Công trình cao tầng chống gió như thế nào?

Công trình cao tầng giống như một cái cây vô cùng cao lớn, ảnh hưởng của áp lực gió với nó rất lớn, đối với những công trình cao 50 tầng trở lên, khả năng chống gió của nó trở thành một trong những vấn đề nan giải chủ yếu trong quá trình thiết kế. Theo thống kê, khoa học sử dụng kết cấu thép để chống lại sức gió thì vật kiến trúc phải dùng nhiều nguyên liệu, khoảng một nửa tổng lượng thép tiêu hao. Có thể thấy, trên công trình, lựa chọn phương thức kết cấy và tạo hình chống gió hợp lý có ý nghĩa kinh tế quan trọng, việc chống đỡ sức gió của nhà cao tầng chính là giải quyết vấn đề này.

Tạo hình của công trình cao tầng rất phong phú, thường có hình chữ nhật, hình trụ vuông, hình trụ tròn, hình tam giác, hình thoi, hình ba lá… thường thấy nhất là kiến trúc hình chữ nhật, được gọi là kiến trúc tấm, nó giống như một tấm gỗ hình chữ nhật, mặt chịu gió tương đối rộng, không có lợi cho chống gió, do đó không nên xây quá cao. Để cải thiện tính năng chống gió cho công trình kiến trúc tấm, có thể độ dày phần giữa của nó sẽ tăng lên trở thành hình thoi, cũng có thể làm cho mặt phẳng uốn lượn thành hình cung, như vậy có thể tăng khả năng chống gió lên rất nhiều. Ví dụ nổi tiếng như toà thị chính Torronto ở Canada chính là hai công trình kiến trúc hình cung.

So với kiểu hình trụ vuông thì kiểu hình trụ tròn có khả năng chống gió tốt hơn, nó có thể giảm áp lực của gió xuống khoảng 40%, khách sạn quảng trường trung tâm cây đào nổi tiếng ở Atlanta, Mỹ chọn dùng hình trụ, nó là khách sạn cao nhất thế giới, còn có toà nhà mới là Khách sạn Cẩm giang ở Thượng Hải. Ngoài ra, tạo thành hình lá cây, hình chữ thập, hình xe gió… đều phỏng theo phương thức xoè ra cửa ba chân của máy chụp ảnh, rõ ràng có thể làm cho khả năng chống gió của các công trình tăng lên rất nhiều.

Tính năng chống gió trong tạo hình công trình tốt nhất là hình nón, cũng giống như kim tự tháp. Hình nón cụt đương nhiên là tốt nhất, nhưng thi công tương đối phức tạp, vì thế đa số dùng hình tháp nhọn, như toà nhà Fanmei ở San Francisco chính là hình kim tự tháp cao và mỏng, toà nhà HanKaoke ở Chicago thì không có hình chóp nhọn ở đỉnh hình thức biến hoá của nó chính là toà nhà Seatle từng là toà nhà cao nhất thế giới. Sau này lại chọn dùng tổ hợp 9 cột trụ vuông càng lên đến mặt trên thì càng ít, cuối cùng tạo thành 2 ống vuông lên đến đỉnh, vừa tránh được khó khăn lúc thi công hình chóp nhọn, lại còn đạt được mục đích có lợi đối với việc chống gió của hình chóp nhọn.

Các công trình ngoài việc chọn dùng các tạo hình chóp nhọn có lợi cho việc chống gió còn có thể chọn dùng phương thức kết cấu chống gió thích hợp. Công trình từ 20 đến 30 tầng, dùng tổ hợp của cọc và xà ngang tạo thành kết cấu khung để tiến hành chống gió. Công trình 40 ~ 50 tầng thường chọn kết cấu “khung – tường cắt”. Ví dụ nói một mặt của tấm gỗ rộng hứng gió, rất dễ bị gió thổi đổ, nhưng sau khi quay 90 độ, dùng mặt mỏng để hứng gió thì nó sẽ không thể bị đổ nữa. Cùng nguyên lý như vậy, ở giữa bê tông cốt thép hoặc cột thép làm một mặt tường từ trên xuống dưới, dùng mặt mỏng hứng gió, thì sẽ có thể tăng cường khả năng chống gió của cả công trình. Về kết cấu thì loại tường này chủ yếu chịu lực cắt, cho nên gọi là “Tường cắt lực”.

Toà nhà chọc trời trên 50 tầng thì thường phải dùng kết cấu “Kiểu ống”. Kiểu ống giống như một cái ống đậy kín, hoặc giống như một ống khói phóng đại, nó có khả năng chống gió rất ưu việt. Trên thực tế, nó chính là tổ hợp của bốn bức tường cất lực, trong nhà cao tầng có nhiều thang máy đứng, kết hợp chúng lại thì sẽ trở thành một kiểu ống chống gió rất tốt. Lúc công trình cao 70 ~ 80 tầng thậm chí là 100 tầng, 1 ống không đủ, phải làm 2 ống, 1 cái ở giữa gọi là “ống trung tâm”, 1 cái ở phía ngoài. Phương thức này gọi là kết cấu “ống trong ống”. Nếu không dùng phương pháp này cũng có thể liên hợp nhiều ống lại với nhau, giống như một bụi tre, gọi là “Bó ống”. Toà nhà Seatle nổi tiếng cũng dùng phương thức kết cấu này, khả năng chống gió là rất tốt.