BM: Nhà tròn giúp chống siêu bão ra sao?

Năm 2018, bão Michael đã đi vào lịch sử, trở thành cơn bão cấp năm đầu tiên được ghi nhận đổ bộ vào Florida Panhandle (vùng duyên hải tây bắc bang Florida, Mỹ).

Cơn bão đã gây ra sự tàn phá và thiệt hại trên diện rộng, xô đổ hoàn toàn nhiều tòa nhà và làm hư hại gần 50.000 công trình.

Nhưng tại một cộng đồng nhỏ ven vịnh ở Mexico Beach, Florida, một điều bất ngờ đã xuất hiện giữa cảnh hỗn loạn.

Một ngôi nhà, một cấu trúc hình mái vòm khác thường, trông giống như con sâu bướm, vẫn đứng vững, hầu như không bị ảnh hưởng bởi sức gió 260 km/giờ.

Ngôi nhà có tên "Golden Eye" (Mắt Vàng), thuộc về Margaret Clayton, người đã thiết kế và xây dựng ngôi nhà vào năm 2015 với một công ty xây dựng có tên là Monolithic Domes.

Ngôi nhà hàng xóm của bà Clayton "nổ tung", khiến một máy biến áp bay vào nhà bà và đập vào tường.

"Tất cả những ngôi nhà xung quanh nhà tôi đều bị phá hủy hoặc không thể ở được," bà nói. Trong khi đó, Golden Eye vẫn còn nguyên vẹn.

Thiệt hại do bão ở Florida năm 2024

Bão Helene và Milton đã gây ra sự tàn phá ở Florida trong những tuần gần đây, khiến hàng trăm người thiệt mạng và gây thiệt hại hàng tỷ đô la. Milton, một trong những cơn bão mạnh nhất hình thành ở Bắc Đại Tây Dương trong những năm gần đây, đã gây ra lũ quét, mưa như trút nước và sóng biển dâng, trong khi Helene khiến 780.000 người phải sống trong cảnh mất điện.

"Khi bạn nhìn thấy những bức ảnh đó, bạn sẽ thấy điều khiến bạn phải kinh ngạc," Landolf Rhode-Barbarigos, phó giáo sư tại khoa kỹ thuật dân dụng, kiến trúc và môi trường Đại học Miami và phó giám đốc Climate Resilience Institute (Viện Thích ứng Khí hậu), cho biết.

"Cảnh sụp đổ hoàn toàn bên cạnh một ngôi nhà mái vòm vẫn đứng vững. Thật ấn tượng."

Tại Mỹ, bão gây ra nhiều cái chết và sự tàn phá hơn bất kỳ hiện tượng thời tiết cực đoan nào khác.

Kể từ năm 1980, đã có 363 thảm họa thời tiết gây thiệt hại hàng tỷ đô la tại Mỹ, trong đó, bão gây ra nhiều thiệt hại nhất - tổng cộng hơn 1.300 tỷ đô la, với thiệt hại trung bình là 22,8 tỷ đô la cho mỗi trận thiên tai.

Tính đến năm 2023, bão đã khiến 6.890 người thiệt mạng.

Khi các cơn bão ngày càng trở nên khốc liệt hơn do biến đổi khí hậu - và thậm chí cả bão cấp một cũng có khả năng gây ra thiệt hại nghiêm trọng - việc xây dựng những ngôi nhà có khả năng chống chịu bão đang ngày càng trở nên quan trọng.

Tiến sĩ Rhode-Barbarigos cho biết: "Kiểu kiến trúc [chống chịu với khí hậu] này kết hợp với các giải pháp kỹ thuật phù hợp có thể cứu sống con người khi phải đối mặt với thời tiết khắc nghiệt. Chúng ta cần khám phá việc xây dựng nhiều công trình chống chịu với khí hậu hơn vì chúng ta biết rằng một số hình dạng nhất định sẽ tốt hơn trong một số môi trường nhất định."

Sống sót trước nghịch cảnh

Có một số công ty xây dựng đang chuyển sự chú ý của họ sang các cấu trúc hình vòm và tròn.

Đây là điều mà công ty xây dựng Deltec của Mỹ đã tập trung vào trong ba thập kỷ qua, trong nỗ lực xây dựng những ngôi nhà chống chịu bão.

