هندسة معمارية

أفضل 5 هياكل مقاومة للزلازل حول العالم

أفضل 5 هياكل مقاومة للزلازل حول العالم


الزلازل هي واحدة من أكثر قوى الطبيعة تدميرا. يمكن أن تتعرض الهياكل لأضرار بالغة عند وقوع الزلزال. لهذا السبب ، يجب أخذ الأحمال الزلزالية في الاعتبار عند تصميم الهياكل ، وخاصة ناطحات السحاب.

دعنا نتجول حول العالم معًا ونكتشف أفضل 5 هياكل مقاومة للزلازل ونتعرف على كيفية تصميم المباني لمقاومة الأحمال الزلزالية الشديدة.

ذات صلة: شرائط ألياف الكربون يمكن أن تنقذ المباني من الزلازل

كيف تحدث الزلازل؟

كمهندس ، من أجل تسهيل حل المشكلة ، من المهم فهم ماهيتها. إذن ، ما هو الزلزال بالضبط وكيف يحدث؟

يعلم الجميع عن وجود الصفائح التكتونية وكيف تؤثر على حركة قشرة الأرض. تحدث الزلازل عندما تتحرك هذه الصفائح التكتونية أو تصطدم مع بعضها البعض وتطلق كميات كبيرة من الطاقة. يتم قياس ذلك باستخدام مقياس ريختر.

يمكن أن تُعزى حركة هذه الصفائح التكتونية عمومًا إلى الحمل الحراري في الوشاح ، وهي ظاهرة تحمل تيارات الوشاح الدافئ ألواحًا من الغلاف الصخري مثل حزام ناقل. وقد يكون أيضًا ناتجًا عن ارتفاعات المياه المرتفعة في الوشاح عند ارتفاعات منتصف المحيط. في هذه الحالة ، تتسبب الجاذبية في دفع الصفيحة العلوية في التلال إلى دفع الغلاف الصخري بعيدًا عن التلال. سبب آخر قد يكون سحب البلاطة ؛ إنها ظاهرة حيث تغرق اللوحات الأقدم والأكثر برودة في مناطق الاندساس. بعد ذلك ، تسحب لوحة غرق المبرد بقية اللوحة الدافئة خلفها.

يشرح البروفيسور إيان ستيوارت ، الجيولوجي من جامعة بليموث ، كيف تحدث الزلازل وكيف تؤثر على الهياكل في هذا المقطع القصير. إن معرفة أن الموجات تشع من قاعدة هيكل ما في جميع أنحاء جسمه بالكامل أمر ضروري في تصميم المباني المقاومة للزلازل.

أحد العناصر الرئيسية لأي مبنى مقاوم للزلازل هو العزلة الأساسية. دعنا نلقي نظرة سريعة على ماهية هذا بالضبط.

ما هي العزلة القاعدية؟

ما يسمى بالعزل الأساسي هو تقنية طورها المهندسون لمنع - أو على الأقل تقليل - الأضرار التي تلحق بالمباني عند تعرضها للزلازل. تُستخدم هذه الأنواع من الأنظمة في جميع أنحاء العالم وهي أكثر انتشارًا في نيوزيلندا والهند واليابان وإيطاليا والولايات المتحدة.

تميل الإنشاءات الأكثر تقليدية ، مثل المباني ذات القواعد الثابتة ، إلى البناء مباشرة على الأرض. في حين أن هذه ممارسة سليمة للأماكن التي لا تتعرض لزلازل متكررة ، إلا أنه ينصح بشدة بعدم حدوث ذلك.

عندما يضرب الزلزال ، تتحرك الأرض (والمبنى المرتبط به) بحركة الزلزال ، مما يتسبب في أضرار جسيمة للمبنى. لمواجهة ذلك ، يتم عزل معظم المباني المقاومة للزلازل عن الأرض بطريقة ما.

يتضمن ذلك عادةً استخدام محامل مرنة أو وسادات تُعرف باسم عوازل القاعدة. تتحرك هذه الأنواع من الأنظمة أثناء الزلزال ، لكنها تتحرك لمقاومة القوى الناتجة عن حركة المبنى.

تعمل عوازل القاعدة بطريقة مماثلة لأنظمة تعليق السيارة ، والتي تسمح للمركبة بالسير على أرض وعرة من خلال عزل الداخل وامتصاص صدمة الأرض غير المستوية ، دون إلقاء الركاب في الداخل.

