هندسة الزلازل

يحتاج المهندسون إلى معرفة المستوى الكمي للأداء الزلزالي الفعلي أو المتوقع المرتبط بالضرر المباشر الذي يلحق بمبنى معين عند تعرضه لهزة أرضية محددة. ويمكن إجراء هذا التقييم إما تجريبياً أو تحليلياً.

التقييم التحليلي/الرقمي

يُعدّ تقييم الأداء الزلزالي أو التحليل الإنشائي الزلزالي أداةً فعّالة في هندسة الزلازل، حيث يستخدم نمذجةً تفصيليةً للمنشأة إلى جانب أساليب التحليل الإنشائي لفهم أفضل للأداء الزلزالي للمباني والمنشآت الأخرى . وتُعتبر هذه التقنية، كمفهوم رسمي، تطوراً حديثاً نسبياً.

بشكل عام، يعتمد التحليل الإنشائي الزلزالي على أساليب الديناميكا الإنشائية . ^{[ 11 ]} ولعقود، كانت طريقة طيف استجابة الزلزال الأداة الأبرز في التحليل الزلزالي، والتي ساهمت أيضاً في مفهوم كود البناء المقترح اليوم. ^{[ 12 ]}

مع ذلك، تُعدّ هذه الأساليب مناسبة فقط للأنظمة المرنة الخطية، إذ تعجز إلى حد كبير عن نمذجة السلوك الإنشائي عند ظهور التلف (أي اللاخطية ). وقد أثبت التكامل العددي التدريجي أنه أسلوب تحليل أكثر فعالية للأنظمة الإنشائية متعددة درجات الحرية ذات اللاخطية الكبيرة في ظل عملية عابرة من إثارة حركة الأرض . ^{[ 13 ]} ويُعدّ استخدام طريقة العناصر المحدودة أحد أكثر الأساليب شيوعًا لتحليل نماذج الحاسوب لتفاعل التربة مع المنشآت اللاخطية .

يُجرى التحليل العددي أساسًا لتقييم الأداء الزلزالي للمباني. وتُجرى تقييمات الأداء عادةً باستخدام تحليل الدفع الساكن غير الخطي أو تحليل التاريخ الزمني غير الخطي. في هذه التحليلات، من الضروري تحقيق نمذجة غير خطية دقيقة للمكونات الإنشائية كالجسور والأعمدة ووصلات الجسور والأعمدة وجدران القص، إلخ. لذا، تلعب النتائج التجريبية دورًا هامًا في تحديد معايير نمذجة كل مكون على حدة، لا سيما تلك التي تتعرض لتشوهات غير خطية كبيرة. بعد ذلك، تُجمع المكونات الفردية لإنشاء نموذج غير خطي كامل للمنشأة. ثم تُحلل هذه النماذج المُنشأة لتقييم أداء المباني.

تُعدّ إمكانيات برامج تحليل الهياكل عاملاً بالغ الأهمية في العملية المذكورة أعلاه، إذ تُقيّد نماذج المكونات الممكنة، وأساليب التحليل المتاحة، والأهم من ذلك، متانة الحلول العددية. وتُصبح هذه الأخيرة عاملاً حاسماً بالنسبة للهياكل التي تدخل في نطاق اللاخطية وتقترب من الانهيار الكلي أو الجزئي، حيث يصبح الحل العددي غير مستقر بشكل متزايد، وبالتالي يصعب الوصول إليه. تتوفر العديد من برامج تحليل العناصر المحدودة التجارية، مثل CSI-SAP2000 وCSI-PERFORM-3D وMTR/SASSI وScia Engineer-ECtools و ABAQUS و Ansys ، والتي يُمكن استخدامها جميعها لتقييم الأداء الزلزالي للمباني. إضافةً إلى ذلك، توجد منصات تحليل العناصر المحدودة القائمة على البحث العلمي، مثل OpenSees وMASTODON (المبني على إطار عمل MOOSE) وRUAUMOKO وDRAIN-2D/3D الأقدم، والعديد منها مفتوح المصدر الآن.

كما تدعم مؤسسة العلوم الوطنية شبكة جورج إي براون جونيور لمحاكاة هندسة الزلازل.

