كيف أن مناطق الزلزال تؤثر في المناطق الحضرية نظام التخطيط والبناء

وتؤدي مناطق الزلزال دورا أساسيا في تشكيل كيفية تصميم المدن الحديثة وتطويرها وصيانتها، ولا يقتصر فهم المخاطر السيزمية على ممارسة أكاديمية، بل يؤثر مباشرة على سلامة الملايين من الناس الذين يعيشون في مناطق معرضة للزلازل في جميع أنحاء العالم، ومن وضع الهياكل الأساسية الحيوية إلى المواد المستخدمة في المباني السكنية، تتخلل الاعتبارات الزلزالية كل جانب من جوانب التنمية الحضرية، ويستكشف هذا الدليل الشامل كيفية تأثير المناطق الزلزالية على استراتيجيات تقييم المخاطر في المناطق الحضرية، وأنظمة البناء،

فهم المناطق الزلزالية وتصنيف الأخطار السيزمية

وتصف مناطق الزلزال المناطق التي تميل فيها الزلازل إلى التركيز، بينما تصف مناطق الخطر السيزمية المناطق التي تنطوي على مستويات معينة من الأخطار بسبب الزلازل، وهذه التصنيفات أكثر تطورا بكثير من الحدود الجغرافية البسيطة - تمثل ذروة عقود من البحوث الجيولوجية، وتحليل بيانات الزلازل التاريخية، والنماذج الافتراضية المتقدمة.

تصنيف المنطقة السيزمية العلمية

وتستخدم تصنيفات المناطق الزلزالية الحديثة تحليل المخاطر السيزمية المحتملة، الذي يجمع بين فهرس الزلازل التاريخي، ومقياس غلاء الأرض، ومعدلات التمزق، ونماذج الحركة الأرضية لتقدير احتمال تجاوز مستوى محدد من الهزات على نافذة زمنية معينة، وهذا النهج المتطور يفحص عادة احتمالا بنسبة 2 في المائة في 50 سنة، وهو ما يعادل فترة عودة قدرها 475 2 سنة.

ويُعبر عن النتيجة على أنها تعجيل أرضي في ذروته - جزء من الجاذبية (ز) - ويوفر هذا القياس للمهندسين والمخططين بيانات قابلة للقياس الكمي عن الكثافة المتوقعة للارتجاع الأرضي في أي موقع معين، مما يتيح تحديد دقيق لاحتياجات البناء واستراتيجيات التخطيط الحضري.

Categories and Hazard Maps

تعكس فئات التصميم السيزمي احتمال حدوث هزات زلزالي لمختلف الكثافة، ويستخدم المهنيون في تصميم المباني والبناء أجهزة تحديد هوية محددة في رموز البناء لتحديد مستوى المقاومة السيزمية المطلوبة للمباني الجديدة، وتراوحت هذه الفئات عادة بين ألف (أقل المخاطر) و(أعظم المخاطر)، وكل فئة تؤدي إلى زيادة صرامة متطلبات التصميم والتشييد.

وتراعي البلدان النامية نوع التربة في الموقع، حيث يمكن أن تزيد التربة الفقيرة من هز الزلازل بشكل كبير، وهذا الاعتراف بظروف التربة المحلية يمثل صقلاً حاسماً في تقييم مخاطر الزلازل، حيث أن حركة الصخور المتطابقة يمكن أن تنتج تهز سطحي مختلف إلى حد كبير تبعاً لخصائص التربة المفرطة.

وتستند النماذج إلى معدلات الزلازل والنسيج، وتأخذ في الاعتبار تواتر الزلازل بمختلف ضخاماتها، وقد يكون الخطر أكبر من الخطر على الصعيد المحلي، لأن جيولوجيا الموقع قد تضخ الاقتراحات الأرضية، وهذا الإقرار بالتغير المحلي يؤكد أهمية إجراء تحقيقات خاصة بمواقع محددة في الهياكل الأساسية الحيوية.

برامج رسم خرائط المخاطر السيزمية

ويجمع علماء الجيولوجيون العاملون في مجال الموظفين البيانات الجيولوجية والجيوفيزياء والجيوتقنية الموجودة من مصادر عديدة لتجميع خرائط المناطق المعرضة للأخطار السيزمية، وإدماج هذه البيانات وتفسيرها على الصعيد الإقليمي لتقييم خطورة المخاطر السيزمية وتعيين مناطق للتحقيق المطلوب في المناطق المعرضة للتسيك والانهيالات الأرضية الناجمة عن الزلازل، وهذه الجهود الشاملة لرسم الخرائط توفر الأساس لاتخاذ قرارات مستنيرة في التخطيط الحضري والتنمية.

ومن ثم، يتعين على المدن والمقاطعات استخدام خرائط المناطق الخطرة السيزمية في عملياتها المتعلقة بتخطيط استخدام الأراضي وتصاريح البناء، ويكفل هذا الإطار التنظيمي إدماج الاعتبارات السيزمية في كل مرحلة من مراحل التنمية، بدءا من التخطيط الأولي من خلال الموافقة النهائية على البناء.

ولا تحدد المخاطر السيزمية بمستويات المخاطر فحسب، بل أيضاً بمدى الأشخاص والممتلكات المعرضين للمخاطر، وبكيفية تعرض الأشخاص والممتلكات الضعيفة للمخاطر، وهذا الفهم الكلي للمخاطر التي تنطوي على مخاطر، والتعرض، وإرشادات الضعف، يرسي استراتيجيات تخفيف أكثر فعالية وتخصيص الموارد.

The Evolution of Seismic Building Codes

ويعكس تاريخ رموز البناء السيزمي عملية تعلم مستمرة، حيث يقدم كل زلزال رئيسي دروسا قيمة ترسم الأنظمة المستقبلية، ويساعد فهم هذا التطور على وضع الاحتياجات الحالية في سياقها، ويبرز الطابع المستمر لتحسين السلامة الزلزالية.

التطوير المبكر للمدونة السيزمية

في كانون الثاني/يناير 1928، تم نشر الطبعة الأولى من مدونة البناء الموحدة، وشمل تذييلاً يوصي بتصميم جزئي دنيا لمقاومة الزلازل، وقد استلهمت هذه الأحكام من مدونة اليابان للسيزمية التي طورت حديثاً، مما يدل على الطبيعة الدولية لتبادل المعارف الهندسية السيزمية.

