TCTM – Sau vụ khủng bố kinh hoàng ngày 11/9/2001 và sự sụp đổ của Tháp đôi Trung tâm Thương mại Thế giới, ngành kiến trúc và xây dựng đã phải đối mặt với một câu hỏi lớn: Liệu tham vọng vươn cao của con người có nên dừng lại? Và thay vì từ bỏ, những bài học đau thương đã trở thành động lực để thay đổi, mạnh mẽ hơn, an toàn hơn.
Sự sụp đổ của Tháp Đôi Trung tâm Thương mại thế giới trong vụ tấn công 11/9/2001 không chỉ là một thảm kịch lịch sử của nước Mỹ mà còn là một thất bại mang tính hệ thống trong kỹ thuật xây dựng và các quy chuẩn an toàn lúc bấy giờ.
James von Klemperer, Chủ tịch của Kohn Pedersen Fox, công ty chịu trách nhiệm thiết kế 4 trong số 10 tòa nhà chọc trời cao nhất thế giới, từng chia sẻ: “Chúng tôi nghĩ rằng vụ tấn công 11/9 sẽ chấm dứt tham vọng vươn cao bấy lâu nay”.
Trên thực tế, gần 25 năm đã trôi qua, những tòa nhà siêu cao tầng vẫn là biểu tượng cho sự phát triển và thịnh vượng của một quốc gia. Không chỉ gia tăng về số lượng mà chiều cao của các tòa nhà chọc trời cũng tăng lên đáng kể.
One World Trade Center, còn gọi 1 WTC được xây dựng vào năm 2006 ngay tại vị trí khuôn viên của Tháp đôi WTC cũ. Công trình với chiều cao 541m, 104 tầng.
Việc xây dựng Burj Khalifa, tòa nhà cao nhất thế giới với chiều cao 828m, được khởi công vào năm 2004 – tức chỉ ba năm sau cuộc tấn công 11/9/2001. Hay Trung tâm thương mại Một thế giới (One World Trade Center, còn gọi 1 WTC) cao 541m cũng được khởi công xây dựng ngay tại vị trí Tháp Đôi sau 5 năm xảy ra vụ tấn công.
Đây đều là những minh chứng cho thấy ngành xây dựng không từ bỏ mà luôn thay đổi để mạnh mẽ hơn, an toàn hơn.
Như đã đề cập trong bài Vụ khủng bố 11/9/2001 ở nước Mỹ và những lỗ hổng trong thiết kế, kết cấu toà nhà, vụ sụp đổ của Tháp Đôi WTC đã bộc lộ hai điểm yếu dẫn tới thảm kịch: (1) Tác động từ va chạm và (2) hỏa hoạn. Các máy bay đã phá hủy hệ thống cột thép chịu lực và làm bong lớp chống cháy trên các sàn thép và cột thép, khiến nhiệt độ từ đám cháy nhiên liệu máy bay nhanh chóng làm suy yếu cấu trúc thép, dẫn đến hiệu ứng sụp đổ dây chuyền.
Toàn bộ hệ thống thép chịu lực của Tháp đôi WTC đổ sập trong vụ tấn công 11/9/2001
Sau sự kiện 11/9, ngành công nghiệp xây dựng đã nhận ra sự cần thiết phải chuyển dịch triết lý thiết kế của các tòa nhà cao tầng từ việc chỉ tập trung vào khả năng chống chịu các tải trọng thông thường sang một triết lý mới, toàn diện hơn.
Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) đã khuyến nghị áp dụng triết lý “thiết kế bền bỉ và dư thừa” (robust and redundant design philosophy).
Điều này đòi hỏi các cấu kiện riêng lẻ phải được thiết kế để duy trì đủ khả năng chịu tải sau khi bị biến dạng, và toàn bộ cấu trúc phải được xây dựng để cung cấp nhiều đường truyền lực dự phòng. Mục tiêu là đảm bảo rằng sự hư hỏng của một vài cấu kiện riêng lẻ sẽ không dẫn đến sự sụp đổ dây chuyền của toàn bộ cấu trúc, chuyển từ việc chỉ tập trung vào các tải trọng tĩnh và động thông thường sang các tác động bất ngờ, cực đoan.
