OBJEKTIF AM : Memahami definisi Sistem Struktur

  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.  Menerangkan sebaran beban bagi Sistem Struktur Cengkerang . 

Menerangkan beberapa jenis Sistem Struktur Cengkerang.



Melakarkan kestabilan bagi Sistem Struktur Cengkerang

 Menerangkan mengenai analisis rekabentuk struktur bangunan .

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? Adakah ianya stabil?

  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

  DALAM SISTEM CENGKERANG, CONTOH YANG BOLEH DIKAITKAN DARIPADA ALAM SEMULAJADI

SIPUT LAUT TELUR.

  Rajah 7.1.1.1 Siput Laut Rajah 7.1.1.2 Telur Mempunyai bentuk kembar Mendapat kekuatan daripada lengkung dan ketebalan pada bentuknya yang mempunyai bahagian tepi untuk memberi dua lengkungan. kekuatan dan kestabilan.

  Nisbah ketebalan kulit telur Mempunyai alur-alur kepada ukuran panjangnya di permukaan untuk ialah lebih kurang 1 : 230. menambah keupayaannya

  Boleh tahan kepada beban terhadap daya lenturan. yang seragam tetapi pecah bila

  Kerang menunjukkan dengan beban setumpu bertindak ke jelas akan prinsip penggunaan atasnya. struktur cengkerang.

  Cuba anda fikirkan contoh selain yang diberikan.

   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

  Cenkerang mesti direka bentuk untuk mengatasi daya ___________________,_____________________ dan ____________________.

   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

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 disebarkan dalam banyak arah dalam satah permukaan cengkerang.

  

  Cengkerang adalah terlalu nipis untuk mengatasi daya lenturan.

  

  Oleh itu daya-daya dalaman Rajah 7.2.1 yang terhasil daripada beban yang dikenakan mesti diselesaikan melalui tegasan selaput.

  

  Tegasan lenturan selalunya berlaku pada bahagian hujung dan selalunya diatasi dengan menambah ketebalan

   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 Bagaimanakah tegasan selaput menyebarkan bebannya?.

MAKLUM BALAS 7.2 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 Tegasan selaput menyebarkan bebannya melalui permukaan Sistem Struktur Cengkerang.

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.

CENGKERANG RAJAH 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.

  Rajah 7.3.1 

  Secara struktur,bertindak sebagai balak Kekubah berlaras tunggal yang mengalami daya mampatan panjang. dibahagian atas kekubah dan daya tegangan

CENGKERANG RAJAH

   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:

CENGKERANG RAJAH

a) Hyperbolic Paraboloid

   Rajah 7.3.3 menunjukkan bahawa bentuk Hyperbolic Paraboloid terdiri daripada lengkung parabola a dan b dan lengkung hyperbola c.

   Garisan-garisan lurus yang menghubungkan diantara dua gerbang

  Rajah 7.3.3 yang terdapat di bahagian hujung Hyperbolic Paraboloid kemudiannya membentuk satu Hyperbolic Paraboloid.

   Rajah 7.3.4 menunjukkan bentuk

  Hyperbolic Paraboloid yang lazimnya digunakan dalam struktur.

  Rajah 7.3.4 Sebahagian daripada

  Hyperbolic Paraboloid

   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

  Rajah 7.3.5 satah cengkerang kepada bahagian sisi. Sebaran beban Hyperbolic

  

CENGKERANG RAJAH

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 disebarkan pada selaput cengkerang dan daya mampatan menyebarkan beban pada bahagian sekeliling kubah.

  Rajah 7.3.6 Kubah Dangkal

CENGKERANG RAJAH

   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 Kubah Hemisfera

   Rajah 7.3.8 menunjukkan kubah cengkerang disangga pada beberapa titik .

   Pengukuhan dan ketebalan yang lebih diperlukan di antara dan pada titik-titik tersebut.

  Rajah 7.3.7 Kubah Dangkal

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

  Rajah 7.3.9 kedua-dua hujung untuk memberi Hyperboloid

   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 Lakarkan SATU contoh Sistem Struktur Cengkerang putaran.

MAKLUM BALAS 7.3 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

KUBAH HEMISFERA

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 lain,kestabilan sisi mesti diadakan untuk keseluruhan sistem.

   AKTIVITI 7.4

  

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT

  SELANJUTNYA

  

SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUM BALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA.

  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

b) Struktur Cengkerang digabungkan dengan sistem struktur lain.

   MAKLUM BALAS 7.4 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.

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

  1 mempunyai ketebalan 3 inci pada 3 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

  Rajah 7.5.1 penyangga dilipat untuk tujuan Golden Gate Bridge,.San peneguhan.

  Francisco(Strauss,1937) 

  Pencahayaan asli diadakan pada bahagian puncak dan juga antara cengkerang dan ikatan rasuk. 

  Terdapat lingkaran mampatan untuk

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

  3 ketebalan 1 inci dan diunjurkan

  5 Rajah 7.5.2 sepanjang lebih kurang 90 kaki.

  Church of San Jose Obero 

  Tiang- tiang kecil di bawah rasuk sisi Monterrey ( Candela.1960) 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.

   AKTIVITI 7.5

  

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT

  SELANJUTNYA

  

SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUM BALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA.

  SOALAN 7.5-1 Lakarkan Golden Gate Bridge,.San Francisco. SOALAN 7.5-2 Lakarkan Church of San Jose Obero Monterrey .

   MAKLUM BALAS 7.5 SOALAN 7.5-1 SOALAN 7.5-2

  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.

  Berdasarkan kenyataan di atas, lakarkan satu contoh bentuk Struktur Cengkerang yang sesuai serta berikan alasan bagi jawapan anda.

  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.

  c) Struktur Cengkerang mendapat kestabilan sisi melalui bentuk geometrinya. Jika Cengkerang digunakan secara bersiri,kestabilan sisi diperolehi melalui interaksi di antara Cengkerang..Jika

  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.

  3 

  1 inci dan diunjurkan sepanjang lebih kurang Setiap cengkerang mempunyai ketebalan

  5 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.