Cấu trúc chống sập nhà lấy cảm hứng từ thằn lằn

Thiết kế tự cô lập chỗ hư hỏng của các nhà nghiên cứu Tây Ban Nha sẽ giúp những tòa nhà cao tầng tránh hiện tượng sụp đổ dây chuyền.

Tòa nhà Champlain Towers ở Florida bị sụp đổ vào tháng 6/2021. Ảnh: Engineering News Record

Nhóm nghiên cứu đến từ Viện ICITECH của Đại học Bách khoa Valencia (UPV) phát triển một phương pháp đặc biệt nhằm xây dựng tòa nhà có độ bền cao, Interesting Engineering hôm 16/5 đưa tin. Lấy cảm hứng từ khả năng tự rụng đuôi của thằn lằn khi bị tấn công, các nhà nghiên cứu tìm ra phương pháp có thể trở thành lớp bảo vệ cuối cùng để ngăn thảm họa sập nhà chọc trời.

Thằn lằn áp dụng cơ chế tự vệ tự vứt bỏ cho phép chúng thoát khỏi móng vuốt của động vật săn mồi bằng cách rụng một hoặc nhiều phần phụ. Đuôi bao gồm một số đoạn, mỗi đoạn là một điểm có thể đứt rời. Thiết kế tòa nhà hiện nay tập trung vào tái phân bố tải trọng trong trường hợp có bộ phận hư hỏng. Phương pháp cải thiện độ gắn kết giữa các bộ phận cấu trúc này rất hiệu quả đối với hư hỏng nhỏ ban đầu. Tuy nhiên, khi gặp phải hư hỏng lớn, phương pháp trên có thể làm tăng nguy cơ sụp đổ dây chuyền. Những tai nạn gần đây như vụ sụp đổ Champlain Towers ở Mỹ năm 2021 hay thảm họa Abadan ở Iran năm 2022 đều bắt nguồn từ hư hỏng lớn.

Nhóm nghiên cứu ICITECH-UPV tìm cách vượt qua hạn chế trên bằng cách giới thiệu "kết cấu cầu chì". Họ phát triển một phương châm mới để xây dựng những tòa nhà có thể chịu các mối đe dọa như lũ lụt, lở đất, cũ kỹ hoặc thậm chí bảo trì kém. Phương châm này tương tự bảo vệ một hệ thống điện khỏi bị quá tải bằng cách kết nối những bộ phận lưới điện khác nhau thông qua cầu chì, theo Nirvan Makoond, thành viên của ICITECH-UPV, đồng tác giả nghiên cứu.

Thiết kế mới giữ nguyên độ ổn định của kết cấu trong điều kiện hoạt động thông thường. Tuy nhiên, khi không thể tránh khỏi thiệt hại, thiết kế của nhóm nghiên cứu ngăn chặn nguy cơ sụp đổ hoàn toàn và bảo vệ phần còn lại của tòa nhà, giảm quy mô tổn thất, đồng thời có chi phí xây dựng không đáng kể.

Để kiểm tra thiết kế trong thực tế, nhóm nghiên cứu xây dựng một tòa nhà kích thước thực từ bê tông đúc sẵn. Khi hư hỏng lớn xảy ra, họ quan sát thấy chỗ hư hỏng bị cách ly, giúp ngăn tòa nhà sụp đổ hoàn toàn. Theo Jose M. Adam, đồng tác giả nghiên cứu, ứng dụng thiết kế mới sẽ giúp tránh những thảm họa sụp đổ, bảo vệ sinh mạng và giảm thiểu thiệt hại kinh tế. Kết quả nghiên cứu được công bố chi tiết hôm 15/5 trên tạp chí Nature.

An Khang (Theo Interesting Engineering)