يدعم برنامج تخفيف المخاطر والهندسة الإنشائية التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم (HMSE) الأبحاث المتعلقة بالتقنيات الجديدة لتحسين سلوك واستجابة الأنظمة الإنشائية المعرضة لمخاطر الزلازل؛ والأبحاث الأساسية حول سلامة وموثوقية الأنظمة المبنية؛ والتطورات المبتكرة في تحليل ومحاكاة السلوك والاستجابة الإنشائية القائمة على النماذج، بما في ذلك تفاعل التربة مع الهيكل؛ ومفاهيم التصميم التي تُحسّن أداء الهيكل ومرونته؛ وتطبيق تقنيات تحكم جديدة للأنظمة الإنشائية. ^{[ 16 ]}

(NEES) الذي يعزز اكتشاف المعرفة والابتكار للحد من خسائر الزلازل والتسونامي في البنية التحتية المدنية للبلاد وتقنيات المحاكاة التجريبية الجديدة والأجهزة. ^{[ 17 ]}

تضم شبكة NEES أربعة عشر مختبرًا موزعة جغرافيًا ومشتركة الاستخدام، تدعم أنواعًا متعددة من الأعمال التجريبية: ^{[ 17 ]} أبحاث الطرد المركزي الجيوتقنية، واختبارات الطاولة الاهتزازية ، والاختبارات الهيكلية واسعة النطاق، وتجارب أحواض أمواج التسونامي، والبحوث الميدانية. ^{[ 18 ]} تشمل الجامعات المشاركة: جامعة كورنيل ، وجامعة ليهاي ، وجامعة ولاية أوريغون ، ومعهد رينسيلار للفنون التطبيقية ، وجامعة بافالو ، وجامعة ولاية نيويورك ، وجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، وجامعة كاليفورنيا في ديفيس ، وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، وجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا ، وجامعة إلينوي في أوربانا-شامبين ، وجامعة مينيسوتا ، وجامعة نيفادا في رينو ، وجامعة تكساس في أوستن . ^{[ 17 ]}

ترتبط مواقع المعدات (المختبرات) ومستودع البيانات المركزي بمجتمع هندسة الزلازل العالمي عبر موقع NEEShub الإلكتروني. ويعتمد موقع NEES الإلكتروني على برنامج HUBzero الذي طُوّر في جامعة بيردو خصيصًا لمنصة nanoHUB لمساعدة المجتمع العلمي على تبادل الموارد والتعاون. وتوفر البنية التحتية الإلكترونية، المتصلة عبر شبكة الإنترنت 2 ، أدوات محاكاة تفاعلية، ومساحة لتطوير أدوات المحاكاة، ومستودع بيانات مركزي مُدار، وعروض تقديمية متحركة، ودعمًا للمستخدمين، وتقنية التواجد عن بُعد، وآلية لتحميل الموارد ومشاركتها، وإحصاءات حول المستخدمين وأنماط استخدامهم.

تتيح هذه البنية التحتية الإلكترونية للباحثين ما يلي: تخزين البيانات وتنظيمها ومشاركتها بشكل آمن ضمن إطار عمل موحد في موقع مركزي؛ ومراقبة التجارب والمشاركة فيها عن بعد من خلال استخدام البيانات والفيديو المتزامنين في الوقت الفعلي؛ والتعاون مع الزملاء لتسهيل تخطيط التجارب البحثية وأدائها وتحليلها ونشرها؛ وإجراء عمليات محاكاة حسابية وهجينة قد تجمع نتائج تجارب موزعة متعددة وتربط التجارب الفيزيائية بعمليات المحاكاة الحاسوبية لتمكين دراسة أداء النظام بشكل عام.

توفر هذه الموارد مجتمعة الوسائل اللازمة للتعاون والاكتشاف لتحسين التصميم الزلزالي وأداء أنظمة البنية التحتية المدنية والميكانيكية.

أُجريت أولى عمليات محاكاة الزلازل بتطبيق قوى القصور الذاتي الأفقية بشكل ثابت، استنادًا إلى تسارعات أرضية قصوى مُقاسة ، على نموذج رياضي لمبنى. ^{[ 19 ]} ومع تطور التقنيات الحاسوبية، بدأت الأساليب الثابتة تفسح المجال للأساليب الديناميكية .

قد تكون التجارب الديناميكية على المباني والمنشآت غير المبنية مادية، مثل اختبارات طاولة الاهتزاز ، أو افتراضية. في كلتا الحالتين، وللتحقق من الأداء الزلزالي المتوقع للمنشأة، يفضل بعض الباحثين التعامل مع ما يُسمى "السجلات الزمنية الحقيقية"، مع العلم أن الأخيرة لا يمكن أن تكون "حقيقية" بالنسبة لزلزال افتراضي محدد في قانون البناء أو في متطلبات بحثية معينة. لذلك، ثمة حافز قوي لاستخدام محاكاة الزلازل، التي تُعدّ المدخلات الزلزالية التي لا تحوي إلا السمات الأساسية لحدث حقيقي.

يُفهم محاكاة الزلازل أحيانًا على أنها إعادة خلق للتأثيرات المحلية لهزة أرضية قوية.

يتطلب التقييم النظري أو التجريبي للأداء الزلزالي المتوقع في الغالب محاكاة هيكلية تستند إلى مفهوم التشابه الهيكلي. التشابه هو درجة من التناظر أو التماثل بين جسمين أو أكثر. ويعتمد مفهوم التشابه إما على التكرار الدقيق أو التقريبي للأنماط في العناصر المُقارنة.

