TẠI SAO KIẾN TRÚC CAO TẦNG CÓ THỀ CÀNG XÂY CÀNG CAO?
Hơn 100 năm trước, ở Chicago, Mỹ xuất hiện một toà nhà của Công ty bảo hiểm nhà ở cao 10 tầng. Ai có thể nghĩ rằng toà nhà mà ngày nay chỉ được coi là một công trình bé nhỏ không đáng kể lại là tiêu chuẩn thứ nhất của kiến trúc cao tầng thành phố hiện đại. Bắt đầu từ đây, kiến trúc cao tầng mọc lên như nấm ở khắp mọi nơi trên thế giới, còn xuất hiện cao ốc chọc trời siêu cấp hơn 100 tầng với độ cao hơn 400 mét.
Tại sao kiến trúc cao tầng có thể càng xây càng cao? Điều này không thể tách rời với tốc độ phát triển của những mặt như kết cấu kiến trúc lực học, khoa học tài liệu kiến trúc, thiết bị điện.
Xây dựng kiến trúc cao tầng điều quan trọng nhất là tính ổn định của toà nhà, mà tính ổn định của toà nhà với độ lớn nhỏ của nền móng và độ nông sâu có quan hệ mật thiết với nhau. Theo đo lường tính toán, tỉ lệ độ cao của toàn nhà và độ rộng của nền móng càng nhỏ thì độ ổn định của toà nhà càng lớn. Trong kiến trúc học, tỉ lệ này gọi là ''Tỉ lệ cao rộng''. Các kiến trúc cao tầng bình thường có tỉ lệ cao rộng là 6:1 đến 8:1, mà muốn xây dựng toà nhà chọc trời siêu cấp thì không thể không phá vỡ hạn chế của ''Tỉ lệ cao rộng'' này. Bởi vì hiện nay giá đất ở các thành phố lớn rất đắt, phòng ở thì cần nhiều, để tỉ lệ đất sử dụng được phát huy tối đa, chỉ có thể chiếm khoảng không chứ không thể chiếm đất, phải chọn dùng phương pháp nhà cao tầng, đây chính là lí do mà người ta thiết kế kiến trúc nhà siêu cao tầng. Thế nhưng trong điều kiện cách xa tỉ lệ siêu cao rộng của hệ số an toàn, muốn bảo đảm tính ổn định tuyệt đối của toà nhà chọc trời rõ ràng là không được.
Kiến trúc sư dám thiết kế toà nhà chọc trời siêu cấp 1,2 trăm tầng, kỹ sư xây dựng dám đảm nhận xây dựng một toà nhà chọc trời thì trong tay họ đã có hai tuyệt chiêu lớn. Hệ thống kết cấu giá thép với cường độ siêu cao và vật liệu tường phức hợp với cường độ siêu cao.
Kết cấu truyền thống của kiến trúc cao tầng là trên nền móng dựng nên từng tầng từng tầng giá thẳng đứng bằng thép, lại dùng chế bản bê tông cốt thép, tấm thép hay là hệ thống lớp tường thuỷ tinh thép hoá nối các khung thép tạo thành tường, loại kết cấu này dùng cho những toà nhà chọc trời siêu cấp có tỉ lệ cao rộng đặc biệt lớn dù cường độ hay độ cứng đều không đủ. Kết cấu tương đối lí tưởng là cấu tạo giá đỡ hình ống, chính là những ống thép giống cột trụ, bao quanh chặt chẽ thành khung ngoài của toà nhà, làm cho cả tổng thể xem ra dường như một cái giếng nằm ở trung tâm. Ngoài ưu thế trên, nó còn di chuyển trọng lượng của công trình kiến trúc và ứng lực tới những cột đỡ hình ống ở bốn phía ngoài tường, có thể chịu được trọng lực vuông góc của toà nhà và lực đẩy ngang do động đất sinh ra. Ngoài ra, còn có một loại hệ thống kết cấu khung chịu lực phần ngoài, cũng thích hợp ứng dụng cho kiến trúc nhà siêu cao.
Nhà cao thì lực đẩy ngang của gió đối với toà nhà cũng càng lớn, lực gió mà những toà nhà cao tầng chọc trời chịu gấp vài lần so với những toà nhà thấp. Lực va đập của gió tăng theo độ cao của kiến trúc, chẳng hạn như phần đỉnh toà nhà 100 tầng chịu lực đập của gió gấp 4 lần phần đỉnh toà nhà 50 tầng. Cho nên, nhất thiết phải suy nghĩ tới mức tăng của độ cứng vật liệu xây nhà cao tầng, làm cho nó có tính năng uốn lượn tương đối mạnh. Nhưng dùng việc tăng độ dày của tường để nâng cao độ khoẻ của công trình thì lại không phải là phương pháp có thể thực hiện được, bởi vì tường tăng độ dày sẽ làm cho tổng trọng lượng của công trình tăng lên nhiều, ảnh hưởng đến việc kiến thiết độ cao của công trình. Phương pháp mới chính là ở giữa hai tấm thép mỏng đặt một loại vật liệu dẻo nhẹ có tính đàn hồi cao ép thành một tấm ván phức hợp. Chọn dùng loại vật liệu mới vừa nhẹ vừa cứng, vừa có độ dẻo làm tường, toà nhà cao tầng sẽ có khả năng chống động đất tốt, giảm bớt biên độ chao đảo của phần đỉnh, làm cho công trình vững như bàn thạch.
Cơ sở của kiến trúc nhà cao tầng đương nhiên từ tin tức và tri thức của các lĩnh vực khoa học, mà các nhà kiến trúc sư thường là có óc tưởng tượng và sự thách thức của dũng khí cao độ vượt quá người thường. Một nhà kiến trúc sư thiên tài, người Mỹ F.L. Laiter đưa ra một thiết kế là muốn xây tại Chicago một toà nhà cao 1609m với 528 tầng. Toà nhà này sau khi hoàn thành, diện tích sử dụng đạt 170 vạn m2, có thể ở 13 vạn người. Nhưng toà nhà ''to lớn đồ sộ'' này vẫn không phải là độ cao tuyệt đối. Kiến trúc sư người Anh William Felix lại đưa ra một phương án kiến trúc gọi là ''Thành tháp'', nó có 850 tầng, cao tới 3200 m, có thể ở 50 vạn người. Kiểu toà nhà ở như thế này cũng bằng với một thành phố trung bình. Có thể thấy rằng, sự phát triển của khoa học kiến trúc cũng giống như tất cả các môn khoa học khác, vĩnh viễn không có tận cùng.
