KERANGKA GEODESIK DAN KABEL GANTUNGAN

(1)

UNIT 4

KERANGKA GEODESIK

DAN KABEL GANTUNGAN

OBJEKTIF AM

: Memahami definisi Kerangka Geodesik dan

Kabel Gantungan,contoh,sebaran

beban,kestabilan serta reka bentuk bangunan

OBJEKTIF KHUSUS

: Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:



Menyatakan definisi struktur Kerangka Geodesik dan Kabel

Gantungan.



Menerangkan sebaran beban bagi Kerangka Geodesik dan Kabel

Gantungan.



Melakarkan kestabilan bagi struktur Kerangka Geodesik dan Kabel

Gantungan.



Menerangkan mengenai analisis reka bentuk struktur bangunan

(2)

4.0 Pengenalan

Sebelum ini anda telah mempelajari dan mengetahui tentang struktur kerangka.Walau bagaimanapun kerangka yang akan anda pelajari pada kali ini mempunyai maksud dan fungsi yang berbeza.

Kerangka bagi unit ini adalah berhubung kait dengan ‘struktur’ yang

menyokong dan ‘kulit’ yang menutupi. Pengasingan fungsi, cara menyokong dan

cara menutupi menghasilkan suatu sistem Kerangka yang dipanggil Kerangka Geodesik dan Kabel Gantungan. Sistem struktur ini sentiasa berada di dalam keadaan tegangan.

Anda diharap dapat membezakan di antara Kerangka Geodesik dan Kabel

(3)

4.1 Definisi dan contoh dari alam semula jadi

4.1.1 Kerangka Geodesik

 Sistem struktur yang menyebarkan beban kepada penyangga melalui susunan lelurus ahli- ahli yang terdapat pada suatu satah yang melengkung.

 Beban- beban mengenakan tegangan dan mampatan di dalam ahli – ahli.

 Kerangka geodesik adalah kerangka ruang berbentuk sfera.

UNTUK PENGETAHUAN ANDA, DALAM SISTEM KERANGKA

GEODESIK , TIADA CONTOH YANG BOLEH DIKAITKAN DARI ALAM SEMULA JADI.

Bayangkanlah contoh LAIN yang boleh diaplikasikan kepada struktur bangunan

4.1.2 Kabel Gantungan

 Sistem struktur yang menyebarkan beban kepada penyangga melalui kabel.

 Direkabentuk untuk memindahkan daya-daya tegangan.

(4)

UNTUK PENGETAHUAN ANDA, DALAM SISTEM KABEL GANTUNGAN , TERDAPAT SATU CONTOH YANG BOLEH

DIKAITKAN DARI ALAM SEMULA JADI.

(5)

AKTIVITI 4.1

 UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT SELANJUTNYA

 SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUM BALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA.

SOALAN 1

Berikan definisi Geodesik dan Kabel Gantungan.

SOALAN 2

Lakarkan SATU contoh dari Alam semulajadi yang menggambarkan Kabel gantungan

Isikan tempat kosong di bawah.

SOALAN 3

Sebaran beban Geodesik akan menyebabkan perubahan pada ahli yang mendatar dan ahli pugak serta hampir-hampir pugak.Ahli pugak serta hampir-hampir pugak mengalami daya _________________ manakala ahli yang mendatar mengalami ______________________.

SOALAN 4

Daya yang terhasil di dalam Geodesik ialah ___________________ dan ______________.

SOALAN 5

(6)

MAKLUM BALAS 4.1

JAWAPAN 1

Definisi Kerangka Geodesik

 Sistem struktur yang menyebarkan beban kepada penyangga melalui susunan lelurus ahli- ahli yang terdapat pada suatu satah yang melengkung.

Definisi Kabel Gantungan

 Direka bentuk untuk memindahkan daya-daya tegangan.

 Oleh itu bahan yang digunakan dalam struktur ini mesti kuat dalam tegangan.

JAWAPAN 2

Lakaran contoh dari alam semula jadi berhubung kait dengan Kabel Gantungan.