بشكل عام، يُقال إن نموذج المبنى يُشابه الجسم الحقيقي إذا كانا يتشاركان في التشابه الهندسي والحركي والديناميكي . ويُعدّ التشابه الحركي أكثر أنواع التشابه وضوحًا وفعالية ، إذ يتحقق عندما تتشابه مسارات وسرعات الجسيمات المتحركة في النموذج وأصله .

إن المستوى النهائي للتشابه الحركي هو التكافؤ الحركي عندما تكون، في حالة هندسة الزلازل، التواريخ الزمنية للإزاحات الجانبية لكل طابق من النموذج ونموذجه الأولي هي نفسها.

بيرو بلدٌ شديد النشاط الزلزالي ؛ ولعدة قرون، أثبت البناء بالحجارة الجافة مقاومته للزلازل أكثر من استخدام الملاط. كان شعب الإنكا بارعين في بناء الجدران الحجرية المصقولة، المعروفة باسم " أشلار " ، حيث تُقطع كتل الحجر لتتلاءم معًا بإحكام دون استخدام أي ملاط . كان الإنكا من بين أفضل بناة الحجارة الذين عرفهم العالم ^{[ 25 ]} ، وكانت العديد من وصلات أحجارهم متقنة للغاية لدرجة أن حتى شفرات العشب لم تكن لتمر بين الأحجار.

كانت أحجار الجدران الحجرية الجافة التي بناها الإنكا قادرة على التحرك قليلاً وإعادة الاستقرار دون أن تنهار الجدران، وهي تقنية تحكم هيكلي سلبية تستخدم كلاً من مبدأ تبديد الطاقة (التخميد الكولومبي) ومبدأ قمع التضخيم الرنيني . ^{[ 26 ]}

عادةً ما تكون مخمدات الكتلة المضبوطة عبارة عن كتل خرسانية ضخمة مثبتة في ناطحات السحاب أو غيرها من الهياكل وتتحرك في اتجاه معاكس لتذبذبات تردد الرنين للهياكل عن طريق نوع من آلية الزنبرك.

يجب أن تتحمل ناطحة سحاب تايبيه 101 رياح الأعاصير والهزات الأرضية الشائعة في هذه المنطقة من آسيا والمحيط الهادئ. ولتحقيق هذا الغرض، صُمم ورُكّب بندول فولاذي يزن 660 طنًا متريًا، يعمل كمخمد كتلة مضبوط، أعلى المبنى. ويتأرجح هذا البندول، المعلق بين الطابقين 92 و88، لتقليل تضخيم الرنين الناتج عن الإزاحات الجانبية في المبنى بسبب الزلازل والرياح العاتية .

يهدف المخمد الهستيري إلى توفير أداء زلزالي أفضل وأكثر موثوقية من أداء المنشآت التقليدية، وذلك عن طريق زيادة تبديد طاقة الزلزال الداخلة . ^{[ 27 ]} وهناك خمس مجموعات رئيسية من المخمدات الهستيرية تُستخدم لهذا الغرض، وهي:

• المخمدات اللزجة السائلة (FVDs)

تتميز المخمدات اللزجة بكونها نظام تخميد إضافي. ولها حلقة تخلف بيضاوية الشكل، ويعتمد التخميد فيها على السرعة. ورغم أنها قد تتطلب صيانة بسيطة، إلا أن المخمدات اللزجة لا تحتاج عادةً إلى استبدال بعد الزلزال. وعلى الرغم من أنها أغلى ثمناً من تقنيات التخميد الأخرى، إلا أنه يمكن استخدامها لمقاومة الأحمال الزلزالية وأحمال الرياح، وهي أكثر أنواع المخمدات التخلفية شيوعاً. ^{[ 28 ]}

• مخمدات الاحتكاك (FDs)

تتوفر مخمدات الاحتكاك عادةً بنوعين رئيسيين: خطي ودوراني، وتُبدد الطاقة عن طريق الحرارة. يعمل المخمد وفقًا لمبدأ مخمد كولوم . اعتمادًا على التصميم، قد تُعاني مخمدات الاحتكاك من ظاهرة الالتصاق والانزلاق واللحام البارد . يتمثل العيب الرئيسي في أن أسطح الاحتكاك قد تتآكل بمرور الوقت، ولهذا السبب لا يُنصح باستخدامها لتبديد أحمال الرياح. عند استخدامها في التطبيقات الزلزالية، لا يُشكل التآكل مشكلة ولا تتطلب صيانة. تتميز هذه المخمدات بحلقة تخلف مستطيلة، وطالما أن المبنى يتمتع بمرونة كافية، فإنها تميل إلى العودة إلى وضعها الأصلي بعد الزلزال.

