هندسة الزلازل (بالإنجليزية: Earthquake engineering) هو فرع متعدد التخصصات من الهندسة يهتم بتصميم وتحليل الهياكل الإنشائية، مثل المباني والجسور، مع أخذ الزلازل في الاعتبار. الهدف العام لهندسة الزلازل هو جعل هذه المنشآت أكثر مقاومة للزلازل. حيث يهدف مهندس زلازل (أو زلزالي) إلى بناء هياكل لا تتعرض للضرر كنتيجة لإهتزازات بسيطة، وسيتجنب حدوث أضرار جسيمة أو انهيارها في حالة الزلزال الكبيرة. وعليه فأن هندسة الزلازل هي المجال العلمي المعني بحماية المجتمع والبيئة الطبيعية والبيئة الاصطناعية من الزلازل من خلال الحد من مخاطر الزلزال إلى مستويات مقبولة اجتماعيًا اقتصاديًا. تم تعريفها بشكل محدد على أنها دراسة سلوك المنشآت والمنشآت المرتبطة بالتربة والتي تخضع لعملية التحميل الزلزالي. حيث تعتبر بمثابة مجموعة فرعية من الهندسة الإنشائية والهندسة الجيوتقنية والهندسة الميكانيكية والهندسة الكيميائية والفيزياء التطبيقية، الخ. ومع ذلك، فإن التكاليف الهائلة التي شهدتها الزلازل الأخيرة أدت إلى توسيع نطاقها ليشمل مجالات من المجال المدني الأوسع الهندسة والهندسة الميكانيكية والعلوم الاجتماعية، وخاصة علم الاجتماع والعلوم السياسية والإقتصاد والمالية.
الأهداف الرئيسية للهندسة الزلزالية هي:
1- توقع العواقب المحتملة للزلازل القوية على المناطق الحضرية والبنية التحتية المدنية.
2- تصميم وبناء وصيانة الهياكل لمقاومة التعرض للزلازل بما يصل إلى التوقعات ووفقا لقوانين البناء.
3- لا يجب بالضرورة أن يكون الهيكل الهندسي القوي قويا جدا أو مرتفع التكلفة. ولكن يجب أن يكون مصمما بشكل صحيح لتحمل الآثار الزلزالية مع الحفاظ على مستوى مقبول من الضرر.
مباني الخرسانة المسلحة تتكون من مادتين أساسيتين، وهي الخرسانة واسياخ حديد التسليح، الخرسانة تتكون من رمل وكسر الصخور وتسمى Aggregate والاسمنت (الرابط)
جميع هذه المكونات يتم خلطها مع كمية محددة مسبقا من المياه. و بالإمكان تشكيل الخرسانة بأي شكل من الاشكال، واسياخ التسليح يمكن ان يتم ثنيها بأشكال متعددة، ولهذا فإن الخرسانة مناسبة للمباني ذات الاشكال المعقدة. غالبا أي بناية خرسانة مسلحة تتكون من عناصر أفقية (كمرات وبلاطات) وعناصر رأسية (اعمدة و حوائط خرسانية) وجميعها مستندة على القواعد المستندة مباشرة على الارض. النظام المتكون من الأعمدة المسلحة المرتبطة بالكمرات تسمى مباني اطارية RC Frame وهذه الاطارات الخرسانية المسلحة تساهم في مقاومة قوى الزلازل.
الهزات الزلزالية تولد قوى مؤثرة على المبنى متناسبة مع كتلة المبنى نفسه، وبما ان غالبية كتلة المبنى متركزة في الأرضيات (البلاطات) فإن القوى الناتجة من الزلزال تؤثر بشكل اساسي على منسوب الارضيات (البلاطات) وهذه القوى تنتقل خلال الحوائط ثم الى القواعد ومنها تنتشر الى الارض، وعندما تتجمع القوى الزلزالية الى الاسفل من اعلى البناية فإن الاعمدة و الحوائط الخرسانية في الأدوار السفلى تتعرض إلى أعلى قوة زلزالية ولذلك يتم تصميمها لتتحمل بطريقة افضل وأقوى من العناصر العلوية.