(7)

JAWAPAN 3

Sebaran beban Geodesik akan menyebabkan perubahan pada ahli yang mendatar dan ahli pugak serta hampir-hampir pugak.Ahli pugak serta hampir-hampir pugak mengalami daya i_________________ manakala ahli yang mendatar mengalami ii______________________.

Jawapan

i. Mampatan ii. Tegangan.

JAWAPAN 4

Daya yang terhasil di dalam Geodesik ialah (i)__________________ dan (ii)______________.

Jawapan

i. Mampatan ii. Tegangan

JAWAPAN 5

Sistem struktur Kabel mesti mengatasi daya _i______________.Oleh sebab itu bahan yang digunakan dalam system ini mesti kuat dalam keadaan ii___________________

Jawapan

(8)

Pelajar harus mengetahui bagaimana sebaran beban ini dapat diselesaikan agar struktur berada dalam keadaan keseimbangan.

4.2 Sebaran Beban

Sebaran beban adalah penumpuan yang perlu dititik beratkan terhadap penyebaran daya-daya luaran yang bertindak ke atas struktur Kerangka Geodesik dan Kabel Gantungan.

4.2.1 Sebaran beban Kerangka Geodesik

Pelajar perlu mengingati bahawa sebaran beban kepada ahli-ahli dalam Kerangka Geodesik adalah seragam

KERANGKA GEODESIK RAJAH

 Rajah 4.2.1.(a) menunjukkan sfera geodesik yang terhasil dari 5 solid yang boleh menyebabkan sebaran beban berbeza.

 Bentuk segitiga yang terhasil dari perkembangan secara grafik boleh di bahagikan kepada beberapa banyak bahagian yang sama dalam usaha untuk mengurangkan panjang ahli- –ahli dan memperolehi bentuk yang lebih mirip kepada bentuk sfera.

(9)

 Rajah 4.2.1.(b) menunjukkan sistem pembahagian yang biasa digunakan

di panggil ‘frequencies‘. Rentangan

sfera dan jenis bahan penutup akan

mempengaruhi ‘frequencies‘ yang di

gunakan.

 Rajah 4.2.1(c) menunjukkan di bawah tindakan beban seragam, kubah geodesik memindahkan beban seragam melalui ahli – ahlinya kepada sangga .

 Di bahagian atas garisan perantaraan kubah, semua ahli – ahli mengalami mampatan. Di bahagian bawah garisan ini pula, semua ahli – ahli yang pugak atau hampir pugak akan mengalami mampatan dan ahli – ahli yang mendatar pula mengalami tegangan.

 Sebaran beban dalam kubah geodesik adalah menyerupai sebaran beban dalam kubah sfera. Setiap unit segitiga kerangka ini mesti di pelihara untuk mengekalkan keselanjaran struktur kubah geodesik .

 Rajah 4.2.1(d) menunjukkan bahawa sesebuah kubah geodesik hanya boleh diberhentikan pada sambungannya .

 Rajah 4.2.1(e) menunjukkan garisan dasar yang mendatar akan dihasilkan oleh geometri suatu hemisfera  Daya – daya akan di pindahkan

dalam arah yang hampir pugak kepada sangga, jadi tujahan dapat dikurangkan.

 Tujahaan diselesaikan menggunakan sagang yang berterusan atau lengkaran tegangan.

Rajah 4.2.1(b)

Rajah 4.2.1(c)

Rajah 4.2.1(d)

(10)

 Rajah Rajah 4.2.1(f) menunjukkan 5 titik sangga yang dihasilkan dari geometri segmen sfera. Beban – beban dikumpulkan pada kelima – lima titik sangga dan dipindahkan ke sangga.

 Tujahan yang dihasilkan pada kubah dangkal ini mesti di atasi oleh elemen sangga. Tujahan bertambah dengan bertambah dangkalnya bentuk kubah.

 Keadaan begini dialami juga oleh kubah tradisional dan kubah cengkerang yang dangkal.