• المخمدات المعدنية المرنة (MYDs)

كما يوحي الاسم، فإن المخمدات المعدنية المرنة تتمدد لامتصاص طاقة الزلزال. يمتص هذا النوع من المخمدات كمية كبيرة من الطاقة، إلا أنه يجب استبداله بعد الزلزال، وقد يمنع المبنى من العودة إلى وضعه الأصلي.

• المخمدات المرنة اللزجة (VEDs)

تُعدّ المخمدات المرنة اللزجة مفيدةً لأنها تُستخدم في تطبيقات مقاومة الرياح والزلازل، إلا أنها عادةً ما تقتصر على الإزاحات الصغيرة. ويُثار بعض القلق بشأن موثوقية هذه التقنية، إذ مُنعت بعض العلامات التجارية من الاستخدام في المباني في الولايات المتحدة.

• مخمدات البندول المتأرجحة

يهدف عزل القاعدة إلى منع تحوّل الطاقة الحركية للزلزال إلى طاقة مرنة داخل المبنى. وتعمل هذه التقنيات على ذلك بعزل الهيكل عن الأرض، مما يُمكّنه من الحركة بشكل شبه مستقل. وتختلف درجة انتقال الطاقة إلى الهيكل وكيفية تبديدها باختلاف التقنية المستخدمة.

• محمل مطاطي رصاصي

محمل المطاط الرصاصي أو LRB هو نوع من أنواع عزل القاعدة يستخدم تخميدًا عاليًا . وقد اخترعه بيل روبنسون ، وهو نيوزيلندي. ^{[ 29 ]}

تُعتبر آلية التخميد القوية المُدمجة في تقنيات التحكم بالاهتزازات ، وخاصةً في أجهزة عزل القاعدة، مصدرًا قيّمًا لكبح الاهتزازات، وبالتالي تحسين الأداء الزلزالي للمباني. مع ذلك، بالنسبة للأنظمة المرنة نسبيًا، مثل الهياكل المعزولة القاعدة، ذات صلابة التحميل المنخفضة نسبيًا ولكن التخميد العالي، قد تتحول ما يُسمى "قوة التخميد" إلى قوة الدفع الرئيسية عند وقوع زلزال قوي. يُظهر الفيديو ^{[ 30 ]} اختبارًا لمحمل مطاطي رصاصي في منشأة UCSD Caltrans-SRMD. المحمل مصنوع من المطاط مع قلب من الرصاص. كان اختبارًا أحادي المحور، حيث كان المحمل أيضًا تحت حمل هيكلي كامل. العديد من المباني والجسور، في نيوزيلندا وخارجها، محمية بمخمدات رصاصية ومحامل من الرصاص والمطاط. تم تجهيز متحف تي بابا تونغاريوا ، المتحف الوطني لنيوزيلندا، ومبنى البرلمان النيوزيلندي بهذه المحامل. كلاهما يقع في ويلينغتون، الواقعة على صدع نشط . ^{[ 29 ]}

• عازل قاعدة زنبركي مع مخمد

يظهر في الصورة، التي التُقطت قبل زلزال نورثريدج عام 1994، عازل قاعدة زنبركي مزود بمخمد مثبت أسفل منزل مكون من ثلاثة طوابق في سانتا مونيكا ، كاليفورنيا. وهو جهاز عزل قاعدة مشابه من حيث المبدأ لمحمل مطاطي رصاصي .

أحد منزلين من ثلاثة طوابق من هذا النوع، والذي كان مجهزًا بشكل جيد لتسجيل التسارعات الرأسية والأفقية على أرضياته وعلى الأرض، نجا من اهتزاز شديد خلال زلزال نورثريدج وترك معلومات مسجلة قيّمة لمزيد من الدراسة.

• محمل أسطواني بسيط

يُعد محمل الأسطوانة البسيط جهاز عزل أساسي مصمم لحماية مختلف هياكل المباني وغير المباني من التأثيرات الجانبية الضارة المحتملة للزلازل القوية.

يمكن تكييف هذا الدعامة المعدنية الحاملة، مع اتخاذ بعض الاحتياطات، كعازل زلزالي لناطحات السحاب والمباني المقامة على أرض رخوة. وقد استُخدم مؤخرًا تحت اسم محمل الأسطوانة المعدني في مجمع سكني (17 طابقًا) في طوكيو، اليابان . ^{[ 31 ]}

• محمل احتكاكي بندولي

محمل البندول الاحتكاكي (FPB) هو اسم آخر لنظام البندول الاحتكاكي (FPS). وهو يعتمد على ثلاثة أعمدة: ^{[ 32 ]}

• منزلق احتكاك مفصلي؛
• سطح انزلاقي كروي مقعر؛
• أسطوانة محيطة لتقييد الإزاحة الجانبية.

يتم عرض لقطة شاشة مع رابط لمقطع فيديو لاختبار طاولة اهتزاز لنظام FPB يدعم نموذج مبنى صلب على اليمين.