Trong số 5.500 ngôi nhà vòm và tròn mà công ty đã xây dựng, chỉ có một ngôi nhà bị hư hại do gió mạnh, theo hồ sơ của Deltec, mặc dù phải đối mặt với một số cơn bão mạnh nhất trong lịch sử đất nước, bao gồm Irma, Michael, Katrina, Dorian và gần đây nhất là Milton.

Deltec cho biết họ đã lắng nghe hàng chục chủ nhà và không có ai báo cáo thiệt hại do bão Milton.

Chủ tịch Deltec, ông Steve Linton, cho biết người mua quan tâm hơn đến những ngôi nhà mái vòm của công ty trong những năm gần đây.

"Thiết kế chống bão không phải là một ý tưởng độc đáo, nhưng thực tế là việc đảm bảo ngôi nhà của bạn được thiết kế đúng cách, với các kết nối tốt là một thách thức đáng kể. Hầu hết các kiến trúc sư không thiết kế nhà tròn."

Ông cũng nói thêm rằng trong một số trường hợp, các thợ xây không thể xây dựng nhà tròn bằng các phương pháp thông thường của họ.

"Cách tiếp cận thông thường để làm cho một ngôi nhà có khả năng chống bão là lấy một thiết kế nhà truyền thống và gia cố nó. Giống như cố gắng tạo ra một chiếc xe đua từ một chiếc xe buýt trường học – chúng thực sự là hai thứ hoàn toàn khác nhau và một ngôi nhà cũng không khác gì."

Hình tròn có nghĩa là ngôi nhà có tính khí động học hơn, ông Linton khẳng định thiết kế tròn giúp giảm đáng kể áp lực tích tụ ở bên ngoài ngôi nhà.

Thiết kế này có nghĩa là ngôi nhà có thể hấp thụ và phân tán năng lượng tốt hơn so với một ngôi nhà truyền thống, bất kể hướng gió, ông nói thêm.

"Nó giống như nan hoa trên bánh xe vậy," ông Linton nói.

Tiến sĩ Rhode-Barbarigos giải thích rằng hình dạng mái vòm cũng có một lợi thế, vì mái vòm không cản trở luồng gió xung quanh chúng.

"Một ngôi nhà thông thường có các cạnh như cái hộp và mái bằng, tạo ra một trở ngại nhất định đối với luồng gió," ông giải thích. "Khi bạn có một ngôi nhà tròn, theo mặc định, nó sẽ nhận được ít lực hơn từ gió. Không chỉ kỹ thuật mà cả kiến trúc cũng có thể ảnh hưởng đến tải trọng gió."

Deltec cũng làm nhà bằng gỗ thông vàng miền Nam, loại gỗ chắc hơn các loại gỗ xẻ khác hay được sử dụng, chẳng hạn gỗ thông Douglas.

Cấu trúc nhà tròn này cũng được thiết kế với độ chính xác cao và được lắp trong một nhà máy.

"Vì chúng tôi tạo ra các ngôi nhà này trong một môi trường được kiểm soát, nên chúng tôi có thể đạt được mức độ kiểm soát chất lượng mà không dễ dàng đạt được nếu xây ngoài trời."

Deltec đã xây dựng nhà ở tất cả 50 bang của Mỹ và hơn 30 quốc gia trên thế giới.

"Người ta cần những ngôi nhà kiên cố để thích nghi với thế giới đang thay đổi mà chúng ta đang sống," Linton nói.

Trước đây, nhà của công ty Deltec chỉ được thiết kế theo yêu cầu của khách hàng.

Nay, một dòng sản phẩm mới gồm các mẫu nhà được thiết kế sẵn "sẵn sàng chống bão", có thể chịu được tốc độ gió lên tới 307 km/giờ và rẻ hơn 25% so với các mẫu nhà xây dựng theo yêu cầu.

Deltec cung cấp "vỏ" của ngôi nhà, trong khi công tác chuẩn bị mặt bằng, lợp mái, cách nhiệt và vách thạch cao được hoàn thiện bởi công ty xây dựng do người mua thuê.

Chi phí cho vỏ nhà trung bình bằng một phần ba tổng chi phí của ngôi nhà và dao động từ 45.900 đô la cho một ngôi nhà rộng 48 m2 đến 132.500 đô la cho một ngôi nhà rộng 192 m2.

Có nhiều cách để làm nhà mái vòm

Nhưng Deltec không phải là công ty duy nhất làm nhà tròn.

