كيف أمضت اليابان أكثر من قرن من الزمان في مقاومة الزلازل

ملحوظة المحرر: تصميم للتأثير هي سلسلة تسلط الضوء على الحلول المعمارية للمجتمعات النازحة بسبب أزمة المناخ والكوارث الطبيعية وحالات الطوارئ الإنسانية الأخرى.

سي إن إن
—

تم بث مشاهد المباني التي تحولت إلى أنقاض في جميع أنحاء العالم هذا الأسبوع بعد زلزال زلزال بقوة 7.5 درجة وضرب الإعصار محافظة إيشيكاوا على الساحل الغربي لليابان يوم الاثنين.

ولا يزال المدى الكامل للأضرار غير معروف. وقالت السلطات إن ما لا يقل عن 270 منزلا في المنطقة دمرت، على الرغم من أن الرقم النهائي من المرجح أن يكون أعلى من ذلك بكثير. هذا الرقم لا يشمل، على سبيل المثال، سوزو أو واجيما، المدينة التي يزيد عدد سكانها عن 27000 نسمة، وتقع على بعد 20 ميلاً (32 كيلومترًا) فقط من مركز الزلزال حيث يتواجد مسؤولو إدارة الإطفاء. قال وذكرت هيئة الإذاعة والتلفزيون اليابانية (إن إتش كيه) أن نحو 200 مبنى احترق.

وتتحدث هذه التقارير عن المآسي الشخصية التي يعيشها العديد من سكان المنطقة. ولكن على الرغم من عدم وجود حدثين زلزاليين يمكن مقارنتهما بشكل مباشر، فإن الزلازل ذات القوة المماثلة في أجزاء أخرى من العالم – مثل زلزال بقوة 7.6 درجة تسبب في انهيار أكثر من 30.000 مبنى وفي كشمير عام 2005، على سبيل المثال، أحدثت في كثير من الأحيان دماراً أكبر بكثير.

وعلى النقيض من ذلك، ربما يكون إيشيكاوا قد أفلت بسهولة، وفقًا لروبرت جيلر، الأستاذ الفخري لعلم الزلازل في جامعة طوكيو.

وقال لشبكة CNN في اليوم التالي لزلزال اليابان: “يبدو أن المباني الحديثة تعمل بشكل جيد للغاية”، مشيراً إلى أن المنازل القديمة “ذات الأسقف المصنوعة من القرميد الطيني الثقيل” كانت على ما يبدو هي الأسوأ.

وقال: “معظم منازل الأسرة الواحدة، حتى لو تضررت، لم تنهار بالكامل”.

يقول المثل في التصميم الزلزالي أن الزلازل لا تقتل الناس – المباني تفعل. وفي واحدة من أكثر دول العالم عرضة للزلازل، حاول المهندسون المعماريون والمهندسون والمخططون الحضريون منذ فترة طويلة تحصين البلدات والمدن من الكوارث ضد الهزات الكبرى من خلال مزيج من الحكمة القديمة والابتكار الحديث وقوانين البناء المتطورة باستمرار.

من الحجم الكبير”مخمدات“، والتي تتأرجح مثل البندول داخل ناطحات السحاب، إلى أنظمة النوابض أو المحامل الكروية التي تسمح للمباني بالتأرجح بشكل مستقل عن أساساتها، تقدمت التكنولوجيا بشكل كبير منذ زلزال كانتو الكبير الذي دمر أجزاء كبيرة من طوكيو ويوكوهاما قبل ما يزيد قليلاً عن 100 عام.

لكن الابتكارات تركز في الأغلب على فكرة بسيطة ومفهومة منذ فترة طويلة: وهي أن المرونة تمنح الهياكل أعظم فرصة للبقاء.

وقال ميهو مازيريو، الأستاذ المشارك في الهندسة المعمارية والعمران في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “ستجد الكثير من المباني، وخاصة المستشفيات والهياكل الحيوية المهمة، على هذه (المحامل) المطاطية حتى يتمكن المبنى نفسه من التأرجح”. (معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا)، التي تستكشف ثقافة الاستعداد في اليابان في كتابها القادم “التصميم قبل الكارثة.”

“من الناحية النظرية، يعود الأمر كله إلى فكرة أنه بدلاً من مقاومة حركة الأرض، يمكنك ترك المبنى يتحرك مع هو – هي.”

وقد تم استخدام هذا المبدأ في اليابان لعدة قرون. على سبيل المثال، نجت العديد من المعابد الخشبية التقليدية في البلاد من الزلازل (ومن المرجح أنها استسلمت للحرائق أو الحرب)، حتى عندما لم تتمكن الهياكل الحديثة من ذلك. لنأخذ على سبيل المثال باغودا معبد توجي التي يبلغ ارتفاعها 180 قدمًا (55 مترًا)، والتي تم بناؤها في القرن السابع عشر بالقرب من كيوتو – وقد اشتهرت بأنها خرجت سليمة من زلزال هانشين العظيم عام 1995، المعروف أيضًا باسم زلزال كوبي، بينما انهارت العديد من المباني القريبة.

