تتمتع المباني الفولاذية بالمطيلية الجيدة إذا تم تصميمها وتنفيذها بشكل صحيح . ومع ذلك ، بسبب عدم استخدام تنفيذيين متخصصين و التصاميم الخاطئة ، فنرى في أغلب الأوقات عيوب في تلك المباني و تكون بحاجة الى تدعيم ها و اعادة تأهيلها .  غالبًا ما تتضرر المباني الفولاذية بسبب الأحمال الزلزالية و الإنبعاج المحلي الناتج عن تلك الأحمال ولا تعمل بشكل صحيح . أو أنها تحتاج إلى تدعيم بسبب التآكل . في هذه المقالة ، حاولنا شرح تدعيم المباني للقوى الزلازل و الأحمال المحورية .

معايب هيكل المقاوم للعزم الفولاذي :

العيوب الزلزالية للإطارات المقاومة للعزم هي كما يلي :

• نقص في مقاومة القص و الإنحناء للعتبة ، الأعمدة و الروابط
• نقص المقاومة في نواحي الاتصال
• ازاحة النسبية للطبقات

معايب الهيكل المدعم (المكتف) كما يلي :

• بسبب الإنبعاج ، هنالك نقص المقاومة الجانبية للأعضاء المدعمة
• نقص في مقاومة اتصال الأعضاء بين الأعمدة المدعمة
• نقص في مقاومة المحورية للعتبات و الأعمدة في نظام الإطار المكتف
•  قد يسبب إنبعاج الأعضاء الى إجهاد الشد الزائد و الإنحناء في العتبات .

في الزلازل الأخيرة ، تم تحديد نقاط ضعف المباني الفولاذية ضد الأحمال الجانبية على النحو التالي

بالنظر إلى ما سبق ، من الواضح أن المباني الفولاذية الضعيفة قد تضررت أو انهارت خلال الزلزال. تظهر الصور أعلاه أن المباني الفولاذية تحتاج إلى تدعيم و إعادة تأهيل لمنع انهيارها و تلفها .

أساليب تدعيم المبني الفولاذية :

تدعيم العتبات الفولاذية التي لديها تحنيب الفتل الجانبي ( Lateral torsional buckling )  باستعمال مواد FRP المركبة :

لأنه في قضايا الانحناء ، جزء من العنصر يكون تحت الضغط ، هناك خطر الانبعاج في هذا المجال . هناك وضعان إنبعاج لهذه المنطقة . في الحالة الأولى ، تكون الشفاهة أو الوترة للمقطع العرضي مقوسًا بشكل منفصل ، وفي الحالة الثانية ، قد يحدث التواء عام لمنطقة ضغط المقطع العرضي.

تتعرض العناصر الإنشائية النحيفة المحملة بأحمال في مستويتها الصلبة إلى عدم استقرار الجانبي مع فتل في المقطع العرضي مما يجعلها تخرج من مستوى الأحمال المطبقة و تنتقل جانبيا مع فتل المقطع حول محوره كما في الشكل حيث يتعرض الجائز الظفري إلى حمل ميت عند رأسه .

يجب تحقيق كثير من الاشتراطات ، إضافة إلى عزم الانعطاف ، عند تصميم العتبات مثل تصنيف المقطع لأن التحنيب الموضعي يلعب دورً أكبر مما هو عليه الحال في الأعمدة ، حيث تخضع عناصر المقطع المختلفة إلى أنماط مختلفة من الإجهادات . في المرحلة المرنة إلى شد أو ضغط منتظم فمثلاً يخضع جناحا مقطع على شكل I تقريباً ، أما جسده فيتعرّض إلى تدرّج في الإجهادات. وكذلك يجب التركيز على الأشكال المختلفة لعدم استقرار الجائز ككل أو أجزاء منه كتلك المعرضة إلى تركيز عال في الإجهادات مثل جسد المقطع عند المساند.

يمكن تلخيص العوامل التي تؤثر على الاستقرار الجانبي كما يلي :

• طول الجائز بين القيود الجانبية
• شكل مقطع العرضي
• تغير عزم الانعطاف على طول الجائز
• شكل القيود الجانبية عند نهايتي الجائز .

في المواقع التي يتعرض لها جناح الجائز إلى قوى مركزه يجب التحقق من جساءة جسده لنقل هذه القوى حيث يمكن أن يتعرض إلى نمطين من الانهيار انهيار تحمّل (دهس) وانهيار تحنيب . فإذا بينت التحقيقات أن جسد المقطع بمفرده غير كافٍ ، فلا بد من استخدام مدعّمات مناسبة .تُحدد طاقة تحمل الجسد للقوى وردود الفعل المطبقة على الجناح والمارة في مستوي الجسد عندما يتم تصميم المبنى من قبل المهندس ، يجب أن يأخذ بالإعتبار جميع الحالات التي قد تسبب تحنيب الفتل الجانبي .  ومع ذلك ، قد تكون هناك حالات أثناء بدأ استخدام الهيكل و التي قد تؤدي الى تلك المشاكل . وتشمل هذه الموارد ضعف و قصور في أداء العضو ، و تغيير في نظام الخدمة وتلف الهيكل بسبب الكوارث الطبيعية وتطبيق الأحمال خارج الأحمال المتوقعة. في مثل هذه الحالات ، فإن أحد الخيارات المتاحة للمصممين هو تدعيم العضو الحالي وتقويته. من بين الطرق الشائعة التي تم استخدامها أكثر في العقود الماضية لتقوية العتبات الفولاذية ، يمكننا أن نذكر اتصال صفائح فولاذية إضافية بمسامير أو لحامات بالقسم المطلوب. يوجد لطريقة التدعيم المذكورة مشاكل بسبب وزن الألواح وعدم المرونتها . كما أن توصيل الأوراق الإضافية باللحام يزيد من الضغط المتبقي على العضو ، والذي لا يبدو مرغوبًا فيه.