Kể từ sau vụ 11/9, việc xây dựng các tòa nhà chọc trời đã chuyển đổi từ việc chỉ sử dụng thép sang kết hợp khung thép với bê tông hiệu suất cao.
Bài học rút ra từ Tháp đôi WTC là khi nhiệt độ trong đám cháy đạt 200°C, các cột thép chịu lực nhanh chóng mất đi khả năng chịu tải. Trong khi đó, bê tông không chỉ có khả năng chống cháy vượt trội mà còn giúp tòa nhà chống lại áp lực cực lớn từ các vụ nổ hoặc va chạm, từ đó ngăn ngừa hiệu ứng sụp đổ dây chuyền.
Sự thay đổi này được thể hiện rõ nét trong thiết kế One World Trade Center (One WTC), được xây dựng ngay tại vị trí cũ của Tháp đôi WTC vào năm 2006. One WTC có một lõi bê tông cốt thép khổng lồ, dày tới 0,9m. Lõi này được làm từ bê tông cường độ cao (High Strength Concrete – HSC), với cường độ nén lên tới 96,5 MPa, cao nhất từng được sử dụng tại New York vào thời điểm đó.
Con số này cao hơn nhiều so với bê tông truyền thống dùng tại Tháp đôi WTC, vốn chỉ có cường độ nén 20,7 – 41,7 MPa.
Mô phỏng hệ thống lõi bê tông cốt thép cường độ cao dày tới 0,9m của Tháp One WTC
Việc chuyển dịch sang sử dụng lõi bê tông cường độ cao không chỉ là giải pháp trực tiếp cho vấn đề chống cháy mà còn mang lại độ cứng và khả năng chịu tải vượt trội, giúp cấu trúc có khả năng chống chịu tốt hơn trước các sự cố bất ngờ. Đây là một sự thay đổi cơ bản từ triết lý “kết cấu thép” sang “kết cấu lai” (hybrid structure) – kết hợp nhiều vật liệu khác nhau để tạo ra các tòa nhà siêu cao tầng vững chãi và an toàn hơn.
* Cường độ chịu nén của bê tông là ứng suất nén tối đa mà bê tông có thể chịu được trước khi bị phá hủy, được tính bằng lực nén chia cho diện tích mẫu thử, với đơn vị thường dùng là MPa.
Ngày nay, để tăng cường độ bền và khả năng chống nổ của bê tông, các nhà nghiên cứu đã phát triển bê tông hiệu suất cực cao (Ultra-high performance concrete – UHPC) và bê tông cốt sợi hiệu suất cực cao (Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete – UHPFRC).
Hàng triệu sợi thép siêu nhỏ hoặc các vật liệu dạng sợi có độ bền cao được trộn vào bê tông, giúp liên kết chặt chẽ và ngăn chặn sự lan truyền của các vết nứt do nổ hoặc lực tác động mạnh. Cường độ nén của các loại bê tông này đã được tăng lên đáng kể, đạt 103,42 – 206,8 MPa.
Bê tông cốt sợi là sự kết hợp giữa bê tông và sợi chịu lực trong đó có các loại sợi như sợi thép, sợi thủy tinh, sợi amiang, sợi carbon. Mỗi một loại sợi khác nhau thì lại có những tính chất khác nhau.
Ngoài ra, các vật liệu chống cháy cũng được cải tiến. Các lớp phủ chống cháy bằng sơn và vữa đã được nâng cấp để có độ bám dính tốt hơn, không dễ bị bong tróc khi va chạm. Lớp phủ mới này có thể chịu được nhiệt độ lên đến 1.000°C và duy trì khả năng bảo vệ trong nhiều giờ.
Sau vụ tấn công 11/9, tiêu chuẩn thiết kế hệ thống và phương thức thoát hiểm cũng được nâng cao đáng kể:
Thiết kế thang bộ thoát hiểm:
Các quy định mới yêu cầu tăng khoảng cách giữa các thang bộ, tăng số lượng thang bộ đối với những tòa nhà rất cao, và tăng chiều rộng tối thiểu của thang lên 167,6cm để thuận lợi cho việc sơ tán người dân và di chuyển của lính cứu hỏa. Vật liệu xây dựng thang bộ cũng được cải tiến, sử dụng vật liệu chịu lực, chống cháy tốt hơn như bê tông cốt thép thay cho vách thạch cao dễ bị phá hủy.
