Shell یا Membrane؟

یکی از سوالاتی که معمولا برای مهندسین جوان در هنگام طراحی با نرم افزار پیش می آید این است که:

دیوارها و دال ها را از نوع Shell تعریف کنیم یا Membrane ؟

قبل از اینکه وارد بحث اصلی شویم بیایید ببینیم فرق بین این دو در نرم افزار ایتبس چیست؟

با توجه به Help نرم افزار ایتبس می توان گفت :

  • رفتار مقطع تخصیص یافته از نوع Shell به گونه ایست که هم سختی درون صفحه ای و هم سختی خمشی خارج از صفحه را برای مقطع مورد نظر فراهم می آورد. به بیان دیگر اگر دال را از نوع Shell تعریف کنیم این پیام را به نرم افزار داده ایم که دال در تمامی جهات دارای سختی است، رفتاری که به رفتار واقعی آن نزدیک تر است.
  • رفتار مقطع تخصیص یافته از نوع Membrane به گونه ایست که تنها سختی درون صفحه ای را برای مقطع مورد نظر فراهم می کند. به بیان دیگر مقطع در این حالت هیچگونه سختی برون صفحه ای ندارد لذا نمی تواند در برابر لنگر خمشی مقاومت کند. در واقع مقطع در این حالت بیشتر به عنوان انتقال دهنده بارها رفتار می کند.

برای بررسی رفتار به صورت شهودی تر، یک مدل یکسان را به ازای هر دو نوع از مقاطع در نرم افزار Etabs تحلیل کرده و در مورد رفتار آن بحث می کنیم.

رفتار مدل با دال تخصیص یافته از نوع Membrane

دال از نوع Membrane

همانطور که از شکل پیداست میزان لنگر خمشی در تمامی نقاط دال مقدار ناچیزی است و عملا صفر است که در گوشه سمت چپ پایین عکس مشاهده می شود (0 kgf.m/m). با توجه به نمای سه بعدی مدل نیز می توان مشاهده کرد که دال مسطح باقی مانده و تنها تیر و ستون ها دچار انحنا شده اند. در واقع دال تمامی لنگر وارده را بر تیرها و ستونها انتقال داده است و خود در تحمل لنگر وارده سهمی نداشته است. به بیان دیگر سختی خمشی خارج از صفحه ی دال از نوع Membrane صفر است.

برای درک بهتر به مقاله ضرایب ترک خوردگی دال مراجعه کنید.

این مطلب را از دست ندهید :  عملکرد دیوار برشی : بررسی اندرکنش قاب و دیوار برشی

رفتار مدل با دال تخصیص یافته از نوع Shell

دال از نوع Shell

همانطور که در شکل مشاهده می شود میزان لنگر خمشی در تمامی نقاط دال مقادیر متفاوتی است و حتی علامت آن بسته به مکانیزم خمش که در نمای سه بعدی نشان داده شده است تفاوت می کند.

تفاوت روشنی که در ابتدا به چشم می آید خمش خارج از صفحه دال است. این امر بیانگر آنست که علاوه بر تیرها و ستونها دال نیز در تحمل لنگر وارده مشارکت دارد و لذا سهمی که تیرها و ستون ها از لنگر کل وارده دریافت می کنند، در حالت Shell نسبت به حالت Membrane کمتر است و هر چه دال ضخیم تر باشد سهم آن در تحمل لنگر خمشی افزایش یافته و در نتیجه لنگر کمتری بر تیرها و ستونها اعمال می شود. به بیان دیگر دال از نوع Shell علاوه بر سختی درون صفحه ای، سختی خمشی برون صفحه ای نیز دارد و رفتار واقعی تری از المان سطحی را به نمایش می گذارد.

شایان ذکر است با توجه به ویژگی مذکور حالت Membrane می توان گفت که سختی کل سازه در حالت اول نسبت به حالت دوم کمتر است و لذا می توان نتیجه گرفت که جابجایی، دریفت طبقات و پریود مدل Membrane نسبت به مدل Shell بزرگتر خواهد بود.

