Houston Dome hiện thực hay ảo tưởng?

Bạn hãy hình dung việc người ta đang nghĩ đến một dự án xây dựng ngôi nhà lớn nhất thế giới trùm lên thành phố bằng vật liệu nhẹ, chắc và bền, chịu đựng được sức cuồng phong mạnh nhất. Và không đâu xa, người ta chọn trung tâm downtown thành phố Houston, Texas cho ý tưởng thực hiện dự án Houston Dome – ngôi nhà vòm có đường kính hai dặm bao phủ toàn bộ những ngôi nhà chọc trời và các cơ quan đầu não về kinh tế và cơ quan chính phủ.

Một ý tưởng không thể nói điên rồ mà là không thể tin được bởi đó là một công trình khổng lồ có nhiều vấn đề phải giải quyết về mặt kỹ thuật cũng như môi trường sống trong đó. Đối với người bình thường ý tưởng công trình là điều phức tạp nhưng với những nhà xây dựng, những kiến trúc sư đang nghiên cứu dự án thì lại khác. Họ nhìn ở góc độ đơn giản hơn, giải quyết từng vấn đề bằng các giải pháp kỹ thuật đã được ứng dụng ở các công trình nhà mái vòm thực hiện trên khắp thế giới. Lý do chọn Houston cũng rất đơn giản: Houston là một thành phố lớn thứ 4 Hoa Kỳ, là trung tâm văn hóa, kinh tế lớn nhất vùng vịnh Mexico và cũng là nơi thường xuyên chịu ảnh hưởng từ những cơn bão lớn xuất phát từ Đại Tây Dương.

Như chúng ta biết, nhà mái vòm xuất hiện từ sự phát triển của kỹ thuật xây dựng vào những thời kỳ đầu của nền văn minh nhân loại. Ban đầu con người chỉ biết dùng đá gác lên nhau tạo nên không gian sống bên dưới, nhưng khi nhận thức tiến bộ hơn, nhu cầu cuộc sống cao hơn, con người đòi hỏi phải có không gian lớn hơn để có thể chứa được nhiều người hơn. Người ta bắt đầu dùng đất sét làm gạch và từ đó một số kỹ thuật xây dựng mới ra đời, và hình thức đỉnh cao của kiến trúc xây dựng bằng gạch chính là kiến trúc vòm. Đây là một hình thức học tập các cấu trúc trong tự nhiên như quả trứng… tức là hình vòm hay hình cầu có khả năng chịu lực tốt. Đền Pantheon mái vòm bằng đá nhẹ có đường kính 42 mét xây dựng cách nay hai ngàn năm tại Roma còn tồn tại đến ngày nay là một minh chứng.

Cuộc sống ở đầu thế kỷ 21 đòi hỏi kiến trúc ứng dụng vòm kiểu Pantheon rộng hơn lớn hơn, kết cấu gạch, đá, bê tông không còn thích hợp cho một diện tích lớn cần mỹ thuật và nghệ thuật hơn thế nữa. Kỹ thuật Spantheon ra đời do các nhà xây dựng và kiến trúc châu Âu thiết kế nhằm giải quyết kỹ thuật bắc cầu theo hình cánh cung mà không đòi hỏi dằm consol chịu lực. Nhà kính lớn nhất thế giới Eden tại Cornwall Anh quốc là một quần thể cao 55m, rộng 100m và dài 200m bao gồm nhiều mái vòm hình cầu tạo thành từ các ô kính hình lục giác và ngũ giác được bao phủ bằng nhựa ETFE được nâng đỡ bởi khung thép. Điều đặc biệt của chất liệu nhựa ETFE là không bám bẩn, rửa sạch dễ dàng chỉ sau một trận mưa và đặc biệt không gây nguy hiểm cho người. Dự án này hình thành do ý tưởng của ông Tim Smit và Kiến trúc sư Nicholas Grimshaw chịu trách nhiệm thiết kế căn nhà độc đáo này cùng rất nhiều cộng sự nổi tiếng khác trong giới xây dựng và sinh vật học. Phải mất đến hai năm rưỡi dự án Eden mới hoàn tất và ra mắt công chúng vào năm 2001.

Tiếp đến là ngôi nhà quả trứng khổng lồ tại Bắc Kinh, Trung Quốc. Trung tâm nghệ thuật quốc gia – một nhà hát lớn được xây dựng kiểu mái vòm hình elip bằng titan. Nhà hát có sức chứa 5,452 người, với diện tích 12,000 mét vuông. Công trình nghệ thuật này được thiết kế bởi Kiến trúc sư người Pháp Paul Andreu và phải mất gần 6 năm để xây dựng. Nhà có hai trục chính dài 212 mét (hướng Đông – Tây) và 144 mét (hướng Bắc – Nam), chiều cao mái vòm là 46 mét, phần bao bọc “nửa quả trứng” dùng vật liệu kính sợi carbon. Toàn bộ kiến trúc này được đặt giữa một hồ nước nhân tạo, tạo nên hình quả trứng.

Và mới đây trong mùa World Cup, khán giả tại sân vận động mái vòm mới Estádio Nacional thoải mái thưởng thức các trận bóng trong tình trạng thất thường của thời tiết tại Thủ đô Brasilia (Brazil). Giải pháp chính là cấu trúc mái vòm đặc biệt mà từng miếng lợp đều đạt độ thẩm mỹ cao. Các tấm lợp với độ dài 10m/tấm, bao phủ khoảng 7,500 mét vuông vòng trong của mái vòm trong suốt làm bằng nhựa kỹ thuật cao của Bayer MaterialScience. Tấm lợp nhựa này còn chống các tia cực tím, nhưng vẫn cho phép ánh sáng lọt vào để cỏ trên sân bóng phát triển tốt.