إن مساوئ استخدام طريقة التدعيم المذكورة أعلاه قد دفعت المهندسين للبحث عن حلول بديلة ، و التي بالإضافة إلى تعويض ضعف عضو الصلب ، لديها جوانب مقبولة أخرى مثل الوزن والقوة وسهولة الاستخدام وطول الخدمة مقارنة بطريقة التدعيم المذكورة. وفي هذا الصدد ، ساعد تقدم العلوم والتكنولوجيا و اكتساب التكنولوجية البناء مواد جديدة ، المهندسين على تحقيق ذلك . طريقة التدعيم بمواد البوليمر المقوى بألياف FRP هي أحد هذه الطرق ، والتي تم اقتراحها كطريقة جديدة وفعالة في السنوات الأخيرة . خصائص الفيزيائية و الميكانيكية العالية لمركبات FRP ، إلى جانب المزايا المختلفة ، السبب الرئيسي لاستخدامها في صناعة البناء و من أجل تدعيم و إصلاح الهياكل. من أهم ميزات مركبات FRP هي ، سلوك مرن خطي قبل الفشل الهش ، نسبة مقاومة إلى وزن عالية، مقاومة للآثار البيئية ، تنفيذ بسيط ، تنوع في الحجم والشكل والأبعاد ، وكذلك العزل الجيد .في طريقة استخدام مواد FRP المركبة لتقوية العتبات ، يتم وضع مواد FRP المركبة على سطح العتبات الفولاذية و تؤدي إلى تثبيتها ضد الإنبعاج المحلي . اعتمادًا على نوع منطقة المقطع العرضي للعضو ، وظروف الدعم ، بالإضافة إلى المواصفات الأبعاد للوترة و الشفاهة الموجودة ، يمكن اختيار أساليب مختلفة لوضعها في ناحية المقطع العرضي . يمكن اختيار سمك وأبعاد مركب FRP المستخدم لتدعيم العتبة وفقًا لعوامل المختلفة مثل ظروف الحسابية وكذلك الاعتبارات الاقتصادية بحيث تغطي جزءًا من المقطع العرضي أو تستخدم لتقوية المقطع العرضي بأكمله. من ميزات استخدامها هو تحسن سلوك تحنيب الفتل الجانبي و زيادة في الحمل الحرج للعنصر المدعم . فيمكن زيادة قوى العتبة من خلال تأخر في النزوح الجانبي و تحسن سلوك تحنيب الفتل الجانبي .

قميص الخرساني :

في المبانى الفولاذية التي يجب تدعيمها و إعادة تأهيلها و زيادة في مطيليتها يمكن استخدام قميص الخرساني . استخدام قميص الخرساني في الأعمدة تؤدي الى زيادة الصلابة و مقاومة العمود الصلب و الإنبعاج . استخدام قميص الخرسانية تزيد من قدرة الانحناء والقص للحزم في العتبة . وتجدر الإشارة إلى أنه إذا تم استخدام قيص الخرسانية في العتبة ، يجب توخي الحذر لمراقبة قاعدة العمود القوي- العتبة الضعيفة .

تقوية الوصلات و العناصر باستخدام الصلب المناسب :

كما ذکر في السابق كثيرا من النواقص و العيوب الموجدة في المبنى بسبب الوصلات ، فإن نقص معرفة الكافية في سلوك الوصلات تؤدي الى عيوب كثيرة . لذلك ، من الضروري التحقيق في الأضرار التي لحقت بالوصلات بسبب الزلازل السابقة. يمكن تصنيف الأضرار الناجمة عن الزلازل السابقة على أنها تسبب بأضرار للعتبات والأعمدة واللحام و الوصلات و باقي الأجزاء .