زمان تناوب سازه در حالت Membrane

زمان تناوب سازه از نوع Shell

دریفت سازه از نوع Membrane

دریفت سازه از نوع Shell

در ادامه میخواهیم به یک مقایسه بسیار جالب بین این دو المان بپردازیم.

مزایا و معایب استفاده از Membrane یا Shell در مدلسازی

مزایا و معایب Shell و membrane

حال که با ویژگی های هریک از این دو المان و تفاوت های آنها آشنا شدیم، بپردازیم به سوال اصلی:

shell تعریف کنیم یا Membrane ؟

  • حالت Membrane برای انتقال بارها به تیرها بدون در نظر گرفتن سهم مقاومتی دال بکار می رود. در این حالت بارها به صورت مثلثی یا ذوزنقه ای بر تیرهای محاطی وارد می شوند. لازم به ذکر است Membrane زمانی رفتار صحیح دارد که حتما چهار تیر محاطی در اطراف دال وجود داشته باشد. بنا به دلایلی اگر یکی از تیرها موجود نباشند برنامه توزیع مثلثی و ذوزنقه ای بارها را به صورت بارهای منفرد در ستون های پیرامونی دال اعمال خواهد کرد.
  • تعریف دال به صورت Membrane گاها با خطای زیادی همراه است مخصوصا زمانی که المان سطحی چهارگوش نباشد. اگر المان سطحی بیش از 4 ضلع داشته باشد استفاده از Membrane موجب می شود Etabs نتواند بارها را به نحو دقیقی به تیرها انتقال دهد.
  • در مواقعی که می دانیم نمی توان از Membrane برای دال استفاده کرد ولی به دلایلی میخواهیم از مقاومت دال صرف نظر کنیم، می توان المان را به صورت Shell ولی با سختی کاهش یافته نزدیک به صفر در جهت خارج از صفحه تعریف و استفاده کرد. (در واقع با صفر کردن سختی خارج از صفحه Shell تبدیل به Membrane می شود!)
  • موارد گفته شده در مورد دیوارها هم صادق است با این تفاوت که در تیرهای کوپله نمی توان از Membrane استفاده کرد و بایستی حتما Shell باشد.
این مطلب را از دست ندهید :  جانمایی دیوار برشی در پلان سازه : بیان نکات کاملا کاربردی در طراحی

در ادامه نظر اساتید دکتر مسعود حسین زاده و دکتر مهدی علیرضایی را در مورد تفاوت این دو مرور می کنیم :

دکتر حسین زاده :

  1. از لحاظ تئوریک المان Shell هم قادر است رفتار غشایی (مانند کشش، فشار و برش داخل صفحه) را در محاسبات منظور نماید و هم قادر است خمش خارج از صفحه را مدل نماید (تمامی رفتارها) و از این نظر کاملتر از المان Membrane است ولی المان Membrane تنها قادر است رفتار غشایی را منظور کند و نمی تواند خمش خارج از صفحه را مدل نماید. برای مثال اگر یک دال بتنی مربوط به بالکن طره را که تنها از یک لبه خود به سازه متصل است با المان Membrane مدل نمایید، در محل اتصال به صورت مفصلی عمل کرده و ناپایدار خواهد بود. بنابراین بالکن ها نیز باید با Shell مدل شوند.
  2. از لحاظ نرم افزاری المان های Membrane در Etabs به صورت اتوماتیک مش بندی می شوند و کاربر نیازی ندارد تا آنها را به صورت دستی مش بزند. ولی المان Shell باید پس از ترسیم به صورت دستی مش بندی شود و لذا زحمت آن بیشتر است. بنابراین کاربران معمولا جز در مواردی که استفاده از المان Shell ضروری نیست از المان Membrane استفاده می کنند. به طور مثال برای مدلسازی دال های بتنی داخلی که از چهار لبه خود به تیرهای پیرامونی متصل هستند.