Cấu trúc mái vòm nguyên khối Monolithic Dome đầu tiên được xây dựng vào năm 1976, làm một nhà kho trữ khoai tây ở Idaho.

Hiện nay, mái vòm có thể được tìm thấy trên khắp thế giới, từ Bắc Cực đến vùng nhiệt đới.

"Sự quan tâm đến nhà mái vòm thay đổi," Gary Clark, thành viên hội đồng quản trị tại Monolithic Domes, người ban đầu được thuê để phun bọt polyurethane lên một nhà mái vòm trữ khoai tây khác ở Idaho vào những năm 1980, cho biết.

Ông Clark hiện đang lãnh đạo các xưởng xây dựng mái vòm Monolithic Dome ở Texas – và sống trong ngôi nhà mái vòm của riêng mình ở Michigan.

"Tăng trưởng không quá lớn, nhưng vẫn ổn định. Xu hướng này đang bắt đầu. Chúng tôi nhận thấy người ta ngày càng quan tâm hơn đến nhà mái vòm dân dụng thay vì nhà mái vòm thương mại. Thị trường nhà ở dường như đang nóng lên một chút gần đây."

Các tòa nhà của Monolithic được xây dựng không phải từ gỗ mà từ bê tông và thép, bắt đầu bằng một thanh dầm tròn trên sàn của kết cấu.

Sau đó, một màng dạng khí làm bằng vải phủ PVC được gắn vào thanh dầm tròn và được thổi phồng để tạo hình dạng cho kết cấu.

Bọt xốp ô kín – được biết đến với độ bền và khả năng chống nước – được áp dụng cho phần bên trong, và cốt thép được gắn vào bề mặt bọt, sau đó được phun lên các lớp bê tông.

"Chúng tôi nghĩ giá của một mái vòm không quá khác biệt so với giá của một ngôi nhà làm theo yêu cầu tiêu chuẩn," ông Clark nói.

Nhưng về lâu dài, ông Clark cho biết một ngôi nhà mái vòm có thể rẻ hơn khi tính đến chi phí bảo trì, vận hành, tuổi thọ và bảo hiểm.

Ông tuyên bố rằng mái vòm cũng có thể rất tiết kiệm năng lượng, có khả năng giúp chủ sở hữu tiết kiệm được một khoản tiền đáng kể.

Tuy nhiên, ông cho biết "hầu hết mọi người chỉ nghĩ đến chi phí xây dựng".

Cũng có những thách thức khác đối với một thiết kế không theo quy ước.

Ông Clark cho biết: "Một trong những rào cản lớn nhất của chúng tôi là khiến các ngân hàng nhìn thấy những lợi ích và cho phép người vay thế chấp cho ngôi nhà mái vòm Monolithic Dome."

"Rất khó để tìm được nguồn tài chính. Không phải là không thể, nhưng chắc chắn không dễ như một ngôi nhà bằng gỗ và gạch".

Các nhà mái vòm không chống được thảm họa một cách tuyệt đối.

Các mảnh vỡ do gió mang theo có thể làm hỏng lớp màng bề mặt – điều đã xảy ra với một chủ nhà Monotholic Dome, bà Margaret Clayton.

Mặc dù một mái vòm ở Port Arthur, Texas, đã bị ba cơn bão tấn công mà không hề hấn gì, theo hồ sơ của Monolithic.

Chi tiết quyết định mọi thứ

"Cả hai phương pháp, của Monolithic Domes và Deltec, đều có những lợi thế trong việc đối phó với gió mạnh, theo chuyên gia Rhode-Barbarigos. Nhưng chúng không phải là những phương pháp duy nhất để chống chịu với thời tiết khắc nghiệt – và gió chỉ là một trong những rủi ro mà bão gây ra."

"Kiến trúc có thể đóng vai trò lớn tùy thuộc vào kiểu thời tiết cực đoan đó là gì," Elizabeth Plater-Zyberk, giáo sư về kiến trúc và giám đốc chương trình thiết kế đô thị của Đại học Miami, cho biết.

"Chắc chắn là người ta chú ý nhiều hơn đến việc thiết kế các tòa nhà để có khả năng phục hồi và thích nghi với khí hậu."

"Có hai vấn đề trong cơn bão, gió và lũ lụt," Plater-Zyberk giải thích.

Trên thực tế, mối đe dọa lớn nhất đối với con người do cơn bão gây ra đến từ nước, không phải gió.

