OBJEKTIF AM : Memahami definisi Sistem Struktur

(1)

UNIT 7

CENGKERANG

OBJEKTIF AM

: Memahami definisi Sistem Struktur

Cengkerang,contoh, sebaran beban, jenis- jenis,

kestabilan serta analisis reka bentuk bangunan.

OBJEKTIF KHUSUS

: Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:



Menyatakan definisi Sistem Struktur Cengkerang.



Menerangkan contoh Sistem Struktur Cengkerang daripada alam

semula jadi.

(2)

Adakah ianya stabil?

7.0 Pengenalan

Sebelum kita mempelajari Struktur Cengkerang dengan lebih luas lagi, cuba bayangkan bentuk kerang ataupun siput laut.

Bagaimana keadaan permukaan bentuk ini?

Apakah keistimewaan yang anda dapati padanya?

Setelah mendapat gambaran yang terang dan jelas, maka bolehlah kita mempelajari tiap- tiap tajuk mengenai Sistem Cengekrang dan keistimewaan setiap bentuk Cengkerang ini.

7.1.1 Definisi dan contoh

Sebelum kita mempelajari Sistem Cenkerang , kita perlulah mengetahui definisi struktur tersebut.Setelah mendapat gambaran yang terang dan jelas, cuba

bayangkan pula contoh dari alam yang berhubung kait dengannya.

7.1.1 Sistem Struktur Cengkerang

 Sistem struktur yang menyebarkan beban kepada penyangga dalam

beberapa arah pada satu atau dua satah melengkung.

 Beban-beban mengenakan daya mampatan,tegangan dan ricihan dalam

satah Cengkerang

 .Cengkerang mesti direkabentuk untuk mengatasi daya-daya tersebut

tanpa melentur.

 Daya-daya dalaman yang terhasil terdiri daripada daya-daya yang

(3)

DALAM SISTEM CENGKERANG, CONTOH YANG

BOLEH DIKAITKAN DARIPADA ALAM SEMULAJADI

ADALAH TERDIRI DARIPADA SIPUT LAUT_DANTELUR.

(4)

AKTIVITI 7.1

 UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT SELANJUTNYA

 SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUM BALAS DI HALAMAN

BERIKUTNYA.

SOALAN 7.1- 1

Berikan definisi Sistem Struktur Cengkerang?.

SOALAN 7.1-2

.Terangkan beserta lakaran DUA contoh dari alam semula jadi yang boleh dihubungkaitkan dengan Sistem Struktur Cengkerang.

Isikan tempat kosong di bawah.

SOALAN 7.1-3

(5)

MAKLUM BALAS 7.1

SOALAN 7.1-1

Definisi Sistem Struktur Cengkerang.

Sistem struktur yang menyebarkan beban kepada penyangga dalam beberapa arah pada satu atau dua satah melengkung.Beban-beban mengenakan daya mampatan,tegangan dan ricihan dalam satah Cengkerang. .Cengkerang mesti direkabentuk untuk mengatasi daya-daya tersebut tanpa melentur.Daya-daya dalaman yang terhasil terdiri daripada daya-daya yang dipanggil tegasan selaput

SOALAN 7.1-2

Telur

Mendapat kekuatan daripada bentuknya yang mempunyai dua lengkungan.Nisbah ketebalan kulit telur kepada ukuran panjangnya ialah lebih kurang 1 : 230.Boleh tahan kepada beban yang seragam tetapi pecah bila beban setumpu bertindak ke atasnya.

Siput Laut

Mempunyai bentuk kembar lengkung dan ketebalan pada bahagian tepi untuk memberi kekuatan dan kestabilan.Mempunyai alur-alur dipermukaan untuk menambah keupayaannya terhadap daya lenturan.Kerang menunjukkan dengan jelas akan prinsip penggunaan struktur cengkerang.

SOALAN 7.1-3

(6)

7.2 Sebaran beban

Beban boleh diagihkan ke atas sesuatu struktur dengan berbagai- bagai cara.Mari kita lihat bagaimana Sistem Struktur Cengkerang mengagihkan beban.

7.2.1 Cengkerang

CENGKERANG RAJAH

 Rajah 7.2 .1 menunjukkan beban dalam cengkerang

(7)

AKTIVITI 7.2

 UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT SELANJUTNYA

 SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUM BALAS DI HALAMAN

BERIKUTNYA.