تعتمد متطلبات التصميم الزلزالي على نوع المنشأة وموقع المشروع والجهات المختصة التي تحدد قوانين ومعايير التصميم الزلزالي المطبقة. ^{[ 8 ]} فعلى سبيل المثال، تتضمن متطلبات وزارة النقل في كاليفورنيا ، والمعروفة باسم معايير التصميم الزلزالي (SDC)، والموجهة لتصميم الجسور الجديدة في كاليفورنيا ^{[ 38 ]} ، منهجًا مبتكرًا قائمًا على الأداء الزلزالي.

تتمثل السمة الأبرز في فلسفة تصميم SDC في التحول من تقييم الطلب الزلزالي القائم على القوة إلى تقييم الطلب والقدرة القائم على الإزاحة. وبالتالي، يعتمد نهج الإزاحة المُعتمد حديثًا على مقارنة طلب الإزاحة المرنة بقدرة الإزاحة غير المرنة للمكونات الإنشائية الرئيسية، مع ضمان حد أدنى من القدرة غير المرنة في جميع مواقع المفاصل اللدنة المحتملة.

إضافةً إلى الهيكل المصمم نفسه، قد تشمل متطلبات التصميم الزلزالي تثبيت التربة أسفل الهيكل: ففي بعض الأحيان، تتفتت التربة المهتزة بشدة مما يؤدي إلى انهيار الهيكل القائم عليها. ^{[ 40 ]} ينبغي إيلاء الاهتمام الأساسي للمواضيع التالية: التميع؛ ضغوط التربة الجانبية الديناميكية على الجدران الاستنادية؛ استقرار المنحدرات الزلزالية؛ الهبوط الناجم عن الزلازل. ^{[ 41 ]}

لا ينبغي أن تُعرّض المنشآت النووية سلامتها للخطر في حال وقوع زلازل أو أحداث خارجية معادية أخرى. ولذلك، يستند تصميمها الزلزالي إلى معايير أكثر صرامة بكثير من تلك المطبقة على المنشآت غير النووية. ^{[ 42 ]} ومع ذلك، فقد لفتت حوادث فوكوشيما 1 النووية والأضرار التي لحقت بمنشآت نووية أخرى في أعقاب زلزال وتسونامي توهوكو عام 2011 الانتباه إلى المخاوف المستمرة بشأن معايير التصميم الزلزالي النووي الياباني ، ودفعت العديد من الحكومات الأخرى إلى إعادة تقييم برامجها النووية . كما أُثيرت شكوك حول التقييم الزلزالي والتصميم لبعض المحطات الأخرى، بما في ذلك محطة فيسينهايم للطاقة النووية في فرنسا.

نمط الفشل هو الطريقة التي يُرصد بها الفشل الناجم عن الزلزال. وهو يصف، بشكل عام، كيفية حدوث الفشل. ورغم أن التعلم من كل حالة فشل زلزالي حقيقية مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً، إلا أنه يظل منهجًا أساسيًا لتطوير أساليب التصميم الزلزالي . فيما يلي، نعرض بعض الأنماط النموذجية للفشل الناجم عن الزلازل.

يؤدي نقص التسليح ، بالإضافة إلى رداءة الملاط وعدم كفاية روابط السقف بالجدران، إلى أضرار جسيمة في المباني المبنية من الطوب غير المسلح . وتُعدّ الجدران المتشققة بشدة أو المائلة من أكثر الأضرار شيوعًا التي تنجم عن الزلازل. كما يُشكّل الضرر الذي قد يحدث بين الجدران وأغشية السقف أو الأرضية خطرًا كبيرًا. ويمكن أن يُعرّض انفصال الهيكل عن الجدران الدعم الرأسي لأنظمة السقف والأرضية للخطر.

تأثير الطابق الأرضي الضعيف . تسبب غياب الصلابة الكافية في الطابق الأرضي في إلحاق الضرر بهذا المبنى. يكشف فحص دقيق للصورة أن الألواح الخشبية الخشنة، التي كانت مغطاة سابقًا بقشرة من الطوب ، قد تم تفكيكها بالكامل عن الجدار الهيكلي. إن صلابة الطابق العلوي، بالإضافة إلى الدعم الموجود على الجانبين المخفيين بواسطة جدران متصلة، غير مخترقة بأبواب كبيرة كما هو الحال في واجهات الشارع، هي فقط ما يمنع الانهيار الكامل للمبنى.

تسييل التربة . في الحالات التي تتكون فيها التربة من مواد حبيبية رخوة مترسبة ذات ميل لتكوين ضغط مائي مسامي مفرط ذي قيمة كافية وكثافة عالية، قد يؤدي تسييل هذه الرواسب المشبعة الرخوة إلى هبوط غير منتظم وميلان في المباني. وقد تسبب ذلك في أضرار جسيمة لآلاف المباني في نيغاتا، اليابان، خلالزلزال عام 1964. ^{[ 43 ]}

انهيار صخري أرضي . الانهيار الأرضي ظاهرة جيولوجية تشمل نطاقًا واسعًا من حركة الأرض، بما في ذلك سقوط الصخور . عادةً، يكون تأثير الجاذبية هو القوة الدافعة الرئيسية لحدوث الانهيار الأرضي، ولكن في هذه الحالة كان هناك عامل آخر ساهم في التأثير على استقرار المنحدر الأصلي : فقد تطلب الانهيار الأرضي حدوث زلزال قبل أن يبدأ.

