Van điều tiết khối lượng (damper) được dùng trong hầu hết các toà nhà chọc trời. Nhiệm vụ của nó là làm cân bằng cấu trúc khi chịu tác dụng của ngoại lực. Bạn đã thấy qua video ở bài này về cách thức hoạt động của nó. Mình xin chia sẻ rõ hơn về nguyên lý hoạt động cũng như các thông tin khác về Damper để anh em có thể hiểu rõ hơn. Anh em học kiến trúc biết nhiều hơn mời chia sẻ nhé.
Đúng như tên gọi của mình, Van điều tiết khối lượng được tạo ra để giảm biên độ rung lắc của tòa nhà khi chịu tác dụng của lực nào đó. Là một trong những giải pháp chống dao động đối với công trình cao tầng, việc sử dụng Van điều tiết khối lượng thuộc giải pháp giảm chấn, nghĩa là dùng thiết bị đặc biệt để tạo ra lực chống lại ngoại lực.
Thông thường, một bộ damper bao gồm 2 thành phần: khối nặng và phần hấp thụ chấn động (xy lanh thủy lực). Trong quá trình hoạt động, nếu có một ngoại lực (do gió mạnh, động đất,...) tấn công vào cấu trúc, khối nặng khổng lồ bên trong tòa nhà (thường nằm ở các vị trí cao) sẽ dao động, tận dụng lực quán trình để triệt tiêu ngoại lực nói trên. Ngoài ra, còn có một loại van điều tiết khác được gọi là van điều tiết bể nước, sử dụng hàng tấn nước thay vì những quả cầu thép để duy trì độ ổn định của công trình.
Hình minh họa bộ damper bên trong tòa tháp 111 West 57th Street ở New York, Mỹ.
Hai kỹ sư Rowan Williams Davies và Irwin cho rằng khi gió ở vận tốc 160 km/h tác động đến một tòa tháp cao cỡ 300 mét, nó có thể khiến công trình dịch chuyển đến 0,6 mét. Mặc dù chưa phải là con số đáng báo động về mặt an toàn, thế nhưng những rung lắc thế này có thể khiến những người bên trong tòa nhà chóng mặt. Đó là lý do những quả cân bằng trọng lượng được lắp đặt.
Ứng dụng
Cầu Akashi Kaikyō (Nhật Bản)
Trên thế giới, có rất nhiều công trình chọc trời sở hữu Khối giảm chấn. Chẳng hạn như tháp Taipei 101 ở Đài Loan, khách sạn Burj al-Arab ở Dubai với 11 bộ damper, hay ngọn tháp thu phát sóng của đài truyền hình Berlin (Đức),...Không chỉ được ứng dụng vào các tòa nhà, những cấu trúc khác cũng trang bị damper, điển hình là cây cầu Akashi Kaikyō ở Nhật Bản.
Chẳng những có mặt ở các công trình lớn, Van điều tiết khối lượng còn dùng trong xe hơi, đường dây tải điện hay các tua bin gió. Nói chung, damper có mặt ở khá nhiều thứ, với nhiệm vụ chính là giảm rung lắc. Điển hình là nó còn được ứng dụng trong việc giảm tiếng ồn động cơ, giảm độ lắc của các thiết bị trong nhà máy, giảm độ rung của cầu thang,...vân vân.
Van điều tiết khối lượng của Taipei 101
Như đề cập ở đầu bài, mình từng có một bài viết nói về dao động mạnh của Van điều tiết khối lượng bên trong tòa cao ốc Taipei 101, khi cơn bão Soudelor quét qua khu vực này. Nay mình xin nói thêm một số thông tin cho các bạn nắm rõ hơn.
Như đã nói trong bài trước, Khối chống rung của Taipei 101 nằm trong khoảng không từ tầng 87 đến tầng 92, gồm một quả cầu thép khổng lồ nặng 720 tấn cố định bởi dây cáp thép, và bên dưới là các xy lanh thủy lực nhằm giảm xóc khi quả cầu di chuyển. Được biết khối cầu này có thể đung đưa với biên độ tối đa là 1,5 mét theo mọi hướng, giúp giảm rung lắc của tòa nhà lên đến 40%. Bên cạnh đó, trên đỉnh tháp còn có 2 bộ damper phụ, với 2 quả cầu khác và mỗi quả nặng 7 tấn, dành cho trường hợp gió quá mạnh.
Thông thường, quả cầu chính dịch chuyển không quá vài inch (1 inch = 2,54cm), thế nhưng trong trận bão vừa rồi, từ video của camera giám sát có thể thấy nó rung lắc khá dữ dội. Đây chính là thời khắc vật lý lên ngôi.
Các kỹ sư thiết kế tòa tháp Taipei 101 đã rất tự hào về sự sáng tạo của họ, khi đã cho lắp đặt khối cầu ngay vị trí mà du khách có thể thoải mái chiêm ngưỡng, chụp ảnh,...Nếu vô tình đến đây vào một ngày bão, chắc hẳn bạn cũng sẽ chứng kiến quả cầu đung đưa.
Với tổng vốn đầu tư lên đến 4 triệu USD, damper của Taipei 101 là Van điều tiết khối lượng lớn nhất thế giới (tính đến thời điểm hiện tại) và là Van đầu tiên có thể quan sát một cách công khai.