دکتر علیرضایی:

در صورتی که سقف Shell باشد، حتما بایستی آن را مش بندی کنید. در صورت عدم مش بندی کل موضوع مدل شده به عنوان یک المان در نظر گرفته خواهد شد و لذا روی تیرها باری منتقل نمی شود. (در واقع در گوشه ها این انتقال صورت می گیرد.) در صورتی که اگر Membrane انتخاب شده باشد، توزیع بار بصورت پاکتی صورت می گیرد. بطور کلی برای سقف‌هایی مثل سقف کامپوزیت، تیرچه بلوک، کرومیت و تمام سقف‌هایی که دارای پخش بار یکطرفه هستند از Deck یا Slab با پخش بار یکطرفه استفاده نمایید و برای سقف‌هایی مثل دال‌های بتنی توپر یا تو خالی یا وافل، از Slab با عملکرد membrane توصیه می‌شود.

این مطلب را از دست ندهید :  دیوار برشی فولادی

نتیجه گیری:

در دال ها

  • بهتر است در دالهایی که از هر چهار طرف توسط تیرها احاطه شده اند از المان Membrane استفاده کرد چرا که علاوه بر دلایل فوق با توجه به اینکه ما دیافراگم صلب برای کف طبقات فرض می کنیم این نوع از دیافراگم که باعث رفتار صفحه ای و هماهنگ طبقه می شود با المان نوع Shell که در آن رفتار خارج از صفحه مدل نیز مد نظر قرار می گیرد چندان سازگار نبوده و لذا با نوع Membrane همخوانی بیشتری دارد.
  • در مورد بالکن ها و طره ها نیز برای حفظ پایداری سازه بهتر است از Shell استفاده شود.

برای دریافت مطالب بیشتر به مقاله ضرایب ترک خوردگی دال مراجعه کنید.

در دیوار های برشی

  • بدون شک Shell از Membrane دقیق تر است و توصیه می شود که از Shell استفاده کنید.
  • اگر بنا به دلایلی میخواهید دیوار خود را Membrane تعریف کنید، بنابر توصیه مراجع بین المللی بهتر است به جای Membrane ، از Shell استفاده کرده و سختی خارج از صفحه دیوار را مقادیر ناچیزی اختیار کنید.
  • برای تیرهای کوپله نمی توانید از المان Membrane استفاده کرده و بایستی حتما از نوع Shell باشد.

 

9 پاسخ
  1. محدثه
    محدثه گفته:

    سلام
    باتشکر از مطالب بسیار مفیدی که در سایت قرار می دهید
    واقعا مطالب با زبان ساده و روان بیان شده
    خدا خیرتان دهد
    امیدوارم سبزسازه روز به روز پیشرفت کند

    پاسخ دادن
  2. h_tafakhor
    h_tafakhor گفته:

    تشکر از مطالب مفیدتون. یه سوالی که معمولا مطرحه در مورد المان شل اینه که اگه ما سقف رو بصورت شل تعریف کنیم باعث میشه در تحمل بارجانبی نقش داشته باشه و به نوعی مقداری از بار جانبی توسط آن تحمل میشه. در حالیکه وظیفه دیافراگم ها انتقال بار جانبی به عنتصر باربرجانبی ست نه تحمل بار جانبی؟

    پاسخ دادن
  3. مرتضی قدرتی
    مرتضی قدرتی گفته:

    با سلام
    خدا قوت، بسیار مطلب مهمی رو به صورت موشکافانه بررسی کردید.

    یه سوال دارم، موقع مدل کردن یه گزینه هست که نوشته shell thin و shell thick؛ فرق این دوتا رو اگه بفرمایید خیلی سپاسگزار می‌شم.

    پاسخ دادن

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *