مقاومة الزلازل على مر السنين في اليابان (من المباني الخشبية القديمة وحتى المباني الحديثة)
العمارة والتشييد >>>> التشييد
Image: KYODO
ــ Mikio Koshihara، أستاذ مساعد في معهد العلوم الصناعية.
شيدت المباني الخشبية التقليدية بناء على أفكار الهندسة الزلزالية إلى حد ما لكن التصاميم الناتجة والتي تعتبر مقاومة للزلازل ليست في الحقيقة كذلك.
كلما يحدث زلزال كبير، مسبباً أضرار كبيرة بالمباني، يبدأ الناس في إعطاء اهتمام أكثر لمقاومة الأبنية للزلازل. ومع ذلك، هناك مباني متنوعة في الوقت الحاضر تعاني من مشاكل مختلفة بهذا الخصوص.
- المقاومة الزلزالية للمباني الخشبية
في اليابان،تستخدم المباني الخشبية منذ سنوات، وكثيراً ما يقول الناس "المنشآت الخشبية التقليدية -مثل المعابد- لديها مقاومة كبيرة للزلازل فهذه المنشآت تنحني مثل الصفصاف لتمنع تشكل الإجهاد فيها". لقد رأينا فعلاً التأرجح الكبير الحاصل على هذه المباني أثناء حدوث الزلازل الكبيرة.
هذه المباني مرنة مثل الصفصاف، وهي مقاومة للزلازل إلى حد ما حقيقة.
ولكن على الرغم من ذلك فإن الزلازل الكبيرة مثل زلزال The great Kanto وزلزال The Great Hanshin-Awaji ، ولسوء الحظ تسبب انهيار المباني الخشبية التي قد صُممت على الطريقة اليابانية التقليدية.
تم تقييم المباني الخشبية التقليدية من ناحية الهندسة الزلزالية، الأمر الذي أظهر أنه على الرغم من أن طريقة البناء التقليدية تتوافق جزئياً مع الهندسة الزلازلية في بعض الجوانب، إلا أنها لا تتوافق في جوانب أخرى.
في اليابان أيضاً تم إنشاء المنازل الخشبية المستقلة بناءً على نفس طرق الإنشاء التقليدية.لكن منذ عصر الإيدو Edo تم إنشاء العديد من المنازل مع التركيز على جدارة التشييد. هذه المنازل مقاومة للزلازل كونها تملك جدرانا مصممة إنشائياً لمقاومة الزلازل. والمقاومة الزلزالية يتم تحقيقها من خلال تحقيق متطلبات الكمية الجدارية "wall quantity"، والتي تم حسابها بناءً علي خصائص وأطوال الجدران. وبعد حدوث أي زلزال كبير يتم إعادة حساب كمية الحوائط المطلوبة وزيادتها. لذلك فإن المقاومة الزلزالية للأبنية الأقدم ضعيفة، ليس فقط بسبب مرور الوقت عليها، بل بشكل أساسي لأنها بُنيت استناداً إلى معاييرأقدم للكمية الجدارية.
إن المتطلبات الحالية للكمية الجدارية أثبتت أنها كافية في زلزال The Great Hanshin-Awaji الذي حدث عام 1995 أي أن المنازل الخشبية التي طابقت هذه المعايير الحالية لديها كفاءة عالية لمقاومة الزلازل.
أما بالنسبة للمنازل الخشبية المبنية بما يوافق المعايير التصميمية القديمة، يتم تشخيصها للتأكد من أدائها الزلزالي وتسليحها إذا كانت نتيجة التشخيص ضعيفة.
تم تشكيل طرق تسليح على الزلازل لهذه المنازل الموجودة وتطبيقها وقد أثبتت فعاليتها من خلال اختبارات الطاولة المهتزة Shaking table tests على نماذج المقياس حقيقي.
يمكن تحسين مقاومة الزلازل في المنازل الخشبية ببساطة وبفعالية عن طريق زيادة كمية الجدران أومقاومتها دون اللجوء لاستخدام أي طرق هندسية خاصة؛ ويمكن تحسين كفاءة المباني عن طريق تسليحها بنظم التربيط أو الخشب المعاكس المسمر أو الوصلات المعدنية.
