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

Công trình sở hữu kiến trúc đáng kinh ngạc này chính là Tử Cấm Thành hay còn gọi là Cố Cung, một khu phức hợp cung điện nổi tiếng của hai triều đại nhà Minh và nhà Thanh. Tử Cấm Thành được xây dựng từ năm 1406 – 1420, đây là công trình đồ sộ nằm ở trung tâm của thủ đô Bắc Kinh, Trung Quốc. Với diện tích 720.000 m2, Tử Cấm Thành có hơn 8.700 phòng, trong đó bao gồm các tòa nhà, cung điện lớn, hậu cung, đền đài hoàng gia,…

Một trong những điểm thu hút của Tử Cấm Thành đối với các nhà khoa học chính là kiến trúc.

Tử Cấm Thành được xây dựng nhờ kỹ thuật bậc thầy giúp công trình này không những có thể trải qua sự khốc liệt của thời gian mà còn chịu được nhiều thử thách của thiên tai, chẳng hạn như động đất.

Trên thực tế, trong hơn 600 năm qua, Tử Cấm Thành đã trải qua hơn 200 trận động đất lớn nhỏ. Tuy nhiên, khu tổ 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 khiến công trình khổng lồ này bị hư hại.

Thử thách khả năng chịu động đất của Tử Cấm Thành: Kết quả bất ngờ!

Để làm rõ bí mật này, vào năm 2017, một nhóm chuyên gia người Anh và những người thợ mộc đã xây dựng một mô hình nhà có cấu trúc giống với tòa nhà ở Tử Cấm Thành, theo tỷ lệ mô phỏng là 1:5. Để xây dựng được mô hình chính xác nhất, các chuyên gia đã sử dụng kỹ thuật và công cụ nghề mộc truyền thống ở Trung Quốc. Đặc biệt, các chuyên gia đã tiến hành dựng ngôi nhà trên một chiếc bàn rung để mô phỏng lực của các trận động đất.

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

Chưa hết, khi điều chỉnh cường độ lên mức tối đa là 10,1 độ Richter, ngôi nhà mô phỏng kiến trúc đặc biệt của Tử Cấm Thành vẫn còn nguyên vẹn.

Các chuyên gia, kiến trúc sư nước ngoài cuối cùng cũng bị thuyết phục. Tuy nhiên, họ rất ngạc nhiên và bối rối trước thắc mắc làm sao ngôi nhà với khung gỗ mỏng manh mà không cần đến một cái đinh hay 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?

Hóa ra bí mật giúp các tòa nhà trong Tử Cấm Thành có thể đứng vững trong động đất lại nằm ở kết cấu kiến trúc đặc biệt ở phần mái và dưới các trụ cột.

Trên thực tế, ngày nay, khi xây nhà, người ta trước tiên phải xây chắc phần móng, đổ cột chắc chắn, sau đó mới xây tường, đổ rằng và sau cùng là 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), xây nhà cũng vậy.

Các cột của những tòa nhà hiện đại luôn được đổ hay 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 tòa nhà sẽ sụp đổ từ trên xuống dưới.

Trong khi đó, sự khác biệt lớn nhất trong các tòa nhà thời xưa chính là các cột nhà không được cắm trực tiếp vào mặt đất và nó có cấu trúc phức tạp hơn. Chẳng hạn, điện Thái Hòa trong Tử Cấm Thành là một minh chứng. 72 chiếc cột cao trong tòa cung điện hoàn thành bằng gỗ này không được thiết kế chìm vào trong đất, thay vào đó chúng đứng tự do trên các chân tảng đá. Những chiếc cột này được thiết kế để năng trọng lượng lên tới hơn 4 tấn của điện Thái Hòa. Khi xảy ra động đất, chiếc cột có thể di chuyển trong phạm vi xoay quanh chân cột mà không bị gãy hay đổ.

Tuy nhiên, đây chưa phải là bí quyết duy nhất khiến các tòa nhà trong Tử Cấm Thành có thể "đặc trị" động đất. Thay vào đó, thiết kế mái gỗ độc đáo mới chính là đặc điểm kiến trúc quyết định giúp các tòa nhà này có khả năng ứng phó được với rất nhiều trận động đất lớn nhỏ.

Các chuyên gia nghiên cứu chỉ ra rằng, từ thời Xuân Thu (khoảng năm 770 TCN – 446 TCN), các kiến trúc sư thời này ở Trung Quốc đã sử dụng một loại hình cấu trúc mái có khả năng chống động đất với nhiều khung gỗ hình chữ nhật. Cấu trúc này gọi là "Đấu củng". Cụ thể, đây là một loại kết cấu mái gỗ theo kỹ thuật chồng rường. Đấu cũng không những giúp mở rộng diện tích hiên nhà mà còn có khả năng chịu lực tốt, làm giảm tác động lớn của các trận động đất lên tòa nhà.

Ngoài ra, kết cấu mái gỗ độc đáo này còn được coi như là một chi tiết giúp trang trí cho các cung điện đồ sộ ở Tử Cấm Thành.

Các đấu củng được ghép với nhau rất phức tạp với mục đích chống đỡ cho phần mái hiên mở rộng và mái nhà. Chúng thường nằm ở vị trí xà lớn và được chống đỡ nhờ những chiếc cột cao. Mặc dù không dùng bất cứ loại keo dính hay loại vữa nào nhưng các thanh gỗ luôn được lắp đặt theo đúng khuôn, ăn khớp nhịp nhàng. Chính vì vậy, khi động đất xảy ra, dù có rung chuyển nhưng cấu trúc đấu củng luôn giữ cho phần mái và khung nhà ổn định, không bị gãy đổ.

Điều khiến các chuyên gia, kiến trúc sư nước ngoài ấn tượng nhất chính là cách ngôi nhà dịch chuyển, chúng linh hoạt ra sao. Quả thực, không có gì bị hư hỏng và ngôi nhà thậm chí có thể trụ vững dù phải trải qua động đất lên tới 10,1 độ Richter. Đây cũng chính là một bằng chứng tuyệt vời về kiến trúc truyền thống độc đáo của người Trung Quốc.

Bài viết tham khảo nguồn: Sohu, Baidu, Inhabitat, Interestingengineering