تقنية البناء wiki

أبنية – خاص

تعتبر التهوية جانبًا حيويًا في تصميم المباني الحديثة، فهي تؤثر بشكل مباشر على جودة الهواء الداخلي وراحة الأشخاص الذين يعيشون أو يعملون فيها. في عصر التكنولوجيا المتقدمة، بدأ النقاش حول أفضل أساليب التهوية بين التهوية الطبيعية والتهوية الميكانيكية، حيث يتم استخدام كل منهما لتحقيق راحة المستخدمين وكفاءة الطاقة. وعلى الرغم مما توفره التهوية الميكانيكية، من أنظمة وقنوات تضمن تدفق الهواء النقي بشكل مستمر، مع إتاحة التحكم الدقيق في درجة الحرارة والرطوبة، وتعزيز الراحة داخل المبنى، فإنَّ هذه الأنظمة تتطلب طاقة إضافية وصيانة مستمرة، وهذا يزيد من الكُلفة المادِّية.

لذا، خلال السطور القادمة يمكننا الولوج في حديث مفاده الاعتماد على التهوية الطبيعية، التي تقوم على استغلال الطبيعة وتعزيز الاعتماد عليها من باب التكيُّف مع المُناخات المتقلبة ومخاوف الاحتباس الحراري، وكذلك تلافيًا لنفقات زائدة، في إطار أبنية أكثر استدامة.

مفهوم التهوية الطبيعية

تعتمد التهوية الطبيعية على تصميم المباني بطريقة تسمح للهواء النقي بالدخول بشكل طبيعي، باستخدام عناصر مثل النوافذ والفتحات. وتستفيد هذه الطريقة من قوى الطبيعة، مثل الرياح، لتجديد الهواء داخل المبنى. وتُعد التهوية الطبيعية خيارًا صديقًا للبيئة، حيث تسهم في تقليل استهلاك الطاقة، مما يعني تكاليف أقل على المدى الطويل.

تعمل التهوية الطبيعية على تحسين جودة الهواء عن طريق إدخال الهواء النقي إلى المبنى، مما يسهم في تقليل التلوث الداخلي وتحسين بيئة المعيشة. هذا الأسلوب يساعد في التخلص من الروائح والمواد الملوثة التي تتراكم داخل الأبنية، كما يعزز الراحة العامة.

كيف تخدمنا التهوية الطبيعية في أبنية مستدامة؟

بالبحث في التاريخ نجد أنَّ استغلال ميكانيزم التهوية الطبيعي داخل البنايات، كان سرًا من أسرار الحضارات العظيمة بداية من حجرات الأهرامات في العصر الفرعوني إلى بناء القصور والمعبد والمختلفة في عصور شتَّى. فهذا الاستغلال الأمثل جعل من هذه العهود استدلالاً على فكرة أنَّ استغلال الطبيعة كان إشارة نحو انفتاح الأفق عبر التاريخ البشري.

لذا تتبلور فكرة التهوية الطبيعية من خلال ما يلي:

تكلفة منخفضة: التهوية الطبيعية تمتاز بتكلفتها المنخفضة لأنها لا تعتمد على أنظمة ميكانيكية معقدة، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف البناء والتشغيل. فهي تعتمد بشكل رئيسي على تدفق الهواء الطبيعي عبر النوافذ أو الفتحات المصممة بشكل خاص، مما يجعلها خيارًا اقتصاديًا للعديد من المباني.

سهولة التركيب: من أهم ميزات التهوية الطبيعية سهولة تركيبها، فهي لا تحتاج إلى تجهيزات معقدة أو أنظمة متطورة. ببساطة، يمكن تحقيق تهوية جيدة عن طريق فتح النوافذ أو إضافة منافذ تهوية في مواقع استراتيجية، مما يجعلها خيارًا مرنًا وسهل التنفيذ.

صديقة للبيئة: التهوية الطبيعية تعتبر صديقة للبيئة بشكل كبير؛ لأنها لا تعتمد على الطاقة الكهربائية لتشغيلها، مما يقلل من استهلاك الطاقة ويسهم في تقليل الانبعاثات الكربونية. هذا يجعلها خيارًا مثاليًا للمباني التي تسعى لتحقيق استدامة بيئية أعلى.

أساليب التهوية الطبيعية

• التهوية بالرياح: تعتمد على الاستفادة من فرق الضغط الناتج عن حركة الرياح حول المبنى. ويتم تصميم النوافذ والفتحات بشكل يسمح بتدفق الهواء من خلال المبنى، مع توفير مسارات محددة للخروج.
• التهوية بالحمل الحراري: تعتمد على فرق الكثافة بين الهواء الدافئ والبارد، حيث يرتفع الهواء الدافئ ويحل محله الهواء البارد. ويمكن تحقيق ذلك من خلال تصميم الفتحات العلوية والسفلية في المبنى.
• التهوية المدمجة: تجمع بين التهوية الطبيعية والميكانيكية لتعزيز كفاءة التهوية. ويتم استخدام المراوح أو الشفاطات الميكانيكية لدعم حركة الهواء الطبيعية عند الحاجة.

تحديات تعيق التهوية الطبيعية 

• تهوية من جهتين

لا بد من توافر أبنية تضمن أو تعتمد على تدفق تهوية من جهتين؛ لأن التهوية من جهة واحدة قد تواجه قيودًا في التهوية الفعالة للأماكن العميقة أو المباني الكبيرة بدون وصول كافٍ من التدفق الهوائي إلى المناطق الداخلية. ويتطلب هذا الأمر التفكير الدقيق في وضع الفتحات لضمان التهوية الكافية في جميع أنحاء الفراغ.

