c2325unit4

C2325 STRUKTUR SENIBINA 1 2325/UNIT 4/ 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

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


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


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


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


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.

Rajah 4.2.1.(a)



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)

Rajah 4.2.1(e)



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

manakala bentuk yang dangkal akan

menghasilkan tujahan maksimum.

Rajah 4.2.2(a)



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)

Sila pastikan anda sudah faham dengan topik yang dibincangkan

sebelum anda menjawab soalan- soalan pada ruangan aktiviti.


AKTIVITI 4.2


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

kecil.


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


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.


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)



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)

Rajah 4.3.2(d)



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)

Rajah 4.3.2(f)


AKTIVITI 4.3


SELANJUTNYA


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

TAHNIAH DI ATAS KEJAYAAN

ANDA MENJAWAB SEMUA SOALAN

DENGAN BETUL


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 &

Mackey.1961)


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

Radome,Canada (Fuller,1958)


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

Francisco(Strauss,1937)


AKTIVITI 4.4


SELANJUTNYA


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.


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.


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.


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.


c) Kestabilan Kabel Gantungan

TAHNIAH ANDA TELAH BERJAYA DALAM UNIT INI.TERUSKAN

KE UNIT YANG BERIKUT ..SELAMAT MAJU JAYA

c2325unit4

Documents