SOALAN 7.2- 1

Terangkan secara am, mengenai penyebaran beban dalam Sistem Struktur Cengkerang.

SOALAN 7.2-2

(8)

SOALAN 7.2-1

Lakaran sebaran beban Cengkerang

Lakaran menunjukkan beban dalam cengkerang disebarkan dalam banyak arah dalam satah permukaan cengkerang.Cengkerang adalah terlalu nipis untuk mengatasi daya lenturan. Oleh itu daya-daya dalaman yang terhasil daripada beban yang dikenakan mesti diselesaikan melalui tegasan selaput.Tegasan lenturan selalunya berlaku pada bahagian hujung dan selalunya diatasi dengan menambah ketebalan cengkerang pada bahagian ini.

SOALAN 7.2-2

(9)

7.3 Jenis- jenis Cengkerang

Adakah anda tahu berapakah jenis cengkerang???

Cengkerang boleh dibahagikan kepada dua jenis: a) Cengkerang satu lengkungan. b) Cengkerang lengkungan kembar.

A. CENGKERANG SATU LENGKUNGAN.  Cengkerang jenis ini terdiri daripada:

i.Kekubah berlaras tunggal panjang ii.Kekubah berlaras tunggal pendek.

i. Kekubah Berlaras Tunggal Panjang (Rajah 7.3.1)

Ciri-ciri:

 Ukuran panjang kekubah adalah lebih

panjang daripada ukuran lebarnya

 Memindahkan daya-daya melalui ricihan

kepada bahagian sangga yang terdapat dihujungnya.

 Secara struktur,bertindak sebagai balak

yang mengalami daya mampatan

dibahagian atas kekubah dan daya tegangan dibahagian bawahnya.

Rajah 7.3.1

(10)

 Sebaran beban dalam cengkerang adalah  berbeza daripada kekubah klasik yang

menyebarkan beban melalui tindakan gerbang.

 Selalunya digunakan secara bersiri.Cara

untuk mendapat kestabilan bagi struktur adalah sama dengan cara untuk kestabilan sistem plat lipatan.

ii. Kekubah Berlaras Tunggal Pendek (Rajah 7.3.2)

Ciri-ciri:

 Ukuran panjang kekubah adalah lebih

pendek daripada ukuran lebarnya.

 Beban dipindahkan melalui tindakan papak

kepada sangga walaupun tegasan selaput mungkin terhasil dalam papak.

Rajah 7.3.2

Kekubah berlaras tunggal pendek.

B.CENGKERANG LENGKUNGAN KEMBAR  Cengkerang lengkungan kembar jenis ini

banyak digunakan dalam binaan sekarang,  Ianya terdiri daripada:

a) Hyperbolic Paraboloid

(11)

a) Hyperbolic Paraboloid

 Rajah 7.3.3 menunjukkan bahawa

bentuk Hyperbolic Paraboloidterdiri daripada lengkung parabola a dan b dan lengkung hyperbola c.

 Garisan-garisan lurus yang

menghubungkan diantara dua gerbang yang terdapat di bahagian hujung kemudiannya membentuk satu

Hyperbolic Paraboloid.

 Rajah 7.3.4 menunjukkan bentuk

Hyperbolic Paraboloid yang lazimnya digunakan dalam struktur.

 Rajah 7.3.5 menunjukkan sebaran beban

dalam Hyperbolic Paraboloid .

 Beban-beban mengakibatkan tegangan

bertentangan dengan sangga,mampatan dan ricihan selari dengan sangga.  Daya-daya selaput disebarkan dalam

satah cengkerang kepada bahagian sisi.  Rasuk sisi mengumpul dan

memindahkan daya-daya mamapatan

(12)

b) Cengkerang Putaran

 Bentuk-bentuk ini terhasil dengan cara

memutar satu garisan lengkung pada satu paksi.

 Jenis-jenis cengkerang putaran terdiri

daripada:

i. Kubah

ii.Hyperboloid

i. Kubah

 Kubah merupakan satu cengkerang putaran dan seperti kubah tradisional mengenakan tujahan selanjar pada bahagian dasarnya.