اصطدام البرج بالمبنى المجاور . هذه صورة لبرج مدرسة القديس يوسف اللاهوتية المنهار، المكون من خمسة طوابق، في لوس ألتوس، كاليفورنيا، والذي أسفر عن وفاة شخص واحد. خلال زلزال لوما بريتا ، اصطدم البرج بالمبنى المجاور الذي كان يهتز بشكل مستقل خلفه. يعتمد احتمال حدوث هذا الاصطدام على الإزاحات الجانبية لكلا المبنيين، والتي يجب تقديرها بدقة وأخذها في الحسبان.

في زلزال نورثريدج ، تحطمت مفاصل مبنى مكاتب كايزر بيرماننت ذي الهيكل الخرساني بالكامل، مما كشف عن عدم كفاية حديد التسليح ، الأمر الذي أدى إلى انهيار الطابق الثاني. وفي الاتجاه العرضي، انفصلت جدران القص الطرفية المركبة ، المكونة من طبقتين من الطوب وطبقة من الخرسانة المرشوشة التي تحمل الحمل الجانبي، بسبب عدم كفاية روابط التثبيت، وانهارت.

• موقع بناء غير مناسب على سفح تل .
• سوء تفاصيل التسليح ( نقص في حصر الخرسانة في الأعمدة وعند وصلات الأعمدة والجسور، طول وصلة غير كافٍ).
• الطابق الأرضي ضعيف المقاومة للزلازل .
• عوارض طويلة ذات حمولة ميتة ثقيلة .

انزلاق هيكل مبنى سكني صلب نسبيًا عن أساساته خلال زلزال ويتير ناروز عام 1987. ضرب الزلزال الذي بلغت قوته 5.9 درجة مبنى غارفي ويست السكني في مونتيري بارك، كاليفورنيا، وأدى إلى إزاحة هيكله العلوي حوالي 10  بوصات شرقًا على أساساته.

إذا لم يتم تركيب الهيكل العلوي على نظام عزل أساسي ، فيجب منع تحركه على الطابق السفلي.

انفجر عمود خرساني مسلح في زلزال نورثريدج نتيجة عدم كفاية تسليح القص، مما سمح للتسليح الرئيسي بالانبعاج للخارج. انفصل سطح الجسر عند المفصل وانهار بفعل القص. ونتيجة لذلك، انهار جزء نفق لا سيينيغا-فينيسيا من الطريق السريع رقم 10.

زلزال لوما بريتا : منظر جانبي لانهيار أعمدة الدعم الخرسانية المسلحة الذي أدى إلى انهيار الطابق العلوي على الطابق السفلي لجسر سايبرس ذي المستويين على الطريق السريع بين الولايات 880، أوكلاند، كاليفورنيا.

انهيار الجدار الاستنادي في زلزال لوما بريتا في منطقة جبال سانتا كروز: تشققات تمدد بارزة باتجاه الشمال الغربي يصل عرضها إلى 12  سم (4.7 بوصة) في المفيض  الخرساني للسد النمساوي، الدعامة الشمالية .

أدى اهتزاز الأرض إلى تسييل التربة في طبقة رملية تحت سطحية ، مما تسبب في حركة جانبية ورأسية متفاوتة في طبقة علوية من الرمل والطمي غير المتسيّل . يُعد هذا النمط من انهيار الأرض ، والذي يُطلق عليه الانتشار الجانبي ، سببًا رئيسيًا لأضرار الزلازل المرتبطة بالتسييل. ^{[ 44 ]}

مبنى بنك التنمية الزراعية الصيني المتضرر بشدة بعد زلزال سيتشوان عام 2008 : تعرضت معظم العوارض وأعمدة الركائز للقص . وتُعزى الشقوق القطرية الكبيرة في البناء والقشرة إلى الأحمال المستوية، بينما يُعزى الهبوط المفاجئ للطرف الأيمن من المبنى إلى مكب نفايات قد يكون خطيرًا حتى بدون وقوع زلزال. ^{[ 45 ]}

تأثير التسونامي المزدوج : ضغط الأمواج والفيضانات . وهكذا، تسبب زلزال المحيط الهندي الذي وقع في 26 ديسمبر 2004، والذي كان مركزه قبالة الساحل الغربي لسومطرة بإندونيسيا، في سلسلة من موجات التسونامي المدمرة، مما أسفر عن مقتل أكثر من 230 ألف شخص في إحدى عشرة دولة، وذلك بإغراق المجتمعات الساحلية المحيطة بأمواج هائلة يصل ارتفاعها إلى 30 متراً (100 قدم). ^{[ 47 ]} 