• تحديات تنسيقية وقانونية

في بعض الأحياء والمجتمعات المحلية، خاصة في الإسكان الحكومي ومحدودي الدخل، قد تخضع شروط البناء لقوانين ولوائح تنظيمية تفرضها هيئات ذات سلطة. هذه اللوائح قد تعيق تنفيذ مساحات سكنية واسعة، مما يقلل من إمكانية تطبيق تقنيات التهوية الطبيعية.

• تحديَّات ثقافية

قد لا تكون اللوائح التنظيمية هي العائق الوحيد، بل تؤدي ثقافات المجتمعات أيضًا دورًا في ذلك. ففي المجتمعات التي تركز على توفير المباني والوحدات السكنية، غالبًا ما تكون التكاليف والمقاولات مرتبطة بنقص الموارد المالية أو بالتركيز على المظهر الخارجي بدلاً من الجوهر.

الدمج بين الأسلوبين أوسط الحلول

لتحقيق أفضل نتائج، يمكن الجمع بين التهوية الطبيعية والميكانيكية. فخلال الأيام المعتدلة، يمكن استخدام التهوية الطبيعية لتجديد الهواء، بينما يتم اللجوء إلى الأنظمة الميكانيكية في الظروف الجوية القاسية. وهذا النهج المختلط يوفر كفاءة طاقة عالية وراحة أكبر للمستخدمين، حيث يمكن الاستفادة من مزايا كل نظام في الوقت المناسب.

في النهاية، يعتمد اختيار أسلوب التهوية المثالي على احتياجات المبنى وظروفه المناخية، إلَّا أنَّ التهوية الطبيعية تقدم حلاً مستدامًا وفعَّالًا، يضع المصمِّمين والمعماريين ومهندسي البناء في إطار البحث والابتكار من أجل تحقيق استدامة فعَّالة في هذا المجال.

أبنية – خاص

كان القدماء يلجؤون إلى أساليب وحيل لتقوية البناء، وكانوا يبتكرون فيها, فمنذ اللجوء إلى الكهوف وأعالي الجبال والاحتماء بالطبيعة، واعتماد جذوع النخل في بناء أوتاد الخيام، ثم الطوب الطيني، ومرورًا بالطوب اللبن، واعتمادهم على تقنيات أخرى لتقوية البناء، مثل: ضلوع الماموث والجلود والحجر والمعادن واللحاء والخيزران وروث الحيوانات، وخلط ألياف أخرى كشعر الخيول في الطين؛ من أجل الحصول على بناء متماسك وصلب يقاوم مرور الزمن والتغيرات المناخية.

ظلَّت الأفكار تتوالى وتنمو سعيًا من أجل بناء قوي يتميز بالصلابة والمرونة، فاعتمد البُنيان على قواعد خرسانية، تستخدم آليات البقاء ومقاومة الصدأ. ولكن كانت الفكرة الأكثر جنونًا أن تكون هذه المرونة والحماية ذاتية من تلقاء نفسها، تعمل محل الإنسان في حفظ الأرواح وإرساء قواعد من الاستدامة، ثمثَّلت في تجربة الخرسانة الحيَّة.

بايوفايبر تجربة الخرسانة الحيَّة

منذ عام تقريبًا، أدخل الفريق البحثي -وهو من كلية الهندسة بجامعة دريكسيل- لمسة جديدة على ممارسة قديمة كان يستخدمها البناؤون الأوائل لتحقيق هذا المفهوم الجديد لـ”الخرسانة الحية” التي تستخدم بكتيريا تندفع إلى موقع الشقوق لإصلاح الضرر.

الفريق التابع للجامعة الواقعة في فيلاديلفيا اعتمد على الألياف المحملة بالبكتيريا أو  “بايوفايبر”، وقدم في الدراسة وصفًا تفصيليًا لهذا النظام، مشيرًا إلى أنه عبارة عن ألياف بوليمر مغطاة بهيدروجيل محمل بالبكتيريا وقشرة واقية تستجيب للأضرار، حيث تعمل شبكة الألياف الحيوية المدمجة داخل الخرسانة على تحسين متانتها، وتمنع الشقوق من النمو، وتمكّن من إصلاحها ذاتيًا.

محاولات سابقة

ليست المحاولة المذكورة، الأولى من نوعها، فقد كانت هناك مساعٍ حيوية من أجل تشييد أبنية قوية، تعتمد على أسس متينة، وذلك قبل منتصف تسعينيات القرن العشرين، مثل الكبسولات اللاصقة وفكرة اللدائن.

كبسولات لاصقة

ظهرت أولى محاولات تطوير تقنية لمعالجة تشققات الخرسانة ذاتيًا عام 1994، حيث اعتمدت على فكرة تغليف لاصق داخل كبسولة صغيرة أو في ألياف قصيرة أو أنابيب أطول. تم وضع هذه الكبسولات مع مكونات الخرسانة، وعندما تحدث التشققات، تنكسر الكبسولات وتُطلق اللاصق الذي يسد الشقوق. رغم أن الباحثين من جامعة كارديف وجامعة كامبريدج وجامعة باث والمعهد الكوري للبناء، طوروا آليات أكثر فاعلية لاحقًا، فإن هذه المحاولات لم تحقق نجاحات ملموسة في التطبيق العملي.

اللدائن متذكرة الشكل

من بين المواد الذكية الجديدة، تُعتبر اللدائن متذكرة الشكل مثالًا مثيرًا، حيث تتمتع البوليمرات بقدرتها على استعادة شكلها السابق بعد حدوث أي تشوه. وتعتمد هذه المواد على مبدأين: الأول يتعلق بعناصر ذاتية تعزز من قدرة البوليمرات على الإصلاح، والثاني يتعلق بعناصر خارجية تدعم هذه الآلية. الهدف الأساسي من استخدام هذه البوليمرات في الخرسانة هو تعزيز القدرة على سد الشقوق من خلال زيادة عناصر الاستعانة الذاتية.

