Vào ngày 24/06/2021, một chung cư 12 tầng gần Miami (Mỹ) bất ngờ đổ sập chỉ trong vài giây làm nhiều người dân thiệt mạng (1). Đây là một trong những vụ sập nhà làm nhiều người chết nhất trong lịch sử của nước Mỹ. Nhưng, đây không phải là trường hợp sập tòa nhà duy nhất.
Trung tâm mua sắm Sampoong sập đổ ở Seoul, Hàn Quốc năm 1995 là một trong những vụ sập nhà gây thương vong nhiều nhất. Tòa nhà bị sập do một vài kết cấu hư hỏng, làm chết 502 người và hơn 937 người bị thương.(2)
Các tòa nhà được thiết kế và xây dựng vốn có khả năng chịu lực tác động cùng thử thách với thời gian.
Vậy, nguyên nhân xảy ra những vụ sập tòa nhà gây hậu quả thảm khốc là gì? Có dậu hiệu nào cảnh báo trước khi tòa nhà sập đổ hay không?
Theo Interesting engineering, các tòa nhà sập đổ do 5 nguyên nhân sau:
Quá tải trọng
Những tòa nhà được thiết kế có khả năng chịu tải trọng tối đa nhất định. Vì thế, một tòa nhà sẽ sập đổ nếu vượt qua giới hạn tải trọng tối đa. Điều này cũng có thể xảy ra khi sức bền của vật liệu xuống cấp theo thời gian.
Quá tải trọng là một trong những nguyên nhân chính gây sập tòa nhà 8 tầng ở Dhaka (Bangladesh) năm 2013 khiến ít nhất 1.132 người thiệt mạng.
Vật liệu xuống cấp
Sự biến đổi thành phần hóa học và xuống cấp trong vật liệu như rỉ sét, có thể là nguyên nhân làm tòa nhà đổ sập. Cốt thép trong khối bê tông được sử dụng để tăng cường chịu lực cho tòa nhà, nhưng thép rỉ sét đã giãn nở gấp 6-7 lần độ dày ban đầu của nó. Sự giãn nở lớn trong khối bê tông làm vỡ các kết cấu xung quanh. Khi các vết nứt xuất hiện sau mưa và sương gió làm cho các vết nứt rộng hơn, khiến tòa nhà trở nên không an toàn.
Sử lý nền móng
Không phải chỉ những tòa nhà cũ mới xảy ra hiện tượng sụt lún.
Khi một tòa nhà được xây dựng trên khu đất có nền yếu chẳng hạn trên đất đầm lầy, có thể xảy ra sụt lún. Điều này càng trở nên nghiêm trọng hơn theo thời gian và tòa nhà sập có thể từ nền móng sụt lún.
Với tòa nhà cao tầng, nguyên nhân sập nhà có thể do hiệu ứng bánh kếp, các tầng trên đổ sầm xuống từ trên đỉnh của tòa nhà.
Lỗi thiết kế
Các tòa nhà được thiết kế với các phần chịu lực dự phòng hoặc các đường dẫn tải thay thế. Nếu một phần của kết cấu bị hỏng hoặc suy yếu quá mức có thể dẫn đến sự sập nhà. Tải trọng được tái phân phối lại cho các phần khác nhưng nếu thiết kế thiếu sự dư thừa đó, có thế dẫn đến những hư hỏng nghiêm trọng của toàn bộ kết cấu.
Thảm họa tự nhiên
Tòa nhà bị sụp đổ cũng có thể do thảm họa tự nhiên như: Động đất, hỏa hạn hay bão lũ.
Động đất là nguyên nhân làm dịch chuyển móng của tòa nhà. Do những chấn động trong lòng đất, năng lượng của các chấn động truyền tới cấu trúc tòa nhà. Nếu kết cấu tòa nhà không thể hấp thụ năng lượng này thì tòa nhà sẽ sập đổ.
Tòa nhà có thể thiết kế để chịu được động đất khi các bộ phận hấp thụ chấn động hoặc bộ giảm chấn được sử dụng. Các bộ giảm chấn này hấp thụ năng lượng phá hủy bảo vệ tòa nhà khỏi bị sụp đổ.
Hệ thống cách ly cơ sở địa chấn cũng có thể cứu tòa nhà sau trận động đất. Hệ thống này bao gồm tập hợp các thành phần, giúp tách biệt cấu trúc bên trên mặt đất và cấu trúc nền cơ sở. Khi xảy ra động đất, cấu trúc nền cơ sở dịch chuyển nhưng tòa nhà có thể đúng vững.
Áo choàng tàng hình địa chấn là một kỹ thuật khác để tăng khả năng chịu động đất của tòa nhà. Kỹ thuật này liên quan đến đào hố trụ hoặc sử dụng một loạt các vòng nhựa và bê tông đồng tâm xung quanh móng tòa nhà. Khi sóng địa chấn tiếp cận, các vòng này sẽ phân sóng tới khiến chúng giao thoa với nhau và triệt tiêu
Các kỹ sư đã liên tục thử nghiệm các lý thuyết thiết kế và vật liệu mới để xây dựng những tòa nhà có thể chống chọi với những thảm họa thiên nhiên tồi tệ nhất. Họ còn nghiên cứu về bọt kim loại có thể lắp đặt vào các khớp của tòa nhà, để hấp thụ năng lượng và ngăn chặn thiệt hại do động đất gây ra.
Các vật liệu tự hàn gắn có thể sửa chữa các vết nứt trong kết cấu hoặc móng nhà cũng đang được nghiên cứu. Những tiến bộ này sẽ hỗ trợ để xây dựng những công trình bền vững bền thực sự.
