Kiến trúc "trăm năm bi kịch" của Nhật Bản chống động đất đỉnh cỡ nào?
(NLĐO) – Trận động đất mạnh 7,5 độ ở Nhật Bản làm sập hàng trăm ngôi nhà trong khi trận động đất có cường độ tương đương làm sập hơn 30.000 ngôi nhà ở Kashmir vào năm 2005.
Thiệt hại đầy đủ về trận động đất mạnh 7,5 độ richter ở tỉnh Ishikawa – Nhật Bản hồi đầu tuần vẫn chưa được thống kê hết. Ít nhất 270 ngôi nhà trong khu vực đã bị phá hủy, song con số cuối cùng có thể còn cao hơn nhiều, theo đài CNN ngày 5-1.
Con số này không bao gồm Suzu và Wajima, thành phố cách tâm chấn trận động đất 32 km, nơi các giới chức cứu hỏa cho biết khoảng 200 tòa nhà đã bị thiêu rụi.
"Các tòa nhà hiện đại dường như rất bền vững. Hầu hết nhà ở dạng hộ gia đình dù bị hư hỏng cũng không bị sập hoàn toàn" – chuyên gia Robert Geller của Trường ĐH Tokyo (Nhật Bản) nói với đài CNN vài ngày sau trận động đất hôm 1-1.
Ít nhất 270 ngôi nhà ở tỉnh Ishikawa bị phá hủy trong trận động đất mạnh 7,5 độ hôm 1-1. Ảnh: Reuters
Nguyên tắc cốt lõi
Tất nhiên, mọi sự so sánh đều khập khiễng nhưng qua đó cũng nêu bật khả năng đáng nể của ngành xây dựng Nhật Bản.
Tại một quốc gia thường xuyên hứng chịu động đất, giới kiến trúc sư, kỹ sư và quy hoạch đô thị Nhật Bản từ lâu đã nỗ lực phát triển kiến trúc có khả năng chống chọi những cơn địa chấn mạnh thông qua sự kết hợp giữa trí tuệ cổ xưa, công nghệ và kỹ thuật xây dựng ngày càng phát triển.
Từ hệ thống "giảm chấn" quy mô lớn bên trong các tòa nhà chọc trời đến hệ thống lò xo hoặc ổ bi cho phép các tòa nhà lắc lư độc lập với nền móng của chúng, công nghệ đã tiến bộ vượt bậc kể từ khi trận động đất Kanto san phẳng phần lớn Tokyo và Yokohama hơn 100 năm trước.
"Bạn sẽ thấy rất nhiều tòa nhà, đặc biệt là bệnh viện và các công trình quan trọng, nằm trên vòng bi cao su để bản thân tòa nhà có thể lắc lư. Về mặt lý thuyết, mọi sự đổi mới đều quay trở lại ý tưởng rằng thay vì chống lại chuyển động của trái đất, bạn để tòa nhà chuyển động theo nó" – chuyên gia Miho Mazereeuw của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT – Mỹ) cho biết.
Một tòa nhà ở TP Osaka - Nhật Bản được gia cố để chống động đất. Ảnh: Alamy Stock
Nguyên tắc này đã được áp dụng ở Nhật Bản trong nhiều thế kỷ. Ví dụ, nhiều ngôi chùa bằng gỗ vẫn tồn tại sau các trận động đất ngay cả khi các công trình kiến trúc hiện đại sụp đổ. Tỉ lệ "sinh tồn" đáng kinh ngạc của các ngôi chùa này từ lâu đã được ghi nhận là nhờ "shinbashira" - những cây cột trung tâm làm từ thân cây và được các kiến trúc sư Nhật Bản sử dụng trong ít nhất 1.400 năm.
Cho dù được neo xuống đất hay treo lơ lửng từ trên cao, những cây cột này uốn cong trong khi các tầng riêng lẻ của công trình lắc lư theo hướng ngược lại với các tầng lân cận.
Chuyển động lắc lư này - thường được so sánh với chuyển động của một con rắn đang trườn - giúp chống lại lực chấn động và được hỗ trợ bởi khớp nối, giá đỡ và mái hiên rộng.
Học từ bi kịch
Phần lớn các ngôi nhà ở Nhật Bản ngày nay có thể không hoàn toàn được xây dựa trên kỹ thuật nêu trên, nhưng những tòa nhà chọc trời thì chắc chắn là có.
Ngoài khung thép để tăng thêm tính linh hoạt cho bê tông, các kiến trúc sư còn có thêm một số công cụ đắc lực như hệ thống đối trọng quy mô lớn và hệ thống "cách ly chân đế" (bao gồm các vòng bi cao su kể trên), vốn hoạt động như bộ giảm xóc.