Ba công trình nhà vòm nói trên thật hoàn hảo được thiết kế cho các mục đích khác nhau theo công nghệ Spantheon dùng khung thép bắc cầu hình cánh cung để tạo khoảng rộng cho diện tích sử dụng. Nhiều công trình Spantheon khác hiện đã và đang xây dựng trên thế giới vẫn tiếp tục hoàn thiện kỹ thuật không gian hình vòm. Các nhà xây dựng từng nghĩ đến những khung cánh cung không cần khung đỡ. Tiếc một điều, chưa có công trình nào có đường kính vượt quá ba trăm mét. Temcor một công ty xây dựng và thiết kế nổi tiếng của Đài Loan giải quyết được vấn đề khung cánh cung bắc cầu với nhau không cần bất cứ hệ thống dằm chịu lực cho ngôi nhà Aluminum Geodesic Domes tại tỉnh Ho-Ping. Đây là một công trình được xem là nhà vòm khung cánh cung thông thoáng lớn nhất thế giới nhưng đường kính của nó cũng không vượt quá 135 mét. Tuy nhiên, các kỹ sư xây dựng và kiến trúc sư thiết kế ngôi nhà này hoàn toàn có thể tự hào khi nó được kiểm chứng độ chắc chắn trong trận bão Jangmi tấn công vào Đài Loan với sức gió hơn 140mph, tương đương với cơn bão khủng khiếp Katrina ập vào vùng vịnh Mexico. Aluminum Geodesic Domes không hề hấn gì.

Trở lại với Houston Dome. Ý tưởng công trình này đưa ra một bài toán nan giải về khung cánh cung thông thoáng có thể bao phủ diện tích trung tâm downtown với bán kính một dặm, giống như thành phố được chụp trong một cây dù khổng lồ không có thân dù với đường kính lên đến 3,200 mét. Nói dễ hình dung hơn, thành phố được chụp trong một cái tô trẹt khổng lồ trong suốt. Một ý tưởng không thể tin được, một thử thách trí tuệ của những nhà xây dựng, kiến trúc sư, nhà sản xuất vật liệu, và các nhà khoa học môi trường.

Ngôi nhà vòm cái tô khổng lồ Houston Dome đã được các chuyên gia nghiên cứu dựng ra một mô hình có thể nói hoàn hảo về kỹ thuật và nghệ thuật nhất nếu dự án biến thành hiện thực. Người ta đưa ra chiều cao của ngôi nhà Houston Dome là 1,500 feet (450 mét). Đây là điểm trung tâm chia đều 20 khung xương cánh cung châu đầu vào nhau bao phủ toàn bộ khu nhà cao tầng trung tâm và các khu quan trọng trải rộng ra 21 triệu feet vuông, có thể làm nơi trú ẩn an toàn cho gần như toàn bộ số cư dân Houston. Tại sao chiều cao phải là con số ấy mà không phải bốn trăm hay năm trăm mét? Con số trên được tính toán cho ra thông số an toàn vừa tạo cái khung vững chắc có thể chịu được sức gió bão mạnh lên đến 150mph và sức nặng của những trận tuyết rơi. Khi gió đập thẳng vào vòm cong sẽ bị trượt lên làm suy giảm sức gió và sức nặng của tuyết rơi sẽ trượt thẳng nhanh xuống mặt đất.

Nhưng điều đó không phải là một yếu tố quyết định để tạo được một khung nhà chắc chắn. Ngôi nhà vòm được kết nối với 369,000 thanh chống nhỏ gắn dính 147,000 tấm nhựa lợp vòm trong suốt ETFE siêu nhẹ, chịu nhiệt cao hình ngũ giác tương tự tấm lợp khu vườn Eden hay Nhà thi đấu “Water Cube” xây dựng trong kỳ Đại hội Olympic Bắc Kinh. Chính hàng trăm ngàn thanh chống căng ra cho tấm mái lợp làm giảm lực tải trên  20 khung cánh cung trụ vững trước những trận cuồng phong. Vật liệu tấm lợp không còn tranh luận, vấn đề còn lại là hai mươi khung xương vươn cong đến tâm điểm trên cao mà không bị gãy thì phải dùng thứ kim loại nào.

Một vấn đề khác nhạy bén không kém khi người ta tranh luận về hiệu ứng nhà kính. Nhiệt độ trong ngôi nhà sẽ tăng cao hơn bình thường. Không lo. Các nhà môi trường học đã nghĩ đến cửa thông gió phía trên vòm cao và phía dưới chân vòm. Gió thông qua các cửa tạo không khí đối lưu tuần hoàn. Chuyện còn lại chính là cảm xúc con người bị chụp trong một cái tô khổng lồ đó. Người ta sẽ không còn chạm tay vào những giọt mưa, hay thả hồn lang thang trên phố với những bông tuyết rơi lả tả. Nhưng đó là chuyện nhỏ so với thiệt hại về con người, vật chất và tài lực một khi cơn bão gây ra. Chúng ta còn nhớ cơn bão Ike hồi tháng 9-2008 đã khiến Houston thiệt hại cả chục tỷ đô và thành phố phải đóng cửa cả tuần lễ.

Dự án còn đang nghiên cứu tính khả thi cho thành phố Houston an toàn trong một tương lai có thể thành hiện thực hay chỉ là ảo tưởng của những ý nghĩ “vượt mọi thời đại”. Người ta sẽ không còn di tản tránh bão làm kẹt cứng những con đường mà sẽ có một ngôi nhà khổng lồ an toàn cho hơn năm triệu dân cư thành phố Houston trú ẩn. Nhưng khi nào dự án sẽ được thực hiện? Hãy chờ xem!