واستجابة لزلزال الشاطئ الطويل لعام 1933 (كاليفورنيا)، اعتمدت مدينة لوس أنجلوس أول أحكام لتصميم الزلازل التي تم إنفاذها في الولايات المتحدة، والتي أصدرها مجلس المدينة بموجب الأمر رقم 968 72 الصادر في 6 أيلول/سبتمبر 1933، وقد أثبتت هذه اللحظة البارزة سابقة متطلبات التصميم الزلزالي في الولايات المتحدة.

مراجعة قانون مبنى سانتا باربرا عام 1925 كانت أول سياسة واضحة ونظر قانوني في السلامة السيزمية للهياكل في كاليفورنيا قانون رايلي لعام 1933 طلب من جميع الحكومات المحلية في كاليفورنيا أن يكون لديها إدارة للبناء وتفقد البناء الجديد، مُلزمة بأن تكون جميع الهياكل في الولاية مصممة لمواجهة تسارع أفقي قدره 0.02 مرة من التسارع بسبب الجاذبية.

إطار مدونة البناء الحديثة

وتُعد رموز المباني مجموعات من الأنظمة التي تنظم تصميم الهياكل وتشييدها وتغييرها وصيانتها، وتحدد المتطلبات الدنيا لضمان صحة وسلامة ورفاه شاغلي المباني على نحو ملائم، وتعتمد معظم الولايات والولايات المحلية رموز البناء النموذجية التي يحتفظ بها مجلس المدونة الدولية.

في الدورة السابعة، " لواضات تصميم الألغام والمعايير المرتبطة بها للمبنى والهياكل الأخرى " ، التي نشرتها الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين، هي المحرك لحسابات التصميم السيزمي في الولايات المتحدة، الذي يوفر المنهجيات المفصلة، والمعادلات، ومهندسي البيانات الذين يستخدمون لتحديد حمولات الزلازل التي يجب تصميمها لمقاومتها، وتعتمد الهيئة الدولية للسوائب القانون 7، بالإشارة.

وتمثل الأحكام السيزمية أفضل توجيه متاح بشأن كيفية تصميم الهياكل وصيانتها للحد من المخاطر السيزمية، مع حدوث تغييرات أو إضافات من مصادر مختلفة عديدة، بما في ذلك نتائج البحوث الجديدة وتوثيق الأداء في الزلازل الماضية، وهذا النهج القائم على الأدلة يضمن استمرار تحسين رموز البناء مع فهمنا لسلوك الزلازل وتطور الأداء الهيكلي.

التحديات في مجال اعتماد المدونة وإنفاذها

ولا يوجد في الولايات ولا في الولايات سوى اعتماد الرموز النموذجية، حتى في المناطق التي تنطوي على مستويات عالية من المخاطر السيزمية، وقد اعتمدت بعض الولايات والولايات المحلية هذه المدونات ولكنها أدخلت تعديلات أو استبعادات تتعلق بالأحكام السيزمية، وهذا التناقض يخلق مجموعة من مستويات الحماية في جميع أنحاء البلد، حيث تكون بعض المجتمعات المحلية أكثر ضعفاً من غيرها.

ولا تزال بعض المناطق الريفية في أمريكا لم تعتمد مدونة للبناء، وفي هذه المناطق، من القانوني تصميم وبناء هياكل تستخدم أي معايير يراها المصممون والمبنيون مناسبة، وبعض المجتمعات المحلية في الولايات المتحدة الوسطى والشرقية معرضة لخطر كبير من التعرض للزلازل المدمرة، ولكنها لا تعترف بهذا الخطر، وبالتالي لم تعتمد متطلبات كافية للتصميم والبناء في قوانينها المحلية المتعلقة بالبناء.

ولا يمكن أيضاً إنفاذ القوانين المتعلقة بالبناء في آخر قوانين البناء إلا في إطار اتفاقات الحل بفعالية لضمان استفادة المباني وشاغليها من أوجه التقدم في الأحكام السيزمية في القوانين النموذجية، كما أن إنفاذ المدونة هو مسؤولية مسؤولي البناء الحكوميين المحليين الذين يستعرضون خطط التصميم ويفتشون أعمال البناء ويصدرون تصاريح البناء والشغل.

How Earthquake Zones Shape Urban Planning Decisions

ويتطلب التخطيط الحضري في المناطق النشطة من الناحية الزلزالية نهجا مختلفا اختلافا جوهريا عن النهج المتبع في المناطق التي لا تنطوي على مخاطر زلزالية محدودة، ويجب على المخططين أن يوازنوا بين المطالب المتنافسة للكثافة والتنمية الاقتصادية والسلامة العامة، مع مراعاة التحديات الفريدة التي تشكلها الأخطار الزلزالية.

تخطيط استخدام الأراضي والأخطار السيزمية

والمدن والمقاطعات مطالبة باستخدام خرائط المناطق الخطرة السيزمية في عملياتها المتعلقة بالتخطيط لاستخدام الأراضي وتصاريح البناء، وهذا التكامل يضمن تأثير الاعتبارات السيزمية على القرارات الأساسية بشأن مكان حدوث التنمية وكيفية حدوثه، وكثيرا ما تواجه المناطق الشديدة الخطورة قيودا على كثافة المباني، وقيود الطول، ومتطلبات لأنواع محددة من البناء يمكن أن تتكيف بشكل أفضل مع القوى الزلزالية.

وإذا لم تتطور الممتلكات، قد يلزم إجراء تحقيق محدد في موقع معين من جانب جيولوجي هندسي مرخص له و/أو مهندس مدني قبل أن يمكن تقسيم الطرود أو قبل السماح بمعظم الهياكل، وتحدد هذه التحقيقات المخاطر المحتملة مثل التسكّل، والانهيالات الأرضية، ومناطق تمزق العيوب، مما يتيح للمخططين اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن الاستخدامات المناسبة للأراضي.

ويعطي المخططون الحضريون في المناطق المعرضة للزلازل الأولوية لإنشاء أماكن مفتوحة ومناطق خضراء تخدم وظائف متعددة، فبخلاف منافعهم الترفيهية والبيئية، توفر هذه الأماكن مناطق إجلاء حاسمة أثناء حالات الطوارئ، وتخفض تركيز الهياكل الضعيفة، ويمكن للمتنزهات والبلويزات والفولفارد الواسعة أن تكون بمثابة نقاط تجمع للمشردين المقيمين ومناطق للتعبئة من أجل عمليات الاستجابة لحالات الطوارئ.

