صفحه اصلی  »  مقالات  »  طراحی سازه های بتنی  »  بررسی تفاوت بین دو المان shell و membrane در ایتبس

بررسی تفاوت بین دو المان shell و membrane در ایتبس

shell یا  membrane ؟! یکی از سوالاتی که معمولا برای مهندسین جوان در هنگام طراحی در ایتبس پیش می آید این است که دیوارهای برشی و دال ها را از نوع shell تعریف کنیم یا membran؟

شاید شما هم برای مش بندی دال ها و دیوارهای برشی در ایتبس با این چالش روبرو شده اید که المان ها را از نوع Shell انتخاب کنید یا از نوع Membrane ما در این مقاله جامع قصد داریم به صورت کامل این دو مفهوم را تشریح کنیم و به بیان کاربرد، تفاوت ها، مزایا و معایب استفاده از آنها در مدلسازی بپردازیم.

 

با مطالعه این مقاله چه می آموزیم؟

مفهوم دو المان shell و membrane در ایتبس

قبل از اینکه وارد بحث اصلی شویم بیایید ببینیم تفاوت shell و  membran در etabs 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 در ایتبس

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 ستون ها 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.

 

رفتار مدل با دال تخصیص یافته از نوع Shell

 

دال از نوع المان Shell در ایتبس

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 دارد.

تفاوت روشنی که در ابتدا به چشم می آید خمش خارج از صفحه دال است. این امر بیانگر آن است که علاوه بر تیرها و ستون ها 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 طبقات و پریود مدل membrane نسبت به مدل shell بزرگتر خواهد بود.

 

پریود سازه در حالت Membrane

زمان تناوب سازه در حالت Membrane

 

پریود سازه از نوع المان Shell

زمان تناوب سازه از نوع Shell

 

دریفت سازه از نوع المان Membrane

دریفت سازه از نوع Membrane

 

دریفت سازه از نوع المان Shell

دریفت سازه از نوع Shell

 

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

مزایا و معایب استفاده از Membrane یا Shell در مدلسازی

 

تفاوت المان Shell و membrane

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 می خواهیم 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.

  کمی توضیح بیشتر :

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.

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.

نتیجه گیری

در دال ها:

  • بهتر است در دال هایی 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.

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 می خواهید 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.

 

 

 

خرید لينک هاي دانلود

دانلود رایگان اعضای ویژه

دانلود رایگان این آموزش و ده ها آموزش تخصصی دیگر به ازای پرداخت فقط 29 هزار تومان (+ اطلاعات بیشتر)

خرید با اعتبار سایت به ازای پرداخت فقط 1 هزار تومان

دانلود و ذخیره فقط همین آموزش ( + عضو شوید و یا وارد شوید !)

دانلود سریع و بدون نیاز به عضویت به ازای پرداخت فقط 1 هزار تومان

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 11,561 نفر

تفاوت اصلی خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه ها نوآورانه و بروز بودن آن است ، ما تنها تازه ترین های آموزشی ، تخفیف ها و جشنواره ها و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیل تان ارسال می کنیم

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل های تبلیغاتی متنفریم ، خاطر شما را نخواهیم آزرد!

تولید کنندگان آموزش
ارسال نظرات
نظرات کاربران
  1. مرتضی

    باسلام
    فکرکنم در قسمت توضیح اشتباهی هست چون گفتید جابه جایی و پریود المان membrane نسبت به shell بزرگتر خواهد بود که در دو جدول پایین خلاف مباحث‌بالا میباشد چون پریود در حالت membrane برابر ۰.۱۲ ثانیه و در shell برابر ۰.۱۴ ثانیه که در تضادن!

    پاسخ دهید

  2. سعید کاویان‌پور

    سلام بله درست مفرمایید.
    منظور جابجایی و فرکانس بوده و در متن اصلاح شد.

    پاسخ دهید

  3. hosseinamerey@yahoo.com

    این پست بسیار عالی و کاربردی و مفهومی بود.
    مرسی از تولید کنندگان این مقاله

    پاسخ دهید

  4. مرضیه صبور

    ممنون از محبت شما مهندس

    پاسخ دهید

  5. علي شجاعي

    ممنون از معلومات مفید شما واقعاً بسیار موشگافی کردین.
    من یک سوال داشتم و آن هم اینکه تفاوت shell و membrane با layered چیست؟

    پاسخ دهید

  6. سعید کاویان‌پور

    سلام
    مورد layered برای وقتی هست که میخواهیم تحلیل غیرخطی برای شل انجام دهیم. به این صورت که سفره های آرماتور رو در مرکز سطح خودشون به صورت یک لایه در نظر می گیریم. به این ترتیب، میشه با تعریف مصالح غیر خطی شل رو غیر خطی تحلیل کرد و بار نهایی مقاوم اون رو به دست آورد (بار عمود بر سطح)
    روش ساده و دستی اش خطوط شکست صفحه است (در تحلیل پلاستیک درس میدن)
    روش دقیقش میشه این روش.

    پاسخ دهید

  7. علی

    عالی بود و بسیار مفید. مرسی

    پاسخ دهید

  8. mehdimokh

    بسیار عالی موفق باشین

    پاسخ دهید

  9. مرتضی قدرتی

    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 دهید

  10. علی زارع

    با سلام.
    المان shell thick بر خلاف المان shell thin اثر تغییر شکل های برشی را در تحلیل درنظر میگیرد که این امر موجب افزایش تنش های برشی می شود. با استناد به مراجع درمیابیم که برای تحلیل المان هایی که نسبت بعد به ضخامت آنها بین ۵ تا ۱۰ باشد باید از المان shell thick استفاده کرد.
    به عنوان جمع بندی در پی ها از المان shell thick استفاده می کنیم ولی در دال ها چون نسبت بعد به ضخامت معمولا از ۱۰ بیشتر است می توان از المان shell thin استفاده کرد. بعضا نیز توصیه میشود که دال هایی که در محل بازشوها و ناپیوستگی ها قرار دارند بهتر است از المان shell thick استفاده کنیم.

    پاسخ دهید

  11. h_tafakhor

    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 دهید

  12. دهقان

    عالی بود . ممنون

    پاسخ دهید

  13. پشتیبانی سبزسازه

    خواهش میکنم. انشالله که باقی مطالب هم براتون مفید باشه

    پاسخ دهید

  14. ASMA AMIRI SHAMLOO

    ممنون از مطالب مفیدتون.واقعا مفید و جامع است.

    پاسخ دهید

  15. محدثه

    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 دهید

  16. پشتیبانی سبزسازه

    با سلام و عرض ادب
    خوشحالیم که توانسته ایم مطالب مفیدی برای شما منتشر کنیم.
    خوشحال میشویم که دیگر مطالب سبزسازه را نیز مطالعه کنید.
    پایدار باشید.

    پاسخ دهید

  17. mojtaba

    این مطلب خیلی مورد استفاده فارغ التحصیلان بوده و از شما بابت این مطلب جامع بویژه قسمت نظر اساتید تشکرمی کنم .

    پاسخ دهید

  18. سید سعید سرفرازی

    ممنون بابت دیدگاه گرم شما
    موفق باشید

    پاسخ دهید

فقط کافیست ایمیلتان را وارد کنید

در کمتر از 5 ثانیه اطلاعاتتان را وارد کنید و 3 ایبوک طراحی سازه بتنی در ایتبس را به همراه هدیه ویژه آن در ایمیلتان دریافت کنید
برایم ایمیل شود
نگران نباشید ایمیل های مزاحم نمی فرستیم
close-link