Thợ mộc Nhật phát minh tuyệt kỹ Shinbashira: Báu vật giúp siêu tháp xứ Phù Tang "khiêu vũ" cùng động đất

Nhật Bản - quốc gia nằm trọn trên "vành đai lửa" Thái Bình Dương - từ lâu đã phải học cách thích ứng và chung sống cùng những trận động đất kinh hoàng.

Thế nhưng, có một câu chuyện mang màu sắc huyền thoại vẫn luôn thách thức mọi quy luật vật lý thông thường: Trong khi những tòa nhà hiện đại kiên cố bằng bê tông cốt thép đôi khi vẫn gục ngã trước sự cuồng nộ của thiên nhiên, thì các ngôi chùa gỗ cổ kính cao nhiều tầng với hệ mái ngói đồ sộ, nặng nề tại Nara hay Kyoto vẫn đứng vững vàng qua hàng thế kỷ.

Bí mật nằm ở một tuyệt kỹ kiến trúc truyền thống mang tên Shinbashira - Cột trụ trung tâm độc đáo tạo nên cơ chế cân bằng động, giúp các công trình Nhật Bản "khiêu vũ" cùng những cơn rung chuyển thay vì cố gồng mình chống lại chúng.

Tuyệt kỹ này đến nay đã được kỹ sư Nhật Bản hiện đại áp dụng cho công trình cao nhất "xứ sở Mặt trời mọc": Tháp truyền hình Tokyo Skytree cao 634m.

Nhờ đó, tòa tháp có khả năng chịu được trận động đất mạnh nhất mà Tokyo có thể phải đối mặt, và sẽ giảm 50% độ rung từ bất kỳ sự kiện địa chấn nào.

Triết lý "lấy mềm chế cứng" của các thợ mộc tài hoa cổ đại

Lịch sử của kỹ thuật Shinbashira gắn liền với sự phát triển của kiến trúc Phật giáo tại Nhật Bản, bắt đầu từ khoảng thế kỷ thứ 6 khi các phương pháp xây dựng tháp nhiều tầng (Pagoda) bắt đầu được du nhập từ châu Á lục địa.

Tuy nhiên, khi đối mặt với thực tế địa chất khắc nghiệt và mật độ động đất dày đặc tại "xứ Phù Tang", các thợ mộc tài hoa Nhật Bản đã nhanh chóng nhận ra một triết lý sâu sắc: Độ cứng tuyệt đối chưa chắc đã đem lại sự an toàn, mà chính tính linh hoạt và khả năng biến thiên mới là chìa khóa sinh tồn. Từ tư duy đó, tuyệt kỹ Shinbashira ra đời.

Cốt lõi của phát minh này là việc lắp đặt một cột gỗ khổng lồ ở chính giữa tòa tháp (gọi là Shinbashira, nghĩa là "cột trụ tâm").

Điểm thiên tài ở chỗ, cột trụ này không hề đóng vai trò gánh đỡ trọng lượng toàn bộ công trình một cách cứng nhắc.

Tùy thuộc vào từng công trình, Shinbashira có thể được treo tự do từ đỉnh tháp xuống hoặc đặt trên một đế đá ở nền móng, hoàn toàn tách biệt hoặc chỉ kết nối lỏng lẻo với các khung sàn xung quanh.

Kết hợp với Shinbashira là hệ thống khớp nối mộng gỗ phức tạp (Kumiki) kết nối các đà, cột mà tuyệt nhiên không sử dụng một chiếc đinh kim loại nào.

Khi sóng địa chấn ập đến làm rung lắc mặt đất, từng tầng tháp gỗ hoạt động như những khối độc lập, chuyển động lệch pha và trượt nhẹ qua lại. Khi đó, cột Shinbashira đóng vai trò như một quả lắc giảm chấn khổng lồ. Sự va chạm nhẹ và tần số dao động ngược chiều giữa cột trung tâm và các tầng xung quanh giúp triệt tiêu và làm tiêu tán phần lớn năng lượng động đất.

Các bậc thầy mộc xưa đã sáng tạo nên cơ chế kỳ diệu này hoàn toàn bằng quan sát thực tiễn, trải nghiệm và tư duy hình học thiên tài, từ rất lâu trước khi máy tính hay các phần mềm mô phỏng kết cấu ra đời.

Tinh hoa ngàn năm vươn tầm kiến trúc chọc trời hiện đại

Bước sang kỷ nguyên hiện đại, giới kỹ sư xây dựng và các nhà khoa học cơ học trên toàn thế giới vẫn không ngừng nghiên cứu, phân tích nguyên lý phân bố khối lượng cũng như khả năng hấp thụ năng lượng rung lắc từ kỹ thuật Shinbashira.

Nhận thấy giá trị vượt thời gian của trí tuệ cổ xưa, Nhật Bản không cất giữ Shinbashira trong các cuốn sách lịch sử mà chủ động đưa nguyên lý này vào đỉnh cao của công nghệ xây dựng hiện đại.

Minh chứng hùng hình nhất cho sự kế thừa này chính là tháp truyền hình Tokyo Skytree - là tòa nhà cao nhất Nhật Bản; là một trong những cấu trúc tự do cao nhất thế giới với chiều cao 634m. Để bảo vệ tòa tháp khổng lồ này trước động đất và bão lớn, các kỹ sư hàng đầu Nhật Bản đã áp dụng trực tiếp nguyên lý Shinbashira truyền thống.

Ở trung tâm của Tokyo Skytree là một cột bê tông cốt thép hình trụ tròn hoàn toàn tách biệt với khung thép kiên cố bên ngoài. Cột lõi này được nối với tháp thép bằng các bộ giảm chấn dầu (bộ giảm xóc thủy lực) hiện đại. Khi địa chấn xảy ra, cột bê tông và khung tháp bên ngoài sẽ dao động lệch nhịp với nhau, giúp triệt tiêu tới 50% năng lượng rung lắc của toàn bộ tòa nhà.

Từ những mái chùa gỗ trầm mặc tồn tại qua hàng nghìn năm cho đến những siêu công trình chọc trời vươn tới mây xanh, triết lý "lấy mềm chế cứng", dùng sự linh hoạt để hóa giải sức mạnh tàn phá của thiên nhiên vẫn tiếp tục là điểm tựa vững chắc, bảo vệ công trình và cuộc sống của người dân Nhật Bản qua từng thế kỷ.

Tham khảo: Popular Mechanics