يعيش أو يعمل نحو ثلاثين بالمئة من سكان العالم في قطاع البناء بالطين. ^{[ 50 ]} يُعدّ الطوب اللبن من أقدم مواد البناء وأكثرها استخدامًا. ويشيع استخدام الطوب اللبن في بعض أكثر مناطق العالم عرضةً للمخاطر، لا سيما في أمريكا اللاتينية وأفريقيا وشبه القارة الهندية وأجزاء أخرى من آسيا والشرق الأوسط وجنوب أوروبا.

تُعتبر المباني المبنية من الطوب اللبن شديدة التأثر بالزلازل القوية. ^{[ 51 ]} ومع ذلك، تتوفر طرق متعددة لتقوية المباني الجديدة والقائمة من الطوب اللبن لمقاومة الزلازل. ^{[ 52 ]}

العوامل الرئيسية لتحسين الأداء الزلزالي للبناء بالطوب اللبن هي:

• جودة البناء.
• تصميم مضغوط على شكل صندوق.
• التدعيم الزلزالي. ^{[ 53 ]}

يُعدّ الحجر الجيري شائعًا جدًا في الهندسة المعمارية، لا سيما في أمريكا الشمالية وأوروبا. فالعديد من المعالم البارزة حول العالم مبنية من الحجر الجيري. كما أن العديد من الكنائس والقلاع التي تعود للعصور الوسطى في أوروبا مبنية من الحجر الجيري والحجر الرملي . ورغم أن هذه المواد تدوم طويلًا، إلا أن وزنها الثقيل نسبيًا لا يُساعد على تحقيق أداءٍ مُناسب في مقاومة الزلازل.

يمكن لتطبيق التكنولوجيا الحديثة في مجال ترميم المباني لمقاومة الزلازل أن يعزز قدرة المباني الحجرية غير المسلحة على الصمود. فعلى سبيل المثال، خضع مبنى مدينة ومقاطعة سولت ليك في ولاية يوتا ، خلال الفترة من عام ١٩٧٣ إلى عام ١٩٨٩، لعملية ترميم شاملة مع التركيز على الحفاظ على طابعه التاريخي. وقد تم ذلك بالتزامن مع تحديثات لمقاومة الزلازل، حيث تم وضع المبنى الحجري الرملي الضعيف على أساسات عازلة لحمايته بشكل أفضل من أضرار الزلازل.

يعود تاريخ بناء الهياكل الخشبية إلى آلاف السنين، وقد تم استخدامها في أجزاء كثيرة من العالم خلال فترات مختلفة مثل اليابان القديمة وأوروبا وإنجلترا في العصور الوسطى في المناطق التي كانت فيها الأخشاب متوفرة بكثرة ولم تكن أحجار البناء والمهارات اللازمة للعمل بها متوفرة.

يوفر استخدام الهياكل الخشبية في المباني هيكلها الإنشائي الكامل الذي يوفر بعض الفوائد الهيكلية حيث أن الهيكل الخشبي، إذا تم تصميمه هندسيًا بشكل صحيح، يساهم في تحسين مقاومة الزلازل . ^{[ 54 ]}

تكتسب الهياكل ذات الإطارات الخفيفة عادةً مقاومةً للزلازل من جدران القص المصنوعة من الخشب الرقائقي الصلب وأغشية الألواح الخشبية الهيكلية . ^{[ 55 ]} تتطلب الأحكام الخاصة بأنظمة مقاومة الأحمال الزلزالية لجميع الهياكل الخشبية المصممة هندسيًا مراعاة نسب الأغشية، وقوى القص الأفقية والرأسية للأغشية، وقيم الوصلات / المثبتات . بالإضافة إلى ذلك، يلزم وجود مُجمِّعات، أو دعامات سحب، لتوزيع القص على طول الغشاء.

يُطلق على نظام البناء الذي تُدمج فيه قضبان التسليح الفولاذية في مفاصل المونة بين الطوب أو توضع في ثقوب تُملأ بالخرسانة أو الملاط اسم البناء المُسلّح . ^{[ 56 ]} توجد ممارسات وتقنيات متنوعة لتقوية البناء، وأكثرها شيوعًا هو البناء المُسلّح بوحدات مجوفة .

لتحقيق سلوك مطاوع في البناء، من الضروري أن تكون مقاومة القص للجدار أكبر من مقاومة الانحناء . ^{[ 57 ]} وتعتمد فعالية كل من التسليح الرأسي والأفقي على نوع وجودة وحدات البناء والمونة .