تتميز هذه البوليمرات بأنها شبه بلورية ولها شكل محدد مسبقًا يُحتفظ في بنيتها، مما يمكنها من العودة إلى حالتها الأصلية. عند حدوث تشقق، يتغير شكل اللدائن، ويتم تنشيط النظام باستخدام حرارة مباشرة أو تيار كهربائي. وبمجرد تنشيطها، تستعيد البوليمرات شكلها الأصلي، مما يولد قوة شد تُساعد على إغلاق الشقوق. ومع ذلك، تعتمد هذه التقنية على تدخل خارجي، مما يجعلها تتطلب حرارة عند حدوث التشقق، وهذا يعد نقطة ضعف رئيسية.

مراحل تطوير الخرسانة الحية

ظهور الفكرة

ظهرت فكرة الخرسانة الحيوية لأول مرة عام 2006، عندما استفسر خبير تقنية من عالم الأحياء المجهرية هانك جونكرز، عن إمكانية استخدام البكتيريا لصناعة خرسانة قابلة للإصلاح الذاتي. وبدأت رحلة البحث عن سلالات بكتيرية قادرة على البقاء في بيئة الخرسانة الجافة، التي تتطلب نوعًا معينًا من البكتيريا للتكيف مع تلك الظروف.

اختيار البكتيريا

في بداية عام 2016، اختار جونكرز بكتيريا “العصوية “Bacillus “، التي تعتبر غير مؤذية وتنمو في الظروف القلوية. تتميز هذه السلالة بإنتاج الأبواغ، مما يسمح لها بالتكيف مع الظروف الصعبة. وتحتاج هذه البكتيريا إلى عدة سنوات من السبات قبل أن تُنشط بالماء، حيث يُمكن أن تبقى حية لعقود دون غذاء.

تطوير آلية العمل

تمت معالجة التحدي المرتبط بتزويد البكتيريا بمصدر غذائي لتنتج مواد إصلاح. بعد استبعاد السكر كخيار غير مناسب، استخدم الفريق لاكتات الكالسيوم، الذي يُخلط مع البكتيريا في كبسولات قابلة للتحلل. وعند حدوث تشققات، يتفكك الغلاف الخارجي للكبسولات بفعل الماء، مما يوقظ البكتيريا لتبدأ بدمج الكالسيوم مع أيونات الكربونات.

تنفيذ الفكرة

عندما تتفاعل البكتيريا مع لاكتات الكالسيوم، تتكون الكالسيت، وهو الحجر الجيري المطلوب الذي يسد الشقوق. تمكن الفريق من إصلاح تشققات بعرض 0.5 مم في المختبر. ويعملون حاليًا على اختبار الفكرة في الهواء الطلق لمعرفة كيفية تطبيقها في المنشآت المختلفة. ويأمل جونكرز في أن تمثل هذه التقنية بداية عصر جديد من المباني البيولوجية التي تجمع بين الطبيعة ومواد البناء.

فكرة عمل البايوفايبر المعالج ذاتيًا

تستند فكرة عمل الألياف الحيوية “بايوفايبر”، حديثًا إلى محاكاة الطريقة التي تقوم بها أنسجة البشرة بإصلاح نفسها، حيث تستخدم بنية ليفية متعددة الطبقات تحتوي على ألياف وسيلة شفاء طبيعية مثل الدم. هذه الألياف تستغل البكتيريا المنتجة للحجارة لإنشاء خرسانة حية قادرة على إصلاح نفسها عند تعرضها للتلف، كما يوضح فرنام.

مكونات البكتيريا المستخدمة

تشارك بكتيريا معينة في كثير من العمليات الطبيعية التي تسهم في تكوين الصخور والمعادن. ومن بين هذه البكتيريا:

• ثيوباكيلوس فيروكسيدانس: تقوم بأكسدة مركبات الحديد والكبريت، مما يؤدي إلى تكوين معادن مثل أكاسيد الحديد والكبريتات، التي تسهم في تشكيل أنواع معينة من الصخور.
• ليبتوثركس ديسكوفورا: تنتج أغلفة خيطية رفيعة يمكن أن تتغطى بأكاسيد الحديد أو المنغنيز، مما يساعد في تشكيل الرواسب المعدنية.
• البكتيريا الزرقاء: تسهم بعض أنواعها في تكوين “الستروماتوليت”، وهي هياكل طبقية تتشكل عن طريق ربط الحبوب الرسوبية بواسطة حصائر ميكروبية.
• ليسينيباسيلوسكرويكوس: تُعرف بدورها في تكوين المعادن، وخاصة كربونات الكالسيوم.

عمل الفريق البحثي مع بكتيريا “ليسينيباسيلوس كرويكوس”، التي توجد عادة في التربة، وتستطيع دفع عملية تُسمَّى ترسيب كربونات الكالسيوم، مما يؤدي إلى إنشاء مادة تشبه الحجر يمكن أن تستقر وتصلب في الشقوق الموجودة في الخرسانة.

تتفاعل هذه البكتيريا مع الكالسيوم في الخرسانة لتنتج كربونات الكالسيوم، التي تعمل كمواد تدعيم تملأ الشقوق. وقد اكتشف الباحثون أنه عندما تُحفّز هذه البكتيريا لتكوين “بوغ” داخلي، يمكنها أن تبقى في حالة سبات داخل الخرسانة حتى تُستدعى للعمل.

