Nhật Bản được biết đến là đất nước xảy ra rất nhiều trận động đất. Trung bình hàng năm ở đất nước này có khoảng hơn 4500 trận động đất với cường độ từ 3 độ Richter trở lên (cường độ mà con người có thể cảm nhận được). Để có thể chịu được tần số động đất xảy ra liên tục như vậy, các tòa nhà ở Nhật Bản đều được xây dựng với cấu tạo chống động đất, và Nhật Bản cũng đã xây dựng một bộ tiêu chuẩn rất khắt khe để đánh giá khả năng chống chịu động đất của các tòa nhà ở đây. Cũng giống như nhiều lĩnh vực khác, khoa học kỹ thuật về chống chịu động đất của Nhật Bản phát triển thuộc loại hàng đầu trên thế giới.
Những năm gần đây, Nhật Bản đang tập trung nghiên cứu “cấu trúc miễn chấn” để áp dụng cho các tòa nhà ở đây, giúp các tòa nhà chống chịu tốt hơn với động đất, đồng thời giảm thiểu thiệt hại do động đất gây ra. Vậy cấu trúc miễn chấn là gì, bài viết này sẽ giới thiệu sơ lược về nó.
Về cơ bản, cấu trúc miễn chấn là cấu trúc làm giảm thiểu dao động của tòa nhà xuống mức thấp nhất có thể khi xảy ra động đất, tăng cường khả năng chống chịu động đất của tòa nhà. Sau trận động đất Kobe (1995), sức mạnh khủng khiếp của động đất một lần nữa được xem xét lại một cách nghiêm túc. Vào thời điểm đó, các tòa nhà áp dụng cấu trúc miễn chấn đã phát huy tác dụng chống chịu động đất rất tốt, chính vì vậy mà sau đó các phương pháp về miễn chấn được quan tâm nghiên cứu rất nhiều và hiện nay đã được phổ biến rộng rãi.
l. Sự khác nhau giữa Cấu trúc kháng chấn và Cấu trúc miễn chấn
Các tòa nhà được xây dựng trước đây chủ yếu áp dụng cấu trúc kháng chấn. Đây là phương pháp gia cố cho các tòa nhà về khả năng chịu lực, giúp các tòa nhà kiên cố hơn để có thể chịu được những rung lắc mạnh của các trận động đất. Ngược lại, trong cấu trúc miễn chấn, người ta lắp vào bên dưới các tòa nhà (phần tiếp xúc với mặt đất) các bộ phận miễn chấn, có tác dụng hấp thu các rung lắc của động đất, làm cho năng lượng động đất khó truyền đến tòa nhà.
Sau khi chứng kiến thiệt hại do trận động đất Kanto gây ra vào năm 1923, các tiêu chuẩn về thiết kế kháng chấn đã được xem xét và sửa lại khắt khe hơn. Tuy nhiên, những tòa nhà được xây dựng trước khi tiêu chuẩn kháng chấn được sửa đổi vẫn được sử dụng bình thường, và khi trận động đất Kobe (1995) xảy ra, rất nhiều những tòa nhà được thiết kế theo tiêu chuẩn cũ bị đổ ngã và phá hủy. Thêm vào đó, do vật dụng trong nhà đổ ngã kèm theo nhiều nguyên nhân khác, thiệt hại về người là rất nặng nề. Ngược lại, đối với “cấu trúc miễn chấn”, bản thân tòa nhà cũng như các vật dụng trong đó ít bị rung lắc, do đó thiệt hại là rất thấp, tính an toàn và hữu dụng rất cao.
Để biết thêm về hiệu quả của cấu trúc kháng chấn, các bạn có thể tham khảo clip thực nghiệm dưới đây:
[youtube link=”https://www.youtube.com/watch?v=vaY21fmy3Ms” width=”640″ height=”315″]
2. Đặc trưng của cấu trúc miễn chấn
Cấu trúc miễn chấn là sự kết hợp giữa bệ đỡ miễn chấn (seismic bearing) và bộ phận giảm chấn (damper).
Bệ đỡ miễn chấn được lắp ở mặt tiếp xúc giữa tòa nhà và mặt đất, trong điều kiện bình thường, những bệ đỡ miễn chấn này có tác dụng nâng đỡ toàn bộ tải trọng của tòa nhà, nhưng khi động động xảy ra, chúng còn có tác dụng làm triệt tiêu các rung lắc của mặt đất, làm cho năng lượng động đất khó truyền trực tiếp đến các tòa nhà.
Bộ phận giảm chấn được gắn giữa các trụ đỡ của tòa nhà, hoặc gắn giữa mặt tiếp xúc của tòa nhà với mặt đất, có tác dụng hấp thụ năng lượng động đất dư thừa, giúp tòa nhà ít rung lắc khi xảy ra động đất, đồng thời triệt tiêu nhanh chóng những rung lắc dư thừa sau khi động đất kết thúc. Ở đây tác dụng của bộ phận giảm chấn tương tự như bộ giảm xóc gắn trên xe máy.
Tại các tòa nhà áp dụng cấu trúc miễn chấn, khi xảy ra động đất, sẽ không có tình trạng các vật dụng bị đổ ngã cũng như cửa kính của các cửa sổ bị phá hủy, do đó giúp phòng tránh được những tai nạn thứ cấp. Đặc biệt, do ít chịu sự rung lắc khi xảy ra động đất, nên có thể nói cấu trúc miễn chấn rất thích hợp cho các tòa nhà mà trong đó có chứa các thiết bị điện tử, thiết bị cần độ chính xác cao. Ngoài ra, điều này cũng giúp giảm sự bất an, hoảng loạn của người ở trong tòa nhà.
3. Các chủng loại cấu trúc miễn chấn
2 bộ phận chính trong cấu trúc miễn chấn được phân thành rất nhiều loại khác nhau, mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng của nó. Trong khuôn khổ bài viết này, sẽ không đi sâu vào đề cập đặc điểm riêng của từng loại mà chỉ giới thiệu tên gọi của chúng để người đọc có thể hình dung một cách khái quát nhất về các loại thiết bị.
[minigallery id=”14479″ prettyphoto=”true”]
Người dịch: NVB
Tài liệu tham khảo: ur-net.go.jp
