NOTA CENGKERANG

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?


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 dipanggil tegasan selaput.

DALAM SISTEM CENGKERANG, CONTOH YANG
BOLEH DIKAITKAN DARIPADA ALAM SEMULAJADI
ADALAH TERDIRI DARIPADA SIPUT LAUT DAN TELUR.



Rajah 7.1.1.1 Siput Laut Rajah 7.1.1.2 Telur


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




Cuba anda fikirkan contoh selain yang diberikan.



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 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.




Rajah 7.2.1





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.
 Secara struktur,bertindak sebagai balak yang mengalami daya mampatan dibahagian atas kekubah dan daya tegangan dibahagian bawahnya.









Rajah 7.3.1
Kekubah berlaras tunggal panjang.
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:
a) Hyperbolic Paraboloid
b) Cengkerang Putaran








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 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 kepada sangga.

Rajah 7.3.3
Hyperbolic Paraboloid


Rajah 7.3.4
Sebahagian daripada Hyperbolic Paraboloid

Rajah 7.3.5
Sebaran beban Hyperbolic Paraboloid


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 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 kedua-dua hujung untuk memberi kestabilan.

Rajah 7.3.8
Kubah Hemisfera


Rajah 7.3.7
Kubah Dangkal




Rajah 7.3.9
Hyperboloid








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 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 Francisco(Strauss,1937)

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 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
Church of San Jose Obero Monterrey ( Candela.1960)




TAHNIAH ANDA TELAH BERJAYA MENAMATKAN MODUL INI. SELAMAT MAJU JAYA

NOTA GANTUNGAN SELAPUT & PNEUMATIK

UNIT 6 SISTEM STRUKTUR
FUNIKULAR / FUNIKULUS GANTUNGAN (SELAPUT) DAN
PNEUMATIK


OBJEKTIF AM : Memahami definisi Sistem Struktur
Gantungan(selaput)dan Pneumatik ,contoh, sebaran beban, kestabilan serta analisis reka bentuk bangunan.

OBJEKTIF KHUSUS : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:
 Menyatakan definisi Sistem Struktur Gantungan dan Pneumatik
 Menerangkan contoh Sistem Struktur Gantungan dan Pneumatik daripada alam semula jadi.
 Menerangkan sebaran beban Sistem Struktur Gantungan dan Pneumatik
 Menerangkan beberapa jenis Sistem Struktur Gantungan dan Pneumatik
 Melakarkan kestabilan bagi Sistem Struktur Gantungan dan Pneumatik
 Menerangkan mengenai analisis reka bentuk struktur bangunan .



6.0 Pengenalan
Anda telah pun mengetahui sistem struktur funikular atau funikulus dalam unit yang lepas.. Dari perkataan Latin Funis untuk tali dan perkataan Greek Poly untuk banyak dan gonia untuk sudut. Funikulur adalah struktur form-active yang menerima beban dan menghasilkan tegasan tegangan dan mampatan.

Sistem Gantungan (selaput) dan Sistem Pneumatik adalah contoh struktur yang menghasilkan tegangan.

6.1 Definisi dan contoh
Sebelum kita mempelajari Sistem Struktur Gantungan (Selaput) , kita perlulah mengetahui definisi struktur tersebut.Setelah mendapat gambaran yang terang dan jelas, cuba bayangkan pula contoh dari alam yang berhubung kait dengannya.

6.1.1 Sistem Struktur Gantungan (Selaput)
 Gantungan adalah suatu sistem struktur yang menyebarkan beban kepada penyangga melalui selaput.
 Sistem ini di rekabentuk untuk memindahkan daya-daya tegangan.
 Selaput yang nipis mampu untuk mengatasi tegangan sahaja.
 Oleh itu bahan yang digunakan dalam sisitem ini mesti kuat dalam tegangan.




CONTOH DARI ALAM RAJAH

 Bila daya-daya di kenakan pada kaki itek dan sayap kelawar,ianya disebarkan dalam berbagai arah melalui selaput kepada elemen sangga.
 Selaput-selaput ini bersifat mudahlentur kecuali bila di tegaskan sepenuhnya




Rajah 6.1.1
Kaki itik dan sayap kelawar


Cuba anda fikirkan contoh selain yang diberikan.




6.1.2 Sistem Struktur Pneumatik
 Pneumatik adalah suatu sistem struktur yang menyebarkan beban kepada penyangga melalui selaput yang di sangga oleh tekanan udara.
 Selaput menyebarkan daya tegangan melalui satah permukaan dalam banyak arah kepada penyangga.
 Sangga-sangga ini di rekabentuk sebagai ikatan sauh kepada sistem struktur.





DALAM SISTEM PNEUMATIK, CONTOH YANG
BOLEH DIKAITKAN DARIPADA ALAM SEMULAJADI
ADALAH TERDIRI DARIPADA BUIH SABUN








Rajah 6.1.2.1
Buih sabun

 Terhasil daripada selaput yang berbentuk sfera dan
dibentuk oleh perbezaan tekanan udara.
 Sfera ini mengalami tekanan udara yang sama di seluruh
permukaan dan merupakan sistem pneumatik yang berkesan.
 Buih akan pecah jika perbezaan udara menjadi terlampau
besar dan melebihi kemampuan tegangan buih.

6.2 Sebaran Beban Dan Kestabilan
Beban boleh diagihkan ke atas sesuatu struktur dengan berbagai- bagai cara. Mari kita lihat bagaimana Sistem Struktur Gantungan (Selaput) mengagih dan menstabilkan beban.