- المنشآت الخرسانية المسلحة والمنشآت ذات الإطارات المعدنية
على عكس المنازل الخشبية… فإن المباني المكتبية، المباني التجارية، والوحدات السكنية التي تراها في الشارع هي من المنشآت الخرسانية المسلحة أو المنشآت ذات الإطارات المعدنية التي صُممت وأُنشئت منذ البداية لتكون مقاومة للزلازل بناءً على مبادئ الهندسة الإنشائية. بالنسبة لهذه المباني، تم زيادة الأداء الزلزالي المطلوب بعد حدوث الزلازل الكبيرة واستناداً إلى نتائج الأبحاث الجديدة. تحديداً، عند إعادة النظر في معايير البناء عام 1981، تم اعتماد تصميم جديد مقاوم للزلازل، وطرق التصميم التي تم تطويرها بناءً على هذا المبدأ يتم اعتمادها الآن على نطاق واسع.أما المباني التي تم إنشائها قبل 1981 فهي لا تحقق المعايير الحالية للأداء الزلزالي، وبالتالي نحن بحاجة لإخضاعها إلى تشخيص مقاومتها للزلازل أو للقيام بأعمال التسليح ضد الزلازل عند الضرورة.
المباني المصممة بناءً على الهندسة الزلزالية تكون مقاومة للزلازل ويمكن تصنيفها إلى:
(a منشآت بأنظمة مقاومة للزلازل.
(b منشآت بأنظمة تخميد.
(c منشآت معزولة زلزالياً.
الأنظمة المقاومة للزلازل تضم العديد من العناصر التي تؤمن مقاومتها ضد الزلازل. ويعطى بعناية في هذه المنشآت اعتبار لزيادة قابليتها للتشوه لتجنب الانهيارات المميتة.
أما بالنسبة للمنشآت ذات أنظمة التخميد فقد تم تصميمها لكي تمتص طاقة الزلزال خلال تشوّهها الكبير، ويتم ضمان الكفاءة العالية في الامتصاص عن طريق استخدام المواد ذات خواص لزوجة-مرونة والتي تتمتع بخصائص امتصاص الطاقة عالية. المُخمِّدات الكُتليّة يتم استخدامها أيضاً في بعض المنشآت، وبسبب تأرجح المُخمِّد بطريقة مختلفة عن تأرجح المنشأ نفسه، فإنه يكبح تشوّه المنشأ.
أما بالنسبة للمنشآت المعزولة زلزالياً، يتم إضافة نظم عزل حركة بين الأرض والمنشأ للتقليل من تأثير حركة الأرض على المنشأ.
يوجد جدل على أن هذه الآليات ذات المقاومة العالية للزلازل والتي تم تطويرها للمباني الحديثة، هي في الأصل موجودة في المنشآت الخشبية التقليدية ولكن بأشكال مختلفة؛ مُتضمنة نظام التخميد الذي تم تحقيقه من خلال الأعمال الخشبية، وذلك من خلال العمود المركزي الموجود في المعابد البوذية القديمة ذات الخمس طوابق حيث يلعب دور المُخمِّد الكُتلي، وكذلك العزل الحركي المطبق في مكان استناد الأعمدة المُسمَّى ishibadate. لذلك فالمنشآت الخشبية التقليدية يتم الآن دراستها كملهم لإبداعات جديدة.
- المباني ذات المقاومة العالية للزلازل
تم تطوير العديد من التقنيات لأجل إنشاء المباني ذات المقاومة عالية للزلازل.حيث أنه بشكل أساسي يجب على المباني أن تحظى بأداء زلزالي أدنى كافي لحماية الأشخاص بالداخل من الأضرار التي تتسبب بها الزلازل الكبيرة.
أما الآن هناك خيارات تقنية جديدة تم توفيرها من أجل زيادة كفائة أنظمة المقاومة الزلزالية، مثل لجعل مقاومة الأبنية للزلازل أعلى من المعايير المطلوبة، أو حماية الشكل الداخلي للمبني من ضرر الزلزال، أو حماية المبنى ككل.