Rajah 4.2.1(f)

Bagaimana?? Terlalu sukar ??Sekiranya anda menghadapi masalah,

sila berjumpa dengan pensyarah untuk berbincang.Sekiranya tidak

anda boleh meneruskan ke bahagian yang lain. Selamat Mencuba

(11)

4.2.2 Sebaran beban Kabel Gantungan

Pelajar perlu mengingati bahawa sebaran beban kepada ahli-ahli dalam

Kabel Gantungan adalah sentiasa dalam keadaan tegangan.

KABEL GANTUNGAN RAJAH

 Struktur Gantungan menyebarkan beban melalui kabel tegang atau selaput kepada penyangga.

 Rajah 4.2.2(a) menunjukkan bentuk kabel yang ditentukan oleh :

1. Beban – beban yang mesti disangganya.

2. Tegasan dalam kabel

 Saiz tujahan mendatar yang dihasilkan dalam sistem kabel dan saiz elemen penyangga adalah berhubung terus kepada kecerunan kabel dan saiz beban yang dikenakan.

 Hubungan di antara tujahan dan geometri dalam sistem gantungan adalah serupa dengan yang terdapat dalam gerbang.

 Gerbang atau sistem gantungan yang yang berbentuk curam akan menghasilkan tujahan minimum manakala bentuk yang dangkal akan menghasilkan tujahan maksimum.

(12)

 Rajah 4.2.2(b) menunjukkan kabel yang curam yang akan menghasilkan daya yang paling sedikit di dalam kabel.

 Daya pepenjuru yang boleh dihuraikan kepada komponen daya berat dan tujahan juga kecil.

 Rajah 4.2.2(c) menunjukkan semakin kurang kecuraman kabel tersebut,semakin bertambah daya dalam kabel

 Jadi, saiz sangga tiang mesti dibesarkan walaupun daya-daya yang dikenakan tetap sama.

 Rajah 4.2.2(d) menunjukkan kabel dangkal yang akan menyebabkan daya dalam kabel menjadi begitu besar.Saiz kabel dan sangganya mesti dibesarkan juga.

Rajah 4.2.2(b)

Rajah 4.2.2(c)

Rajah 4.2.2(d)

(13)

AKTIVITI 4.2

 UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT

SELANJUTNYA

 SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUM BALAS DI

HALAMAN BERIKUTNYA.

SOALAN 1

Lakarkan sebaran beban Kerangka Geodesik dan nyatakan daya yang terdapat pada Kerangka tersebut.

SOALAN 2

Kerangka Geodesik mempunyai keistimewaan tersendiri dimana ianya boleh terhenti pada sambungannya.Huraikan kenyataan ini.

SOALAN 3

Apakah yang dimaksudkan dengan Kabel Curam ?

SOALAN 4

(14)

JAWAPAN 1

 Di bahagian atas garisan perantaraan kubah, semua ahli – ahli mengalami mampatan. Di bahagian bawah garisan ini pula, semua ahli – ahli yang pugak atau hampir pugak akan mengalami mampatan dan ahli – ahli yang mendatar pula mengalami tegangan.  Sebaran beban dalam kubah geodesik adalah menyerupai sebaran beban dalam kubah

sfera. Setiap unit segitiga kerangka ini mesti dipelihara untuk mengekalkan keselanjaran struktur kubah geodesik .

JAWAPAN 2

Kerangka Geodesik mempunyai keistimewaan tersendiri,di mana ianya boleh terhenti pada sambungannya.Hentian ini tidak menganggu keselanjaran struktur.

JAWAPAN 3

Kabel Curam

Kabel yang curam akan menghasilkan daya yang paling sedikit di dalam kabel.

(15)

JAWAPAN 4

Kabel Landai.

Kabel landai atau kabel dangkal akan menyebabkan daya dalam kabel menjadi begitu besar.Saiz kabel dan sangganya mesti dibesarkan juga.

PERHATIAN

(16)

4.3 Kestabilan sisi

Sistem struktur selalunya kekurangan kestabilan sisi. Daya-daya sisi seperti angin dan gempa bumi mengakibatkan kegagalan struktur kecuali jika struktur ini mempunyai penghalang dari daya-daya tersebut.

4.3.1 Kestabilan Geodesik

 Dihasilkan oleh bentuk geometri kubah serta penigasegian unit-unitnya.