المباني المقاومة للزلازل:
يصمم البناء المقاوم للزلازل وفق منظومة تضمن دعمه عبر اتصال الجدران بالأسقف بمربع ثابت وصلب الأمر الذي يزيد من قوة دفاع البناء تجاه الآثار الجانبية الناجمة عنه.
توصف الأبنية المُقاومة للزلازل بأنها تلك التي يُراعى فيها عند الإنشاء مُطابقتها لأبحاث ودراسات تُجرى مُسبقاً على التربة التي يُبنى عليها البناء والمواد المُستخدمة في أسس البناء بحيث يتم التأسيس بشكلٍ مُناسب لطبيعة الأرض بهدف التحمّل الأقصى للهزات والارتجاجات.
كما يتم التأكد من أهلية مكوّنات البناء ومن أبواب ونوافذ لتلائم مثل هذه الكوارث بحيث تُصمّم بشكل يُسهم في تخفيف آثار الهزّات على القاطنين في البناء لدى حدوث زلزال ما، كما يتم الالتزام في هذا النوع من الأبنية أثناء مرحلة التأسيس بالمعايير التي تؤمن حماية الجدران من التصدع أو التهدم وغير ذلك من التفاصيل أو الجزئيات التي تُحسّن من نسبة سلامة الأبنية تجاه الكوارث والآفات الطبيعية وبالأخص منها الزلازل.
ويصمم البناء المقاوم للزلازل وفق منظومة تضمن دعمه عبر اتصال الجدران بالأسقف بمربع ثابت وصلب الأمر الذي يزيد من قوة دفاع البناء تجاه الآثار الجانبية الناجمة عن الزلزال، وبهدف المُحافظة على أمان البناء تتم مراعاة طول المبنى بحيث لا يزيد ارتفاعه عن 50 متراً، أما في حال زاد الارتفاع عن ذلك فيُلجأ في تصميم المباني المقاومة للزلازل إلى وضع عوازل التمدّد والهبوط والفواصل الزلزالية في الطوابق العليا.
ويتم حساب الأحمال والأوزان الذاتية التي ستحملها الطوابق بدقة مُتناهية إذ تُسند مهمة حمل الأسقف إلى الأعمدة الخرسانية مما يمنح البناء مقاومة أكثر للزلازل
مواصفات المباني المقاومة للزلازل:
- أن يكون المبنى مصمماً بشكلٍ يحافظ على توازنه من الداخل والخارج حيث كثيراً ما يستند ذلك إلى التخطيط الأفقي للعمران لأجل تحقيق هذه الغاية.
- أن تكون تُربة البناء مُختارة بناءً على تقرير دراسة التربة الذي يُبين مدى أهليتها للبناء من عدمها ويقترح إيجاد حلول لمشاكل البناء على التربة وفي هذا الصدد ولأجل بناءٍ مقاوم للزلازل يجب أن يكون نوع التربة صلباً وتستبعد التربة الهشة والرملية حيث تُساهم متانة الأرض بشكل واضح في الحد من ارتجاج البناء وقت حدوث الزلازل.
- ما يميز المباني المقاومة للزلازل هي إمكانية اعتبارها وحدة مُتماسكة لا تتفكك بالزلازل ومرجع ذلك إلى قوة مفاصل البناء وقدرتها على امتصاص الضغط الزلزالي الأمر الذي يؤدي في النهاية إلى التخفيف من أضرار الصدمات الزلزالية.
اختلاف تأثيرات الزلزال الافقية:
الاحمال الرأسية ( احمال الوزن الذاتي و محتوى المبنى ) على المباني يمكن ان تتسبب في انثناء الإطارات الخرسانية وتنتج عنه استطالة او قصور في عدة اماكن. الشد يتولد في السطح الذي يحدث له استطالة والضغط يتولد في السطح الذي يحدث له قصور. تحت تأثير الاحمال الرأسية فإن الشد في الكمرات يكون في الوجه الاسفل للكمرة وكذلك في الاعلى عند الركائز. ولكن في المقابل فإن قوى الزلزال ممكن ان تسبب اجهادات شد في الكمرات او الأعمدة بعدة مواضع وبشكل مختلف عن الاحمال الرأسية.