هناك الكثير من القواسم المشتركة بين الهندسة المعمارية التقليدية في اليابان ونظيرتها في كوريا والصين المجاورتين، على الرغم من أنها تختلف في الطرق التي تعكس ارتفاع معدل حدوث الزلازل في البلاد.

على وجه الخصوص، يُعزى معدل البقاء الملحوظ للمعابد الباغودا منذ فترة طويلة إلى “شينباشيرا” – الأعمدة المركزية المصنوعة من جذوع الأشجار والتي استخدمها المهندسون المعماريون اليابانيون لمدة 1400 عام على الأقل.

سواء كانت مثبتة على الأرض، أو مستندة على عارضة أو معلقة من الأعلى، فإن هذه الأعمدة تنحني وتنثني بينما تتحرك الطوابق الفردية للمبنى في الاتجاه المعاكس لجيرانها. تساعد الحركة المتلألئة الناتجة – غالبًا ما تُقارن بحركة الثعبان المنزلق – في مواجهة قوة الهزات وتساعدها المفاصل المتشابكة والأقواس السائبة وأفاريز السقف العريضة.

قد لا تشبه المباني في اليابان اليوم المعابد البوذية، لكن ناطحات السحاب تشبهها بالتأكيد.

على الرغم من أن البلاد فرضت حدًا صارمًا للارتفاع يبلغ 31 مترًا (102 قدمًا) حتى الستينيات، بسبب المخاطر التي تشكلها الكوارث الطبيعية، فقد سُمح للمهندسين المعماريين منذ ذلك الحين بالبناء لأعلى. واليوم، يوجد في اليابان أكثر من 270 مبنى يزيد ارتفاعها عن 150 مترًا (492 قدمًا)، وهي خامس أكبر مبنى في العالم، وفقًا لـ بيانات من مجلس المباني الشاهقة والموائل الحضرية.

وباستخدام الهياكل الفولاذية التي تضيف المرونة إلى الخرسانة شديدة الصلابة، اكتسب مصممو المباني الشاهقة المزيد من الجرأة من خلال تطوير أثقال موازنة واسعة النطاق وأنظمة “عزل القاعدة” (مثل المحامل المطاطية المذكورة أعلاه) التي تعمل كممتصات للصدمات.

الشركة العقارية وراء اليابان الجديدة أطول مبنى، والذي تم افتتاحه في مشروع أزابوداي هيلز في طوكيو في يوليو الماضي، المطالبات إن ميزات تصميمها المقاومة للزلازل – بما في ذلك المخمدات واسعة النطاق – سوف “تسمح للشركات بمواصلة العمل” في حالة وقوع حدث زلزالي قوي مثل زلزال توهوكو القياسي الذي بلغت قوته 9.1 درجة والذي ضرب عام 2011.

ولكن بالنسبة للعديد من الأماكن في اليابان التي لا توجد بها ناطحات سحاب، مثل واجيما، فإن مقاومة الزلازل كانت تتعلق أكثر بحماية المباني اليومية – المنازل والمدارس والمكتبات والمتاجر. وفي هذا الصدد، كان نجاح اليابان مسألة سياسية بقدر ما كان مسألة تتعلق بالتكنولوجيا.

على سبيل المثال، ضمنت مدارس الهندسة المعمارية في اليابان – ربما بسبب تاريخ البلاد الحافل بالكوارث الطبيعية – أن يرتكز الطلاب على كلا التصميمين و الهندسة، كما قال مازيريو، الذي يدير أيضًا مختبر المخاطر الحضرية التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وهي منظمة بحثية تدرس المخاطر الزلزالية والمناخية التي تواجه المدن.

وقالت: “على عكس معظم البلدان، تجمع مدارس الهندسة المعمارية اليابانية بين الهندسة المعمارية والهندسة الإنشائية”، مضيفة أن التخصصين في اليابان “مرتبطان دائمًا ببعضهما البعض”.

وقد سعى المسؤولون اليابانيون أيضًا، على مر السنين، إلى التعلم من كل زلزال كبير واجهته البلاد، حيث قام الباحثون بإجراء مسوحات تفصيلية وتحديث أنظمة البناء وفقًا لذلك.

وقال مازيريو إن هذه العملية تعود إلى القرن التاسع عشر على الأقل، موضحًا كيف أدى التدمير الواسع النطاق للمباني الجديدة المبنية من الطوب والحجر على الطراز الأوروبي في زلزال مينو أواري عام 1891 وزلزال كانتو الكبير عام 1923 إلى سن قوانين جديدة بشأن تخطيط المدن والمباني الحضرية .