Tidak terlalu sukar bukan ??? Kalau begitu teruskan

pembacaan anda ke bahagian yang selanjutnya.

(17)

4.3.2 Kestabilan Kabel Gantungan

Pelajar perlu mengetahui bahawa kestabilan

kabel gantungan diperolehi melalui beban mati

atau penambahan ahli-ahli struktur untuk

menetapkan kedudukan struktur kabel utama.

 Rajah 4.3.2(a) menunujukkan sistem lengkungan tunggal, setiap kabel bertindak bebas di bawah tindakan beban .

 Beban-beban akan memberi kestabilan kabel di mana ianya dikenakan.

 Bentuk kabel adalah hasil daya yang dikenakan.

(18)

 Rajah 4.3.2(b) menunjukkan balak akan menegangkan kabel jika ianya diletakkan di atas sistem .

 .Jika beban yang kecil dan setumpu dikenakan dekat dengan hujung balak tersebut, tegasan dalam kabel menjadi tidak sekata.

 Balak di bawah tindakan beban setumpu akan mengubah bentuk kabel menunjukkan bahawa sistem adalah tidak stabil.

 Rajah 4.3.2 (c) menunjukkan balak- balak lain akan bergerak disebabkan oleh perubahan kabel.

 Rajah 4.3.2(d) menunjukkan jika beban mati yang besar menjadi sebahagian daripada sistem , semua kabel akan mengalami tegasan sekata,dan sistem menjadi stabil.

 Daya angin tidak akan memberi kesan terhadap kestabilan sistem.

Rajah 4.3.2(b)

Rajah 4.3.2 ( c)

(19)

 Rajah 4.3.2(e) menunjukkan cara untuk memperolehi kestabilan tanpa penggunaan beban mati yang besar.

 Kabel yang disauh ke tanah boleh menjalankan fungsi yang sama dengan beban mati yang besar.

 Sistem ini stabil di bawah tindakan kebanyakan beban.

 Rajah 4.3.2(f) menunjukkan sistem lengkungan kembar.  Kabel melintang menjalankan

fungsi yang sama dengan balak dana ikatan seperti yang terdapat dalam sistem satu lengkungan.  Kabel melintang tidak perlu

disauh ke tanah untuk mendapat kestabilan jika mereka disauh kepada kabel utama.

 Sistem ini adalah stabil dan berkesan untuk mengatasi getaran disebabkan oleh geometri bentuk permukaannya.  Beban dipindahkan melalui

kabel yang ditegaskan kepada sangga berbentuk gerbang dan kemudian ke tanah.

Rajah 4.3.2(e)

(20)

AKTIVITI 4.3

SELANJUTNYA

SOALAN 1

Nyatakan kestabilan sisi bagi Kerangka Geodesik.

SOALAN 2

Kabel gantungan boleh distabilkan dengan menggunakan: i) _________________________________________________

ii) _________________________________________________

SOALAN 3

Lakarkan DUA cara untuk mendapatkan kestabilan bagi : I. Sistem Kabel Berpemberat

II. Sistem Kabel Berikat

Adakah anda yakin dengan jawapan

anda??? Jika YA, sila semak jawapan

(21)

JAWAPAN 1

Kestabilan sisi bagi Kerangka Geodesik adalah melalui bentuk geometri serta penigasegian unit- unitnya

JAWAPAN 2

i) gantungan diperolehi melalui beban mati

ii) penambahan ahli-ahli struktur untuk menetapkan kedudukan struktur kabel utama.

JAWAPAN 3

Lakarkan DUA cara untuk mendapatkan kestabilan bagi :

(I) Sistem Kabel Berpemberat (II) Sistem Kabel Berikat

TAHNIAH

DI ATAS KEJAYAAN

(22)

4.4 Analisis Rekabentuk

Analisis Reka bentuk ini mempunyai hubungkait dengan Sistem Struktur

Geodesik dan Kabel Gantungan , serta bahan yang digunakan.

