صفحه اصلی  »  طراحی سازه های ساختمانی و صنعتی  »  بررسی تفاوت بین دوالمان shell و membrane در ایتبس

بررسی تفاوت بین دوالمان 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.

بنابراین میتوان گفت که سختی کل سازه در حالت shell نسبت به حالت membrane بیشتر است و لذا می توان نتیجه گرفت که جابجایی طبقات و زمان تناوب مدل shell نسبت به مدل membrane کمتر خواهد بود.

 

پریود سازه در حالت Membrane

زمان تناوب سازه در حالت shell

 

پریود سازه از نوع المان Shell

زمان تناوب سازه از نوع membrane

دریفت سازه از نوع المان Shell

دریفت سازه از نوع Shell

 

دریفت سازه از نوع المان Membrane

دریفت سازه از نوع Membrane

 

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 کنیم چرا که فرض ما استفاده از  دیافراگم صلب برای کف طبقات است. دسافراگم صلب 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 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

با عضویت بدون وارد کردن اطلاعات رایگان دریافت کنید.

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

دانلود سریع و رایگان

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 37,298 نفر

تفاوت خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه‌ها، نوآورانه و بروز بودن آن است. فقط تخفیف‌ها، جشنواره‌ها، تازه‌ترین‌های آموزشی و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیلتان ارسال می‌کنیم.

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل‌های تبلیغاتی متنفریم و خاطر شما را نخواهیم آزرد!

تولید کنندگان آموزش
با ارسال 33اُمین دیدگاه، به بهبود این محتوا کمک کنید.
نظرات کاربران
  1. اکبر اسکندری

    با سلام و وقت بخیر.
    خدا قوت به تیم خوب سبز سازه.
    زکات علم نشر آن است که تیم سبز سازه با به اشتراک گذاشتن آموزه های خود با مهندسین کشور این جمله را به خوبی جامه عمل پوشانده. با تشکر از مجموعه و تیم سبز سازه.

    پاسخ دهید

  2. مهندس شکوه شیخ زاده (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس عزیز
    تشکر میکنیم از همراهی شما با تیم سبزسازه
    موفق باشید

    پاسخ دهید

  3. zaker hazratpoor

    بسیار عالی و دقیق و کاربردی بود توضیحتون.
    جاداره که به تیم قوی و با انگیزتون خسته نباشید عرض کنم و تشکر کنم بابت این همه لطف بی منتی که به جامعه مهندسی عرضه میکنید.

    پاسخ دهید

  4. مهندس شکوه شیخ زاده (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس عزیز
    خیلی ممنونم از لطفی که به ما دارید
    تشکر از همراهی شما با مجموعه سبزسازه🌺

    پاسخ دهید

  5. آسیه انتظاری

    سلام، تشکر از توضیح خوب و کامل، یه سوال: وقتی سقف از نوع دال باشه، ایتبس وزن سقف را خودش حساب میکند؟ نیازی نیست که ما به ایتبس بدیم؟ فقط باید بار کفسازی را اعمال کنیم؟

    پاسخ دهید

  6. مهندس ایرج لطفی (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    با عرض سلام
    اگر هنگام تعریف متریال بتن، وزن را صحیح و همچنین ضخامت دال را به درستی وارد کرده باشید، نرم افزار به صورت خودکار وزن دال را محاسبه می کند و شما کافی است که سربار بار مرده را اعمال نمایید.

    پاسخ دهید

  7. آسیه انتظاری

    سلام، تشکر از توضیحات کامل و خوبتون

    پاسخ دهید

  8. پشتیبانی سبزسازه (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام خدمت شما مهندس عزیز
    سپاس از لطفی که به ما دارید و ما رو با نظرات خوبتون دلگرم می کنید.

    پاسخ دهید

  9. فرهاد

    سلام ممنون از مقاله خوبتون
    من وقتی دال رو به صورت membrane تعریف میکنم بعد از آنالیز سازه در قسمت last analysis run log خطای ناپایداری سازه میده اما همون پروژه رو وقتی با shell thin تعریف میکنم همچین مشکلی به وجود نمیاد.میشه لطفا راهنمایی کنید چکار کنم ؟

    پاسخ دهید

  10. مهندس مرتضی قلندری (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام وقت بخیر.دال طره ای رو باید از نوع Shell تعریف کنید. اگر به صورت Membrane تعریف کنید، در محل اتصال دال به تیر به صورت مفصلی عمل میکند و ناپایدار می شود. زیرا کف دال به گونه ای است که در لبه اتصال به سازه، لنگر خمشی خارج از صفحه کف ایجاد می شود و در واقع این لنگر باعث پایداری طره است. حال اگر این کف با Membrane مدل شود، اصولا لنگر خارج از صفحه در لبه اتصال آن سازه صفر است و در این صورت طره ناپایدار می شود.

    پاسخ دهید

  11. saeid arefpanah

    با عرض سلام و تشکر از توضیحات کاملتون در صورت امکان نحوه ی صفر کردن سختی خارج از صفحه ی المان های shell رو هم توضیح بدین .

    پاسخ دهید

  12. مهندس مرتضی قلندری (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام
    می توانید کف های سازه را انتخاب کنید سپس از منوی Assign>Stiffness Modifiers ضرایب m11، m12 و m22 که مربوط به سختی های خارج از صفحه می باشند مقدار ناچیزی همانند ۰٫۰۰۱ قرار دهید که این کف ها در باربری جانبی دخالتی نداشته باشند.

    پاسخ دهید

  13. مهدی

    با سلام و عرض سپاس

    بنده هنگامیکه سقف ها رو با المان shell مدلسازی میکنم , همیشه در دهانه های انتهایی , نرم افزار , میلگرد طولی پیچش گزارش میکند , که این میزان با اصلاح ضریب سختی پیچشی تیرها کاهش میابد ولی همیشه یک میزان حداقل میلگرد طولی پیچشی نیاز میشود
    حالا پرسش بنده اینست که با توجه به ضعف المان membrane در انتقال دقیق نیروها به تیر , چرا طراحان اجازه استفاده از این نوع المان را در طراحی دال ها دارند .
    سپاسگزارم .

    پاسخ دهید

  14. مهندس مرتضی قلندری (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام…
    بله حق با شماست، اتصال سقف به تیر در عمده سقف ها یک پیچش به تیرها وارد میکند که در سقف های از نوع ممبرین و از نوع دک این پیچش منتقل نمی شود…
    دلیل استفاده از ممبرین هم به دلیل راحتی کار و اینکه نظام مهندسی ها با این موضوع مشکلی ندارن میتونه باشه…برای دقت بیشتر میتوانید همیشه از المان شل استفاده کنید….

    پاسخ دهید

  15. 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

  16. سعید کاویان‌پور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

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

    پاسخ دهید

  17. hosseinamerey@yahoo.com

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

    پاسخ دهید

  18. مرضیه صبور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    ممنون از محبت شما مهندس

    پاسخ دهید

  19. 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

  20. سعید کاویان‌پور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    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

question