كيف تصمد المباني أمام الزلازل؟ أسرار التصميم المقاوم للزلازل

قد يضرب زلزال واحد مدينة كاملة، فتنهار بعض المباني بينما يصمد مبنى مجاور بأضرار بسيطة. الفارق غالبًا ليس الحظ، بل التصميم الإنشائي والالتزام بالكود والتنفيذ الجيد.

ماذا يفعل الزلزال بالمبنى؟

الزلزال يحرّك الأرض أفقيًا ورأسيًا بسرعة، وبسبب القصور الذاتي يحاول المبنى أن «يبقى مكانه» بينما تتحرك قاعدته، فتتولد قوى جانبية كبيرة تهز الأدوار. وكلما كان المبنى أثقل، زادت هذه القوى. لذلك فالهدف ليس صنع مبنى «لا يتحرك»، بل مبنى يتحرك بأمان دون أن ينهار.

المبادئ الأساسية للتصميم المقاوم للزلازل

1. البساطة والانتظام

المباني ذات المساقط المتماثلة والمنتظمة تتصرف بشكل أفضل. أما الأشكال غير المنتظمة أو التغيرات المفاجئة في الصلابة بين الأدوار فتسبب التواء وتركيزًا للإجهادات.

2. المرونة أو «المطيلية» (Ductility)

المادة المطيلية تتشوه وتنحني قبل أن تنكسر، فتمتص طاقة الزلزال وتعطي إنذارًا قبل الانهيار. ولهذا تهتم الأكواد بتفاصيل حديد التسليح، مثل كثافة الكانات عند أطراف الأعمدة والكمرات.

3. نظام مقاوم للقوى الجانبية

الجدران القصية (Shear Walls): جدران خرسانية مسلحة تعمل كعمود فقري يقاوم القوى الأفقية.
الإطارات المقاومة للعزوم: اتصالات قوية بين الأعمدة والكمرات.
التدعيم القطري (Bracing): عناصر مائلة على شكل X أو V، شائعة في المنشآت المعدنية.

4. تجنّب «الدور الضعيف» (Soft Story)

من أخطر الأخطاء ترك الدور الأرضي مفتوحًا بالكامل (محلات أو جراج) بينما الأدوار العليا مليئة بالجدران؛ فيتركز التشوه كله في الدور الأرضي وقد ينهار أولًا.

تقنيات متقدمة

العزل القاعدي (Base Isolation): وضع وسائد مرنة من المطاط والرصاص بين المبنى وأساساته، فتتحرك الأرض بينما يتحرك المبنى ببطء أكبر بكثير. وهي منتشرة في اليابان خاصة في المستشفيات والمباني الحيوية.
المخمّدات (Dampers): أجهزة تمتص طاقة الاهتزاز مثل ممتص الصدمات في السيارة. وأشهر مثال برج «تايبيه 101» الذي يحتوي على كرة فولاذية معلقة وزنها نحو 660 طنًا تتأرجح عكس حركة البرج لتقليل اهتزازه.

دور التربة

بعض أنواع التربة الرملية المشبعة بالمياه قد تفقد تماسكها أثناء الزلزال وتتصرف كالسائل، فيما يُعرف بـتسييل التربة. لذلك تعد دراسة التربة واختيار نوع الأساسات المناسب خطوة لا غنى عنها قبل البناء.