KERANGKA GEODESIK DAN KABEL GANTUNGAN

  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 tersebut.

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 Gantungan berdasarkan pada keadaan ‘struktur’ yang menyokong.

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. 

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

  UNTUK PENGETAHUAN ANDA, DALAM SISTEM KABEL GANTUNGAN , TERDAPAT SATU CONTOH YANG BOLEH DIKAITKAN DARI ALAM SEMULA JADI.

  Rajah 4.1.2 Sarang Labah-labah

   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

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

  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.

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

   Kerangka geodesik adalah kerangka ruang berbentuk sfera.

  Definisi Kabel Gantungan

   Sistem struktur yang menyebarkan beban kepada penyangga melalui kabel.

   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. SARANG LABAH-LABAH

  MAKLUM BALAS 4.1 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

  i. Tegangan ii. Tegangan

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.

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

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

  Rajah 4.2.1.(a) lebih mirip kepada bentuk sfera.

KERANGKA GEODESIK RAJAH

   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

  Rajah 4.2.1(b) 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 Rajah 4.2.1(c) 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

  Rajah 4.2.1(d) 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

  Rajah 4.2.1(e) sagang yang berterusan atau lengkaran tegangan.

KERANGKA GEODESIK RAJAH

   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

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

  Rajah 4.2.2(a) manakala bentuk yang dangkal akan menghasilkan tujahan maksimum.

KABEL GANTUNGAN RAJAH

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

   Daya pepenjuru yang boleh

  Rajah 4.2.2(b) dihuraikan kepada komponen daya berat dan tujahan juga kecil.

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

  Rajah 4.2.2(c) 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

  Rajah 4.2.2(d) besar.Saiz kabel dan sangganya mesti dibesarkan juga.

  Sila pastikan anda sudah faham dengan topik yang dibincangkan sebelum anda menjawab soalan- soalan pada ruangan aktiviti.

   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

  Apakah yang dimaksudkan dengan Kabel Landai?

   MAKLUM BALAS 4.2 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. Daya pepenjuru yang boleh dihuraikan kepada komponen daya berat dan tujahan juga

  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

  Anda boleh berpindah ke PENILAIAN KENDIRI jika anda dapat menjawab kesemua soalan dalam aktiviti 4.2

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 KERANGKA GEODESIK RAJAH

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

  Tidak terlalu sukar bukan ??? Kalau begitu teruskan pembacaan anda ke bahagian yang selanjutnya. Selamat Maju Jaya.

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 .

KABEL GANTUNGAN RAJAH

   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.

  Rajah 4.3.2(a)

KABEL GANTUNGAN RAJAH

   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

  Rajah 4.3.2(b) 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

  Rajah 4.3.2 ( c) 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

  Rajah 4.3.2(d) kesan terhadap kestabilan sistem.

KABEL GANTUNGAN RAJAH

   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

  Rajah 4.3.2(e) 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

  Rajah 4.3.2(f) 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.

   AKTIVITI 4.3

  

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT

  SELANJUTNYA

  

SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUM BALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA.

  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 anda pada ruangan maklum balas.

  

C2326 STRUKTUR SENI BINA 1 2326/UNIT 4 /21

MAKLUM BALAS 4.3 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

  DI ATAS KEJAYAAN

  TAHNIAH

  ANDA MENJAWAB SEMUA SOALAN

   DENGAN BETUL

  C2326 STRUKTUR SENI BINA 1 2326/UNIT 4 /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

  Rajah 4.4.1(a) cahaya asli masuk tanpa Missouri Botanical Garden,St. mengganggu keselanjaran struktur.

  Louis (Murphy & 

  Bentuk Kubah adalah kurang Mackey.1961) daripada Hemisfera dan ianya disangga pada 5 titik yang dihasilkan oleh geometri struktur tersebut.

  C2326 STRUKTUR SENI BINA 1 2326/UNIT 4 /23

SISTEM STRUKTUR GEODESIK RAJAH

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

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

   Geodesik diperbuat

  Kubah 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 Rajah 4.4.1(b) lingkaran mampatan untuk

  D.E.W System mengatasi tujahan menghala ke Radome,Canada (Fuller,1958) dalam pada bahagian dasar sfera.

  C2326 STRUKTUR SENI BINA 1 2326/UNIT 4 /24

4.4.2 Analisis Reka bentuk Kabel Gantungan. KABEL GANTUNGAN RAJAH

   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

  Rajah 4.4.2 yang besar. Golden Gate Bridge,.San

   Struktur ini berbentuk para

  Francisco(Strauss,1937) bola merupakan struktur yang tidak begitu stabil.

  

C2326 STRUKTUR SENI BINA 1 2326/UNIT 4 /25

AKTIVITI 4.4

  

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT

  SELANJUTNYA

  

SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUM BALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA.

  SOALAN 1 Lakarkan Missouri Botanical Garden,St.Louis. SOALAN 2 Lakarkan D.E.W System Radome,Canada. SOALAN 3 Lakarkan Golden Gate Bridge,San Francisco.

  

C2326 STRUKTUR SENI BINA 1 2326/UNIT 4 /26

MAKLUM BALAS 4.4 JAWAPAN 1

  Lakaran Missouri Botanical Garden, St.Louis

  JAWAPAN 2 Lakaran D.E.W System Radome,Canada. JAWAPAN 3 Lakaran Golden Gate Bridge.San Francisco.

  

C2326 STRUKTUR SENI BINA 1 2326/UNIT 4 /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.

c) Nyatakan bagaimana Kabel Gantungan mendapatkan kestabilan.

  

C2326 STRUKTUR SENI BINA 1 2326/UNIT 4 /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.

   Beban- beban mengenakan tegangan dan mampatan di dalam ahli

• – ahli. 

  Kerangka geodesik adalah kerangka ruang berbentuk sfera.

  Definisi Kabel Gantungan

   Sistem struktur yang menyebarkan beban kepada penyangga melalui kabel.

   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.

  

C2326 STRUKTUR SENI BINA 1 2326/UNIT 4 /29

c) Kestabilan Kabel Gantungan

  TAHNIAH

  ANDA TELAH BERJAYA DALAM UNIT INI.TERUSKAN KE UNIT YANG BERIKUT ..SELAMAT MAJU JAYA