الهياكل الأساسية الحيوية ونظم خط الحياة

- وضع وتصميم بنية أساسية حاسمة - تشمل المستشفيات، ومراكز الإطفاء، ومراكز العمليات الطارئة، ومرافق معالجة المياه، وأجهزة الاستلام الفرعية للطاقة - تولي اهتماما خاصا في التخطيط السيزمي، ويجب ألا تنجو هذه المرافق من الزلازل فحسب، بل أن تظل جاهزة للعمل بعد ذلك مباشرة لدعم جهود الاستجابة للطوارئ والإنعاش.

وتتطلب شبكات النقل تخطيطا دقيقا لضمان القدرة الوظيفية بعد الزلزال، فالطرق المتعددة الزائدة بين المرافق الحرجة تساعد على ضمان ألا يؤدي الضرر الذي يلحق بممر واحد إلى قطع وصلات كاملة، وتخضع تصميمات الجسر لتدقيق خاص، حيث يمكن لفشل الجسور عزل مجتمعات بأكملها وعرقلة الاستجابة لحالات الطوارئ، ويشدد التخطيط السيزمي الحديث على قدرة الشبكة على الصمود بدلا من حماية عناصرها الفردية.

وتوضع في الاعتبار نظم التقلبات - المياه والمجاري والغاز والكهرباء والاتصالات السلكية واللاسلكية - وهذا يشمل استخدام وصلات الأنابيب المرنة، وتركيب صمامات مقفلة آلية لنظم الغاز، وإيجاد مسارات زائدة للخدمات الحيوية، والطبيعة المترابطة لهذه النظم تعني أن الفشل في أحدها يمكن أن يواكب الآخرين، مما يجعل التخطيط الشامل أمرا أساسيا.

الحد من الكوارث وكثافة التنمية

مناطق الخطر السيزمي تؤثر مباشرة على قرارات تقسيم المناطق وكثافة التنمية المسموح بها، أما المناطق ذات القدرة العالية على التصفير أو المنحدرات الشديدة الارتحال التي تتعرض لها الانهيالات الأرضية، فيمكن تحديدها لتطوير الكثافة المنخفضة أو حصرها في الاستخدامات التي لا تنطوي على احتلال البشر، وعلى العكس من ذلك، يمكن الموافقة على المناطق التي تتوفر فيها ظروف ملائمة للتربة وتدني المخاطر السيزمية من أجل تنمية الكثافة العالية.

ويمكن أن تؤدي أنماط تنمية الاستخدام المختلطة إلى تعزيز القدرة على مواجهة الزلازل عن طريق تقليل الحاجة إلى مسافات طويلة وإنشاء أحياء أكثر الاكتفاء الذاتي، وعندما يتمكن السكان من الحصول على الخدمات الأساسية في مسافة المشي، يمكن للمجتمعات المحلية أن تعمل بفعالية أكبر خلال التعطل الذي يعقب الزلازل الكبرى، كما أن هذا النهج التخطيطي يقلل العبء على الهياكل الأساسية للنقل خلال فترات الإجلاء والتعافي.

اشتراطات الكشف ومعاملات الممتلكات

وإذا كانت الممتلكات تقع في منطقة مستغلة للأخطار السيزمية، فإن البائع يجب أن يكشف عن هذه الحقيقة للمشترين المحتملين، وهذه الشروط المتعلقة بالكشف تكفل فهم المشترين للممتلكات للمخاطر السيزمية المرتبطة باستثمارهم، ويمكنهم اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن ما إذا كان يتعين المضي في عمليات الشراء وما هي التدابير التي قد تكون ضرورية للتخفيف من آثارها.

أنظمة البناء ومتطلبات التصميم السيزمي

وتضع أنظمة البناء في مناطق الزلازل معايير دنيا للتصميم الهيكلي ومواد البناء وممارسات البناء، وتختلف هذه المتطلبات على أساس مستوى المخاطر السيزمية، وأهمية الهيكل، والظروف الجيولوجية المحددة في موقع البناء.

المبادئ الأساسية للتصميم السيزمي

وتهدف الأحكام الواردة في رموز البناء إلى ضمان قدرة الهياكل على مقاومة القوى الزلزالية على نحو كاف خلال الزلازل، مما يمثل أفضل توجيه متاح بشأن كيفية تصميم الهياكل وصيانتها للحد من مخاطر الزلازل، والهدف الأساسي هو انهيار بناء السلامة على الحياة خلال الزلازل، بحيث يمكن للمحتلين أن يخليوا أماكن آمنة.

وتوفر رموز البناء " سلامة الحياة " ، بمعنى أن المبنى قد ينهار في نهاية المطاف، ولكن ليس خلال الزلزال، ويقبل هذا الهدف من الأداء أن المباني قد تلحق أضرارا كبيرة وتتطلب إصلاحات واسعة النطاق أو حتى الهدم بعد وقوع الزلازل الكبرى، ولكن تعطي الأولوية لمنع وقوع خسائر أثناء الهز نفسه.

ويتجه مستقبل المدونات السيزمية إلى زيادة المرونة، مع تزايد الضغط على المعايير التي تقلل أيضا من الضرر وتسمح بإعادة شغل المباني بسرعة بعد وقوع الزلزال، وهذا التطور يعكس الاعتراف بأن الخسائر الاقتصادية الناجمة عن إلحاق أضرار المبنى وقطع الأعمال التجارية يمكن أن تتجاوز كثيرا تكاليف تعزيز الحماية الزلزالية.

