تريند 🔥

🤖 AI

زلزال 9 ريختر وناطحات السحاب اليابانية لم تسقط.. ما هو السر الهندسي الياباني؟

زلزال 9 ريختر وناطحات السحاب اليابانية لم تسقط.. ما هو السر الهندسي الياباني؟
نهلة أحمد مصطفى
نهلة أحمد مصطفى

7 د

تساءل الكثيرون لماذا لا تنهار الأبنية وناطحات السحاب في اليابان حتى مع أعتى الزلازل وأشدها.. والإجابة على هذا السؤال تحتاج نظرة عميقة داخل عملية بناء ناطحات السحاب اليابانية.. وفي هذا المقال ننقل لكم تلك العملية من خلال ما نشرته "بي بي سي" في مقالتها تحت عنوان "كيف تُبنى ناطحات السحاب في اليابان لتحمل الزلازل؟". وما ذكره موقع "بلان رادار" في مقالته تحت عنوان "خبرة البناء من اليابان: مبان مقاومة للزلازل". اليابان هي موطن لبعض المباني الأكثر مرونة في العالم، ويكمن سرها في قدرتها على الرقص بينما تتحرك الأرض تحتها.


الحرّاس الصامتون:

تهيمن المرتفعات الشاهقة في طوكيو وأوساكا ويوكوهاما على مناظر المدينة من حولها. تعطي الأبراج الانطباع بأنها راسخة وثابتة بقدر ما يمكن لأي مبنى من صنع إنسان أن يكون.
هذه الأبراج هي الخلفية الثابتة للحياة الحضرية اليومية في اليابان، كما هو الحال في أي مدينة كبيرة ومتطورة في العالم. بينما يعج ما حولها بالناس وحركة المرور، فإنها ثابتة وما تزال – الرابط الذي يجمع بقية المدينة الصاخبة معًا.

يتطلب الأمر زلزالًا ليكشف إذا كان هذا المنظور مجرد وهم. في اليابان، يجب أن تكون ناطحات السحاب قادرة على التحرك.


التهديدات المستمرة:

يُعرف زلزال "توكوهو" 2011 بأنه أحد أكثر الزلازل تدميرًا في الآونة الأخيرة. لكنه كان مجرد واحد من العديد من الظواهر السيزمية التي تضرب اليابان كل عام.

يقع الأرخبيل الياباني على طول حلقة النار في المحيط الهادئ، وهي منطقة يتم فيها إجبار الصفائح التكتونية الأوروبية الآسيوية والمحيط الهادئ والفلبينية تحت بعضها البعض. ينتج عن هذا الضغط الهائل بشكل دوري إطلاق هائل للطاقة - مما يؤدي إلى حدوث زلازل في الأرخبيل.. الزلزال هو تحرر تلك الضغوطات، ويرسل اهتزازات قوية بما يكفي لهدم مدينة عادية على الأرض.
لذا بعد الحرب العالمية الثانية، قدمت الحكومة اليابانية سلسلة من الإجراءات الصارمة بشكل متزايد لإجبار البناة على إنشاء هياكل مقاومة للزلازل


تحديد المعيار:

لكن الأبراج الشاهقة في اليابان ليست مبانيَ عادية. يقول جون ساتو، مهندس إنشائي وأستاذ مشارك في جامعة طوكيو، إن جميع المباني -حتى لو كانت هياكل صغيرة أو مؤقتة- يجب أن تكون مقاومة للزلازل في البلاد.
هناك مستويان رئيسيان من المرونة يعمل المهندسون على تحقيقهما: الأول هو مقاومة الزلازل الصغيرة، وهو النوع الذي قد يشهده المبنى ثلاث أو أربع مرات في عمره الافتراضي في اليابان.
لهذا الحجم، فإن أي ضرر يتطلب الإصلاح غير مقبول.. يجب أن يكون المبنى مصممًا بشكل جيد بحيث يمكنه النجاة من هذه الزلازل دون أضرار.

المستوى الثاني من المرونة هو مقاومة الزلازل الشديدة، وهي نادرة. تم تحديد المعيار بواسطة زلزال كانتو العظيم عام 1923. كان هذا زلزالًا كبيرًا - بلغت قوته 7.9 درجة - دمر طوكيو ويوكوهاما، وقتل أكثر من 140 ألف شخص.
بالنسبة للزلازل الأكبر حجمًا من هذا المعيار، لم يعد الحفاظ على المباني بشكل مثالي هو الهدف. أي ضرر لا يتسبب في إصابة بشرية هو أمر مقبول.
يقول زيغي لوبكوفسكي، متخصص الزلازل في يونيفرسيتي كوليدج لندن: "إنك تصمم المباني لحماية حياة الناس".. "هذا هو الحد الأدنى من المتطلبات."