نظرة تطلعية

رغم التحديات المطروحة، التي تمثَّلت في تساؤلات ناقدة للفكرة، مثل: “ما نوع الشقوق التي تصلح معها البكتيريا، ومدى قدرة البكتيريا على العمل مجددًا بعد إصلاح الشقوق أو الشروخ”، فإن تقنية الـ”بايوفايبر” تمثل خطوة مبتكرة نحو مستقبل أكثر استدامة في قطاع البناء. ومع تزايد الوعي بأهمية الحفاظ على الموارد والبيئة، تفتح هذه التقنية آفاقًا جديدة لتحسين فعالية المواد الإنشائية وتقليل الحاجة إلى الصيانة المتكررة. فبفضل التطورات المستمرة في العلوم والتكنولوجيا، يمكن أن تتحول الخرسانة الحيوية إلى عنصر أساسي في المباني الذكية، مما يضمن قدرتها على التكيف مع الظروف المتغيرة وتلبية احتياجات المجتمعات الحديثة. وفي النهاية، يمثِّل هذا الابتكار تجسيدًا لرؤية شاملة تسعى إلى دمج الطبيعة مع هندسة البناء، مما يسهم في بناء مستقبل أكثر استدامة للأجيال القادمة.

أبنية – خاص

أصبحت المؤسسات العقارية، في ظل التغيرات المناخية المتزايدة والتهديدات المستمرة من الكوارث الطبيعية، تُولي اهتمامًا متزايدًا بمشاريع سكنية مصممة لمقاومة الزلازل. يعيش ملايين الأشخاص في دول تقع على “حزام الزلازل”، وهي مناطق معرَّضة باستمرار للهزات الأرضية، مثل اليابان وكاليفورنيا وتركيا. وتواجه هذه المناطق مخاطر عالية لوقوع زلازل مدمرة قد تؤدي إلى انهيار البنية التحتية وتسبب أضرارًا جسيمة. لذلك، تسعى شركات التطوير العقاري إلى إنشاء مبانٍ ذات تصميمات مبتكرة، تعتمد على تقنيات حديثة قادرة على امتصاص الصدماتأصبحت المؤسسات العقارية، في ظل التغيرات المناخية المتزايدة والتهديدات المستمرة من الكوارث الطبيعية، تُولي اهتمامًا متزايدًا بمشاريع سكنية مصممة لمقاومة الزلازل. وتقليل الأضرار الناتجة من الزلازل. فمن خلال استخدام مواد بناء متينة وهياكل مرنة، يمكن للمباني أن تتكيف مع حركة الأرض وتبقى قائمة أثناء الكوارث.

الاستدامة والأمان
تروِّج المؤسسات لمشاريع البناء المقاوم للزلازل من خلال التأكيد على الاستدامة والأمان، موضحة أن الاستثمار في هذه المشاريع ليس فقط ضرورة لحماية الأرواح والممتلكات، بل هو استثمار طويل الأجل لمواجهة التغيرات المناخية المستقبلية. وتُعزز هذه المشاريع بتقنيات حديثة مثل أنظمة الإنذار المبكر والذكاء الاصطناعي لرصد التحركات الأرضية، مما يعزز ثقة العملاء. ومع تزايد الوعي بتأثيرات التغير المناخي، أصبحت هذه المشاريع جزءًا أساسيًا من الاستراتيجية المستدامة لتأمين حياة أكثر أمانًا واستقرارًا في المناطق المعرضة لمخاطر الزلازل.

بالقرب من الزلازل
نظرًا لطبيعة الزلزال المعروفة، التي تترك أثرًا كبيرًا على البيئة العمرانية، انتهز كثير من المؤسسات بالتعاون مع الحكومات الفرصة فسعت نحو إيجاد حلول حاسمة للحد من آثار الزلازل على العقارات؛ وذلك لأن بعض الدول تقع على عدد من خطوط الصدع التكتونية لتنضم بذلك إلى المناطق النشطة زلزاليًا. فتتبلور تساؤلات حول درجة أمان هذه العقارات في الوقت الراهن، وما التدابير الخاصة بالوقاية ضد الزلازل التي تبنتها هذه الهيئات والمؤسسات.

أهمية بناء منشآت ضد الزلازل
إن تعزيز قدرة مقاومة الزلازل في المنشآت، هو مسألة مهمة لضمان سلامة السكان والقاطنين، بالقرب من مناطق حزام الزلازل، وكذلك لتوفير دور كمواقع إخلاء طارئ للسكان المحليين أثناء حدوث الزلازل.، فتحاول مؤسسات لترويج فكرتها، بطريقة تشبه المساعي القديمة لمقاومة الكوارث في المنشآت المدرسية. كانت وزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا طلبت من الحكومات المحلية، بصفتها منشئي المدارس، أن تقوم بإدخال معامل الأهمية، وتعزيز مستوى تصميم مقاومة الزلازل، وتسريع تعزيز مقاومة الزلازل في المنشآت المدرسية التي بُنيت قبل تطبيق معايير مقاومة الزلازل الجديدة (1981).
وتتبلور أهمية بناء منشآت مقاومة وتستطيع الصمود أمام الزلازل، من خلال عدة نقاط تبرز ضرورة هذا النوع من التشييد المستقبلي في تلك الدول، كما يلي:
* حماية الأرواح والممتلكات: المباني المقاومة للزلازل تحمي الأرواح والممتلكات من الأضرار الناتجة من الهزات الأرضية، حيث تقلل من احتمال انهيار المباني. وهذا يعزز من استقرار المباني ويقلل من المخاطر المترتبة على الزلازل.
* استدامة الاستثمار والبنية التحتية: بناء منشآت مقاومة للزلازل يضمن استدامة طويلة الأمد للاستثمار، ويقلل التكاليف المرتبطة بالإصلاح أو إعادة البناء بعد الزلازل. وهذا يعزز من استقرار الاستثمارات ويحافظ على الموارد الاقتصادية.
* الاستجابة الفعّالة في حالات الطوارئ: توفر المباني المقاومة للزلازل مواقع آمنة لمراكز الاستجابة للطوارئ، مما يسهل استخدامها كمراكز إيواء وتوزيع المساعدات. فتحسين قدرة هذه المنشآت على الصمود، يعزز الاستجابة الفعّالة للزلازل، ويُسرع تقديم المساعدة.
* الامتثال للمعايير والقوانين: بناء منشآت مقاومة للزلازل يسهم في الامتثال للمعايير والقوانين المحلية والدولية، مما يعزز الأمان ويجنب العقوبات القانونية. فالالتزام بهذه المعايير يُحسن السلامة ويُجنب المخاطر القانونية.
* تحسين جودة الحياة: تُسهم المنشآت المقاومة للزلازل في تحسين جودة الحياة بتوفير بيئات سكنية وتجارية أكثر أمانًا، مما يقلل القلق ويعزز الراحة النفسية. وهذا يُسهم في استقرار المجتمعات ورفاهية الأفراد.