النظم الهيكلية والتصميمات

وتشمل المباني المقاومة للزهائن العديد من السمات التصميمية التي تعمل معاً لحماية الشاغلين وتقليل الضرر إلى أدنى حد، وتشمل هذه السمات ما يلي:

Reinforced Foundations:] Deep foundations that extend to stable soil or bedrock provide a solid base that can resist ground shaking and prevent differential settlement. Foundation design must account for potential soil liquefaction, where saturated soils lose strength during shaking and behave like liquids.
Flexible Structural Elements:] Modern seismic design emphasizes ductility-the ability of structural elements to deform significantly without loss strength. Ductile structures can absorbزل energy through controlled yielding rather than sudden brittle failure. This requires careful detailing of reinforcement in concrete structures and connection design in steel frames.
Lateral Force-Resisting Systems:] Buildings must include dedicated systems to resist horizontal earthquake forces. These may include moment-resisting frames, braced frames, shear walls, or combinations of these systems. The choice depends on building altitude, occupancy, architectural requirements, and seismic hazard level.
Seismic Isolation and Energy Dissipation:] Advanced buildings may incorporate base isolation systems that decouple the structure from ground motion, or energy dissipation devices that absorbزل energy. These technologies can dramatically reduce forces transmitted to the structure and minimize damage.
Diaphragm Action:] Floor and roof systems must act as horizontal diaphragms that collect and distribute lateral forces to capital resisting elements. Proper connection between diaphragms and capital elements is critical for overall structural integrity.

المواصفات المادية ومعايير التشييد

وتجمل رموز التصميم المقاوم للنزعات السيزمية مبادئ توجيهية شاملة تشمل التحليل الهيكلي، والمواصفات المادية، وتقنيات البناء، ومعايير الأداء المصممة للتخفيف من المخاطر السيزمية، وتؤدي اختيار المواد دورا حاسما في الأداء السيزمي، حيث توفر مواد مختلفة مزايا وتحديات متميزة.

]Reinforced Concrete:] Concrete structures require careful attention to reinforcement detailing. Good detailing - for example, the placement of steel reinforcement and connections-is of prime importance and could provide sufficient ductility in concrete structures, with these recommendations for providing ductility in concrete adopted on a broader scale after the 1971 San Fernando teropties closely spaced transverse.

(أ) نظام المعلومات 341 يوفر مبادئ توجيهية لتصميم وتصنيع وتركيب هياكل الصلب لمقاومة آثار الزلازل، بما في ذلك متطلبات محددة مفصلة للمقاومة السيزمية، وقابلية الخلايا المتأصلة في الصلب تجعلها مناسبة تماماً للتطبيقات الزلزالية، ولكن الروابط تتطلب اهتماماً خاصاً لضمان قدرة الأعضاء على تطوير القوة الكاملة.

Wood Construction: ] Wood-frame construction, common in residential buildings, can perform well in ters when properly designed and built. Critical elements include adequate connections between framing members, proper shear wall design and placement, and secure attached of the structure to its foundation. Wood's light weight reduces seismic forces, while its inherent flexibility provides some ductility.

Masonry:] Unreinforced masonry was a common building material throughout Utah until the 1970s. Unreinforced masonry buildings are particularly vulnerable toزل damage and represent a significant portion of the existing building stock in many seismic regions. Modern masonry construction requires reinforcement and proper detailing to achieve acceptable seismic performance.

التفتيش ومراقبة الجودة

وتتأكد عمليات التفتيش الصارمة من بناء المباني وفقا للخطط المعتمدة وتلبية متطلبات الشفرة، ومن ضرورة إجراء تفتيش خاص للعناصر الهيكلية الهامة والوصلات في فئات التصميم السيزمي ذات المستويات العالية من المخاطر، ويتحقق المفتشون من التنسيب السليم للتدعيم، ونوعية اللحام، والتركيب المغلي، والعديد من التفاصيل الأخرى التي تؤثر على الأداء السيزمي.

وتمتد مراقبة الجودة إلى ما يتجاوز العناصر الهيكلية لتشمل عناصر غير هيكلية، إذ يجب أن تكون المعدات الميكانيكية، ونظم الرصيف، والحدود القصوى المعلقة، ومواجهات البناء مرسوسة على نحو سليم لمنع وقوع المخاطر والحفاظ على القدرة الوظيفية بعد وقوع الزلازل، وكثيرا ما تمثل هذه العناصر غير الهيكلية أغلبية قيمة البناء، ويمكن أن تتسبب في خسائر كبيرة إذا لم تكن مؤمنة على النحو الصحيح.

معالجة المباني الموجودة والمخلفات السيزمية

وباستثناء بعض الظروف، فإن المتطلبات الرمزية للمباني القائمة هي تلك التي كانت نافذة عندما صممت البنية وشيدت، وربما تكون لدى المجتمعات المحلية هياكل أقدم كثيرة لا تحمي من الزلازل لأن المباني كثيرا ما تستخدم لعقود قبل استبدالها أو تغييرها تغييرا كبيرا - وتشكل المباني القائمة أكبر مساهم واحد في المخاطر الزلزالية في الولايات المتحدة اليوم.

تحديد المباني المعرضة للخطر

وتتمثل الخطوة الأولى عند التعامل مع سكان المباني في إجراء مسح سريع باستخدام الفحص السريع للفيزوات الافتراضية للمبنى من أجل الأخطار الاهتزازية المحتملة (FEMA 154). وتتيح عملية الفرز هذه للمجتمعات تحديد المباني التي تتطلب تقييما أكثر تفصيلا وترتيب الموارد المحدودة لتحسين الزلازل.

ونظرا لأن الهندسة السيزمية قد أحرزت تقدما كبيرا على مدى السنوات الخمسين الماضية، فإن العديد من المباني التي شُيدت و اعتبرت مقاومة للزلازل وفقا لمعايير الخمسينات و60ات القرن الماضي قد تبين أنها ناقصة، وحتى وإن كانت هذه الهياكل القائمة تعتبر في كثير من الأحيان تشكل أكبر خطر في الزلازل، فإن رموز البناء في معظم الحالات لا تنطبق عليها.

استراتيجيات وبرامج إعادة الاسترداد

من الممكن جعل هذه المباني أكثر مقاومة للزلازل من خلال إعادة التقلب السيزمي استراتيجيات الاسترداد تختلف حسب نوع البناء ومواد البناء والعيوب المحددة وأهداف الأداء

Foundation Anchoring:] Securing buildings to their foundations prevents sliding or overturning during ters. This is particularly important for older wood-frame buildings that may lack adequate connection between the structure and foundation.
Cripple Wall Bracing:] Short wood-frame walls between the foundation and first floor (cripple walls) are vulnerable to collapse.
Soft Story Strengthening:] Buildings with open first floors (such as those with park or retail spaces) are vulnerable to collapse. Adding or strengthening shear walls, installing moment frames, or add steel bracing can address this deficiency.
Unreinforced Masonry Strengthening:] Retrofitting unreinforced masonry buildings typically involves added steel reinforcement, installing through-bolts to improve wall-to-diaphragm connections, and sometimes add new shear walls or braced frames.
Connection Improvements:] Many older buildings have inadequate connections between structural elements. Retrofit projects often focus on improving these connections to create continuous load paths.