تولد العزوم على الإطارات الخرسانية يعتمد على قوة الهزات الارضية، لذلك فإنه يمكن حدوث شد في وجهي الكمرة خلال الزلازل العنيفة. وهذا ما يجعل تسليح الكمرة بطريقة مناسبة في الوجهين مهم طالما أن الخرسانة لا تقوى على مقاومة الشد المتولد من العزوم، وهذا ايضا ينطبق على الاعمدة.
تقوية المباني ومعالجتها لمقاومة الزلازل:
- المعالجة والإصلاح:
هي إعادة تأمين المقاومة الأساسية اللازمة للعناصر الإنشائية للمنشأ المتضرر غير الإنشائية وتحافظ العناصر الإنشائية التي تم إصلاحها بشكل جيد على نفس مقاومتها تقريبا قبل أن تتضرر.
التقوية أو التدعيم:
هي تعديل وتصحيح مقاومة وصلابة العناصر الإنشائية منفردة أو الجملة الإنشائية ككل وذلك لتحسين أداء المنشأ ضد الزلازل اللاحقة، وتشمل التقوية غالبا زيادة مقاومة العناصر المنفردة أو مطاوعتها أو إضافة عناصر إنشائية جديدة لزيادة مقاومة المنشأ للقوى الجانبية بشكل جيد، وقد تستسلم التقوية أحيانا جعل العناصر الإنشائية المختارة أقل مقاومة ومطاوعة، وذلك لتحسين العمل المتبادل للعناصر الإنشائية ومنع الانهيار المبكر لعنصر مجاور أضعف.
اضرار الزلازل:
إجراء تقييم أولي لكل منشأ من قبل فرق بحث متخصصة فور وقوع زلزال مدمر ولكي يتم وبشكل سريع تحديد المستوى العام لدمار المنشأ هو امر مهم. الرجاء من الجميع عند حدوث هذه الكارثة الطبيعية ان يلزموا اجراءات السلامة تعتبر عملية البحث الأولي التي تأتي بعد عملية التقييم الأولي تقييما مستقلا وأكثر شمولية، يتم إعداده من قبل مهندس مصمم يبدأ بعملية التحديد التفصيلي لطبيعة ودرجة الدمار والحاجة إلى اتخاذ إجراءات الطوارئ أو التدعيم، أما المرحلة الثانية فتتطلب البحث التفصيلي للأضرار بحيث يمكن تصميم تفاصيل اجراءات الإصلاح والتقوية بعد التحريات الأولية للبدء بالإجرءات الطارئة للحماية المؤقتة وذلك بالتدعيم الفوري للأبنية التي تضررت بشكل بالغ ولكنها لم تنهار عند وقوع الزلزال.
تهدف الحماية المؤقتة إلى تأمين المقاومة أو التدعيم المؤقت للعناصر والوصلات المتضررة التي تتوقف عليها سلامة الجمل ككل. ويجب أن تؤمن إجراءات الحماية المؤقتة لسلامة الناس في المناطق المجاورة.
يجب أن يقرر القيام بالتدعيم في حال وجود خطر بل يجب الأمر بهدم المنشآت التي يهددها الخطر.
إن الإجراء الأول في عملية الحماية المؤقتة هو تأمين تدعيم العناصر الشاقولية من أعمدة وجدران حاملة منهارة أو متضررة جدا، وتكون الحاجة إلى ضرورة تأمين التدعيم الشاقولي ضمن الطابق واضحة عندما يكون العنصر الشاقولي متضررا.
يجب على المصمم أن يقدر الأضرار بشكل نموذجي مستفيدا من معطيات التحريات التي تم توثيقها ثم وضع إجراءات الإصلاح والتقوية التي تحسن تجاوب المنشأ في الزلازل اللاحقة عن طريق تجنب الشذوذات في المسقط الأفقي والتغيرات المفاجئة في القساوة بين البلاطات.
ينصح بتقييم نتائج تقوية العناصر المضافة إلى المنشأ بحذر، وذلك للتأكد من أنها لن تؤدي إلى زيادة الأضرار في زلزال لاحق.