6.2.1 Gantungan (Selaput)
GANTUNGAN RAJAH
 Rajah 6.2.1.1 menunjukkan bagaimana sistem selaput gantungan menyebarkan daya-daya yang bertindak ke atasnya kepada sokongan.
 Di bawah tindakan beban, selaput mengalami daya tegangan pada permukaannya yang mana daya dipindahkan kepada sokongan yang di sauh ke tanah.
 Rajah 6.2.1.2 dan 6.2.1.3 menunjukkan daya-daya bertumpu di titik sangga.
 Dalam hal ini masalah getaran susah di atasi.
 Jika sokongan berturutan di gunakan disekeliling sistem selaput,daya tegangan dalam selaput akan menjadi sekata di bawah tindakan .beban.
Rajah 6.2.1.1

Rajah 6.2.1.2

Rajah 6.2.1.3

6.2.2 Pneumatik
PNEUMATIK RAJAH
 Sistem pneumatik mendapat kestabilan melalui perbezaan di antara tekanan udara luar dan dalam struktur.
 Sistem selaput memindahkan daya yang disebabkan oleh perbezaan udara melalui tegangan pada permukaan selaput.
 Selaput bertindak untuk mengekalkan perbezaan tekanan udara dan tidak ditegaskan sepenuhnya.

Jenis-jenis sistem pneumatik

i) Struktur “Air Supported”
 Terdiri dari ruang udara yang ditutupi oleh selaput yang disangga oleh udara bertekanan lebih tinggi daripada tekanan udara atmosfera.
 Selaput mesti disauh kuat ke tanah.
 Bekalan udara yang tetap diperlukanuntuk mengimbangi kebocoran melalui pembukaan dan juga sambungan yang terdapat pada selaput.
 Kekuatan struktur ini bergantung kepada tekanan udara dalaman,isipadu udara yang terkandung dalam selaput,ciri bahan dan bentuk struktur.
 Struktur menjadi semakin tegar dengan bertambahnya tekanan udara dan semakin bertambahnya isipadu udara.
 Bentuk-bentuk bagi struktur ini ialah sfera,tiga perempat sfera dan silinder.
 Kelebihan struktur ini ialah ia mampu merentang kawasan yang lebih luas berbanding dengan struktur “air Inflated”

ii) Struktur “Air Inflated”
 Tiub dan elemen selaput berganda diisi dengan udara untuk membentuk elemen struktur yang teguh seperti gerbang,rasuk,tiang dan dinding.
 Elemen-elemen tersebut memindahkan daya-daya kepada sangga.
 Kekuatan struktur ini bergantung kepada faktor yang sama dengan struktur “Air Supported”.
 Udara perlu dibekalkan dari masa ke semasa untuk mengimbangi kehilangan udara yang disebabkan oleh sifat selaput yang “porous”




















Bentuk tiga perempat sfera




Rusuk Inflated

Selaput berganda Inflated

6.3 Analisis Rekabentuk
Analisis Reka bentuk ini mempunyai hubung kait dengan sistem Struktur Gantungan( selaput) dan sistem Gantungan.

6.3.1 Analisis Reka bentuk Struktur Gantungan (selaput)

STRUKTUR GANTUNGAN
(SELAPUT) RAJAH

 Rajah 6.3.1.1 menunjukkan modul khemah di Jeddah, Arab Saudi.
 Khemah yang mengandungi 210 modul empat segi sama berdimensi 151 kaki tiap-tiap satu modul.
 Firma Jurutera Geiger-Berger bertanggungjawab terhadap penggunaan khemah yang menutupi kawasan seluas 23 ekar.

STRUKTUR GANTUNGAN
(SELAPUT)

 Rajah 6.3.1.2 menunjukkan khemah besar yang ditanggung oleh jaringan kabel yang berpusat pada tiang-tiang tinggi yang tegak atau condong telah digunakan oleh Frei Otto untuk membina pavilion acara-acara keramaian atau pasaria dan lain-lain lagi.
 Salah satu khemah yang terbesar masakini (1986) menutupi satu kawasan seluas 808 000 kaki persegi.
 Ia bertapak di Munich, negara Jerman, semasa sukan Olimpik 1972.
 Ia disokong oleh 9 tiang setinggi 260 kaki dan mempunyai kabel yang ditegas sehingga 5000 tan.









Rajah 6.3.1.1













RAJAH



Rajah 6.3.1.2












6.3.2 Analisis Reka bentuk Struktur Pneumatik
STRUKTUR PNEUMATIK RAJAH
 Rajah 6.3.2.1 menunjukkan bangunan Fuji Pavilion, Osaka World’s Fair Murata ,1970 yang mempunyai bumbung melengkung yang merentang 164 kaki.
 Ia menggunakan tiub lengkung dari plastik yang diisi dengan udara.
 Tekanan dalaman boleh diubah untuk menambah kestabilan struktur.

 Rajah 6.3.2.2 menunjukkan bumbung pneumatik kolam renang dimana belon plastik yang menutupi kolam renang ini ataupun lain-lain struktur sementara boleh ditiup untuk menghasilkan kubah yang stabil.
 Struktur begini boleh dimasuki melalui pintu kerana kehilangan tekanan udara dalam ruang yang besar adalah sedikit berbanding dengan saiz ruang walaupun pintu selalu terbuka. Kehilangan udara boleh diganti di bawah kawalan alat jangka tekanan. Rajah 6.3.2.1
Bangunan Fuji Pavilion, Osaka World’s Fair Murata,1970.



Rajah 6.3.2.2
Bumbung Pneumatik kolam renang








TAHNIAH
ANDA TELAH BERJAYA MENAMATKAN UNIT INI