Một số cải tiến khác bao gồm:
– Hệ thống điều áp (stair pressurization): Duy trì áp suất không khí dương để ngăn khói xâm nhập vào thang bộ.
– Biển báo phát quang: Hướng dẫn người sơ tán trong trường hợp mất điện.
Bài học đắt giá từ sự quá tải và tắc nghẽn của thang bộ tại Tháp Đôi WTC đã dẫn đến những thay đổi triệt để trong tiêu chuẩn thiết kế lối thoát hiểm.
Mô phỏng cấu trúc lõi của Tòa One WTC cho thấy công trình mới này đã khắc phục các hạn chế từ công trình Tháp đôi WTC trước kia với phần lõi bê tông cốt thép cường độ cao, bố trí các cầu thang thoát hiểm theo từng khu vực khác nhau và ứng dụng hệ thống thang máy sơ tán, thang máy cứu hỏa phục vụ cho kịch bản sơ tán cư dân tòa nhà trong trường hợp khẩn cấp.
Trong nhiều thập kỷ, quy tắc an toàn cơ bản là “không bao giờ sử dụng thang máy khi có hỏa hoạn”. Tuy nhiên, các báo cáo của NIST sau vụ tấn công 11/9 đã đề xuất một khái niệm mang tính cách mạng: “Thang máy Sơ tán Cư dân” (Occupant Evacuation Elevators – OEE).
Khái niệm này được thúc đẩy bởi sự nhận thức rằng việc sơ tán hàng nghìn người từ các tòa nhà siêu cao tầng bằng thang bộ là cực kỳ tốn thời gian, có thể mất hơn 2 giờ cho một tòa nhà 50 tầng. Thang máy OEE được thiết kế để hoạt động trong tình huống khẩn cấp, có khả năng chống nhiệt, khói và nước, cùng với nguồn điện dự phòng.
Hệ thống báo cháy của tòa nhà sẽ tự động kích hoạt các thang máy này, cung cấp hướng dẫn bằng âm thanh rõ ràng cho người sử dụng. Các thang máy sẽ sơ tán người theo từng tầng, ưu tiên các tầng xa nhất so với tầng thoát hiểm. Sự thay đổi này không chỉ giúp đẩy nhanh quá trình sơ tán mà còn cung cấp một lối thoát hiểm an toàn cho người khuyết tật và những người không thể sử dụng thang bộ.
Các bài học từ thảm kịch đã được thể chế hóa và tích hợp vào các bộ quy chuẩn xây dựng trên toàn thế giới, tạo ra một nền tảng vững chắc cho sự phát triển của các tòa nhà chọc trời an toàn và kiên cường hơn.
Từ việc chuyển dịch sang lõi bê tông cường độ cao, chống sụp đổ dây chuyền, đến việc cải tiến thang bộ và sự ra đời của thang máy sơ tán, mỗi thay đổi đều là một lời giải đáp kỹ thuật cho những thách thức đã từng được coi là không thể vượt qua.
Chiều cao trung bình của 100 tòa nhà cao nhất thế giới
Những bài học này đã thúc đẩy sự đổi mới, hợp tác liên ngành và sự hiểu biết sâu sắc hơn về mối quan hệ giữa kiến trúc, kỹ thuật và an toàn con người. Các tòa nhà siêu cao tầng hiện đại như Burj Khalifa, Merdeka 118, Shanghai Tower hay One WTC là những minh chứng sống động cho sự chuyển dịch này.
Tương lai của thiết kế siêu cao tầng sẽ tiếp tục là một sự cân bằng phức tạp giữa an toàn, chi phí và tầm nhìn thẩm mỹ, đồng thời luôn sẵn sàng đối phó với các thách thức mới của một thế giới thay đổi không ngừng.
Vụ khủng bố 11/9/2001 ở nước Mỹ và những lỗ hổng trong thiết kế, kết cấu toà nhà
Vụ tấn công 11/9 thay đổi hoạt động sơ tán tại tòa nhà cao tầng ra sao?
Thông tin mới cập nhật