امتصاص الصدمات:

لمقاومة القوى الهائلة للزلزال، يجب أن تمتص المباني أكبر قدر ممكن من الطاقة الزلزالية.. يقول ساتو: "عندما يتمكن الهيكل من امتصاص كل الطاقة [من الزلزال]، فإنه لن ينهار". يحدث هذا بشكل أساسي في عملية تسمى العزلة الزلزالية. تُوضع المباني أو الهياكل على شكل محمل أو ممتص للصدمات - في بعض الأحيان بسيطة مثل كتل من المطاط بسمك حوالي 30-50 سم (12 إلى 20 بوصة) - لمقاومة حركة الزلزال. أينما تنهار أعمدة المبنى إلى الأساس، فإنها تجلس على هذه الحشوات المطاطية.


المرونة من أعلى إلى أخمص القدمين:

تعد عمليات التكيف مع قاعدة المبنى إحدى الطرق الرئيسية التي تصنع بها المباني لتحمل الزلازل. لكن مخمدات الحركة في جميع أنحاء ارتفاع المبنى يمكنها أيضًا تحسين المرونة. "قد يتحرك مبنى شاهق 1.5 متر (5 قدم) ولكن إذا وضعت مخمدات على مستويات معينة -كل طابق ثانٍ حتى القمة- يمكنك تقليل هذه الحركة إلى مقدار أصغر بكثير، مما يمنع تلف البنية الفوقية،" كما قال لوبكوفسكي.
تبدو المخمدات وكأنها مضخة دراجة، إلا أنها مليئة بالسائل بدلًا من الهواء.

"عندما تضغط المضخة، فإنها تدفع ضد السائل. لا ينضغط كثيرًا، ولكنه سيتحرك قليلاً. يمكن أن تقلل هذه العملية الاهتزازات داخل المبنى".
يرتبط العديد من المباني الجديدة أيضًا بنظام الإنذار المبكر في البلاد، والذي ينبه السكان من حدوث زلزال قادم.. هذا بالإضافة إلى استخدام أبواب قابلة للطي توفر المزيد من السبل للهروب، والأضواء المغطاة لحماية الناس في حالة انفجار المصابيح الكهربائية.


أناقة وأمان:

الأجهزة المعقدة لامتصاص طاقة الزلزال وتخفيف الاهتزاز ليست هي الطريقة الوحيدة لجعل المبنى مرنًا للزلازل. تتضمن الطرق الأخرى تخطيط وتصميم المبنى نفسه. يقول لوبكوفسكي: "من الناحية المثالية، ما نريده هو جعل المبنى منتظمًا قدر الإمكان". "إذا كان لديك كل طابق بنفس الارتفاع تمامًا وجميع الأعمدة على تباعد شبكي متساوٍ، فسيكون أداء المبنى أفضل في حالة حدوث زلزال."
لكن غالبًا ما يتردد مصممو ناطحات السحاب المذهلة في تقديم تلك الأنواع من التنازلات، كما أن الخلافات بين المعايير الزلزالية المطلوبة من قبل المهندسين والرؤى الإبداعية للمهندسين المعماريين شائعة.

يقول نوريهيرو إيجيري، المدير التمثيلي لشركة Ejiri Structural Engineers التي تتخذ من طوكيو مقرًا لها: "هناك دائمًا صراعات كبيرة بيننا" لحسن الحظ، يتلقى المهندسون المعماريون في اليابان -بدورهم- تعليمًا بشأن الزلازل، لذا يكون بمقدور المهندسين والمصممين تبادل النقاش بشكل منطقي.
برج "سكاي تري" في طوكيو هو ثاني أطول مبنى في العالم. تم بناؤه بأسلوب "المستقبل الجديد" الذي يشتمل على بعض عناصر الباغودا اليابانية التقليدية، ويتضمن عمودًا مركزيًا متصلًا بالمخمدات الزلزالية حيث يمكنهما معًا امتصاص طاقة الزلزال.