قانون بناء كاليفورنيا الحالي، التذييل ألف: مبادئ توجيهية للمخلفات السيزمية للمبنى الموجود، توفر مبادئ توجيهية لتحسين قدرة المقاومة السيزمية لمختلف أنواع المباني القائمة، وجميع الولايات القضائية في كاليفورنيا تسمح بتعزيز هيكلي طوعي (إعادة التأقلم مع الزلزال)، وبعضها لديه برامج إلزامية.

قوانين الاسترداد الإلزامي

وقد أصدرت بعض الولايات القضائية أوامر إلزامية لإعادة الاسترداد تستهدف أنواعاً معينة من المباني معروفة بأنها ضعيفة بوجه خاص، وتركز هذه الأوامر عادة على المباني غير المُنفَّذة للمرافق، والمباني السكنية غير المجهزة، والمباني الخرسانية غير المخصَّصة، وتضع البرامج الإلزامية جداول زمنية للامتثال، وقد تقدم حوافز مالية أو مساعدة تقنية لمالكي المباني.

وتتوقف فعالية برامج إعادة التقويم على آليات الإنفاذ، وتوافر المساعدة المالية، والتوعية العامة، ويجب على المجتمعات المحلية أن توازن بين فوائد السلامة العامة للانتعاشات الإلزامية من العبء المالي على أصحاب الممتلكات والآثار المحتملة على مخزونات السكن الميسورة التكلفة.

تصميم الزلازل المستند إلى الأداء

ويوصى باتباع نهج قائم على الأداء في تحديد أهداف التصميم السيزمي، وتحديد مستوى من سلوك البناء الذي يمكن التنبؤ به عن طريق الاستجابة إلى أقصى حد ممكن من الزلازل المعتبر، مع استخدام تقييم للتهديد/القابلية للتأثر وتحليل للمخاطر لتحديد مستوى الأداء المنشود لمشروع البناء.

أهداف الأداء ومستوياته

ويتيح التصميم القائم على الأداء لمالكي المباني ومصمميها اختيار أهداف للأداء تتجاوز الحد الأدنى من المتطلبات المدونة، وقد تشمل مستويات مختلفة للأداء ما يلي:

Operational Performance:] The building remains fully functioning with minimal damage, allowing immediate reoccupancy and continued operations. This level is appropriate for critical facilities like hospitals and emergency operations centers.
Immediate Occupancy:] The building sustains minimal structural damage and can be reoccupied immediately, though some repairs may be needed. This level suits essential facilities and buildings where business continuity is critical.
Life Safety:] The building may sustain significant damage but does not collapse, protecting occupants during theزل. This represents the minimum code requirement for most buildings.
Collapse Prevention:] The building is on the verge of collapse but has not fallen down, preventing casualties from structural failure but likely requiring destruction. This level may be acceptable for temporary structures or buildings with limited occupancy.

ويمكن أن تختلف أهداف الأداء بالنسبة لمختلف حالات الكثافة الأرضية، وقد يصمم مبنى للأداء التشغيلي في الزلازل المتوسطة، والاحتلال الفوري للزلازل على مستوى التصميم، وسلامة الحياة في الزلازل التي يُنظر فيها إلى أقصى حد.

الاعتبارات الاقتصادية

ويواجه نحو نصف الولايات والأقاليم في الولايات المتحدة - أكثر من ١٠٩ ملايين شخص و ٤,٣ ملايين من الأعمال التجارية - مخاطر من أخطار الزلازل، ويقدر متوسط التكلفة المباشرة للضرر الزلازل ببليون دولار/سنة، بينما تقدر الخسائر التجارية غير المباشرة بما يتجاوز بليوني دولار/سنة.

وتؤكد هذه الإحصاءات الضرورة الاقتصادية للحد من المخاطر السيزمية، وفي حين أن تعزيز التصميم السيزمي وإعادة التدوير يتطلبان استثماراً مقدماً، فإنهما عادة ما يكونان فعالين من حيث التكلفة عند النظر في إمكانية تجنب الخسائر، ويتيح التصميم القائم على الأداء لمالكي المباني اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن المستوى المناسب للاستثمار استناداً إلى متطلباتهم المحددة المتعلقة بالتسامح مع المخاطر واستمرارية الأعمال.

Advanced Seismic Protection Technologies

وبالإضافة إلى نهج التصميم السيزمي التقليدي، توفر التكنولوجيات المتقدمة حماية معززة للمباني في المناطق أو الهياكل ذات المخاطر العالية التي تتطلب أداء استثنائيا.

نظم عزل القاعدة

والعزلة السيزمية تنطوي على وضع الجسر على محملات مرنة أو مجهزات يمكن أن تتحرك بمعزل عن الأرض خلال الزلزال، مما يقلل من كمية الطاقة السيزمية المحالة إلى الجسر، وينطبق هذا المبدأ أيضا على المباني التي تسمح فيها نظم العزلة الأساسية التي تم تركيبها بين المؤسسة والهياكل الخارقة بالتحرك تحت المبنى بينما يظل الهيكل المذكور أعلاه ثابتا نسبيا.

أنظمة العزلة في القاعدة تستخدم عادةً الأربطة الفلزية (الأصفاد الخام المعززة باللوحات الصلبة) أو ربطات الخماسي المقلي هذه الأجهزة توفر المرونة في الاتجاه الأفقي بينما تحافظ على الجمود الرأسي لدعم وزن المبنى، وبإطالة الفترة الأساسية للمبنى وإدخال الإنزال، يمكن للعزلة الأساسية أن تقلل من القوى الزلزالية بنسبة 70-80% مقارنة بالبناء التقليدي الثابت.

والعزلة الأساسية فعالة بوجه خاص بالنسبة للمباني المنخفضة إلى متوسطة الأزمنة، وقد طبقت بنجاح على المستشفيات ومراكز العمليات الطارئة والمباني التاريخية والمرافق الحرجة في جميع أنحاء العالم، وفي حين أن تكلفة البناء التقليدية هي أكثر تكلفة، فإن تعزيز الحماية وتقليل احتمالات الضرر كثيرا ما يبرر التكلفة الإضافية للهياكل الهامة.