Công ty bất động sản đứng sau tòa nhà cao nhất của Nhật Bản, khai trương tại khu Azabudai Hills ở Tokyo vào tháng 7 năm ngoái, tuyên bố tính năng chống động đất của công trình này - bao gồm bộ giảm chấn quy mô lớn - sẽ "cho phép các doanh nghiệp tiếp tục hoạt động" trong trường hợp xuất hiện địa chấn mạnh bằng trận động đất Tohoku có cường độ 9,1 độ xảy ra vào năm 2011.
Tuy nhiên, đối với nhiều nơi ở Nhật Bản không có tòa nhà chọc trời như TP Wajima, nỗ lực chống động đất chủ yếu là bảo vệ nhà ở, trường học, thư viện và cửa hàng. Và về khía cạnh này, tầm quan trọng của chính sách chẳng kém vai trò của công nghệ.
Một ngôi chùa 5 tầng được xây vào thế kỷ XVII ở Kyoto. Ảnh: Alamy Stock
Chẳng hạn, các trường kiến trúc Nhật Bản đảm bảo - có lẽ do lịch sử thiên tai của đất nước này - rằng sinh viên được trang bị kiến thức cơ bản về cả thiết kế lẫn kỹ thuật.
"Không giống như ở phần lớn các nước, các trường kiến trúc ở Nhật Bản dạy kết hợp kiến trúc với kỹ thuật kết cấu. Ở Mỹ, bạn học các lớp kỹ thuật kết cấu nhưng chúng thực sự rất nhẹ nhàng" – chuyên gia Mazereeuw của MIT nói.
Cùng lúc, giới chức Nhật Bản nỗ lực đúc kết kinh nghiệm từ mọi trận động đất lớn mà quốc gia của họ phải hứng chịu, thông qua việc nhờ các nhà nghiên cứu tiến hành khảo sát chi tiết và cập nhật quy định xây dựng cho phù hợp.
Nỗ lực này được thực hiện ít nhất là từ thế kỷ XIX và được tiếp tục đến xuyên suốt thế kỷ XX.
Khoảnh khắc bước ngoặt
Đến năm 1981, bộ quy tắc xây dựng mới được gọi là "shin-taishin", hay Bản sửa đổi tiêu chuẩn xây dựng chống động đất mới, được công bố - một phản ứng trực tiếp đối với trận động đất ở tỉnh Miyagi vào 3 năm trước đó.
Sự ra đời của "shin-taishin" được mô tả là "khoảnh khắc bước ngoặt", nhất là khi nó đặt ra những yêu cầu cao hơn về khả năng chống chịu động đất đối với các công trình mới.
"Bài kiểm tra" thực sự đầu tiên diễn ra vào năm 1995, khi trận động đất Hanshin tàn phá diện rộng ở phía Nam của tỉnh Hyogo. Kết quả: 97% tòa nhà bị sập là những công trình được xây dựng trước năm 1981, theo Cơ quan Giảm nhẹ và Phục hồi Thiên tai toàn cầu.
Trận động đất năm 1995 đã khởi xướng nỗ lực toàn quốc nhằm chuyển đổi nhà cũ theo tiêu chuẩn năm 1981 - một quá trình được khuyến khích bằng các khoản trợ cấp.
Kể từ đó, nỗ lực đổi mới được duy trì trong nhiều thập kỷ, được củng cố bởi mô hình máy tính tiên tiến cho phép các nhà thiết kế mô phỏng điều kiện động đất để đưa ra hướng tiếp cận phù hợp.
Hệ thống cách ly địa chấn trên đầu cột tại cơ sở nghiên cứu của Công ty kỹ thuật Shimizu Corporation ở Tokyo, Nhật Bản. Ảnh: Bloomberg
"Nhật Bản có rất nhiều nhà cao tầng và đã có rất nhiều nỗ lực để thiết kế chúng sao cho an toàn. Dù vậy, những thiết kế này chủ yếu dựa trên mô phỏng máy tính. Chúng ta không chắc những mô phỏng này có chính xác hay không cho đến khi một trận động đất lớn thực sự xảy ra. Nếu chỉ cần một trong những tòa nhà cao tầng đó sụp đổ, thiệt hại sẽ rất lớn" – chuyên gia Geller của Trường ĐH Tokyo cho biết.
Do đó, câu hỏi khiến giới kỹ sư và địa chấn học Nhật Bản đau đầu từ lâu vẫn là: Điều gì sẽ xảy ra nếu một trận động đất lớn tấn công trực tiếp vào một thành phố như Tokyo – kịch bản mà giới chức thủ đô Nhật Bản cảnh báo là có 70% khả năng xảy ra trong 30 năm tới?
"Tokyo có lẽ khá an toàn. Dù vậy, không thể biết chắc chắn cho đến khi động đất thực sự xảy ra" – ông Geller khẳng định.
