Trung tâm Thương mại Thế giới
Thời điểm: 1962- 73
Địa điểm: Thành phố New York, Mỹ
Lúc tôi tìm hiểu mục đích của dự án này, thì điều rõ ràng là Trung tâm thương mại, với vị trí hướng về lối vào cảng New York, đã là biểu tượng cho tầm quan trọng của thương mại thế giới đối với quốc gia này, một trung tâm quan trọng của nước Mỹ và cũng là biểu hiện cụ thể nỗ lực chung của những người tìm kiếm và đạt được hòa bình thế giới.
Kiến trúc sư Minoru Yamasaki, 1979
Khi hoàn tất, tòa tháp đôi 110 tầng của Trung tâm thương mại thế giới ở thành phố New York trở thành kết cấu nhân tạo cao nhất trên thế giới, cao hơn Cao ốc Empire State 381,6m (1252ft) năm 1931 hơn 30m (100ft). Trung tâm thương mại thế giới vẫn tồn tại một cách thành công ngay khu trung tâm tài chính đang giảm sút vào thời điểm có nhiều doanh nghiệp phải dời về miền trung Manhattan. Cho đến khi bị những kẻ khủng bố phá hủy vào ngày 11/9/2001, tháp đôi phục vụ như trung tâm phát triển nhiều khối với năm tòa cao ốc thấp hơn và một quảng trường ở chung quanh, số nhân viên 50.000 người làm việc trong các văn phòng rộng 929.000m2 (10 triệu bộ vuông). Cao trình quảng trường trung tâm mua sắm nằm bên dưới quảng trường nối liền với ba tuyến đường xe điện ngầm ở New York và trạm xe lửa đi vé tháng đến New Jersey. Quy mô dự án chưa từng có cần đến sự đổi mới kỹ thuật quan trọng ở phần móng, hệ thống gối đỡ kết cấu và bố trí thang máy.
ü Tòa tháp đôi Trung tâm thương mại thế giới là trung tâm phát triển thương mại ở khu kinh doanh Manhattan, dự định mang đến sức sống mới cho khu vực.
Móng
Địa điểm xây dựng là đầm lầy ngập mặn, chỉ cao hơn mực nước biển có 1m (3 ft), với lớp đá gốc là hoa cương sâu bên dưới 21m (70ft). Tháp cao như thế đòi hỏi móng phải rất sâu nằm trên lớp đá gốc, nhưng địa thế đầm lầy không cho phép đào đất bằng phương tiện quy ước. Thay vào đó, các kỹ sư đề xuất một hệ thống rãnh dẫn bùn. Để cho nước rỉ vào số đất đào, xây tường bê tông đúc trong đất quanh một diện tích 152 x 305m (500 x 1000ft). Thép định hình rộng 1m (3ft) wide và 7m (22ft) đào xuống phía dưới lớp đất nền rồi lấp bằng bùn (đất sét bentonite và nước), giúp định hình hình dáng khối đất đào cho đến khi chèn một lồng bằng bê tông cốt thép vào và đổ bê tông, vì trọng lượng nặng hơn, nên lồng này chìm sâu xuống đáy thay thế cho đất bùn.
Thép định hình sau đó liên kết với nhau để tạo thành tường, tạo ra những gì lúc ấy gọi là ''chậu tắm''. Chậu này được ổn định chống lại áp lực nước bên ngoài bằng nhiều cáp thép, tạo ra một vùng khô ráo để đào đất tiếp, đóng cừ ở móng. Đất đào lên chuyển đến cạnh phía tây của Manhattan ở đây dùng để lấp đầy địa điểm xây dựng Công viên quốc gia Battery. Hầm chui xe điện ngầm và các tuyến giao thông dưới đất băng qua địa điểm xây dựng, tăng thêm tính phức tạp cần phải khéo xử lý khi đào đất.
Gối đỡ và hệ giằng
Những công trình cao bất thường như thế đòi hỏi phải có sự gối đỡ và hệ giằng chống gió bổ sung. Độ cao càng tăng cũng đồng nghĩa với việc lắp đặt nhiều thang máy hơn, qua đó giảm diện tích mặt bằng sử dụng để làm văn phòng. Các tòa nhà chọc trời quy ước sử dụng kết cấu kiểu sườn (dầm + cột), trong đó kết cấu có dạng giống như lồng sắt gồm các gối đỡ thẳng đứng và dầm chính theo phương nằm ngang. Tường ''xây che'' bên ngoài của chúng không có chức năng gối đỡ, đúng ra là tường chỉ treo trên kết cấu kiểu sườn. Thang máy, cầu thang và các phục vụ khác chiếm phần rỗng của một tòa nhà cao tầng bất kỳ, nhưng với kết cấu kiểu sườn, tỷ lệ phần trăm mặt bằng do chúng chiếm dụng sẽ gia tăng đáng kể cùng với chiều cao của công trình. Hệ giằng chéo ngang cần thiết để làm tăng cứng phần lõi để làm mất tác dụng của lực cắt của gió lớn hơn và giảm mặt bằng văn phòng.