خطة التجربة التركية في مواجهة الزلازل
تركيا تعدُّ واحدة من الدول التي تتعامل بجدية مع مشكلة الزلازل، وتبذل جهودًا كبيرة لتطوير أساليب البناء لمواجهة هذا التهديد. والحكومة التركية، استجابةً للتحديات الزلزالية التي تواجهها، نجحت في تبني تقنيات متقدمة في تصميم وبناء المنشآت المقاومة للزلازل. تجسدت هذه الجهود في تنفيذ مشاريع عديدة لبناء مبانٍ مزودة بأنظمة مقاومة للزلازل، وهو ما يبرز بشكل جلي في انتشار هذه المنشآت في كافة أنحاء المدن التركية، مما يعكس التزام البلاد بأحدث معايير السلامة.
مدن تركيا الواقعة على خطوط الزلازل تشهد اهتمامًا خاصًا في هذا السياق، حيث تعدُّ مدن مثل إسطنبول وإزمير وأنطاليا وبورصة من أكثر المناطق تعرضًا للهزات الأرضية. وتعمل حكومة تركيا على تعزيز البنية التحتية في هذه المدن، من خلال تنفيذ مشاريع بناء حديثة مقاومة للزلازل، مع التركيز على تصميم مبانٍ قادرة على تحمل تأثيرات الزلازل. على سبيل المثال، توفر مجموعة هومست العقارية في إسطنبول مجمعات سكنية مزودة بتقنيات بناء مقاومة للزلازل، مما يعكس الجهود الكبيرة التي تُبذل لتقليل المخاطر.
وتتضمن الأساليب التي تتبعها تركيا لتأمين العقارات ضد الزلازل نظام تأمين الزلازل DASK، وهو نظام إلزامي يهدف إلى حماية العقارات من الأضرار الناجمة عن الزلازل والكوارث الطبيعية ذات الصلة. ويوفر هذا التأمين تغطية مالية لأصحاب العقارات في حالة تعرض المباني لأضرار جزئية أو كلية، بالإضافة إلى الأضرار الناتجة عن الحرائق والانهيارات. من خلال فرض هذا التأمين على معظم العقارات، تضمن الحكومة التركية تأمين الممتلكات وتعزيز الأمان لمواجهة الأزمات الطبيعية بفعالية.

دول تبنَّت تقنيات مقاومة الزلازل
تأتي اليابان في المقدمة كأحد أبرز الدول التي تعتمد تقنيات متقدمة لمواجهة خطر الزلازل، وذلك بفضل موقعها الجغرافي الفريد في “حزام النار” الذي يجعلها عرضة للزلازل بشكل مستمر. تعكس جهود اليابان في هذا المجال التزامها العميق بالسلامة العامة من خلال اعتماد أحدث التقنيات والتدابير الوقائية.
إلى جانب اليابان، هناك مجموعة من الدول الأخرى التي تتبنى معايير متقدمة في مجال الحماية من الزلازل، ولكن بمستويات متفاوتة من التنفيذ. تشمل هذه الدول الصين وتشيلي وإيطاليا والولايات المتحدة وتايوان والمكسيك. جميعها تسعى إلى تعزيز السلامة من الزلازل من خلال سياسات وتقنيات متطورة، مع اختلافات في مدى التطبيق والتكيف مع المخاطر الزلزالية وفقًا لموقعها الجغرافي وقربها من مناطق النشاط الزلزالي.

إجراءات التشييد ضد الزلازل
ليست مجرد خطوات متبعة، بل إنَّها نهج لا يخلو من خطة أيّ مشروع يسعى في المسير نحو إنشاء وتشييد مبانٍ مقاومة للزلازل، ويشمل ذلك ما يلي:
أولًا: إجراء دراسات مكثفة للتربة التي يتم بناء المشاريع عليها
تبدأ عملية تشييد الأبنية المقاومة للزلازل بإجراء دراسات مكثفة للتربة في موقع المشروع. هذه الدراسات تشمل تحليل نوعية التربة وخصائصها الجيولوجية، مثل قدرتها على امتصاص الاهتزازات ومدى استقرارها تحت الأحمال الثقيلة. من خلال هذه الدراسات، يمكن تحديد طريقة التأسيس الأنسب التي توفر قاعدة متينة للمبنى وتضمن استقراره أثناء الزلازل. هذا التحليل يساعد في التنبؤ بالمشاكل المحتملة وتفاديها، مما يعزز من أمان البناء بشكل كبير.
ثانيًا: استخدام مواد عالية الجودة في الأساسات والجدران
المرحلة التالية في تصميم الأبنية المقاومة للزلازل تتضمن استخدام مواد بناء عالية الجودة في الأساسات والجدران. إذ المواد المتينة والقوية مثل الخرسانة المسلحة والصلب تساعد في تعزيز صلابة المبنى ومقاومته للهزات الزلزالية. والأساسات الجيدة توفر قاعدة قوية تدعم الهيكل العلوي، بينما الجدران القوية تقاوم الضغوط الناتجة عن الاهتزازات. هذا الاستخدام للمواد العالية الجودة يسهم في تحسين قدرة المبنى على تحمل الأضرار والتقليل من خطر الانهيار أثناء الزلازل.
ثالثًا: تصميم المباني بنظام دعم صلب وثابت
تصميم الأبنية المقاومة للزلازل يتطلب أيضًا الربط الجيد بين الجدران والأسقف باستخدام نظام دعم صلب وثابت، يعمل كنظام يضمن توزيع الأحمال بشكل متوازن على الهيكل كله، مما يعزز من مرونة المبنى ويساعده على امتصاص اهتزازات الأرض بشكل فعَّال.

