Cách Marina Bay Sands chịu lực – Giải pháp kỹ thuật với cáp căng

Marina Bay Sands, biểu tượng kiến trúc của Singapore, là một kỳ quan kỹ thuật với ba tháp nghiêng 26 độ và SkyPark nặng 7.000 tấn ở độ cao 200 mét. Để chịu lực cho cấu trúc độc đáo này trên nền đất lấn biển, đội ngũ kỹ sư đã sử dụng các giải pháp tiên tiến, bao gồm móng cọc khoan nhồi, kết cấu thép module, thiết kế tháp cong, và đặc biệt là hệ thống cáp căng (tension cables) được giữ lại vĩnh viễn như thanh đỡ, thay vì tháo bỏ như thông thường. Bài viết này Đước Việt sẽ tìm hiểu cách Marina Bay Sands chịu lực, tập trung vào các phương pháp kỹ thuật và vai trò của cáp căng.

Để hiểu rõ hơn về quá trình hình thành ý tưởng và những điểm đặc sắc trong thiết kế, mời bạn đọc

Bài viết Marina Bay Sands - Phân tích kiến trúc và thi công biểu tượng Singapore.

Tổng quan về Marina Bay Sands

Marina Bay Sands là tổ hợp khách sạn, sòng bạc, và trung tâm thương mại tại vịnh Marina, Singapore, khánh thành năm 2010 với chi phí 8 tỷ USD. Công trình gồm ba tháp cao 55 tầng, mỗi tháp 200 mét, kết nối bởi SkyPark – công viên trên cao dài 340 mét với hồ bơi vô cực. Để chịu tải trọng khổng lồ và điều kiện địa hình phức tạp, các giải pháp chịu lực được thiết kế tỉ mỉ, đặc biệt với việc sử dụng cáp căng như một phần của hệ thống hỗ trợ vĩnh viễn.

Marina Bay Sands gồm ba tháp cao 55 tầng. Nguồn: archdaily.com

Các phương pháp chịu lực của Marina Bay Sands

1. Móng cọc khoan nhồi – Nền tảng vững chắc

Vịnh Marina là khu vực đất lấn biển với nền đất bùn và cát, dễ lún, đặt ra thách thức lớn cho việc xây dựng ba tháp và SkyPark. Để giải quyết, đội ngũ sử dụng cọc khoan nhồi dài hơn 50 mét, cắm sâu vào lớp đất cứng. Hàng ngàn cọc bê tông được thi công bằng công nghệ khoan nhồi hiện đại, đảm bảo phân tán lực đều và chống lún không đều. Cảm biến địa kỹ thuật giám sát độ ổn định, giúp móng chịu tải trọng hàng chục ngàn tấn từ công trình. Quy trình này tương tự các dự án đất lấn biển như Palm Jumeirah ở Dubai, nhưng được điều chỉnh cho tải trọng lớn hơn của Marina Bay Sands.

Ảnh thi công móng cọc khoan nhồi. Nguồn tham khảo.

2. Kết cấu thép module và cáp căng cho SkyPark

SkyPark, nặng 7.000 tấn, là một trong những cấu trúc trên cao lớn nhất thế giới. Để chịu lực, SkyPark được xây từ các module thép chế tạo sẵn tại nhà máy, sau đó được cần cẩu đặc biệt nâng lên độ cao 200 mét. Điểm đặc biệt là hệ thống cáp căng (tension cables) được tích hợp vào thiết kế, không tháo bỏ mà giữ lại vĩnh viễn để làm thanh đỡ. Các cáp này, làm từ thép chịu lực cao, phân tán lực từ SkyPark xuống ba tháp, giảm áp lực lên các điểm kết nối. Công nghệ đo laser đảm bảo các module và cáp được căn chỉnh chính xác, giúp SkyPark ổn định trước tải trọng động từ hồ bơi, khu vườn, và du khách.

Không giống cáp cao thế (dẫn điện), cáp căng là dây thép được thiết kế đặc biệt cho mục đích cấu trúc, tương tự như trong các cầu dây văng (cable-stayed bridges). Việc giữ cáp làm thanh đỡ vĩnh viễn là một giải pháp sáng tạo, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian so với việc tháo bỏ và thay thế.

Ảnh cần cẩu nâng 100 mét vuông ván khuôn sàn lên trên SkyPark. Nguồn tham khảo.

3. Thiết kế tháp cong giảm lực cản gió

Ba tháp nghiêng 26 độ không chỉ tạo hiệu ứng thị giác mà còn giúp giảm lực cản gió, một yếu tố quan trọng ở vị trí gần biển. Thiết kế cong, lấy cảm hứng từ các công trình như Petronas Towers, giảm áp lực gió lên tháp, đảm bảo độ ổn định. Mô phỏng kỹ thuật số được sử dụng để tối ưu hóa góc nghiêng, giúp tháp chịu lực hiệu quả mà không cần tăng cường vật liệu. Thiết kế này kết hợp với cáp căng để tăng cường khả năng chịu lực tổng thể.