زيادة صلابة طابق اللين : 

يعرف الطابق اللين The Soft Story بأنه الطابق الذي يحدث فيه تغير مفاجئ في القساوة للعناصر المقاومة للأحمال الجانبية
إن إي عدم استمرارية ناتج عن تغير مفاجئ في المنشأة عادةً ما يكون مصدراً لإجهاداتٍ استثنائية، و هذا يشمل حالات التحميل الساكن و يصبح حرجاً من أجل الحمولات الديناميكية، فالزيادة أو النقصان المفاجئان في الصلابة يحدثان تضخيماً في التشوهات و الإجهادات في المنشأ المعرض لحمولات الطاقة (الطاقة الزلزالية مثلاً).
إن الطابق اللين يمكن أن يحدث في الطوابق العليا إلا أنه أكثر شيوعاً في مستوى الطابق الأرضي بين منظومة الأساسات الصلبة و المنظومة الأكثر صلابة نسبياً للمنسوب الأعلى.
من أكثر الأساليب التي تؤدي إلى نشوء مشكلة الطابق اللين تصميم أحد الطوابق (غالباً الطابق الأرضي) بحيث يكون أطول و/أو ذو فتحات أكثر، و هذا الأسلوب مستخدم بشكلٍ شائعٍ جداً في الأبنية التجارية المتعددة الطوابق، و في المنشآت التي يترك فيها الطابق الأرضي دون استثمار. 

تصميم معماري غير مبرر يؤدي إلى تشكل الطابق اللين،تضرر شديد في أعمدة الطابق الأول الذي تحول إلى طابق لين أثناء التشييد، من المدهش أن تضرر الأعمدة ذات الاتجاه الطويل كان أكبر من تضرر الأعمدة بالاتجاه المتعامد، تأثير الفتل يظهر بوضوح أيضاً، من الحالات الأخرى التي يمكن أن تحدث بها حالة الطابق اللين هي وجود حيز منشأ بشكل خفيف أسفل منشأة ذات شكل صلب، و مثال عليها الشقق التي تملك مرآباً للسيارات في حيز الطابق الأرضي ناتج عن وضع الشقة فوق أعمدة خفيفة للاستناد.
في حالة الطابق الأرضي ذي الفتحات و الطويل نسبياً، يمكن تخفيف أثر الطابق اللين باتباع الأساليب التالية:

1-زيادة عدد و/أو صلابة أعمدة الطابق الأرضي.
تدعيم عدد من الفتحات بشكل قطري إن أمكن.
جعل مسقط البناء مفتوحاً و تأمين صلابة داعمة داخلية.
استخدام الأقواس أو التدرج بزيادة مقطع الأعمدة لزيادة الصلابة.
إنشاء طابق أول صلب كامتداد معكوس لمنشأة الأساسات الصلبة.

• زيادة عدد و/أو صلابة أعمدة الطابق الأرضي :

اضافة عمود الى طابق اللين يؤدي الى تحسين المبنى لأسباب 1- زيادة في الصلابة 2- تقليل حمل العتبة ، و بسببهم يتم زيادة قدرة تحمل العتبة .

• اضافة جدار القص :

وقد تم النظر في استخدام جدران القص في السنوات الأخيرة في المباني الجديدة وكذلك تحسين المباني القائمة. يؤدي هذا النظام الى صلابة المناسبة لتحكم في تغيير في الشكل الهيكل و کذلك من خلال استيفاء معايير التصميم ، فإن هذه الجدران لديها آلية انهيار المنعطف (لدن) مع فقد عالي للطاقة . بسبب المقاومة العالية لهذه الجدران استخدامها في المباني الشاهقة اقتصاديًا للغاية ولكن في المباني المنخفضة والمتوسطة الارتفاع ، لأسباب مثل تقوية المنشآت الهيكلية المجاورة ، تؤدي الى تأثير كبير على الجوانب التنفيذية والاقتصادية .

• ملإ الإطار :

أظهرت الدراسة زيادة مقاومة الجملة الإطارية و انخفاض انتقالها عندما تتم ملؤها بجدار بلوك ، و ايضأ زيادة مقاومة و مطاوعة الإطار المملوء عندما سلح جدار البلوك . تساهم جدران الملأ في زيادة المقاومة و القساوة الجانبية للإطارات بشكل ملحوظ .

يجب ان نخص بالذکر لا ينصح بملإ الإطار كوسيلة لزيادة القوة و التصلب الجانبي للهياكل على الإطلاق . لأنه تحت الأحمال الزلزالية ، فإن الجدران المضافة تقاوم فقط دورات التحميل الأولى لزلازل وتزيد بشكل كبير من وزن الهيكل.

• جدران الحاملة :

في بعض الحالات ، ولأسباب مختلفة ، لا يمكننا تدعيم العنصر الهيكلي . الحل المناسب هو تطبيق الجدار الحامل تحت العارضة ، مما يجعل من الممكن التحكم في انحناء العارضة ومساعدة الأعمدة الضعيفة في التحميل الأثقال . هذه الطريقة تكون مفيدة في الأحمال المحورية التي لم تؤدي أداءً جيدًا ضد الأحمال الجانبية العالية.

• اضافة عتبة مابين الأعمدة :

في بعض الأحيان فإن العتبات لا يمكنها تحمل الحمل الموجودة و تؤدي الى إنحناءات في العتبة ، أفضل طريقة لتقوية هذه العتبات هي استخدام العتبة بين الأعمدة في منتصف الفتحة ، مما يقلل من وزن الجدار على العتبة بمقدار النصف . في طريقة التدعيم هذه ، يجب مراعاة توصيل العتبة المضافة بالإتصال المفصلي حتى لا تقاوم القوة الجانبية .