"Nếu xây trên mặt đất, thì khi xảy ra lũ lụt, hình dạng nhà như thế nào đều không giúp ích gì. Vì vậy, nếu bạn xây dựng một mái vòm trên bờ biển Houston, Louisiana hoặc Miami, thì nó phải được xây dựng trên cột để tránh lũ. Những ngôi nhà mà tôi thấy có thể sống sót sau cơn bão là những ngôi nhà được nâng cao so với mặt đất và được gia cố," Giáo sư Plater-Zyberk cho biết.

Bà Plater-Zyberk nói rằng không có ngôi nhà mái vòm nào có thể được gọi là "chống bão".

Nhưng bà cũng nói thêm rằng khả năng chống chịu của một ngôi nhà "thực sự phụ thuộc vào vật liệu làm nên ngôi nhà".

"Nếu bạn nói rằng, 'Tất cả những gì tôi cần là có một ngôi nhà mái vòm và tôi sẽ ổn', thì điều đó hoàn toàn không đúng."

Tuy nhiên, một ngôi nhà có hình dạng truyền thống vẫn có thể chống gió - bằng cách điều chỉnh "lớp vỏ", về cơ bản là lớp vỏ của ngôi nhà.

Một hình ảnh nổi tiếng từ Mexico Beach, Florida, vào năm 2018 cho thấy một khu phố bị bão Michael san phẳng phần lớn - ngoại trừ một ngôi nhà ba tầng bằng bê tông, được xây trên cột, là vẫn đứng vững.

"Đặc điểm chính là lớp vỏ," Tiến sĩ Rhode-Barbarigos giải thích, "và nó cần phải được cấu trúc chặt chẽ."

"Bạn không muốn có một lỗ hở trên lớp vỏ vì gió sẽ lùa vào đó. Áp lực khổng lồ này đến từ bên trong và đó là lý do tại sao bạn thấy mái nhà bay mất. Vì vậy, duy trì tính toàn vẹn của lớp vỏ là rất quan trọng."

Các kết nối trên đường tải trọng – nơi trọng lượng của toàn bộ cấu trúc nhà được truyền vào nền móng và sau đó là mặt đất – cũng rất quan trọng. Toàn bộ ngôi nhà có các kết nối chắc chắn có có nghĩa là không có điểm yếu. Nhưng tất cả những điều này, như Tiến sĩ Rhode-Barbarigos chỉ ra, "đều liên quan đến chi phí".

Giáo sư Plater-Zyberk cho biết để đảm bảo các ngôi nhà có khả năng chống chịu tốt, điều quan trọng là phải cập nhật các quy định về xây dựng – chủ yếu do các bang đặt ra.

Các quy định về xây dựng và thiết kế nhà này cũng phải thay đổi để thích ứng với những tác động do thời tiết khắc nghiệt.

Và quy định càng nghiêm ngặt thì nhà ở càng chắc chắn.

Florida có một số quy định nghiêm ngặt nhất cả nước do thời tiết khắc nghiệt.

Giáo sư Plater-Zyberk cho biết: "Khi chúng tôi làm việc trong cơn bão Katrina, những ngôi nhà vẫn đứng vững là những ngôi nhà tuân theo quy định của Florida, mặc dù chúng nằm ở Mississippi."

Tiến sĩ Rhode-Barbarigos tin rằng thực tế không có nhiều nhà mái vòm hơn – hoặc các công trình khác thích nghi với bão – là do hai nguyên nhân.

Đầu tiên là truyền thống văn hóa – chúng ta đã quen sống trong những ngôi nhà có vẻ ngoài nhất định và cần thời gian để thay đổi tư duy.

Thứ hai là chi phí

"Về mặt kỹ thuật, chúng tôi biết cách xây dựng các tòa nhà có thể chịu được gió mạnh. Công nghệ đã có. Câu hỏi đặt ra là ứng dụng. Vấn đề thực sự không nằm ở khía cạnh kỹ thuật, mà là chi phí. Ai có khả năng chi trả? Và nếu chúng ta có khả năng chi trả, thì quy mô là bao nhiêu? Chúng ta sẽ làm gì với cơ sở hạ tầng hiện có?”

Ông nói rằng có lẽ câu trả lời nằm đâu đó ở giữa.

"Có lẽ chìa khóa để có một ngôi nhà giá cả phải chăng hơn nằm ở đâu đó giữa việc khám phá các hình học và công nghệ đó với các ý tưởng thiết kế khác."

***