Thiết kế tháp cong giúp giảm lực cản gió. Nguồn: archdaily.com

4. Hệ thống giảm chấn chống rung động

Để đối phó với rung động từ gió biển và tải trọng động (như đám đông trên SkyPark), Marina Bay Sands sử dụng hệ thống giảm chấn (tuned mass damper). Các khối thép nặng được lắp trong tháp và SkyPark, hoạt động như con lắc để hấp thụ rung động. Công nghệ này, tương tự như ở Taipei 101, đảm bảo công trình ổn định trong gió giật mạnh, bảo vệ kết cấu và an toàn cho du khách. Hệ thống giảm chấn bổ sung cho cáp căng, tạo ra một mạng lưới chịu lực toàn diện.

Hậu trường kỹ thuật

Trong quá trình thi công SkyPark, đội ngũ sử dụng cần cẩu công suất lớn nhập từ Đức, hoạt động vào ban đêm để tránh gió mạnh. Các cáp căng được căng trước (pre-tensioned) tại nhà máy, sau đó điều chỉnh tại chỗ bằng thiết bị thủy lực để đạt lực kéo tối ưu. Việc giám sát móng cọc đòi hỏi đội ngũ địa kỹ thuật sử dụng cảm biến để kiểm tra độ lún hàng ngày, đảm bảo không có sai lệch. Một chi tiết thú vị là các kỹ sư đã thử nghiệm mô hình 3D của hệ thống cáp trên phần mềm BIM để dự đoán phản ứng lực, giúp tối ưu hóa thiết kế trước khi thi công.

Ảnh hưởng của các giải pháp chịu lực

Các phương pháp chịu lực của Marina Bay Sands, đặc biệt là việc sử dụng cáp căng vĩnh viễn, đã đặt ra tiêu chuẩn mới cho ngành xây dựng. Hệ thống cọc khoan nhồi được áp dụng ở các dự án đất lấn biển như ở Hồng Kông. Kết cấu thép module và cáp căng trở thành tham chiếu cho các công trình cao tầng, như các tổ hợp ở Thượng Hải. Hệ thống giảm chấn được sử dụng rộng rãi ở các khu vực gió mạnh hoặc động đất. Những giải pháp này không chỉ đảm bảo an toàn mà còn tối ưu chi phí và thời gian, truyền cảm hứng cho các dự án kiến trúc toàn cầu.

Phương pháp chịu lực	Mô tả	Ứng dụng
Móng cọc khoan nhồi	Cọc bê tông dài 50 mét, chống lún trên đất lấn biển	Chịu tải trọng tháp và SkyPark
Kết cấu thép và cáp căng	Module thép và cáp căng vĩnh viễn phân tán lực	Hỗ trợ SkyPark ở độ cao 200 mét
Thiết kế tháp cong	Giảm lực cản gió, tăng ổn định	Chịu lực gió biển
Hệ thống giảm chấn	Khối thép hấp thụ rung động	Chống gió và tải trọng động

Kết luận

Tổng thể, Marina Bay Sands không chỉ chinh phục người nhìn bằng vẻ đẹp táo bạo mà còn là minh chứng cho sức mạnh của kỹ thuật và tư duy thiết kế vượt giới hạn. Từ nền đất yếu ven biển đến ba tòa tháp nghiêng và “chiếc thuyền” vắt ngang bầu trời, mọi chi tiết kết cấu đều được giải quyết bằng sự sáng tạo và chính xác tuyệt đối. Công trình này không chỉ định hình biểu tượng kiến trúc của Singapore, mà còn trở thành bài học điển hình cho giới kiến trúc – kỹ sư toàn cầu về cách biến thách thức thành cơ hội để đổi mới.

Những dịch vụ Đước Việt Architecture & Construction cung cấp bao gồm:

- Tư vấn, thiết kế kiến trúc công trình:

- Xây dựng trọn gói công trình: nhà phố, biệt thự, văn phòng, ....

- Thiết kế - thi công trọn gói Nội Thất: nhà phố, biệt thự, văn phòng ...

- Thiết kế ý tưởng thiết kế kiến trúc, lên hồ sơ mặt bằng công năng và triển khai concept các dự án.

CTY TNHH TƯ VẤN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG ĐƯỚC VIỆT

🌐Website: Duocviet-ac.com

☎️ Điện thoại: (+84) 0909 846 159

📮 Email: ctyduocviet@gmail.com

🧰 Địa chỉ: Tầng 2 - Toà nhà The Root, số 29A Cao Thắng, Phường Bàn Cờ, HCM