وفقًا لـ Science Learning Hub ، "أثناء الزلزال ، يمكن للمبنى أن يتحرك 11 بوصة (300 مم) أو أكثر نسبة إلى الأرض. لذلك ، فإن استخدام عزل القاعدة يعني أيضًا أنه يجب أن تكون هناك طريقة للحركة أثناء الزلزال ليتم استيعابها. يعني هذا عادةً أنه يجب وضع "مساحة خشخشة" أو "خندق" حول المبنى حتى لا يصطدم المبنى بشيء قريب. تحتاج خدمات البناء مثل المياه والصرف الصحي والكهرباء إلى التصميم لاستيعاب هذه الحركة دون أن تتضرر ".

في حين أن عزل القاعدة يمكن أن يكون نعمة موفرة للعديد من المباني المبنية من الطوب أو الحجر متوسطة الارتفاع ، ويمكن أن تعزز المباني الخرسانية ، إلا أنها ليست مناسبة لجميع أنواع الهياكل. تميل عوازل القاعدة إلى امتلاك قدرة محدودة على التعامل مع التوتر.

وهذا يعني أن المباني الشاهقة تنطوي على خطر حقيقي للغاية من الانقلاب أو الانقلاب أثناء الزلازل إذا تم تركيب عوازل أساسية فيها. بالنسبة لهذه الأنواع من المباني ، يلزم اتخاذ تدابير أخرى.

العوازل الأساسية ليست مناسبة أيضًا لبعض المواقع بسبب أسباب جيوتقنية وجغرافية أخرى. على سبيل المثال ، قد لا تتوفر مساحة كافية لتثبيتها.

كما أنها تتطلب تربة صلبة ، وليست طرية ، لتعمل بأقصى كفاءة.

ما هي أنواع الزلازل المختلفة؟

حقيقة عشوائية عن الزلازل: هل تعلم أن هناك حوالي ملايين من الزلازل كل عام؟ لكن لا تقلق ، فمعظم هذه الأشياء صغيرة جدًا وغير محسوسة تقريبًا.

ومع ذلك ، يمكن أن يكون بعضها مدمرًا بشكل لا يصدق ، حيث تتهدم المباني ويسرق الناس حياتهم وسبل عيشهم.

تقع الزلازل عمومًا تحت فئة من الفئات المميزة القليلة. هؤلاء هم:

  • الزلازل التكتونية.
  • الزلازل البركانية.
  • انهيار الزلازل.
  • زلازل الانفجار.

الزلازل التكتونية تحدث عند حدود الصفائح التكتونية. في بعض الأحيان ، يتسبب الاحتكاك بين الصفائح التكتونية في انغلاقها معًا وتصبح غير قادرة على الحركة. ومع ذلك ، فإن بقية اللوحة تستمر في الحركة ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط على القسم المغلق. في النهاية ، يستسلم القسم المغلق للضغط ويتحطم ، وتتحرك الصفائح بسرعة ، وتطلق الطاقة وتتسبب في حدوث زلزال.

الزلازل البركانية هي الزلازل التي تحدث كلما تسبب النشاط التكتوني أيضًا في نشاط بركاني.

انهيار الزلازل هي زلازل صغيرة تحدث عندما ينهار شيء مثل منجم أو كهف تحت الأرض.

الزلازل المتفجرة هي أي شكل من أشكال الزلزال الناجم عن انفجار هائل ، مثل تفجير سلاح نووي. مثل زلازل الانهيار ، هذه تميل إلى أن تكون طفيفة جدًا.

تحدث الزلازل أيضًا في بعض الأحيان بسبب النشاط البشري مثل حقن السوائل في الآبار العميقة ، وحفر المناجم ، وملء الخزانات الكبيرة.

يتم قياس القوة النسبية لجميع الزلازل باستخدام مقياس ريختر. بالنسبة الىميشيغان تك، النطاقات النموذجية لمختلف أحجام الزلازل تشمل: -

الحجمآثار الزلزالالعدد المقدر
كل سنة
2.5 أو أقلعادة لا يتم الشعور به ، ولكن يمكن تسجيله بواسطة جهاز قياس الزلازل.900,000
2.5 إلى 5.4غالبًا ما يتم الشعور به ، ولكنه يسبب أضرارًا طفيفة فقط.30,000
5.5 إلى 6.0أضرار طفيفة في المباني والمنشآت الأخرى.500
6.1 إلى 6.9قد يسبب الكثير من الضرر في المناطق المأهولة بالسكان.100
7.0 إلى 7.9زلزال كبير. ضرر جسيم.20
8.0 أو أعلىزلزال كبير. يمكن أن تدمر المجتمعات القريبة من مركز الزلزال تمامًا.واحد كل 5 إلى 10 سنوات

إذا كنت تريد معرفة المزيد حول ماهية الزلازل ، فإن إدخال Encyclopedia Britannica حول هذا الموضوع شامل تمامًا.