مستقبل البناء ضد الزلازل
إنَّ النظرة نحو مستقبل البناء في مواجهة الزلالزل، ليس من قبيل التجارب أو التصورات، بل هو واقع يُنتظر منذ زمن. فمثلًا، تُعتبر “ناطحة سحاب تايبيه 101” في تايوان واحدة من أبرز إنجازات البناء المقاوم للزلازل في العالم. ليس فقط بسبب تصميمها المعماري المذهل، بل لأنّها تحتوي على أكبر مخمد كتلة مضبوط في العالم، يتكون من كرة معدنية عملاقة يؤدي دورًا حاسمًا في تقليل تأثير الأحمال العابرة مثل الرياح والزلازل على الهيكل، مما يعزز استقراره ويضمن سلامته.
وفي منطقة أخرى من العالم، يظهر “برج خليفة” في الإمارات العربية المتحدة كمثال آخر على تطور تقنيات البناء ضد الزلازل. يُعدُّ برج خليفة من أكثر الهياكل شهرة بفضل هيكله القوي الذي يجمع بين الأرضيات الميكانيكية والجدران والأعمدة. وتسهم هذه التصميمات في دعم الهيكل ضد الأحمال الجانبية والزلازل، مما يجعله مقاومًا بشكل فعال في كلا الاتجاهين الجانبي والالتوائي. ويعزز هذا التصميم من متانة البرج وقدرته على تحمل الضغوط البيئية.
أيضًا، يُبرز “مطار صبيحة كوكجن الدولي” في إسطنبول الجهود الرائدة في البناء المقاوم للزلازل، حيث يُعدُّ من بين أكثر المباني مقاومة للزلازل في العالم. يقع المطار بالقرب من صدع شمال الأناضول، وهو أحد المطارات الدولية الرئيسية في المدينة التاريخية، التي تضمن التدابير المتخذة في تصميم المطار وتحسينه، مواجهة الزلازل والحفاظ على سلامة المسافرين، والبنية التحتية الحيوية في مواجهة النشاط الزلزالي.

الأبنية الجاهزة – خاص

وحدات الخرسانة المعزولة عبارة عن نظام من القوالب المؤقتة للخرسانة المسلحة المصنعة بعزل حراري شديد بحيث تظل في مكانها كأساس داخلي أو خارجي للحوائط والأراضي والأسقف.

توفر وحدات الخرسانة المعزولة عازلاً حراريًا، ومن ثَمَّ، تسمح للمباني والمنازل بالاحتفاظ بالحرارة بفاعلية أكثر. وتحقق طبقتا الفوم، بالإضافة إلى الخرسانة في وحدات الخرسانة المعزولة، قيمة عزل للمباني من R40 إلى R50؛ حيث يمكن أن تقلل هذه الوحدات من تكلفة التدفئة بنسبة 70% سنويًا. وتمنع هذه العوامل الحرارة والرطوبة من التأثير في الداخل وتضمن الراحة التامة خلال فترة الصيف.

وتعدُّ وحدات الخرسانة المعزولة بديلاً مفضلاً عن الحوائط الخشبية التقليدية، وذلك لأن الخشب عرضة للرطوبة والتعفن، وهو ما يمكن أن يؤثر في متانة المنازل. كذلك تعدُّ وحدات الخرسانة المعزولة خيارًا آمنًا؛ لأن الخرسانة أكثر مقاومة للاشتعال مقارنة بالخشب. ويؤدي استخدام تقنيات البناء التقليدية باستخدام الأطر الخشبية إلى استنفاد الغابات بعكس الفوم في وحدات الخرسانة المعزولة الذي يصنع بنسبة كبيرة من المواد التي أعيد تدويرها.

الأبنية الجاهزة – خاص

تحتفظ الهياكل الحديدية الخفيفة (LGS) بمزايا الهياكل الخشبية الخفيفة من حيث خفة الوزن وإمكانية البناء السريع من دون استخدام أدوات ثقيلة أو معدات. ومع أن الحديد يعدُّ خامة قوية، فإنه أخف من الهياكل الخشبية المؤطرة التي توفر نفس معدل القوة.

وبدعم من التقنيات الحديثة، يتغيَّر قطاع صناعة البناء بمعدل سريع؛ لذا، أصبحت الهياكل الحديدية الخفيفة أكثر شيوعًا، ليس في المباني السكنية فحسب، ولكن أيضًا في المباني الصناعية والتجارية. وقد زاد شيوعها أخيرًا بسبب ما يلي:

