الفرق بين Shell Thin وShell Thick في التحليل الإنشائي: شرح مبسط لطلبة الهندسة المدنية

محتوي المقال

المقدمة

في عالم التحليل الإنشائي، خصوصًا عند استخدام برامج مثل SAP2000 أو ETABS أو CSI Safe، بنقابل مصطلحين أساسيين لما نيجي نمثل العناصر السطحية زي البلاطات أو الجدران: وهم Shell Thin وShell Thick.
المصطلحين دول ممكن يبدوا بسيطين، لكن اختيار النوع الصح منهم بيفرق بشكل كبير في دقة التحليل الإنشائي ونتايج الإجهادات والتشوهات.

في المقال ده، هنشرح الفرق بينهم بشكل مبسط، وهنفهم إمتى نستخدم كل نوع، وكمان هنغوص شوية في مفهوم Shear Deformation وتأثيره على سلوك العناصر الإنشائية، وكل ده بلغة سهلة قريبة لطلبة الهندسة، ومع دعم بمصطلحات SEO.

أولًا: الفرق بين Shell Thin وShell Thick

1. Shell Thin (الغلاف الرفيع)

بيستخدم في النماذج اللي بتفترض إن سمك العنصر الإنشائي صغير جدًا مقارنة بأبعاده الأخرى (الطول والعرض)، وبالتالي بيتم إهمال تأثير القص العرضي (Shear Deformation).

في الحالة دي بنستخدم نظرية Kirchhoff، واللي بتفترض إن المستوى العرضي يفضل مستوي حتى بعد التشوه، وبالتالي القطاع ما بيحصلش فيه تقوّس بسبب القص.

✅ متى نستخدم Shell Thin؟

لما يكون العنصر زي بلاطة سمكها صغير (Flat Slab).
لما تكون نسبة البحر إلى السمك (Span/Depth) من 10 إلى 20.

2. Shell Thick (الغلاف السميك)

ده بيتم فيه أخذ تأثير القص العرضي في الاعتبار، لأنه مناسب للعناصر السميكة أو اللي بيظهر فيها تشوهات عرضية واضحة.
بيستخدم نظرية Mindlin-Reissner، واللي بتفترض إن المستوى العرضي ممكن يتقوس بسبب تأثير القص.

✅ متى نستخدم Shell Thick؟

في البلاطات السميكة، مثل الـ Raft Foundation.
لو كانت نسبة البحر إلى السمك بين 5 إلى 10 أو أقل.
في المناطق القريبة من الأعمدة أو الفتحات.

ثانيًا: يعني إيه Shear Deformation؟ (تشوه القص)

المفهوم ببساطة:

تخيل إن عندك قطاع مستطيل، وحصل عليه تأثير قوة قص (Shear Force)، هيبدأ يتحول من مستطيل لشكل شبه منحرف. الزاوية اللي بيتغير بيها شكل القطاع اسمها Shear Strain (𝛾).

العلاقة الرياضية:

𝛾=𝛿sL𝛾 = \frac{𝛿s}{L}𝛾=L𝛿s

𝛿s𝛿s𝛿s هو مقدار الانزلاق الجانبي (Shear displacement)
LLL هو الطول الأصلي للقطاع

ومن العلاقة دي نقدر نحسب معامل الصلابة في القص GGG باستخدام: G=𝜏𝛾G = \frac{𝜏}{𝛾}G=𝛾𝜏

حيث:

𝜏𝜏𝜏: إجهاد القص (Shear Stress)
GGG: Modulus of Rigidity

ثالثًا: أهمية أخذ القص في الاعتبار (Shell Thick)

في الواقع، تجاهل تأثير القص ممكن يسبب أخطاء في نتائج التحليل الإنشائي، وخصوصًا لما تكون:

البلاطة سميكة.
في مناطق فيها تغير مفاجئ في السمك أو وجود فتحات.
عند حدود البلاطة أو العناصر المجاورة للأعمدة.

❌ تجاهل القص = نتائج غير دقيقة في:

الإجهادات.
الهبوط (Deformations).
توزيع القوى.

رابعًا: مقارنة سريعة بين Shell Thin وShell Thick

العنصر	Shell Thin	Shell Thick
نظرية التحليل	Kirchhoff	Mindlin/Reissner
تأثير القص العرضي	يتم إهماله	يتم أخذه في الاعتبار
نسبة البحر إلى السمك	أكبر من 10	أقل من 10
دقة التحليل في العناصر السميكة	غير دقيقة	دقيقة جدًا
الاستخدامات الشائعة	البلاطات العادية	الـ Raft – البنشات – البلاطات السميكة

خامسًا: أمثلة عملية من الواقع

مثال 1:

لو عندك بلاطة سمكها 20 سم وبحرها 4 متر:

Span/Depth = 400 / 20 = 20
✅ نستخدم Shell Thin.

مثال 2:

Raft Foundation بسمك 60 سم وبحر 4 متر:

Span/Depth = 400 / 60 ≈ 6.6
✅ نستخدم Shell Thick.

سادسًا: هل ده بيفرق فعلًا في النتائج؟

أيوه، والفرق ممكن يكون ضخم جدًا في:

الـ Deflection (الهبوط): Shell Thin هيقلل الهبوط في البلاطات السميكة لأنه مش بيحسب القص.
الـ Bending Moments (العزوم): ممكن يديك قيم أقل من الحقيقة.
الـ Shear Forces: في Shell Thick بيتم توزيعها بشكل أفضل على القطاع.

سابعًا: نصائح عملية لطلبة الهندسة

لو مش متأكد، استخدم Shell Thick، لأن أخدك لتأثير القص مش هيضر حتى لو مش ضروري.
في مشاريع التخرج، وضّح سبب اختيارك لنوع Shell في تقرير التصميم.
لو بتستخدم برامج CSI، تأكد إنك عامل Mesh كويس، لأن نوع Shell مرتبط بدقة التقسيم.

ثامنًا: أهم الكلمات المفتاحية (SEO Keywords)

الفرق بين Shell Thin وShell Thick
تحليل العناصر السطحية في الهندسة المدنية
Shear Deformation في البلاطات
أنواع الـ Shell في SAP2000 وETABS
استخدام نظرية Kirchhoff وMindlin
Shell Element vs Membrane
البلاطات السميكة وتحليل القص
اختيار نوع العنصر الإنشائي في البرامج
تحليل Raft Foundation
تأثير القص على سلوك البلاطة

الخاتمة

الفرق بين Shell Thin وShell Thick مش مجرد اختيار عشوائي في البرنامج، ده قرار هندسي بيأثر على نتايج التحليل وأمان المنشأ.
كل ما تفهم كويس المفاهيم دي، كل ما تكون تصميماتك أدق، وتحليلك أقرب للواقع.
خد بالك من Shear Deformation، ووازن دايمًا بين الدقة وسرعة النمذجة، وده سر احتراف المهندس الناجح.

لو المقال ده عجبك، شاركه مع زمايلك في الكلية، وخليك دايمًا فاهم مش حافظ 💪
ولو عندك أي سؤال في برامج التحليل الإنشائي، سيبه في التعليقات على منصتنا CengHub.com واحنا نرد عليك في أقرب وقت.

قد تعجبك أيضاً