 Kubah cengkerang yang nipis adalah

lebih ringan binaannya dan mampu untuk merentangi kawasan yang lebih besar dengan penggunaan bahan yang sedikit.

 Rajah 7.3.6 menunjukkan beban

(13)

 Rajah 7.3.7 menunjukkan daya

tegangan lengkaran terhasil

dibahagian dasar kubah yang mirip bentuk hemisfera.

 Daya tersebut mesti diatasi

menggunakan tetulang besi.

 Rajah 7.3.8 menunjukkan kubah cengkerang disangga pada beberapa titik .

 Pengukuhan dan ketebalan yang

lebih diperlukan di antara dan pada titik-titik tersebut.

ii.Hyperboloid (Rajah 7.3.9)

 Terhasil dengan memutarkan dua plat

bulat yang dihubungkan dengan garisan lurus.

 Garisan putus menunjukkan lengkung

Hyperbola.

 Daya disebarkan melalui tegasan selaput

pada permukaan cengkerang.

 Lengkaran tegangan diperlukan pada

(14)

AKTIVITI 7.3

 UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT SELANJUTNYA

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

SOALAN 7.3-1

Nyatakan DUA jenis Sistem Struktur Cengkerang.

SOALAN 7.3-2

Bezakan melalui lakaran di antara Kekubah berlaras tunggal panjang dengan Kekubah berlaras tunggal pendek.

SOALAN 7.3-3

(15)

SOALAN 7.3-1

i. Cengkerang satu lengkungan ii. Cengkerang lengkungan kembar

SOALAN 7.3-2

KEKUBAH BERLARAS TUNGGAL PANJANG KEKUBAH BERLARAS TUNGGAL PENDEK

SOALAN 7.3-3

CENGKERANG PUTARAN

(16)

7.4 Kestabilan.

Keperluan asas kestabilan adalah berhubungkait dengan jaminan bahawa mana-mana binaan atau struktur tidak akan bergerak.Walaubagaimana pun pergerakan yang dibenarkan adalah terlalu kecil dibandingkan dengan dimensi struktur,sehingga kelihatan tidak alih atau tak ubah bentuk oleh mata kasar.Kestabilan juga bergantung pada bentuk struktur,ada yang stabil melalui bentuk geometrinya dan ada yang memerlukan bahan tambahan untuk membantu menstabilkannya.

7.4.1 Kestabilan Cengkerang.

Struktur Cengkerang mendapat kestabilan sisi melalui bentuk geometrinya. Jika Cengkerang digunakan secara bersiri,kestabilan sisi diperolehi melalui interaksi di antara Cengkerang..Jika Cengkerang digabungkan dengan sistem struktur

(17)

AKTIVITI 7.4

SOALAN 7.4-1

Terangkan bagaimana Struktur Cengkerang mendapat kestabilan sisi.

SOALAN 7.4-2

Terangkan keadaaan kestabilan sisi Struktur Cengkerang apabila: a) Struktur Cengkerang dalam keadaan bersiri

(18)

SOALAN 7.4-1

Struktur Cengkerang mendapat kestabilan sisi melalui bentuk geometrinya.

SOALAN 7.4-2

a) Struktur Cengkerang dalam keadaan bersiri

 kestabilan sisi diperolehi melalui interaksi di antara Cengkerang.

b) Struktur Cengkerang digabungkan dengan sistem struktur lain.  kestabilan sisi mesti diadakan untuk keseluruhan sistem.

(19)

7.5 Analisis Reka bentuk

Analisis reka bentuk ini mempunyai hubung kait dengan Sistem Struktur Cengkerang, serta bahan yang digunakan.

7.5.1 Analisis Reka bentuk Struktur Cengkerang.

STRUKTUR CENGKERANG RAJAH

 Rajah 7.5.1 menunjukkan

penggunaan Cengkerang putaran.  Kubah Cengkerang yang dangkal ini

mempunyai ketebalan 3 1

3 inci pada

bahagian puncaknya dan menutupi satu ruang berbentuk lapan segi dalam pelan dan bergaris pusat 156 kaki.

 Disangga dengan lapan tiang.  Daya tujahan diatasi menggunakan

ikatan rasuk.

