Các kiến trúc cao tầng chống gió như thế nào?
Tục ngữ có câu “cây to gió lớn”. Kiến trúc cao tầng giống như một cái cây cực kỳ cao to, nên ảnh hưởng của gió đối với nó rất lớn. Đối với kiến trúc cao từ 50 tầng trở lên, khả năng chống gió là một trong những vấn đề khó khăn chủ yếu khi thiết kế. Theo thống kê, khi dùng kết cấu thép, lượng thép dùng cho kết cấu chống gió của công trình chiếm khoảng 1/2 tổng lượng thép được dùng. Do đó, có thể thấy việc chọn cách tạo hình và phương thức kết cấu hợp lý về mặt kiến trúc có ý nghĩa kinh tế rất quan trọng. Vấn đề chống gió của nhà cao tầng chính là được giải quyết theo hai mặt đó.
Tạo hình kiến trúc cao tầng hết sức phong phú, thường có kiểu hình chữ nhật, hình trụ tròn, hình tam giác, hình thoi, hình quạt gió, hình ba lá v.v... Kiến trúc hình chữ nhật thường thấy nhất còn được gọi là kiến trúc hình tấm. Nó giống như một khối gỗ xếp hình, hình chữ nhật, bề mặt hứng gió tương đối lớn, không có lợi cho việc chống gió, nên không nên xây quá cao. Để cải thiện tính năng chống gió của kiến trúc hình chữ nhật, có thể tăng chiều dày ở phần giữa của nó lên thành hình thoi; cũng có trường hợp uốn cong mặt phẳng thành hình vòng cung.
Kiến trúc kiểu hình trụ tròn có khả năng chống gió tốt hơn hình trụ vuông, có thể làm giảm áp lực gió khoảng 40%. Một kiến trúc nổi tiếng hình trụ tròn là khách sạn quảng trường trung tâm Cây đào Atlanta của Mỹ, khách sạn cao nhất thế giới; ngoài ra còn có tòa nhà mới của khách sạn Cẩm Giang ở Thượng Hải, Trung Quốc. Mặt khác, các tạo hình kiểu lá cỏ, quạt gió, hình chữ nhật v.v... đều bắt chước kiểu giá ba chân chống xòe ra của máy chụp ảnh, rõ ràng có thể làm tăng rất nhiều khả năng chống gió của công trình kiến trúc.
Tính năng chống gió tốt nhất trong tạo hình kiến trúc là kiểu hình chóp, giống như kim tự tháp. Hình chóp tròn dĩ nhiên là tốt nhất, nhưng thi công tương đối phức tạp, do đó phần lớn dùng kiểu hình chóp đa giác. Ví dụ, tòa nhà Liên Mỹ (Pan American) ở San Francisco là một hình kim tự tháp thon dài, tòa nhà Hamkok ở Chicago là một hình chóp đa giác không có đỉnh nhọn. Hình thức biến hóa của nó là tòa nhà Shells cao nhất thế giới. Tòa nhà này dùng tổ hợp chín cột vuông, càng lên cao thêm cột càng nhỏ, cuối cùng hình thành hai khối ống vuông lên đến tận đỉnh nhà, vừa tránh được khó khăn khi thi công hình chóp đa giác, lại đạt được mục đích có lợi cho chống gió của hình chóp đa giác.
Các công trình kiến trúc, ngoài việc dùng phương pháp tạo hình có lợi cho chống gió, còn có thể dùng phương thức kết cấu chống gió thích hợp. Các kiến trúc 20 - 30 tầng dùng kết cấu giá khung do cột và dầm hợp thành là đủ để chống gió. Các tòa nhà cao 40 - 50 tầng thường dùng kết cấu khung chịu lực - tường lực cắt. Thế nào là tường lực cắt? Ví dụ, một tấm gỗ nếu để bề mặt rộng hứng gió thì rất dễ bị gió thổi cong, nhưng nếu quay 90o cho bề mặt mỏng chịu gió thì sẽ không bị cong nữa. Tương tự như thế, ở giữa các cột bê tông hoặc cột thép, nếu làm một bức tường từ trên xuống dưới, cho bề mặt mỏng hứng gió, thì có thể tăng cường khả năng chống gió của kiến trúc. Loại tường đó vì kết cấu chủ yếu chịu lực cắt nên được gọi là “tường lực cắt”.
Những tòa nhà chọc trời vượt quá 50 tầng, nói chung đều dùng kết cấu “khối ống”. Khối ống giống như một ống bịt kín, hoặc giống như một ống khói được phóng to lên, có khả năng chống gió rất ưu việt. Trên thực tế, nó do bốn bức tường lực cắt hợp thành. Trong tòa nhà chọc trời có nhiều hầm thang máy; kết hợp chúng lại với nhau có thể trở thành một khối ống chống gió rất tốt. Khi chiều cao công trình đạt đến 70 - 80 tầng, thậm chí 100 tầng, một khối ống là chưa đủ, cần phải làm hai ống: một ống ở giữa gọi là “ống lõi”, một ống lồng ở bên ngoài, phương thức này gọi là kết cấu “ống trong ống”. Nếu không dùng phương pháp ống lồng ống, cũng có thể kết hợp nhiều ống lại với nhau, giống như một bó gậy tre, gọi là “ống chùm”. Tòa nhà Shells nổi tiếng chính là dùng phương thức kết cấu này, có khả năng chống gió cực kỳ tốt.
