người đã nói rất nhiều về năng lượng mặt trời , tháp năng lượng , v.v. Ở đây bạn đang xây dựng một tòa nhà nơi bạn có cơ hội để làm điều này. Không có lý do tại sao một cái gì đó như thế này không thể tạo ra điện của riêng mình. Với một số tòa nhà rất cao, bạn có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức cần thiết chỉ bằng chính tòa nhà.”
Nguồn: Internet (CE)