شبكة واقية:

عمل ساتو على تطوير حلول هندسية زلزالية تتسم بالعملية والأناقة. يقول: "عندما أناقش التصميمات الهيكلية مع المهندسين المعماريين، أبحث دائمًا عن طريقة لمواءمة العناصر الزلزالية في التصميم العام للمبنى".
"أحيانًا يمكنني العثور على كيفية تضمين هذه العناصر في مخطط الأرضية، وأحيانًا يمكنني تطوير عناصر شفافة، وأحيانًا يمكنني العثور على الهندسة في الرسومات التخطيطية التي يمكن تطويرها إلى عناصر زلزالية."
على سبيل المثال، يساعد استخدام الهياكل الشبكية في منع التواء دعامات المبنى. إذا انكمش أحد الأجزاء، فإن وجود جار قريب يساعد في منعه من الانحناء وتوزيع امتصاص الطاقة. نتيجة لذلك، تساعد الهياكل الشبكية -التي يمكن أن تكون جميلة جدًا أيضًا- في تحصين المباني.


التصاميم المتطورة:

الهدف من إنشاء مبانٍ مقاومة للزلازل لا يتسم بالجمود. يقدر الباحثون كيف يمكن للزلازل في المستقبل أن تؤثر على مبنى من خلال مراقبة الأعطال النشطة. لكن يبدو أن حجم الزلازل في المنطقة يزداد حجمًا، لذا فإن التنبؤ يصبح أكثر صعوبة، كما يقول إيجيري
ولكن هل يمكن لمباني الغد أن تصمد أمام أكبر الزلازل؟
يقول لوبكوفسكي: "في حدود المعقول، نعم، يجب أن تكون مثل هذه المباني ممكنة. إن أنواع أنظمة العزل الأساسي، والمحامل، والأقواس، وأنظمة الركائز المبللة التي نستخدمها ستحقق ذلك".
تكمن الإجابة في الاختبار التدريجي لجميع التقنيات المعروفة لدينا لتحقيق الاستقرار في المباني، مع تجربة تصميمات أكثر إبداعًا، مثل الهياكل الشبكية. في بعض الأحيان، يمكن للهياكل التجريبية الصغيرة - مثل شبكة متعددة السطوح متقنة مصممة لمقاومة الالتواء في ناوشيما بافيليون، كاجاوا (صممها سو فوجيموتو) - أن تضيف إلى ذخيرة المهندسين.


التفكير إلى الأمام:

ذو صلة

نظرًا للطبيعة غير المتوقعة للكوارث الطبيعية، من المستحيل معرفة ما إذا كان التصميم قادرًا على تحمل الزلزال الكبير التالي حتى بعد حدوثه. فقط بعد فوات الأوان يمكن للمهندسين والمعماريين التأكد من مرونة تصاميمهم.

ماذا يمكن أن نتعلم من مباني اليابان؟ تحظى اليابان بالإعجاب في جميع أنحاء العالم بسبب ابتكاراتها عالية التقنية في مجالات متعددة، وعندما يتعلق الأمر بالمرونة في بنيتها التحتية، فهي بالتأكيد في الطليعة. إذًا، ما الذي يمكن أن تتعلمه البلدان الأخرى التي تواجه كوارث طبيعية وكوارث من صنع الإنسان من نهج اليابان في مقاومة الزلازل؟ التنظيم القوي أمر حيوي: القوانين الواضحة حول الحد الأدنى من معايير المرونة تعني أن البناة اليابانيين يعرفون ما يجب عليهم تقديمه. وهذا يمنح العملاء أيضًا مزيدًا من الأمان والثقة. الابتكار ضروري: المصممون اليابانيون يبتكرون باستمرار لإنشاء مبانٍ أكثر تطورًا مقاومة للزلازل. الاستثمار أمر بالغ الأهمية: بناء مبنى مقاوم للزلازل يكلف ما يصل إلى 20% أكثر من الهيكل القياسي. ومع ذلك، على المدى الطويل، يوفر هذا النهج المال للمالكين لأن مبانيهم في مأمن من التلف عند وقوع الزلازل.

أحلى ماعندنا ، واصل لعندك! سجل بنشرة أراجيك البريدية

بالنقر على زر “التسجيل”، فإنك توافق شروط الخدمة وسياسية الخصوصية وتلقي رسائل بريدية من أراجيك

عبَّر عن رأيك

إحرص أن يكون تعليقك موضوعيّاً ومفيداً، حافظ على سُمعتكَ الرقميَّةواحترم الكاتب والأعضاء والقُرّاء.

ذو صلة