• خفة الوزن وقدرة التحمل: قبل تطوير الهياكل الحديدية الخفيفة، كان الحديد المسلح التقليدي منتجًا ثقيلاً جدًا ويستخدم فقط في المشروعات الإنشائية الضخمة. ولكن الهياكل الحديدية الخفيفة توفر نفس مميزات الدقة والقوة التي يوفرها الحديد المسلح ولكن بوزن أقل جدًا.
• القوة والمتانة: الحديد يتميز بنسبة كبيرة من المتانة مقارنة بالوزن، وعلى ذلك يمكنه دعم الأوزان الكبيرة رغم خفة وزنه مقارنة بالخرسانة والخشب. كما يستخدم الحديد بسبب خفته في تقليل الحمل على الأساسات، وبسبب سهولة نقله يسهل عملية البناء التركيبي داخل المصانع.
• ثبات الأبعاد: مع متانة وقوة تحمل الحديد، لا يتعرض لأي ثني أو اعوجاج بسبب شدة الأحمال التي قد تتعرض لها المواد الأخرى. كما أن الهياكل الحديدية الخفيفة تعتبر مقاومة للحريق والاشتعال بنسبة 100% مقارنة بالأخشاب.
• سرعة البناء: تسمح خفة وزن الهياكل الحديدية الخفيفة بالبناء التركيبي، ما يؤدي إلى نتائج أدق من أول مرة. ولا يتأثر البناء التركيبي بعوامل الجو، وهو ما يحد من إمكانية حدوث أي تأخير خلال مرحلة الإنشاء.
• صديقة للبيئة: بالإضافة إلى إمكانية إعادة تدوير منتجات الحديد والصلب، تحدُّ دقة البناء وسرعته باستخدام الهياكل الحديدية الخفيفة من المواد المهدرة وتقلل من التأثير الضار على البيئة.

الأبنية الجاهزة – خاص

تُصنع الخرسانة خفيفة الوزن من الركام الذي يشمل الطين الصفحي، والصلصال، واللوح الصخري، وهو ما يضفي على الخرسانة البنية المسامية. ومن ثَمَّ، فهي تزن أقل من الخرسانة التقليدية، ولكنها تتميز بنفس مقدار القوة والمتانة. ويوصي الخبراء باستخدام الخرسانة خفيفة الوزن في المشروعات الإنشائية التي تشمل المباني والكباري. وتشمل مميزات الخرسانة خفيفة الوزن ما يلي:

• المتانة: تعتبر الخرسانة خفيفة الوزن أخف بنسبة 25% إلى 35% من الخرسانة التقليدية، ولكنها تتسم بنفس المتانة وقوة التحمل.
• سهولة البناء: يشمل تخطيط الجانب اللوجستي من مشروعات الإنشاء، التفكير في إمكانية استخدام مواد البناء ونقلها. وعلى ذلك، يُفضل استخدام الخرسانة خفيفة الوزن بسبب خفة وزنها وسهولة نقلها. فعند بناء جسر خرساني على سبيل المثال، لا يمكن بناء الهيكل الفعلي حتى صب العوارض ونقلها.
• الاعتبارات الاقتصادية: تعتبر الخرسانة خفيفة الوزن أغلى من الخيارات التقليدية، ولكنها لا تزيد من التكلفة الكلية للمشروع؛ حيث يوفر المقاولون التكلفة في جوانب أخرى، مثل: تسليح الأسقف.

الأبنية الجاهزة – خاص

توفر الخرسانة المعزولة مسبقة الصب ميزة الكتلة الحرارية من خلال امتصاص الحرارة أثناء الفترات شديدة الحرارة على مدار اليوم، وتقليل درجة حرارة الغرفة، وإفراز الحرارة المخزنة أثناء الليل لتجنب آثار انخفاض الحرارة.

وتتميز هياكل الخرسانة المعزولة بمقاومة شديدة للحرائق والكوارث الطبيعية، والحشرات، والعفن. وبخلاف باقي منتجات البناء، تقلل مقاومة هذه الهياكل للأمطار والرياح والزلازل والنمل الأبيض والتعفن، من تكاليف الصيانة والتأمين.

وتقدِّم هياكل الخرسانة المعزولة مسبقة الصب للساكنين ظروفًا معيشية صحية؛ حيث تعتبر البيئة الداخلية الصحية عاملاً أساسًا لتحسن صحة السكان. ولا تساهم إمكانية التحكم في درجة الحرارة ومعدلات الرطوبة ضمن المعدل المثالي، في توفير الراحة للسكان فحسب، ولكنها أيضًا أثبتت مزاياها الصحية طويلة الأمد.

وتوفر هياكل الخرسانة المعزولة مسبقة الصب عزلاً متميزًا للأصوات مما يضفي أجواء هادئة وأكثر سكونًا. كما تقلل هذه الهياكل من صوت “الصرير” المسموع في البيوت الخشبية وتخفف من درجة الحرارة في المساء. ولا تسبب هذه الهياكل أي انبعاثات زائدة أو هيدروكربونات قد تؤثر في مرضى الحساسية.

إن البناء النشط (يُعرف أيضًا باسم البناء الذكي أو البناء التكيُفي) عبارة عن بناء ميكانيكي يتسم بالقدرة على تغيير تكوينه، أو شكله، أو خصائصه استجابةً للتغيرات التي تحدث في البيئة.

كذلك، يشير مصطلح البناء النشط إلى الأبنية التي تتطلب حركةً ثابتة، وبالتالي تحتاج إلى التزويد بالطاقة كي تظل ثابتة، على عكس الأبنية الهندسة التقليدية (مثل الجسور والمباني). وتكمن ميزة الأبنية النشطة في أنها يمكن أن تكون أكثر ضخامةً بكثير من البناء الساكن التقليدي: ومثال على ذلك نافورة الفضاء وهي بناء يصل إلى المدار.

الوظيفة 

ينتج عن هذا النشاط بناءً أكثر ملائمةً لنوع وحجم الحمولة التي يحملها. على سبيل المثال، قد يؤدي تغيير اتجاه أي جائز إلى تقليل الحد الأقصى من مستوى الإجهاد أو التوتر، في حين أن أي تغيير في الشكل من الممكن أن يؤدي إلى إنشاء مبنى أقل عُرضةً للاهتزازات الديناميكية. ويُعد جسم الإنسان خير مثال على البناء التكيُفي؛ حيث يحمل الهيكل العظمي مجموعةً كبيرة من الأحمال وتقوم العضلات بتغيير تكوينها للقيام بذلك. على سبيل المثال، في حالة حمل حقيبة ظهر؛ إذا لم يتم ضبط الجزء العلوي من الجسم مع مركز ثقل الجسم بأكمله عن طريق الميل قليلاً للأمام، فقد يسقط الشخص على ظهره.