ü Cột hình hộp chịu tải ở bên ngoài có chung gối đỡ với các cột kết cấu rỗng nơi bố trí thang máy và phục vụ. Các tầng nằm trên các giàn rỗng (phía dưới) có tác dụng như vách cứng.
Nhằm tăng tối đa diện tích khả dụng, kỹ sư Trung tâm đề nghị hủy thiết kế theo quy ước để chọn hình thức kết cấu chịu tải mới. Tường chịu tải truyền thống có thể nhìn thấy trong một công trình khối xây đơn giản bất kỳ, trong đó gạch, đá đỡ trọng lượng riêng của chúng. Thế nhưng, tường bên ngoài chịu tải của các tháp Trung tâm sử dụng một hệ thống tường tự chịu lực mới gồm các gối đỡ rỗng, hình vuông, gọi là cột hình hộp. Những cột thép này, kích thước Hệ 30 x 35cm (12 x 14in), đỡ phần lớn trọng lượng của công trình và tất cả tải trọng gió, hình dạng hơi vuông của chúng tạo ra sức cản tối đa đối với sự xoan và sự uốn. Trong khi các cột ở hai tầng đầu được xem là dày hơn, cách khoảng 3m (10ft), ở tầng thứ ba, các cột biến thành ''cây'', với ba cột hình hộp nhỏ hơn vươn lên phía trên. Các cột phía trên đặt ở khoảng cách âm (3ft), ngay giữa, và hàn với các dầm khung tường chèn khối xây theo phương nằm ngang để tạo ra một ma trận kiên cố nhưng mềm giống như ống tăng cứng. Kiến trúc sư Minoru Yamasaki, người rất sợ độ cao, lưu ý khoảng cách của các cột, không thấp hơn chiều rộng của vai (56cm/22in) cũng làm giảm chứng sợ độ cao đối với người sử dụng.
Sàn nhà cũng góp phần vào kết cấu. Thiết kế như một loạt các giàn rỗng, chúng có tác dụng như vách tăng cứng, tái phân phối lực tác động của gió từ mỗi tường bên ngoài sang hai tường vuông góc, nơi lực được chuyển xuống thông qua các cột ngoài xuống mặt đất. Hệ thống này tạo ra độ uốn đáng kể. Hệ thống thoát nước dễ dàng luồn qua các giàn rỗng của các sàn. Đặt các gối đỡ chính ở tường ngoài mở vào phía bên trong, giúp cho mặt bằng tổng thể linh động.
Thang máy và phục vụ
Như trong các công trình quy ước, phần rỗng là nơi bố trí thang máy và dịch vụ, trong khi cũng tạo ra nguồn gối đỡ quan trọng thứ hai cho công trình. Thế nhưng, thà để mặt bằng đáng giá bị lãng phí trong hệ thống vận chuyển theo chiều thẳng đứng còn hơn, Yamasaki tận dụng ba vùng phục vụ thang máy cục bộ và tốc hành, phục vụ cho các hàng lang ngắm cảnh ở tầng thứ 44 và 78. Thang máy tốc hành lớn hơn hoạt động như con thoi, đưa hành khách lên các hành lang này nhanh như chớp, ở đây thang máy cục bộ phục vụ nhiều nhóm tầng lầu để đến điểm đến sau cùng.
ü Trung tâm thương mại thế giới đang thi công. Hệ thống kết cấu cải tiến nhìn thấy rõ: cột chịu lực ở trên hai tầng đầu tiên dày hơn và đặt cách khoảng xa hơn, ở tầng thứ ba, chúng vươn ra khỏi ba cột nhỏ hơn tiếp tục lên đến chiều cao tòa tháp.
Bằng cách xem công trình như ba cao ốc nhỏ hơn nhưng phần đỉnh gộp lại với nhau, Yamasaki giảm diện tích mặt bằng thông thường dành cho thang máy đến 15%, đồng thời cải thiện vận tốc và tính hiệu quả vận chuyển.
