الفرق بين Membrane وPlate وShell في التحليل الإنشائي: دليل مبسط لطلبة الهندسة

13

المقدمة

في برامج التحليل الإنشائي زي SAP2000 وETABS، بنشوف أنواع مختلفة من البلاطات والعناصر السطحية، زي:
Membrane – Plate – Shell
لكن إيه الفرق الحقيقي بينهم؟ وإمتى نستخدم كل نوع؟ وليه بيأثر النوع ده على دقة التحليل وسلوك المنشأ؟

المقال ده هيشرحلك ببساطة:

• المفهوم الأساسي لكل نوع
• خصائصه الإنشائية
• استخداماته في التصميم
• الفرق بينهم في السلوك تحت الأحمال
• ونصائح عملية في اختياره داخل النمذجة

---

1. ما هو العنصر Membrane؟

التعريف:

هو عنصر بلاطة له جساءة لمحورية (In-Plane Stiffness) فقط، يعني بيقدر يقاوم الأحمال الأفقية داخل مستواه، لكنه لا يستطيع مقاومة العزوم الناتجة عن الأحمال الرأسية (ما عندوش Out-Plane Stiffness).

الاستخدامات:

• يُستخدم في حالات خاصة زي القباب والمنشآت القشرية (Domes).
• يستخدم لما نكون عايزين نحسب القوى الداخلية فقط في الاتجاه الأفقي.
• يتم تجاهل تأثير العزوم والانحناءات.

الميزة:

• بسيط وسريع في التحليل.
• مفيد عند دراسة أقصى قيم لقوى القص أو الشد في بعض الكمرات.

العيب:

• لا يمكن الاعتماد عليه في تصميم البلاطات العادية.
• مش بيدي أي مقاومة للعزوم.

---

2. ما هو العنصر Plate؟

التعريف:

هو عنصر بلاطة له جساءة للعزوم (Out-Plane Stiffness)، لكنه لا يملك جساءة للأحمال المحورية (In-Plane).

يعني يقاوم الأحمال الرأسية الناتجة عن الإنحناء، لكن ما يقدرش يقاوم الأحمال الجانبية أو القطرية.

الاستخدامات:

• يُستخدم لما نكون عايزين نهمل تأثير القوى الأفقية.
• مفيد في نمذجة البلاطات التي لا تتحمل أحمال أفقية مثل الزلازل أو الرياح.

الميزة:

• أدق من Membrane لأنه بياخد العزوم في الاعتبار.
• سهل في التطبيقات اللي محتاجة تحليل للانحناء فقط.

العيب:

• لا يمكن استخدامه إذا كان في أحمال أفقية.

---

3. ما هو العنصر Shell؟

التعريف:

هو النوع الأكثر شمولًا، لأنه يملك كل من:

• In-Plane Stiffness
• Out-Plane Stiffness

يعني يقدر يقاوم الأحمال الأفقية والرأسية والعزوم معًا، وده بيخليه أفضل خيار للتحليل الحقيقي للبلاطات.

الاستخدامات:

• البلاطات المسطحة (Flat Slabs).
• البلاطات المصمتة (Solid Slabs).
• Raft Foundations.
• الجدران الحاملة (Shear Walls).

الميزة:

• بيغطي كل حالات التحميل.
• يعطي نتائج دقيقة جدًا.

العيب:

• يحتاج تقسيم جيد (Meshing) للحصول على دقة كافية.
• أثقل من Membrane وPlate من ناحية وقت التحليل.

---

4. مقارنة سلوك الأنواع المختلفة تحت الأحمال

الحالة الأولى: تحت تأثير الأحمال الرأسية

النوع	In-Plane Stiffness	Out-Plane Stiffness	السلوك
Membrane	✅	❌	لا يقاوم الانحناء
Plate	❌	✅	يقاوم الانحناء فقط
Shell	✅	✅	يقاوم كل الأحمال

الحالة الثانية: تحت تأثير الأحمال الأفقية

• Membrane: يقاومها جيدًا
• Plate: لا يقاومها نهائيًا
• Shell: يقاومها بكفاءة عالية

---

5. متى تستخدم كل نوع؟

الحالة	النوع المناسب	السبب
تصميم بلاطة مصمتة تقاوم كل الأحمال	Shell	يملك كل أنواع الجساءة
دراسة القوى الداخلية في العناصر فقط	Membrane	أسرع وأبسط
تحليل الانحناء فقط	Plate	مقاومة العزوم فقط بدون تشتيت

---

6. نصائح عملية لطلبة الهندسة

• استخدم Shell بشكل افتراضي لتحصل على تحليل متكامل.
• لو بتجرب حالات خاصة، جرب Plate أو Membrane بس لازم تفهم حدود استخدامهم.
• دايمًا اعمل Mesh جيد ودقيق في حالة استخدام Shell.

---

7. الخاتمة

فهم الفرق بين Membrane وPlate وShell مش بس هيزود معرفتك، ده هيخليك تختار النوع المناسب لكل حالة، وبالتالي:

• تصميم أدق
• تحليل أسرع
• منشأ آمن

ابدأ دلوقتي جرّب الفرق بنفسك على برنامج SAP2000 أو ETABS، وشوف إزاي سلوك المنشأ بيتغير تمامًا بمجرد تغيير نوع البلاطة.