4.4.1 Analisis Reka bentuk Sistem Struktur Geodesik.

SISTEM STRUKTUR GEODESIK RAJAH

 Rajah 4.4.1(a) menunjukkan satu perbezaan teknik pembinaan Kubah Geodesik yang digunakan untuk menutupi sebuah Taman Botani.

 Terdapat 2 lapisan Kubah, setiap satunya terdiri daripada modul heksagon yang dibuat daripada tiub aluminium.

 Kubah utama dibuat daripada panel plastik.Ini membolehkan cahaya asli masuk tanpa mengganggu keselanjaran struktur.  Bentuk Kubah adalah kurang daripada Hemisfera dan ianya disangga pada 5 titik yang dihasilkan oleh geometri struktur tersebut.

Rajah 4.4.1(a)

Missouri Botanical Garden,St. Louis (Murphy &

(23)

SISTEM STRUKTUR GEODESIK RAJAH

 Sangga bertindak untuk mengatasi tujahan dan juga menaikkan struktur untuk menambah ketinggian pembukaan pada ke lima- lima untuk sangga.

 Rajah 4.4.1(b) menunjukkan bagaimana kestabilan diperolehi dari bentuk sfera.

 Kubah Geodesik diperbuat daripada kaca gentian dan menutupi radas radar .

 Ianya berjaya menahan daya angin selaju 180 batu/ jam.

 Kubah dimasuki dari bawah di mana permukaan ini dihasilkan oleh bentuk geometri Kubah.  Tidak terdapat pembukaan lain.  Sangga konkrit bertindak sebagai

lingkaran mampatan untuk mengatasi tujahan menghala ke dalam pada bahagian dasar sfera.

Rajah 4.4.1(b) D.E.W System

(24)

4.4.2 Analisis Reka bentuk Kabel Gantungan.

 Rajah 4.4.2 menunjukkan bahawa sistem gantungan kabel boleh merentang ukuran yang panjang 4200 kaki di antara sangga yang besar.  Jalan raya yang terdapat di

atasnya disangga oleh dua kabel yang mempunyai ukuran garispusat 36 inci.

 Kabel- kabel ini disauh kepada kedua- dua hujung jambatan menggunakan sauh konkrit yang besar.

 Struktur ini berbentuk para bola merupakan struktur yang tidak begitu stabil.

Rajah 4.4.2 Golden Gate Bridge,.San

(25)

AKTIVITI 4.4

SELANJUTNYA

SOALAN 1

Lakarkan Missouri Botanical Garden,St.Louis.

SOALAN 2

Lakarkan D.E.W System Radome,Canada.

SOALAN 3

(26)

JAWAPAN 1

Lakaran Missouri Botanical Garden, St.Louis

JAWAPAN 2

Lakaran D.E.W System Radome,Canada.

JAWAPAN 3

(27)

PENILAIAN KENDIRI

Anda telah menghampiri kejayaan.

Sila jawab soalan- soalan yang diberikan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda dengan pensyarah..Selamat mencuba dan semoga berjaya!!!

SOALAN 1

a) Dengan menyatakan definisi bagi struktur Geodesik dan Kabel Gantungan, huraikan perkaitan di antara struktur tersebut.

b) Sfera geodesik boleh dihasilkan dari LIMA (5) unit asas. Lakarkan bentuk LIMA unit asas tersebut.

(28)

MAKLUMBALAS PENILAIAN KENDIRI

JAWAPAN 1

a) Definisi Kerangka Geodesik

 Sistem struktur yang menyebarkan beban kepada

penyangga melalui susunan lelurus ahli- ahli yang terdapat pada suatu satah yang melengkung.

Definisi Kabel Gantungan

 Direka bentuk untuk memindahkan daya-daya tegangan.

 Oleh itu bahan yang digunakan dalam struktur ini mesti kuat dalam tegangan.

Huraian perkaitan di antara kedua-dua struktur adalah kedua-duanya dalam kategori sistem Kerangka yang menyokong.Daya tegasan perlu diselesaikan.

b) Lakaran lima solid.

(29)

c) Kestabilan Kabel Gantungan

TAHNIAH

_{ANDA TELAH BERJAYA DALAM UNIT INI.TERUSKAN}