Tính hiệu quả trong thiết kế và vật tư
Khi cần, kết cấu luôn được gia cố vững chắc hơn và nhẹ hơn. Thép kết cấu chế tạo theo cấp thay đổi theo tỷ trọng (trọng lượng công trình) và tải trọng gió ở các tầng khác nhau. Các cấp nặng hơn sử dụng ở phần móng, nhẹ hơn đặt ở phần đỉnh, vì thế giảm cả hai chi phí và trọng lượng.
Tường ngoài chịu tải dựng trong các mặt thép định hình tiền chế cao hai tầng và ba cột rộng hàn với nhau và bắt bulông vào vị trí trong khi thi công. Những cột thép bọc nhôm này giảm số kính sử dụng đến 20% so với hầu hết các tòa nhà chọc trời có nhiều tường xây che nhiều nhất. Kính sử dụng ít hơn có nghĩa là giảm nhu cầu điều hòa không khí vào mùa hè và sưởi ấm trong mùa đông. Để lau chùi 43.000 cửa sổ của tòa tháp đôi, người ta phát triển một hệ thống lau chùi vi tính hóa thật đặc biệt. Các đường rãnh nhỏ lắp ở cột ngoài có thể giúp thiết bị lau chùi tự động từ trên mái đi xuống, phun dung dịch tẩy rửa hay rửa, sau đó lau kính bằng chổi và nùi cao su.
Quá trình thi công
Thi công ở một quy mô đồ sộ như thế nhất thiết phải phối hợp nhịp nhàng giữa chuyên chở vật liệu đến và đi trong nhiều lần, xe cộ, máy móc và công nhân ở địa điểm tù túng.Vật liệu xây dựng tháp đôi từ khắp nước Mỹ chở đến. Chẳng hạn, thép định hình tiền chế kết cấu thép đến từ 14 nhà máy riêng biệt trong những địa phương trải rộng rất xa như St Louis, Los Angeles và Seattle. Vì mặt bằng thi công hạn hẹp, các cấu kiện, chở bằng đường thủy và đường sắt, lưu kho ở bên kia sông Hudson trong một kho của Công ty đường sắt Pennsyl- vania cho đến khi cần. Sau đó chất lên xe tải chở đến công trường qua ngõ hầm chui Hà Lan. Tám máy trục kiểu công xôn vận hành bằng thủy lực gọi là ''máy trục kangaroo nhảy'' chế tạo đặc biệt ở Úc dùng cho thi công tòa tháp, lấy tên từ thực tế đặt máy trục trên đỉnh các tòa nhà, và có thể ''nhảy'' hay vươn cao đến các tầng phía trên khi công trình càng lên cao.
Sự phá hủy để làm móng và thi công tòa tháp liên quan đến 4000 công nhân tham gia hơn 7 năm. Các nhà thầu chính Tishman Re- alty & Construction Co., Inc. của New York. Công tác làm móng bắt đầu vào tháng 8/1966. Mặc dù những người đầu tiên dọn vào Tòa tháp phía bắc vào tháng 12/1970, thi công vẫn đang tiếp diễn, mãi đến ngày 4/4/1973 hai tòa tháp vẫn chưa chính thức hoàn thành. Thi công vẫn tiếp tục ở năm công trình kế cận của Trung tâm vào đầu thập niên 1980.
Trong khi tổ chức một dự án phức tạp như thế cần phải có kỹ năng quy hoạch và thiết kế đáng kể, sáng kiến của kỹ sư ở Trung tâm lại đáng quý nhiều hơn. Mặc dù ít lâu sau đã bị Tháp Sears ở Chicago và sau đó là Tháp Petronas ở Kuala Lumpur vượt qua về chiều cao, nhưng Trung tâm thương mại thế giới vẫn được xem là kết cấu cao nhất ở Manhattan. Hành lang quan sát ở Tháp Hai là một trong những điểm đến đông nhất của du khách, phô bày cảnh quan Manhattan và Cảng New York có một không hai.
ü Tòa tháp vẫn đứng vững ít nhất là một tiếng sau khi máy bay đâm vào. Khi gối đỡ các sàn bị gãy do nhiệt độ quá cao, các tầng đổ sụp, kéo theo các tầng bên dưới.