 Bahagian sisi kubah yang bebas dari

penyangga dilipat untuk tujuan peneguhan.

 Pencahayaan asli diadakan pada

bahagian puncak dan juga antara cengkerang dan ikatan rasuk.

 Terdapat lingkaran mampatan untuk

mengatasi daya- daya mampatan pada puncak kubah.

Rajah 7.5.1 Golden Gate Bridge,.San

(20)

STRUKTUR CENGKERANG RAJAH

 Rajah 7.5.2 menunjukkan penggunaan

dua cengkerang yang sama untuk mencipta satu bangunan yang menarik.  Kedua-dua cengkerang dikukuhkan di

bahagian sisi dan merupakan sebahagian daripada Hyperbolic Paraboloid.

 Dihubungkan menggunakan ahli-ahli

yang ditegangkan pada bahagian tengah.  Setiap cengkerang mempunyai

ketebalan 5 3

1 inci dan diunjurkan

sepanjang lebih kurang 90 kaki.  Tiang- tiang kecil di bawah rasuk sisi

memberi kestabilan sisi pada rasuk dan menyediakan sangga untuk pembukaan kaca.

 Titik fokus yang dihasilkan oleh

geometri struktur terdapat di bahagian tengah pelan yang berbentuk berlian.  Namun ruang sembahyang yang

merupakan fokus bangunan ini terdapat di bahagian hujung bangunan.

 Jadi, tidak terdapat persamaan di antara

titik fokus struktur dan fungsi.

Rajah 7.5.2

(21)

AKTIVITI 7.5

SOALAN 7.5-1

Lakarkan Golden Gate Bridge,.San Francisco.

SOALAN 7.5-2

(22)

SOALAN 7.5-1

(23)

PENILAIAN KENDIRI

Anda telah menghampiri kejayaan.

SOALAN 1

a) Berikan definisi untuk Struktuur Cengkerang dan nyatakan daya yang terpaksa diatasinya.

b) Terangkan beserta lakaran sebaran beban bagi Kubah Putaran. c) Nyatakan bagaimana Struktur Cengkerang mendapat kestabilan sisi

SOALAN 2

Struktur Cengkerang mampu untuk merentangi satu ruang yang luas dengan penggunaan

bahan yang minimum.

(24)

MAKLUM BALAS

SOALAN 1

a)Definisi Struktur Cengkerang.

 Sistem struktur yang menyebarkan beban kepada penyangga dalam

beberapa arah pada satu atau dua satah melengkung. Daya-daya yang perlu diatasi aloeh Struktur Cengkerang ialah:

 daya mampatan,tegangan dan ricihan

b)

Sebaran beban bagi Struktur Kubah putaran boleh dilihat pada Kubah hemisfera.Di bahagian atas garisan perantaraan Kubah mengalami daya mampatan,manakala di bahagian bawah garisan perantaraan Kubah putaran mengalami daya tegangan.Lengkaran tegangan diperlukan di bahagaian dasar Struktur Kubah.

(25)

MAKLUM BALAS

SOALAN 2

Church of San Jose Obero Monterrey ( Candela.1960)

Struktur Cengkerang mampu untuk merentangi satu ruang yang luas dengan penggunaan

bahan yang minimum.

 Rajah menunjukkan penggunaan dua cengkerang yang sama untuk mencipta satu

bangunan yang menarik.

 Kedua-dua cengkerang dikukuhkan di bahagian sisi dan merupakan sebahagian daripada

Hyperbolic Paraboloid.

 Dihubungkan menggunakan ahli-ahli yang ditegangkan pada bahagian tengah.

 Setiap cengkerang mempunyai ketebalan 5 3

1 inci dan diunjurkan sepanjang lebih kurang

90 kaki.

 Tiang- tiang kecil di bawah rasuk sisi memberi kestabilan sisi pada rasuk dan menyediakan

sangga untuk pembukaan kaca.

 Titik fokus yang dihasilkan oleh geometri struktur terdapat di bahagian tengah pelan yang

berbentuk berlian.

 Namun ruang sembahyang yang merupakan fokus bangunan ini terdapat di bahagian

hujung bangunan.

(26)

TAHNIAH

_{ANDA TELAH BERJAYA MENAMATKAN MODUL INI.}