Cung điện chịu được động đất 10 độ richter, bí mật nằm ở đâu?

Tử Cấm Thành, còn được gọi là Cố Cung, là khu phức hợp cung điện nổi tiếng của hai triều đại nhà Minh và nhà Thanh. Công trình đồ sộ được gọi là Tử Cấm Thành được xây dựng từ năm 1406 đến 1420 và nằm ở trung tâm của Bắc Kinh, thủ đô Trung Quốc. Nó có diện tích bề mặt là 720.000 m2. Tử Cấm Thành có hơn 8.700 phòng, bao gồm các nhà, cung điện lớn, hậu cung, đền đài hoàng gia và các công trình kiến trúc khác.

Kiến trúc là một trong những điều thu hút các nhà khoa học đến Tử Cấm Thành.

Kỹ thuật bậc thầy được sử dụng để xây dựng Tử Cấm Thành khiến công trình này không những có thể trải qua sự khắc nghiệt của thời gian mà còn vượt qua nhiều thử thách của thiên tai, như động đất.

Trên thực tế, Tử Cấm Thành đã trải qua hơn 200 trận động đất lớn nhỏ trong hơn 600 năm qua. Tuy nhiên, khu phức hợp cung điện nguy nga này vẫn đứng vững. Thậm chí, siêu động đất gần như san bằng thành phố Đường Sơn (Hà Bắc, Trung Quốc) năm 1976, với tâm chấn chỉ cách Tử Cấm Thành 150 km, vẫn không thể phá cấu trúc khổng lồ này.

Khả năng chịu động đất của Tử Cấm Thành

Để giải quyết bí mật này, một nhóm chuyên gia người Anh và thợ mộc đã tạo ra một mô hình ngôi nhà có cấu trúc giống như nhà ở Tử Cấm Thành vào năm 2017 với tỷ lệ mô phỏng 1:5. Các chuyên gia Trung Quốc sử dụng cả công cụ kỹ thuật và máy móc nghề mộc truyền thống để tạo ra mô hình tốt nhất. Đặc biệt, các chuyên gia sử dụng một chiếc bàn rung để mô phỏng lực của các trận động đất khi xây dựng ngôi nhà.

Sau đó, các chuyên gia, nhà địa chất học sử dụng hệ thống mô phỏng động đất để thử thách ngôi nhà mô phỏng kiến trúc nhà của Tử Cấm Thành. Kết quả là ngôi nhà mô phỏng đã đứng vững trước tác động của trận động đất 9,5 độ richter sau 30 giây. Trận động đất mạnh nhất từng được ghi nhận trong lịch sử là trận này.

Ngôi nhà mô phỏng kiến trúc độc đáo của Tử Cấm Thành vẫn còn nguyên vẹn khi điều chỉnh cường độ lên mức tối đa là 10,1 độ Richter.

Cuối cùng, các chuyên gia và kiến trúc sư nước ngoài cũng bị thuyết phục. Tuy nhiên, họ ngạc nhiên và bối rối trước thắc mắc làm sao ngôi nhà với khung gỗ mỏng manh mà không cần đến một cái đinh hoặc giọt keo nào lại có thể chịu được trận động đất lên tới 10 độ Richter.

Vậy, bí mật của Tử Cấm Thành nằm ở đâu?

Các cấu trúc được cho là bí mật giúp các nhà trong Tử Cấm Thành có thể đứng vững trong động đất khi chúng nằm ở kết cấu kiến trúc độc nhất ở phần mái và dưới các trụ cột.

Trên thực tế, ngày nay, trước khi xây nhà, người ta phải xây móng vững trước, đổ cột chắc chắn, sau đó mới xây tường, đổ rằng và cuối cùng đổ trần bê tông. Tuy nhiên, kiểu nhà này có một nhược điểm, đó là quá cứng nhắc. Cổ nhân có câu "mộc cứng tắc chiết" (đại ý là gỗ cứng quá thì dễ gãy), và việc xây nhà cũng vậy.

Các cột của những nhà hiện đại liên tục được đổ hoặc cắm sâu vào lòng đất. Thoạt đầu chúng có vẻ rất ổn định. Tuy nhiên, khi một trận động đất lớn xảy ra, thực tế có hơn 95% các nhà sẽ sụp đổ từ trên xuống dưới.

Mặt khác, các cột nhà không được cắm trực tiếp vào mặt đất; thay vào đó, nó có cấu trúc phức tạp hơn. Ví dụ, điện Thái trong Tử Cấm Thành là một minh. 72 chiếc cột cao trong cung điện hoàn thành bằng gỗ này không được thiết kế chìm vào trong đất; chúng đứng tự do trên các chân tảng đá. Những chiếc cột này được tạo ra để nâng trọng lượng lên tới hơn 4 tấn của điện Thái. Khi xảy ra động đất, chiếc cột có thể di chuyển trong phạm vi xoay quanh chân cột mà không bị gãy hoặc đổ.

Tuy nhiên, đây không phải là nguyên tắc duy nhất khiến các nhà trong Tử Cấm Thành có thể "đặc trị" động đất. Thay vào đó, mái gỗ độc đáo mới là đặc điểm kiến trúc quyết định giúp các nhà này có thể chịu được nhiều trận động đất lớn nhỏ.

Theo các chuyên gia nghiên cứu, các kiến trúc sư thời này ở Trung Quốc đã sử dụng một loại cấu trúc mái có khả năng chống động đất có nhiều khung gỗ hình chữ nhật từ thời Xuân Thu (khoảng năm 770 TCN năm 446 TCN). "Đấu củng" là tên của cấu trúc này. Cấu trúc cụ thể là kết cấu mái gỗ sử dụng kỹ thuật chồng rường. Đấu cũng có khả năng chịu lực tốt, làm giảm đáng kể tác động đáng kể của các trận động đất lên nhà, không những giúp mở rộng diện tích hiên nhà.

Ngoài ra, kết cấu mái gỗ đặc biệt này còn được coi là một yếu tố trang trí bổ sung cho các cung điện đồ sộ ở Tử Cấm Thành.

Để chống đỡ phần mái hiên mở rộng và mái nhà, các đấu củng được ghép với nhau rất phức tạp. Chúng thường được chống đỡ bởi những chiếc cột cao và được đặt ở những vị trí có nhiều xà lớn. Các thanh gỗ luôn được lắp đặt theo đúng khuôn, ăn khớp nhịp nhàng mặc dù không sử dụng bất kỳ loại keo dính hay loại vữa nào. Do đó, cấu trúc của đấu củng luôn giữ cho phần mái và khung của ngôi nhà ổn định, không bị gãy khi động đất xảy ra, ngay cả khi có rung chuyển.

Cách ngôi nhà dịch chuyển và khả năng thích ứng của nó là điều khiến các kiến trúc sư, chuyên gia nước ngoài ấn tượng nhất. Trên thực tế, không có gì bị hư hỏng và ngôi nhà thậm chí có thể đứng vững mặc dù phải chịu động đất lên tới 10,1 độ Richter. Ngoài ra, đây là một minh tuyệt vời về kiến trúc truyền thống Trung Quốc.

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống