الأبنية المقاومة للزلازل.. شاهد هل تصمد أمام الهزات العنيفة أم لا

خلال زلزال هانشين الذي ضرب اليابان عام 1995، قُتل نحو 6000 آلاف شخص في المدينة الصناعية الساحلية وما حولها؛ لكن مبنى واحدًا في المدينة لم يتأثر بالزلزال العنيف.

مالك المبنى، هي شركة إنشاءات هندسية يابانية، التي جعلت أساساته من المطاط الخاص، في نسخة تجريبية وقتها، كتقنية بناء تسمى "تقنية عزل القاعدة".

وينقل موقع "الحرة" عن صحيفة "نيويورك تايمز"، أن هذه التقنية تُستخدم اليوم في نحو 9 آلاف مبنى في اليابان، ارتفاعًا من 20 مبنى فقط وقت زلزال هانشين؛ بينما زُوّدت آلاف المباني الأخرى بأجهزة امتصاص الصدمات، التي يمكن أن تقلل بشكل كبير من الأضرار وتمنع الانهيار.

وتقول الصحيفة إن دولًا أخرى، مثل تشيلي والصين وإيطاليا والمكسيك وبيرو وتركيا ودول أخرى معرضة للزلازل، تبنت هذه التقنيات بدرجات متفاوتة.

ومع ذلك، تشير الصحيفة إلى أن هذه الابتكارات لا تُستخدم إلا بشكل محدود في الولايات المتحدة، مثل المقر الرئيسي الجديد لشركة آبل في وادي السيليكون.

وتنقل عن خبراء قولهم إن عدم اعتماد هذه التقنيات ضيّع فرصة لتوفير مليارات الدولارات من تكاليف إعادة الإعمار بعد الزلازل الكبيرة التي لا مفر منها.

وخلُصت دراسة فيدرالية أمريكية إلى أن إصلاح المباني بعد الزلزال يكلف أربعة أضعاف تكلفة بنائها بقوة أكبر في المقام الأول، وتخسر الولايات المتحدة ما يُقَدّر بنحو 4 مليارات دولار عن كل عام تؤخر فيه قانون بناء أقوى للزلازل؛ حسب الدراسة.

وتسبب الزلازل خسائر بشرية كبيرة، كما أن خسائرها المادية هائلة أيضًا، ويمكن أن يؤدي تعزيز المباني إلى تقليل كلا النوعين من الخسائر.

وقالت شركة النمذجة Verisk إن زلزالًا بقوة 6 درجات على مقياس ريختر ضرب الساحل الشمالي الشرقي لليابان عام 2022، تَسبب في خسائر في الممتلكات المؤمّن عليها تتراوح بين ملياري دولار وأربعة مليارات دولار.

وقالت "فيريسك" إن الخسائر التي تتراوح بين 400 و820 مليون دولار، نجمت عن الأضرار التي لحقت بالممتلكات التجارية والصناعية، مستشهدة بتقارير تفيد بأن أكثر من 1000 مبنى تأثر في محافظتي فوكوشيما ومياجي.

وتؤثر خسائر الزلازل على البنى التحتية وعلى التنمية الاقتصادية بشكل كبير.

تهتز المباني التقليدية مع الأرض أثناء حدوث زلزال؛ مما يعني أنها قد تتعرض لأضرار هيكلية، ولكنها مصممة للبقاء واقفة وعدم الانهيار، وكلما كان الزلزال أقوى؛ تحرك المبنى استجابة لذلك.

وإذا اهتز المبنى بشكل كبير، قد تتلف العوارض والأعمدة والجدران والأقواس؛ مما قد يؤدي في النهاية إلى الحاجة لإصلاح المبنى أو إعادة بنائه لكن الخسائر البشرية خلال الزلزال لا يمكن تقليلها أو حتى منعها.

وتنقل الصحيفة عن الخبراء، أن من المرجح أن تنجو المباني التي تستخدم عزل الأساس من زلزال قوي وتبقى آمنة للاستخدام.

ومن المباني الشهيرة حول العالم المبنية بهذه الطريقة، مبنى الكابيتول في ولاية يوتاه؛ حيث صُمم لتحمّل ما يصل إلى زلزال بقوة 7.3 درجات على مقياس ريختر.

تستخدم هذه التقنية كتلة ثقيلة متأرجحة (مصنوعة عادة من الصلب) تعمل كبندول مركزي مصمم للتأرجح عكس الانحناء الذي يسببه الزلزال في المباني لمعادلة تأثير الهزة الأرضية.

وفي بعض الأحيان تكون الكتلة مصممة من خلال سائل يتحرك بنفس طريقة البندول (يميل في الاتجاه المعاكس للانحناء) لعكس التأثير الذي يسببه الزلزال.

وبحسب موقع Re thinking the future فإن مبنى تايبيه 101 في تايوان مصمم وفق هذه الطريقة، بالإضافة إلى مبنى برج خليفة في الإمارات.

يربط جسر منزلق مصمم لامتصاص الصدمات مبنيين عاليي الطول عادة.

وصُمم برج بتروناس التوأم في ماليزيا الذي أنجز عام 1999 بهذه الطريقة، وهو أطول برج توأم في العالم على ارتفاع يبلغ 452 مترًا.

ويرتبط البرجان الزجاجيان بجسر مركزي تم تصميمه للانزلاق داخل وخارج المبنى في كل مرة يبدو فيها أن هناك أحمالًا جانبية كبيرة تؤثر على المبنى، كما يقول الموقع.

وتقول صحيفة "نيويورك تايمز" إنه في حالة حدوث زلزال شديد، تم تصميم معظم المباني الأمريكية لتنهار بشكل محسوب؛ مما يؤدي إلى تبديد طاقة الزلزال من خلال الأضرار.

والهدف هو الحفاظ على الأرواح، لكن المبنى -مثل السيارة بعد وقوع حادث- سيكون عديم الفائدة.

وتدرس بعض المدن مثل سان فرانسيسكو قواعد تتطلب أن تكون المباني أكثر صلابة، على غرار تلك الموجودة في اليابان.

ويقول موقع CS engineers: إن هناك خمسة معايير رئيسية يجب مراعاتها لتصميم مباني تقاوم الزلازل.

أهم تلك العوامل -بحسب الموقع- هو الأساس المناسب؛ حيث يمكن أن يساعد إنشاء أساس مرن للمبنى على البقاء واقفًا أثناء الزلزال.

وأورد الموقع اقتراحًا يقضي ببناء أساس مصنوع من الخرسانة المسلحة وشرائط متقاطعة فوق وسادة وسيطة من الرمل.

ويقول الموقع إن المياه المتجمعة يمكن أن تخلق مضاعفات هيكلية، ويقترح بناء آليات تصريف للمياه المتجمعة لمساعدة الهياكل على تحمل الزلازل.

لدى المهندسين والمصممين طرق مختلفة لتقوية هيكل المبنى ضد الزلازل المحتملة؛ مما يؤدي إلى تصريف القوى الزلزالية وإعادة توجيهها.

يمكن للمواد ذات الليونة العالية امتصاص كميات كبيرة من الطاقة دون أن تتحطم.

ويُعتبر البناء بالطوب والخرسانة من المواد منخفضة الليونة؛ لكن مواد مثل الفولاذ المعدل والخرسانة المسلحة بشكل مبتكر بالألياف، يمكن أن توفر ليونة مشابهة.

وبحسب الموقع أظهرت شركة هندسة مدنية كيف يمكن للناس في إندونيسيا بناء منازل مقاومة للزلازل بالكامل تقريبًا من الخيزران.