Đi tìm giới hạn mà những tòa nhà chọc trời có thể vươn đến, kết quả vượt xa sức tưởng tượng của nhân loại

Chỉ trong vòng hai năm, 3 tòa nhà cao nhất thế giới đã được xây dựng tại New York. 

Năm 1930 là ngân hàng Manhattan cao 282m, một vài tháng sau đó là tòa nhà Chrysler cao 319m, và đến năm 1931 là tòa nhà Empire State được khánh thành với chiều cao lên tới 381m. 

Năm 2003, tòa nhà Đài Bắc 101 (509m) đã lật đổ vị trí tòa nhà cao nhất thế giới của tòa tháp Petronas tại Kuala Lumpur. Nhưng kỷ lục chỉ tồn tại được 7 năm, vì đến năm 2010, tòa nhà Burj Khalifa ở Dubai bỏ xa các đối thủ của mình với chiều cao lên đến 828m. 

Và vẫn chưa dừng ở đó, năm 2018, Kindom Tower sẽ được xây dựng tại Jeddah, Ả-rập Saudi sẽ có chiều cao chạm đến mốc 1000m.

Vậy liệu có giới hạn nào được đặt ra cho con người trong nỗ lực "chọc thủng bầu trời" bằng những tòa nhà cao tầng trong tương lai?

Những tòa nhà chọc trời đang ngày một cao lên

Giới hạn của nhà chọc trời

Có rất nhiều vấn đề mà các nhà kiến trúc sư phải giải quyết khi thiết kế những tòa nhà cao tầng. Vấn đề quan trọng đầu tiên là gió. Những con gió nhẹ thoảng qua mà bạn thấy trên mặt đất có thể biến thành một cơn gió giật vô cùng mạnh trên độ cao 500m. 

Và khi những cơn bão đến thì mọi chuyện có thể trở nên vô cùng tồi tệ.

Mặc dù vậy các kiến trúc sư cũng đã tìm ra nhiều giải pháp để giải quyết vấn đề này. Ví dụ như cấu trúc đặc biệt của tòa nhà Đài Bắc 101, nó có một bộ phận chống rung hình cầu cao 5,5m, nặng 882 tấn nằm gần đỉnh. Bộ phận này sẽ được điều chỉnh ngược lại hướng gió, để giúp tòa nhà cân bằng và chống chịu trước gió bão.

Hay như tòa tháp Burj Khalifa, với hình dạng sao ba cánh nếu nhìn từ trên xuống. Thiết kế đặc biệt này giúp nó tạo được sự ổn định tốt nhất, do các cạnh có bề mặt tiếp xúc không lớn và làm phân tán các luồng gió đến.

Thiết kế chống rung của tòa Đài Bắc 101

Tuy nhiên vấn đề quan trọng nhất theo đánh giá của kiến trúc sư William Baker (một trong những người thiết kế tòa nhà Burj Khalifa) chính là thang máy. Về cơ bản, việc thiết kế hệ thống thang máy cho một tòa nhà cao 1000m không hề đơn giản như bạn nghĩ. 

Hệ thống dây cáp dài tới 600m đã là quá nặng để có thể vận hành. Tuy nhiên theo Baker, nếu chúng ta giải quyết được vấn đề này, chúng ta có thể xây những tòa nhà cao hơn cả Kingdom Tower.

William Baker cho biết: "Những tòa nhà cao tầng hiện nay đều dựa trên một thiết kế cơ bản của tháp Eiffel, với các tầng dưới thấp mở rộng và càng lên cao càng thu hẹp lại." 

"Kết cấu này ổn định nhờ có nền tảng vững chắc. Do đó nếu muốn xây những tòa nhà cao 2000m hay 4000m, chúng ta chỉ cần có một không gian đủ rộng."

Về mặt lý thuyết, chúng ta có thể xây được những tòa nhà cao tới 8849m (cao hơn cả đỉnh Everest). Theo tính toán thì một tòa nhà cao như vậy cần phần móng và các tầng nền tảng rộng khoảng 4.100km2, nghĩa là lớn hơn cả diện tích của thành phố Hà Nội mà chúng ta đang sinh sống.

Thiết kế hình tháp Eiffel - móng vững ở dưới và cao dần lên trên

Tuy nhiên chưa dừng lại ở đó, các kiến trúc sư dự tính tòa nhà cao nhất mà chúng ta có thể xây dựng trên lý thuyết còn vượt qua cả con số 10.000m. Với cấu trúc rỗng giống như tòa tháp Eiffel, các kiến trúc sư có thể làm giảm trọng lượng của tòa nhà. Giống như tòa nhà Burj Khalifa, Baker ước tính có khoảng 15% là cấu trúc còn 85% là không khí. 

Theo tính toán, nếu một tòa nhà chỉ nặng bằng 15% của một vật rắn, thì nó có thể cao gấp 6,67 lần với cùng khối lượng của vật rắn đó.

Như vậy, vượt qua những vấn đề về gió bão, động đất và nhiều khó khăn khác, các nhà kiến trúc sư vẫn tiếp tục thiết kế và xây dựng những tòa nhà chọc trời. 

Trên lý thuyết, các kiến trúc sư có thể thiết kế những tòa nhà cao tới hàng chục cây số, tuy nhiên thực tế không có một mảnh đất nào đủ rộng để có thể tiến hành xây dựng tòa nhà như vậy. Đó là chưa kể đến những khó khăn trong việc xây dựng trên độ cao hàng cây số.

Con người vẫn đang tiếp tục vượt qua chính mình và vượt qua cả những thách thức của tự nhiên. Tuy nhiên chúng ta vẫn chỉ là một phần nhỏ bé của thế giới này, chính vì thế có lẽ con người cũng nên biết giới hạn của mình, đặc biệt là trong việc khai phá tự nhiên để phục vụ cuộc sống hiện đại.