Lý do tháp bị đổ
Ngày 11/9/2001, hai phản lực cơ Boeing 767 chứa đầy nhiên liệu bị không tặc cướp đang trên đường từ Boston đến Los Angeles rồi nhắm vào tòa tháp. Tháp phía bắc bị máy bay đâm vài lần thứ nhất, gần tầng 95. Khoảng 20 phút sau, Tháp phía nam bị máy bay đâm vào ở gần tầng 60. Băng ghi hình cho thấy, khi bị va chạm, một vài cột hình hộp bên ngoài bị vở ra ở mỗi tầng trong số nhiều tầng. Hệ thống gối đỡ sàn chính và các cấu kiện kết cấu rỗng cũng bị hư hỏng ở một mức độ nhất định. Tiếng nổ tiếp theo của khoảng 20.000 gallon nhiên liệu phá hủy các cột bổ sung nằm ở các mặt đối diện của hai tháp, có lẽ là nguyên nhân khiến kết cấu bên trong tiếp tục hư hại.
Bất chấp những cú va chạm ban đầu này, mỗi tòa tháp đều đứng vững ít nhất là một tiếng. Trong khi kỹ sư kết cấu vẫn còn tranh cãi về nguyên nhân sụp đổ chính xác, một số
Số liệu thực tế
Chiều Cao: (không có tháp chuyển tiếp): Tháp Một 417m
Tháp Hai 415m
Chiều sâu móng: 21m
Kích thước sàn: 63m x 63m
Tổng số cột thép hình hộp: 35.000
Cửa sổ: 43.000 (khoảng 5.740m2)
Trọng lượng kết cấu thép: 90,720 kg
Tổng số nhân lực: 50.000
Chi phí: 400triệu $
ü Biểu tượng thành tựu toàn cầu của nước Mỹ về công nghệ và tài chánh, tòa tháp đôi là nạn nhân của vị thế biểu tượng.
người cho rằng thiệt hại nghiêm trọng từ chỉ riêng vụ nổ không thôi cũng đủ làm cho tòa tháp sụp đổ. Thế nhưng, hầu hết đều nhất trí rằng khi xăng máy bay cháy đạt đến nhiệt độ 1649-19270C (3000-35000F), là đòn giáng quyết định đối với số cấu kiện còn lại. ở nhiệt độ 8000c (14720F) thép sẽ mềm đi, mất khả năng hoạt động chức năng gối đỡ. Mặc dù tòa tháp có hệ thống phun chống cháy thiết kế để khống chế các vụ cháy thông thường trong văn phòng trong ba giờ, nhưng đều bất lực với các đám cháy có nguyên nhân xăng dầu.
Khi các gối đỡ kết cấu của mỗi tháp bị gãy, thì trọng lượng của các tầng bên trên các điểm va chạm đột nhiên giống như chiếc búa khổng lồ giáng xuống các tầng bên dưới. Khi các gối đỡ của tầng tiếp theo sau gãy, thì phản ứng dây chuyền xảy ra, cộng với lực trọng trường, dẫn đến sự sụp đổ. Mỗi tháp xếp lại giống hệt xấp bài cào, như thể được tiến hành trong vụ phá hủy có kiểm soát. Vì Tháp phía nam bị đâm vào ở gần tầng 60, gần với góc của công trình hơn, nên các tầng phía trên của tháp này ban đầu đổ theo đường chéo, giống như cái cây bị đốn ngã. Kết cấu hình ống khiến cho sự sụp đổ tiếp theo sau đi xuống theo chiều thẳng đứng.
Nhà chọc trời như biểu tượng
Thu hút nỗ lực phối hợp của hàng ngàn con người trong ngành kỹ thuật, công nghệ xây dựng, kinh doanh, chính phủ và thiết kế, Trung tâm Thương mại Thế giới thể hiện một trong những thành tựu nổi bật nhất của con người trong thế kỷ 20. Với số nhân viên làm việc 50.000 người, tòa tháp đôi có chức năng như các thành phố theo chiều thẳng đứng bên trong một thành phố khác lớn hơn. Tính hiệu quả như biểu tượng thành tựu toàn cầu của nước Mỹ về mặt công nghệ và tài chánh chứng nhận cho nhận thức của Yamasaki. Trong khi sự phá hủy nằm trong tầm kiểm soát của bọn khủng bố đã chú ý vào tính hiệu quả của biểu tượng, thì nó cũng mở ra tranh luận mọi mặt về độ an toàn của những kết cấu như thế trong bầu không khí địa lý chính trị đương thời. Vào thời đại gia tăng toàn cầu hóa, sự sống còn của các nhà chọc trời phụ thuộc vào thành tựu của sự hòa đồng quốc tế hơn bao giờ hết.