كشف الزلزال المدمر الذي ضرب لونغ بيتش عام 1933 أن البناء بالطوب معرض لأضرار الزلازل، مما أدى إلى جعل قانون ولاية كاليفورنيا تعزيز البناء بالطوب إلزاميًا في جميع أنحاء كاليفورنيا.

الخرسانة المسلحة هي خرسانة تم دمج قضبان التسليح الفولاذية أو الألياف فيها لتقوية مادة قد تكون هشة لولا ذلك . ويمكن استخدامها في بناء العوارض والأعمدة والأرضيات والجسور.

الخرسانة مسبقة الإجهاد نوع من الخرسانة المسلحة تُستخدم للتغلب على ضعف الخرسانة الطبيعي في الشد. يمكن تطبيقها على الكمرات والأرضيات والجسور ذات الامتداد الأطول من الممكن عمليًا باستخدام الخرسانة المسلحة العادية. تُستخدم أوتار الإجهاد المسبق (عادةً من كابلات أو قضبان فولاذية عالية الشد) لتوفير حمل تثبيت يُنتج إجهاد ضغط يُعادل إجهاد الشد الذي قد يتعرض له عنصر الضغط الخرساني نتيجة حمل الانحناء.

لتجنب الانهيار الكارثي الناتج عن الهزات الأرضية (حفاظاً على سلامة الأرواح)، ينبغي أن تحتوي الهياكل الخرسانية المسلحة التقليدية على وصلات مرنة . وبحسب الطرق المستخدمة والقوى الزلزالية المؤثرة، قد تكون هذه المباني قابلة للاستخدام فوراً، أو تتطلب إصلاحات واسعة النطاق، أو قد يُضطر إلى هدمها.

الهيكل المُسبق الإجهاد هو الهيكل الذي تعتمد سلامته واستقراره وأمانه بشكل أساسي على الإجهاد المُسبق . ويعني الإجهاد المُسبق إحداث إجهادات دائمة في الهيكل عمدًا بهدف تحسين أدائه في ظل ظروف تشغيل مختلفة. ^{[ 58 ]}

توجد الأنواع الأساسية التالية للإجهاد المسبق:

• الضغط المسبق (غالباً باستخدام الوزن الذاتي للهيكل)
• الشد المسبق باستخدام أوتار مدمجة عالية القوة
• الشد اللاحق باستخدام أوتار عالية القوة ملتصقة أو غير ملتصقة

يُستخدم مفهوم الهياكل مسبقة الإجهاد اليوم على نطاق واسع في تصميم المباني ، والمنشآت تحت الأرض، وأبراج التلفزيون، ومحطات الطاقة، ومرافق التخزين العائمة والمنشآت البحرية، وأوعية المفاعلات النووية ، وأنواع عديدة من أنظمة الجسور . ^{[ 59 ]}

يبدو أن فكرة الإجهاد المسبق المفيدة كانت مألوفة لدى المهندسين المعماريين الرومان القدماء؛ انظر، على سبيل المثال، إلى جدار العلية العالي للكولوسيوم الذي يعمل كجهاز تثبيت لأعمدة الجدار الموجودة تحته.

تُعتبر الهياكل الفولاذية مقاومة للزلازل في الغالب، إلا أن بعض حالات الانهيار قد حدثت. فقد تعرض عدد كبير من المباني ذات الإطارات الفولاذية الملحومة المقاومة للعزوم، والتي بدت مقاومة للزلازل، لسلوك هش بشكل مفاجئ، وتضررت بشدة في زلزال نورثريدج عام 1994. [ ^{60 ] بعد} ذلك، شرعت الوكالة الفيدرالية لإدارة الطوارئ (FEMA) في تطوير تقنيات إصلاح وأساليب تصميم جديدة للحد من الأضرار التي قد تلحق بالمباني ذات الإطارات الفولاذية المقاومة للعزوم في الزلازل المستقبلية. ^{[ 61 ]}

في تصميم الهياكل الفولاذية المقاومة للزلازل باستخدام منهجية تصميم معامل الحمل والمقاومة (LRFD)، من الأهمية بمكان تقييم قدرة الهيكل على تطوير والحفاظ على مقاومته للتحمل في نطاق اللدونة . ويُقاس هذا الأداء بالمطيلية ، التي يمكن ملاحظتها في المادة نفسها ، أو في عنصر إنشائي ، أو في الهيكل ككل .

نتيجةً لتجربة زلزال نورثريدج ، أصدر المعهد الأمريكي للإنشاءات الفولاذية معيار AISC 358 بعنوان "الوصلات المؤهلة مسبقًا للإطارات الفولاذية الخاصة والمتوسطة المقاومة للعزوم". وتنص أحكام التصميم الزلزالي الصادرة عن المعهد على ضرورة استخدام جميع الإطارات الفولاذية المقاومة للعزوم إما للوصلات الواردة في معيار AISC 358، أو استخدام وصلات خضعت لاختبارات دورية تأهيلية مسبقة. ^{[ 62 ]}