Một siêu mái sân vận động nặng tương đương 5000 chiếc xe hơi, bên dưới không cần cột chống: Tất cả nhờ 1 kết cấu đặc biệt

Wembley Stadium tại London, Anh là một trong những sân vận động nổi tiếng nhất thế giới. Phiên bản hiện tại của công trình được mở cửa vào năm 2007, có sức chứa khoảng 90.000 chỗ và là sân vận động quốc gia của Anh.

Điểm nhận diện rõ nhất của Wembley không nằm ở mặt tiền hay khán đài, mà là vòm thép khổng lồ vươn lên phía trên sân. Kết cấu này cao khoảng 133 m và có nhịp tới 315 m, đủ lớn để trở thành một phần nổi bật của đường chân trời London.

Nhưng vòm thép không chỉ được dựng lên để tạo hình biểu tượng. Nó chính là chìa khóa giúp các kỹ sư giải quyết bài toán của một siêu mái nặng khoảng 7.000 tấn (tương đương với 5000 chiếc xe hơi nặng 1,4 tấn) mà không phải bố trí hàng loạt cột lớn bên dưới.

Siêu mái 7.000 tấn nhưng không cần cột chống bên dưới

Sân vận động Wembley có tới 90.000 chỗ nên cần một hệ mái đủ lớn để che cho khán giả, nhưng nếu sử dụng các cột chống truyền thống, tầm nhìn từ hàng nghìn vị trí trên khán đài có thể bị ảnh hưởng.

Để loại bỏ vấn đề này, các kỹ sư đã thiết kế vòm thép cao 133 m đảm nhiệm việc đỡ toàn bộ phần mái phía bắc và khoảng 60% tải trọng của phần mái phía nam. Nhờ đó, các cột lớn vốn thường phải đặt trong khu vực khán đài đã được loại bỏ, khán giả sẽ không bị chắn tầm nhìn trực tiếp ra sân.

Quy mô thực tế của kết cấu này lớn hơn nhiều so với cảm giác khi quan sát từ xa. Theo đơn vị thiết kế Populous, đây là kết cấu vòm đỡ mái một nhịp thuộc loại dài nhất thế giới. Vòm thép cao 133 m, có nhịp khoảng 315 m và đường kính tiết diện khoảng 7,4 m. Wembley thậm chí từng đưa ra một cách so sánh khá trực quan: đường kính của vòm đủ lớn để một đoàn tàu chạy qua đường hầm Channel Tunnel có thể lọt bên trong.

Kết cấu được đặt nghiêng về phía sân thay vì dựng thẳng đứng. Từ vòm chính, hệ thống cáp kéo xuống và giữ phần siêu mái bên dưới. Cách bố trí này giúp tải trọng được truyền ra ngoài khu vực khán đài thay vì cần thêm những trụ lớn dựng giữa không gian sử dụng.

Khi màn đêm buông xuống, vòm được chiếu sáng và có thể nhìn thấy từ nhiều vị trí ở London. Tuy nhiên, điều khiến nó đặc biệt về mặt kỹ thuật vẫn là khả năng “gánh” phần lớn hệ mái nặng hàng nghìn tấn.

Phần mái phía nam còn có thể di chuyển

Wembley không sử dụng mái đóng kín toàn bộ sân như một số nhà thi đấu trong nhà. Hệ mái nằm ở độ cao khoảng 52 m so với mặt sân. Tổng diện tích che phủ hơn 11 mẫu Anh (tương đương 44.515,42 m²), trong đó khoảng 4 mẫu Anh (khoảng 16.187,44 m²) thuộc phần có khả năng di chuyển.

Phía nam của siêu mái được thiết kế có thể thu lại. Khi không diễn ra sự kiện, việc mở phần này cho phép ánh sáng mặt trời và không khí tiếp cận mặt cỏ tốt hơn. Đây là bài toán khá quan trọng đối với những sân vận động lớn. Một hệ mái quá rộng có thể khiến mặt sân bị thiếu ánh sáng, ảnh hưởng tới điều kiện phát triển của cỏ.

Vì vậy, thiết kế của Wembley phải cân bằng hai yêu cầu tưởng như trái ngược: Khán giả cần được che chắn, trong khi mặt sân vẫn phải nhận đủ ánh sáng và thông gió. Khi diễn ra sự kiện, phần mái có thể được đưa tới vị trí phù hợp để tăng khả năng che phủ khán đài.

Mái không đóng kín toàn bộ mặt sân

Dù có phần di động, Wembley không phải là một sân vận động có thể biến hoàn toàn thành không gian kín. Ngay cả khi phần trượt được đưa vào vị trí che phủ lớn nhất, khoảng không phía trên mặt sân vẫn để mở. Điều này giúp duy trì đặc tính của một sân vận động ngoài trời.

Thiết kế chính thức cho biết hệ mái tập trung bảo vệ các khu vực ghế ngồi khỏi thời tiết, thay vì tạo thành một “nắp” đóng kín phía trên toàn bộ công trình. Nhờ đó, Wembley vẫn giữ được ánh sáng tự nhiên và sự thông thoáng, đồng thời tránh phải xây một hệ mái đóng mở toàn phần có khối lượng và cơ cấu vận hành phức tạp hơn nhiều.

Sân vận động lớn nhất Vương Quốc Anh

Quy mô của Wembley cũng thể hiện qua sức chứa khoảng 90.000 người. Đây là sân vận động lớn nhất Vương quốc Anh và thuộc nhóm những sân bóng có sức chứa lớn nhất châu Âu. Các ghế được bố trí trên ba tầng khán đài. Thiết kế mới tập trung đưa người xem tới gần sân hơn so với Wembley cũ, đồng thời cải thiện khoảng để chân và tầm quan sát.

Không gian dưới khán đài còn chứa hệ thống nhà hàng, quầy dịch vụ và khu vực phục vụ sự kiện quy mô lớn. Wembley không chỉ được sử dụng để tổ chức bóng đá mà còn để tổ chức bóng bầu dục, các trận NFL và những buổi hòa nhạc với lượng khán giả rất lớn.

Wembley cũ từng nổi tiếng với hai tòa tháp đôi ở mặt trước. Do đó, khi công trình được xây dựng lại, đội ngũ thiết kế cần một biểu tượng mới đủ mạnh để thay thế hình ảnh đã quá quen thuộc này. Giải pháp cuối cùng là chính vòm thép 133 m.

Vòm thép không phải một chi tiết trang trí gắn thêm sau khi công trình hoàn tất, mà là phần cốt lõi trong hệ chịu lực. Nhờ vòm này, siêu mái khoảng 7.000 tấn có thể được treo phía trên sân trong khi không gian phía dưới tránh được các cột lớn chắn tầm nhìn.

Đó cũng là lý do dù đã đi vào hoạt động gần hai thập kỷ, Wembley vẫn thường được nhắc tới như một ví dụ tiêu biểu về cách kiến trúc và kỹ thuật kết cấu có thể được kết hợp trong cùng một hình thức.

Nguồn: Populous