أجهزة إبطال الطاقة

ويمكن استخدام نظم التضليل، مثل أجهزة الركود الجماهيري المأخوذة بالوزن أو المواد البلاستيكية، لاستيعاب بعض الطاقة من الزلازل وتخفيض كمية الحركة في الجسر، ويمكن إدماج أنواع مختلفة من أجهزة التشت في المباني:

Viscous Dampers:] These devices use liquid flowing through orifices to dissipate energy, similar to automotive shock absorbers. They provide velocity- dependent damping and can be installed in braced frames or between floors.
Friction Dampers:] These devices dissipate energy through friction between sliding surfaces. They active at predetermined force levels and provide consistent energy dissipation.
هذه الأجهزة تستخدم الغلة المتحكمة من العناصر المعدنية لتفريق الطاقة، وهي موثوقة، ولا تحتاج إلى صيانة، وتوفر أداء يمكن التنبؤ به.
هذه الأجهزة تستخدم مواد حساسة تزييف تحت القذيفة وتفرق الطاقة من خلال الاحتكاك الداخلي، وهي فعالة عبر مجموعة من الترددات ودرجات الحرارة.
Tuned Mass Dampers:] Large masses mounted on springs or pendulums at the top of long buildings oscillate out of phase with building motion, reducing dynamic response. While primarily used for wind-induced motion, they also provide some seismic benefit.

ويمكن إضافة أجهزة لتبريد الطاقة إلى المباني الجديدة أو إعادة استخدامها في الهياكل القائمة، وهي توفر وسيلة لتعزيز الأداء السيزمي دون إدخال تعديلات هيكلية كبيرة، مما يجعلها جذابة للمباني أو الهياكل التاريخية التي تواجه قيودا معمارية.

نظم المراقبة النشطة وشبه الإيجابية

وتستخدم نظم المراقبة النشطة أجهزة استشعار للكشف عن حركة البناء والمحاضرات لتطبيق قوات مكافحة التصحيح في الوقت الحقيقي، ويمكن لهذه النظم من الناحية النظرية أن توفر الحماية المثلى، ولكنها تحتاج إلى إمدادات طاقة موثوقة، وإلى خوارزميات متطورة للمراقبة، وإلى صيانة كبيرة، وقد حد من تعقيدها وتكلفتها من الاعتماد على نطاق واسع، رغم أن البحوث لا تزال تمضي قدما في التكنولوجيا.

وتوفر النظم شبه النشطة حلا وسطا باستخدام أجهزة يمكن التحكم فيها (مثل أجهزة الصنادل ذات الشارات المتغيرة) تكيف ممتلكاتها استجابة للحركة المقاسة للبناء، وتحتاج هذه النظم إلى طاقة أقل من النظم النشطة بالكامل مع توفير أداء معزز مقارنة بالأجهزة السلبية.

المكونات غير الهيكلية ومحتويات المباني

وفي حين تحظى السلامة الهيكلية باهتمام رئيسي في التصميم السيزمي، فإن المكونات غير الهيكلية ومحتويات البناء كثيرا ما تشكل أغلبية الخسائر في الزلازل ويمكن أن تشكل مخاطر كبيرة على سلامة الحياة.

المكونات المعمارية

ويجب تصميم مواكب البناء، ولا سيما نظم التصفيق الثقيلة وألواح الزجاج الكبيرة، بحيث تستوعب الانجراف السيزمي دون أن تسقط، ويتيح الاختلاط الدقيق للوصلات التحلل الهيكلي مع الحفاظ على الدعم للربط، وتحتاج تقسيمات داخلية، وسقف مع وقف التنفيذ، وخطوط سلكية، أو وصلات مرنة لمنع الضرر والحفاظ على مسارات التآكل.

وتشكل المبارات والمكورات وغيرها من العناصر المجازفة مخاطر تقع وتحتاج إلى تأمين التمسك بالنظام الهيكلي، وكثيرا ما تُظهر المباني التاريخية مظلات مشاة ثقيلة غير مُنفذة تمثل مخاطر كبيرة، وهي أهداف متكررة لبرامج إعادة التلف.

ميكانيكي، كهربائي، نظم لغسل الألومنيات

ويجب تركيب المعدات الميكانيكية والكهربائية لمنع الارتداد والاستمرار في العمل، كما أن الاتصالات المرنة للتشفير والقطع تستوعب حركة البناء دون تمزق، وتمنع صمامات الغلق الآلي لنظم الغاز الحرائق بعد وقوع الزلازل، وتحتاج نظم الطاقة في حالات الطوارئ إلى حماية زلزات لضمان استمرار تشغيلها عند الحاجة إلى أكبر قدر من ذلك.

وتحتاج خزانات المياه المرتفعة وأبراج التبريد ومعدات السطح إلى اهتمام خاص بسبب ارتفاعها وكتلتها، ويمكن لهذه العناصر أن تولد قوى كبيرة خلال الزلازل ويجب دعمها ودعمها على النحو المناسب.

المحتويات والأثاث

وينبغي أن ترسخت في الجدران أو الطوابق حوافظ التجميل، وخزائن الملفات، وثكنات التخزين لمنع التخريب، وتحتاج معدات الحاسوب، وأدوات المختبرات، وغيرها من المحتويات القيمة أو الخطرة إلى ضبط النفس، وفي مرافق الرعاية الصحية، يكون تأمين المعدات واللوازم الطبية أمرا بالغ الأهمية للحفاظ على القدرة التشغيلية بعد وقوع الزلازل.

وتواجه المتاحف والمكتبات والمحفوظات تحديات فريدة في حماية المجموعات مع الحفاظ على إمكانية الوصول، ويمكن أن تؤدي النظم المتطورة المتخصصة، والضميمات الواقية، والترتيبات المتأنية إلى التقليل إلى أدنى حد من الأضرار التي تلحق بالمعاملات اليدوية والوثائق التي لا يمكن استبدالها.

القدرة على التكيف مع المجتمعات المحلية والتأهب لحالات الطوارئ

ويمتد الحد من المخاطر السيزمية بفعالية إلى ما يتجاوز المباني الفردية ليشمل التخطيط على نطاق المجتمع المحلي للتعافي والتأهب لحالات الطوارئ.