يتكون البناء النشط من ثلاثة مكونات متكاملة، بالإضافة إلى الجزء الذي يحمل الحمولة. وتلك المكونات هي أجهزة الاستشعار، والمعالج، والمحركات. في الجسم البشري، تُعد الأعصاب الحسية بمثابة أجهزة الاستشعار التي تقوم بجمع معلومات عن البيئة. كما يعمل المخ كمعالج لتقييم المعلومات ويتخذ القرار بالتصرف تبعًا لها وبالتالي يوجه العضلات، التي تعمل كالمحركات في استجابتها. ويوجد بالفعل اتجاه جديد في الهندسة الثقيلة لدمج إمكانية التنشيط في الجسور^[؟] والقباب^[؟] لتقليل الاهتزازات تحت حمل الرياح والزلازل.

تمثل هندسة الطيران وهندسة الفضاء الجوي القوتين الدافعتين الرئيسيتين وراء تطوير الأبنية النشطة الحديثة. ويلزم توفر ميزة التكيف في الطائرات (والمركبات الفضائية) نظرًا لتعرضها للعديد من البيئات المختلفة، وبالتالي العديد من الأحمال طوال فترة عملها. فقبل انطلاقها تكون عرضة للجاذبية أو للأحمال الساكنة، وأثناء الإقلاع تكون عرضة لأحمال ديناميكية شديدة وأحمال فائقة بفعل القصور الذاتي، كما يلزم أن تكون أثناء الطيران في شكلٍ يساعد في تقليل السحب ويزيد من قوة الرفع. ويتم توجيه الكثير من الجهد في أجنحة^[؟] الطائرات التكيُفية لإنتاج واحدة يمكنها التحكم في الفصل بين الطبقات الفاصلة والمطبات الهوائية. ويستفيد الكثير من الأبنية الفضائية بميزة التكيف من أجل التغلب على التحديات البيئية القصوى التي تواجهها في مجال الفضاء أو بغية تحقيق درجةٍ عالية من الدقة. فعلى سبيل المثال يمكن تنشيط الهوائيات والمرايا الفضائية لتوجيهها بدقة تامة. ومع تقدم تكنولوجيا الفضاء، تتطلب بعض المعدات الحساسة (مثل معدات التداخل الضوئي ومعدات الأشعة تحت الحمراء الفلكية) أن تكون دقيقة في وضعها مع هامش خطأ لا يزيد عن بضعة نانومترات، في حين أن الأبنية النشطة الداعمة تقاس أبعادها بعشرات الأمتار.

التصميم

تتميز جميع المحركات التي صنعها الإنسان الموجودة في الأسواق، حتى المحركات الأكثر تعقيدًا، بأنها أحادية البعد. وهذا معناه أنها قادرة فقط على الانقباض والانبساط طوليًا، أو الدوران حول محورٍ واحد. وتُعرف المحركات القادرة على الحركة إلى الأمام وفي الاتجاهات المُعاكسة بالمحركات ثنائية الاتجاه، على عكس المحركات أحادية الاتجاه التي تتحرك في اتجاهٍ واحدٍ فقط. ولقد انحصرت قدرة المحركات المحدودة الأبنية النشطة في نوعين رئيسيين، وهما: أبنية الحزم النشطة القائمة على المحركات الخطية، والأذرع المتحركة القائمة على المحركات الدوارة.

لكي يكون البناء النشط جيدًا، هناك عدد من المتطلبات. أولاً، يجب أن يكون سهل الحركة. ويجب أن تكون هذه الحركة موفرة للطاقة. كذلك، يلزم وجود بناء شديد الصلابة ومقاوم بشدة لأي تحول غير مرغوب فيه. ثانيًا، يجب أن يتسم البناء الناتج بالتكامل البنائي ليتحمل حمولات التصميم. لذا، من الضروري ألا تقوم عملية التحريك بتعريض قوة البناء للخطر. وبشكل أكثر دقة، يمكننا القول بأننا: نسعى لإقامة بناءٍ نشط يؤدي تحريك بعض أجزائه إلى تغير هندسي دون التسبب في حدوث تغير جوهري في قدرته على التحمل. بمعنى آخر، فإن البناء الذي يتميز بكل من الحتمية الساكنة والحتمية الحركية يعد بناءً مثاليًا للتحريك.

الاستعمالات والتطبيقات

تُستخدم تكنولوجيا التحكم النشط في مجالات الهندسة المدنية والهندسة الميكانيكية والهندسة الفضائية. وعلى الرغم من أن معظم الأبنية الهندسية المدنية تعد أبنية ثابتة، إلا أنه يتم استخدام التحكم النشط في بعض الأبنية المدنية من أجل مواجهة أحمال الزلازل وأحمال الرياح، والاهتزازات البيئية.^[1] كذلك، يقترح بعض الباحثين استخدام التحكم النشط في أغراض تحمل الأضرار والتلف حيث يكون التدخل البشري مقيدًا.^[2] فقد أشار كروكماز (Krokmaz) وآخرون إلى إمكانية استخدام تكوين نظام التحكم النشط من أجل الاستفادة به في أغراض تحمل الأضرار والتلف التي تصيب أي جسر.^[3]

المراجع 

وصلات خارجية

• Swiss Federal Institute of Technology (EPFL), Applied Computing and Mechanics Laboratory (IMAC)
• Cambridge University Deployable Structures Lab
• Hoberman Associates – Transformable Design
• CRG Technology: Morphing Processes