ما هي بعض أفضل المباني المقاومة للزلازل في العالم؟

وهكذا ، دون مزيد من اللغط ، إليك بعض من أفضل المباني المقاومة للزلازل من جميع أنحاء العالم. هذه القائمة ليست شاملة وليست بترتيب معين.

1. يعد مطار صبيحة كوكجن الدولي أحد أكثر المباني مقاومة للزلازل في العالم

أحد المطارات الرئيسية التي تخدم مدينة اسطنبول التاريخية ، ويصادف أيضًا أنه أحد أكثر المباني مقاومة للزلازل في العالم. يسمى صبيحة كوكجن ، وهو أحد المطارين الدوليين في اسطنبول ، تركيا ، ويقع بالقرب من صدع شمال الأناضول.

تم تصميمه من قبل الشركة الهندسية Ove Arup 300 نظام عازل أساسي يمكنها تحمل زلزال يصل إلى حد أقصى 8.0 ميغاواط (مقدار اللحظة). يمكن للعوازل الأساسية أن تقلل من الأحمال الزلزالية الجانبية 80%، مما يجعلها واحدة من أكبر الهياكل المعزولة زلزاليًا في العالم.

من السمات الرئيسية للمطار التي تجعله مقاومًا للزلازل هو ما يسمى بـ "جهاز بندول الاحتكاك الثلاثي".

مجلة المهندسين المعماريين يوضح أن "مبنى المحطة بالكامل يقع على منصة معزولة بدرجة عالية عن الأرض أدناه. وقد مكّن هذا الفريق من تصميم المحطة كما لو كانت تقع في موقع غير زلزالي ، وتضمين ميزات مثل [الهياكل ذات] الامتدادات الكبيرة لأن أجهزة المنصة والبندول تعني أن الحركات الأرضية الجانبية العنيفة نادرًا ما تؤثر عليها ".

تم تصنيع محمل بندول الاحتكاك الثلاثي في ​​المطار بواسطةأنظمة الحماية من الزلازل (EPS). يستخدمون مبدأ البندول الأساسي لإطالة عزلة الهيكل أثناء أحداث الزلزال الخطيرة.

عندما يضرب الزلزال الهيكل ، تتحرك الهياكل المقاومة للزلازل في المطار بحركات بندول صغيرة. تحدث عمليات النزوح الناجمة عن الزلازل بشكل أساسي في المحامل ، لذلك يتم تقليل الأحمال الجانبية والحركات المنقولة إلى الهيكل بشكل كبير.

2. يمكن لهرم Transamerica أن يتعرض للقصف ويستمر في الوقوف

يعد Transamerica Pyramid عبارة عن مبنى مبدع يعود إلى سبعينيات القرن الماضي يقع في مدينة سان فرانسيسكو بكاليفورنيا ، والتي تقع بالقرب من صدع سان أندرياس وهايوارد. في عام 1989 ، ضرب زلزال لوما بريتا المنطقة بقوة 6.9 ميغاواط مما تسبب في تأرجح الطابق العلوي للمبنى بمقدار 30 سم تقريبًا من جانب إلى آخر لأكثر من دقيقة ، لكن المبنى ظل طويلًا ولم يتضرر.

يمكن أن يعزى هذا العمل الفذ مقاومة الزلازل إلى 52 قدما العمق أساس من الصلب والخرسانة مصمم للتحرك مع الأحمال الزلزالية. يتم دعم عمليات التحميل الرأسية والأفقية بواسطة نظام تروس فريد من نوعه فوق المستوى الأول ، مع إطارات داخلية تمتد حتى المستوى 45. إن التركيبة المعقدة لهذه الأنظمة الهيكلية تجعل المبنى مقاومًا للحركات الالتوائية ويسمح بامتصاص قوى قص القاعدة الأفقية الكبيرة.

3. تم تصميم برج خليفة أيضًا خصيصًا لمقاومة الزلازل

ناطحة السحاب هذه لا تتطلب أي مقدمة حقًا. يعد برج خليفة ببساطة أحد أكثر الهياكل الفائقة شهرة في العالم. كما أنه مبنى مقاوم للزلازل!

يتكون الهيكل من أرضيات ميكانيكية حيث تربط جدران الركائز الأعمدة المحيطة بالجدران الداخلية. من خلال القيام بذلك ، تكون أعمدة المحيط قادرة على دعم المقاومة الجانبية للهيكل. تساعد عمودي الأعمدة أيضًا في حمل أحمال الجاذبية.