التخطيط للارتقاء

ويحدد تخطيط قدرة المجتمعات المحلية على التكيف المهام الحاسمة التي يجب الحفاظ عليها أو استعادتها بسرعة بعد وقوع الزلازل، ويشمل ذلك خدمات الطوارئ، والرعاية الصحية، والمرافق، والنقل، والاتصالات، وتوزيع الأغذية، والتخطيط لجهود تحديد أوجه الضعف التي يمكن أن تواكب أوجه الفشل الأوسع نطاقا.

ولا ينظر التخطيط للارتقاء إلى الهياكل الأساسية المادية فحسب، بل أيضا إلى العوامل الاجتماعية والاقتصادية، بل إن المجتمعات المحلية التي لديها شبكات اجتماعية قوية، واقتصادات متنوعة، وتوزيع الموارد على نحو منصف، تسترد عادة بسرعة أكبر من الكوارث، وينبغي أن يعالج التخطيط الفئات الضعيفة التي قد تواجه حواجز أمام الحصول على المساعدة أو التعافي من الخسائر.

تخطيط الاستجابة في حالات الطوارئ

وتضع خطط الاستجابة الشاملة لحالات الطوارئ أدوارا ومسؤوليات واضحة، وبروتوكولات للاتصال، واستراتيجيات لتخصيص الموارد، وتمارس بانتظام خطط الاختبار، وتحدد الثغرات أو أوجه الضعف، وتوفر اتفاقات المساعدة المتبادلة مع الولايات القضائية المجاورة موارد إضافية عندما تكون القدرات المحلية مغمورة.

:: برامج تقييم السلامة في المباني بعد الزلزال، تدريب المتطوعين على إجراء تقييمات سريعة لسلامة المباني، مما يتيح للموظفين اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن الإجلاء وإعادة شغل الوظائف والهدم، وتساعد هذه البرامج على منع وقوع ضحايا من الانهيار الناجم عن السكتة بعد ذلك، وتيسير الاستخدام الفعال لموارد التفتيش المحدودة.

التعليم العام والتوعية

وتساعد برامج التعليم العام السكان على فهم المخاطر السيزمية واتخاذ تدابير التأهب المناسبة، ويشمل ذلك تأمين محتويات الأسر المعيشية، وصيانة الإمدادات الطارئة، ووضع خطط للاتصال الأسري، وممارسة إجراءات الحماية مثل " دوب، وكوف، ووقف العمل " .

وتمتد برامج التعليم المدرسي إلى الأطفال ومن خلالهم إلى أسرهم، وتعزز عمليات حفر الكواليس الأرضية في المدارس وأماكن العمل السلوكيات الحمائية وتخفف من الذعر أثناء الأحداث الفعلية، ويمكن لحملات التوعية العامة أن تشجع على إعادة التقلبات السيزمية، وتغطية التأمين، وغير ذلك من تدابير الحد من المخاطر.

الآفاق الدولية بشأن تنظيم الزلازل

وتختلف مدونات البناء السيزمي ونُهج التخطيط الحضري على الصعيد الدولي، مما يعكس مستويات مختلفة من المخاطر، وممارسات البناء، والظروف الاقتصادية، والأطر التنظيمية.

النهج الشامل لليابان

اليابان، التي تواجه بعض المخاطر السيزمية العليا في العالم، وضعت مدونات متطورة للبناء وآليات إنفاذ، وفي أعقاب الزلازل المدمرة، قامت اليابان مراراً بتعزيز المتطلبات وتنفيذ برامج إعادة الارتداد الإلزامية للمباني الضعيفة، وتستثمر البلد استثماراً كبيراً في نظم الإنذار المبكر بالزلازل، والتعليم العام، والبحوث في تكنولوجيات الحماية السيزمية المتقدمة.

إن مدونات البناء اليابانية لا تشدد على سلامة الحياة فحسب بل أيضا على مكافحة الضرر واستمرار العمل، وهذا يعكس الاعتراف بأن الخسائر الاقتصادية الناجمة عن الأضرار التي لحقت بالبناء قد تتجاوز الخسائر في الزلازل الحديثة، وتدل تجربة اليابان على أن الالتزام المستمر بالسلامة السيزمية، بدعم من الموارد الكافية والإرادة السياسية، يمكن أن يقلل بدرجة كبيرة من مخاطر الزلازل.

إطار تنظيم نيوزيلندا

قامت نيوزيلندا بتنفيذ تشريع سيزمي شامل يتطلب تحديد وتعزيز المباني المعرضة للزلازل، وتتبع نهج البلد توازناً بين الأمان العام والاعتبارات الاقتصادية، ووضع جداول زمنية للامتثال تختلف على أساس أهمية البناء ومستوى المخاطر السيزمية، وقد استُخدمت تجربة نيوزيلندا في أعقاب زلزال كريستتشرتش في التنقيح الجاري لقواعد البناء وسياسات التخطيط الحضري.

التحديات التي تواجهها البلدان النامية

وتواجه بلدان نامية كثيرة تحديات كبيرة في تنفيذ وإنفاذ مدونات بناء الزلازل، إذ أن محدودية الموارد، والتحضر السريع، وممارسات البناء غير الرسمية، وضعف الحوكمة يمكن أن تقوض جهود السلامة الزلزالية، وتعمل المنظمات الدولية على نقل المعارف، وتقديم المساعدة التقنية، ودعم بناء القدرات في المناطق الضعيفة.

ويجب أن تنظر التكنولوجيا الملائمة وأساليب البناء في المواد والمهارات والقيود الاقتصادية المحلية، وقد لا تكون الحلول التي تعمل في البلدان الغنية مجدية أو مستدامة في المناطق النامية، وكثيرا ما تركز البرامج الناجحة على التحسينات البسيطة المنخفضة التكلفة التي يمكن تنفيذها بالموارد المحلية وأساليب البناء التقليدية.

الاتجاهات المستقبلية في مجال الحد من مخاطر الزلازل

وما زال البحث والتطوير التكنولوجي المستمران يحسنان قدرتنا على الحد من المخاطر السيزمية وتعزيز قدرة المجتمعات المحلية على التكيف.