استمر التطور التدريجي لأنظمة البناء خلال القرن العشرين. ولكن القانون الذي تم تقديمه في عام 1981 والمعروف باسم “شين تايشين”، أو التعديل المعياري الجديد للأبنية المقاومة للزلازل ــ وهو استجابة مباشرة لزلزال مياجي البحري قبل ثلاث سنوات ــ كان بمثابة لحظة فاصلة.

ومن خلال وضع متطلبات أعلى لقدرة المباني الجديدة على تحمل الأحمال والمطالبة بقدر أكبر من “انحراف الطوابق” (كمية الطوابق التي يمكن أن تتحرك بالنسبة لبعضها البعض)، من بين أشياء أخرى كثيرة، أثبتت المعايير الجديدة فعاليتها إلى حد أن المنازل المبنية وفقاً لمعايير ما قبل عام 1981 ( المعروفة باسم “كيو-تايشين” أو “مقاومة ما قبل الزلازل”) يمكن أن تكون بشكل كبير أصعب في البيع وأكثر تكلفة في التأمين.

وصل أول اختبار حقيقي للوائح في عام 1995 عندما تسبب زلزال هانشين الكبير في دمار واسع النطاق في الجزء الجنوبي من محافظة هيوغو. وكانت النتائج صارخة: 97% من المباني المنهارة تم بناؤه قبل عام 1981، وفقًا للمرفق العالمي للحد من الكوارث والتعافي منها.

الابتكار والتحضير

أثار زلزال عام 1995 حملة وطنية لتحديث المباني القديمة لتتوافق مع معايير عام 1981 – وهي العملية التي حفزها مسؤولو المدينة من خلال الإعانات. واستمر الابتكار في العقود التي تلت ذلك، حيث كان المهندسون المعماريون اليابانيون في كثير من الأحيان يقودون المجموعة عندما يتعلق الأمر بالتصميم الزلزالي.

على سبيل المثال، تعاون أحد أشهر المهندسين المعماريين في البلاد، كينغو كوما، مع شركة النسيج كوماتسو ماتيري في عام 2016 لتطوير ستارة تضم آلاف الستائر. قضبان مضفرة من ألياف الكربون التي تثبت المقر الرئيسي للشركة – على بعد 85 ميلاً فقط من مركز زلزال يوم الاثنين – على الأرض مثل الخيمة (في الصورة أعلاه). وفي الآونة الأخيرة، شارك في تصميم مبنى لرياض الأطفال في مقاطعة كوتشي الجنوبية، والذي يتميز بمبنى مقاوم للزلازل. جدار على طراز رقعة الشطرنج نظام.

وفي أماكن أخرى، كبار المهندسين المعماريين اليابانيين مثل شيجيرو بان و تويو إيتو كانت الشركة رائدة في استخدام الأخشاب المتداخلة (CLT)، وهو نوع جديد من الأخشاب الهندسية التي يعتقد مناصروها أنها يمكن أن تغير طريقة بناء المباني الشاهقة. (الأولى على نطاق واسع اختبار محاكاة الزلازل تم تنفيذ برج خشبي هندسي في جامعة كاليفورنيا سان دييغو في الربيع الماضي، على الرغم من ما إذا كانت الخطط لبناء برج يبلغ ارتفاعه 1148 قدمًا برج سي ال تي أما في طوكيو، التي اقترحتها شركة سوميتومو فوريستري اليابانية، فيمكنها تلبية قوانين البناء الصارمة في اليابان، فهي مسألة أخرى).

تسمح النمذجة الحاسوبية المتقدمة أيضًا للمصممين بمحاكاة ظروف الزلازل والبناء وفقًا لذلك. ومع ذلك، فإن حدود معظم المباني المقاومة للكوارث، لحسن الحظ، لم يتم اختبارها قط.

وقال جيلر من جامعة طوكيو: “لديك الكثير من المباني الشاهقة، وقد تم بذل الكثير من الجهد لتصميمها لتكون آمنة، ولكن هذه التصاميم تعتمد في الغالب على المحاكاة الحاسوبية”. “قد لا نعرف ما إذا كانت عمليات المحاكاة هذه دقيقة أم لا (حتى) يحدث زلزال كبير. وإذا انهار حتى أحد هذه المباني الشاهقة، فقد يكون هناك الكثير من الضرر.

وعلى هذا النحو، يظل السؤال الذي طالما أزعج المهندسين وعلماء الزلازل في اليابان هو: ماذا لو ضرب زلزال كبير مدينة مثل طوكيو بشكل مباشر، وهو الأمر الذي حذر المسؤولون في العاصمة اليابانية من حدوثه؟ فرصة 70% في الثلاثين سنة القادمة؟

وأضاف: “من المحتمل أن تكون طوكيو آمنة إلى حد معقول”. “ولكن لا توجد طريقة لمعرفة ذلك على وجه اليقين حتى وقوع الزلزال الكبير التالي.”

ساهم في هذا التقرير إريك تشيونغ وساكي توي من سي إن إن.