ونتيجة لذلك ، فإن برج خليفة شديد الصلابة في كلا الاتجاهين الجانبي والالتوائي. تم اشتقاق نظام معقد من تصميم القاعدة والأساسات من خلال إجراء دراسات زلزالية وجيوتقنية واسعة النطاق.

4. تايبيه 101 هو أحد أفضل المباني المقاومة للزلازل في العالم

ربما تكون تايبيه 101 واحدة من أكثر ناطحات السحاب الشاهقة روعة في العالم. استوحى التصميم الخارجي (من تصميم C.Y. Lee) من عبارة "نتسلق لنرى المزيد".

بغض النظر عن الهندسة المعمارية ، فإن الحقيقة المذهلة حول تايبيه 101 هي أنها تضم ​​أكبر مخمد كتلة مضبوط (TMD) في العالم! إنها في الأساس كرة معدنية عملاقة تتصدى للأحمال العابرة الكبيرة مثل الرياح والزلازل لتقليل تأثير البرج الفائق.

يتم دعم نظام TMD بأذرع المثبط الهيدروليكي وأنظمة المصد التي تعمل بنفس طريقة امتصاص الصدمات في السيارة. عندما تعمل قوى كبيرة على البرج ، يتأرجح TMD في الاتجاه المعاكس ، مما يجعل المبنى بأكمله في حالة توازن عن طريق تثبيط القوى العابرة باستخدام كتلة الكرة. كم هذا مذهل؟

يقع نظام مثبط الزلازل هذا بين الطابق 87 والمستوى 92.

5. الفلبين أرينا هي أيضا مبنى مقاوم للزلازل

تعد ساحة الفلبين أكبر ساحة مقببة في العالم وهي عبارة عن هيكل مذهل مقاوم للزلازل. وهي مملوكة للمجموعة المسيحية Iglesia Ni Cristo (INC) التي أمرت بذلك 55,000 تتسع الساحة للاحتفال بمرور 100 عام على تأسيسها قبل ثلاث سنوات في 27 يوليو 2014.

وهي أيضًا محور منطقة المشاريع السياحية المسماة Ciudad De Victoria في بولاكان ، الفلبين. تم تصميم الساحة من قبل شركة الهندسة المعمارية الأسترالية Populous وشركة الهندسة النخبة Buro Happold.

تقع الصفيحة الفلبينية على طول ما يسمى بحلقة النار في المحيط الهادئ ، وهي موطن سلسلة خطوط صدع الزلازل الأكثر شهرة ونشاطا في العالم. وصلت الزلازل السابقة في البلاد بقدر8.2 ميغاواط، وأودى بحياة الآلاف. كانت الأنشطة الزلزالية مسؤولة أيضًا عن الانفجارات البركانية وأمواج تسونامي في المنطقة.

يمتد سقف ملعب الفلبين أرينا الشاسع 170 متم تصميمه لتحمل الأحمال العابرة الشديدة مثل الزلازل والرياح والأعاصير. أثناء الزلزال ، يمكن أن تصل الأحمال الجانبية التي تتولد في جميع أنحاء الهيكل 40% من كتلته.

استجاب Buro Happold بذكاء بتصميم قاعدة مستقل للهيكل بأكمله ، مما يعني أن الهيكل الهيكلي الرئيسي للساحة معزول عن قاعدته وأساسه. تتكون الفجوة بين الهيكل الرئيسي ونظام الأساس الأساسي من محامل مطاطية من الرصاص (LRB) وهي عبارة عن ترتيب مرن للمواد ذات خصائص تشتيت عالية للطاقة.

يسمح هذا لنظام القاعدة والأساس بالتحرك بحرية بقوة الزلزال ، بينما يظل الهيكل العلوي ثابتًا. هذا حقًا إنجاز هندسي رائع للزلازل!

هذا كل شيء الآن قوم.

لذا ، في المرة القادمة التي تزور فيها أحد هذه الهياكل ، توقف لحظة لتقدير ليس فقط الجماليات المعمارية ولكن أيضًا الأعمال الهندسية الرائعة التي يجب أن تقدمها.

على الرغم من عدم وجود طريقة للتغلب على قوة الطبيعة الرائعة ، يمكن لمهندسينا العبث بالأدوات المتوفرة لمحاولة ترويضها على الأقل. هذه وغيرها من المباني المقاومة للزلازل في جميع أنحاء العالم ، هي شهادة على براعة الإنسان ومهارة المهندسين وراء بنائها.


شاهد الفيديو: ما هي أسباب حدوث الزلازل