النماذج المتطورة والحياكة

وتتيح التطورات الحاسوبية زيادة التطوير في نماذج الحركة الأرضية للزلازل والاستجابة الهيكلية والآثار الإقليمية، وتساعد المحاكاة العالية الاستبانة على تحديد أوجه الضعف، وتقييم استراتيجيات إعادة التصريف، والارتقاء بخطط الاستجابة لحالات الطوارئ إلى الحد الأمثل، وتوفر التعلم الذكي والاستخبارات الاصطناعية نُهجا جديدة لتحليل البيانات السيزمية المعقدة والتنبؤ بأداء البناء.

وتجمع نماذج تقدير الخسائر الإقليمية بين تقييمات المخاطر، وعمليات الجرد المتعلقة بالبناء، ووظائف الضعف للتنبؤ بالأصابات والأضرار والخسائر الاقتصادية الناجمة عن زلزال السيناريوهات، وتسترشد هذه النماذج بقرارات إدارة المخاطر، وتعطي الأولوية لاستثمارات التخفيف، وتدعم التخطيط لحالات الطوارئ.

المباني الذكية ورصد الصحة الهيكلية

ويمكن لشبكات الاستشعار التي يتم تركيبها في المباني أن ترصد الصحة الهيكلية، وأن تكتشف الأضرار التي تلحق بالزلازل، وأن تقدم معلومات في الوقت الحقيقي لمديري المباني ومستجيبي الطوارئ، وهذه التكنولوجيا تتيح إجراء تقييم سريع لسلامة المباني، ويمكن أن تحدد الأضرار الخفية التي قد لا تكون واضحة من خلال التفتيش البصري.

ويمكن لنظم البناء الذكي أن تدمج أجهزة الاستشعار السيزمية بنظم التشغيل الآلي للبناء من أجل تنفيذ تدابير الحماية تلقائيا عند اكتشاف الزلازل، وقد يشمل ذلك إغلاق المصاعد في أقرب طابق، وفتح أبواب الحريق، وتنشيط نظم الإضاءة والاتصالات في حالات الطوارئ.

نظم الإنذار المبكر

وتكشف نظم الإنذار المبكر بالزلزال موجات السيزمية الأولية الأقل تلويثا وتوفر ثواني لعشرات ثوان من الإنذار قبل وصول الهزات القوية، وفي حين أن هذا الوقت التحذيري يسمح للنظم الآلية بإغلاق العمليات الحرجة، والقطارات التي تبطئ، والناس باتخاذ إجراءات وقائية، ومع توسع شبكات الاستشعار وتحسين الخوارزميات، فإن نظم الإنذار المبكر أصبحت أكثر موثوقية وانتشارا.

التكامل المستدام والمتكرر للتصميم

ويضم تصميم المباني في المستقبل بشكل متزايد القدرة على التكيف السيزمي مع أهداف الاستدامة، وتشمل نظم تقييم المباني الخضراء الآن معايير المرونة، مع التسليم بأن المباني التي يجب تدميرها وإعادة بنائها بعد وقوع الزلازل لها آثار بيئية كبيرة، وأن التصميم من أجل الاستدامة والقدرة على التكيف والقدرة على التكيف يدعم أهداف الاستدامة والسلامة السيزمية على حد سواء.

ويتقاسم التكيف مع تغير المناخ والتخطيط لمواجهة الاضطرابات السيزمية استراتيجيات مشتركة، بما في ذلك إعادة بناء الهياكل الأساسية، والنظم الموزعة، والتأهب المجتمعي، ويمكن أن تكون النهج المتكاملة التي تعالج المخاطر المتعددة في وقت واحد أكثر فعالية من حيث التكلفة وشمولا من التخطيط للمخاطر الوحيدة.

خاتمة

وتؤثر مناطق الزلزال تأثيرا عميقا على التخطيط الحضري ولوائح البناء، مما يرسم كيف تتطور المجتمعات المحلية وتحمي نفسها من المخاطر السيزمية، ومن رسم خرائط المخاطر المتطورة وتقييم المخاطر المحتملة إلى متطلبات مدونة البناء المفصّلة وتكنولوجيات الحماية المتقدمة، لا يزال مجال الحد من المخاطر السيزمية يتطور استنادا إلى البحوث والخبرات والابتكار التكنولوجي.

ويتطلب الحد من المخاطر السيزمية الفعالة التزاماً متواصلاً من جانب جهات متعددة صاحبة المصلحة - من المسؤولين الحكوميين الذين يعتمدون وينفذون مدونات البناء والمهندسين والمهندسين المعماريين الذين يصممون هياكل آمنة، ومن يبنونها على نحو سليم، ومن المقيمين في المباني ويستعدون للزلازل، ويكمن التحدي في حد ذاته بالنسبة للمباني القائمة التي تمثل أكبر مصدر للمخاطر السيزمية، ولكنها غالباً ما تخرج عن نطاق مدونات البناء الحالية.

ومع استمرار تقدم فهمنا لمخاطر الزلازل والأداء الهيكلي، يجب أن تتطور قواعد البناء وممارسات التخطيط الحضري تبعا لذلك، فالتوجه نحو التصميم القائم على الأداء، وأهداف المرونة المعززة، والتخطيط المتكامل المتعدد المخاطر يعكس اعترافا متزايدا بأن المعايير الدنيا لسلامة الحياة، وإن كانت أساسية، قد لا تكون كافية لإنشاء مجتمعات قادرة على التكيف حقا.

وتواجه المجتمعات المحلية في المناطق المعرضة للزلازل تحديات مستمرة في تحقيق التوازن بين السلامة السيزمية والأولويات الأخرى، بما في ذلك القدرة على تحمل التكاليف، والاستدامة، وحفظ التاريخ، والتنمية الاقتصادية، ولا يتطلب النجاح حلولا تقنية فحسب، بل يتطلب أيضا إرادة سياسية، ووعيا عاما، والتزاما متواصلا بالحد من المخاطر السيزمية، ومن خلال التعلم من الزلازل الماضية، والارتقاء بالمعارف، ومواصلة التركيز على هذا التحدي الحاسم، يمكن للمجتمعات أن تقلل كثيرا من ضعفها وتعزز قدرتها على مواجهة الأحداث الزلزالية في المستقبل.

For more information on seismic hazards and building safety, visit the U.S. Geological Survey Earthquake Hazards Program, ]FEMA's Earthquake Risk Management , and the