ABSTRAK

16

BAB II

SOROTAN LITERATUR

2.1 Latar Belakang Analisis

Beban akan mengakibatkan sesuatu sturktur itu berubah bentuk. Kesannya, pelbagai daya-daya akan terjadi dalam sesuatu struktur itu. Pengiraan magnitud bagi daya dan ubahbentuk tersebut disebutkan sebagai analisis struktur6. Ia adalah suatu bidang yang terunggul bagi kemajuan manusia. Ini adalah kerana hampir kesemua bidang teknologi terlibat serba sedikit mengenai kekuatan (strength) dan ubahbentuk (deformation).

Analisis struktur telah diperkembangkan semenjak beberapa ribu tahun yang lalu. Pelbagai jenis struktur yang dibina seperti rasuk, gerbang, kekuda serta kerangka, telah digunakan dalam pembinaan sejak beratus atau beribu tahun yang lalu sebelum kaedah analisis dibangunkan untuk struktur-struktur tersebut. Walaupun para pembina dahulu memaparkan serba sedikit pengetahuan mengenai sifat-sifat struktur (yang telah dibuktikan melalui pembinaan yang berjaya dalam jambatan, gereja, pangkalan dan sebagainya), pembangunan teori struktur yang sebenarnya hanya bermula sejak 150 tahun yang lalu7.

Para pembina dan jurutera Mesir yang membina piramid Sokkara7 lebih kurang pada 3000 tahun sebelum Masehi, telah digelarkan sebagai jurutera struktur yang pertama dalam dunia. Bagaimanapun, tiada bukti yang menunjukkan mereka yang membangunkan sebarang pun teori struktur. Keadaan ini juga berlaku pada orang Greek dan orang Roman walaupun mereka telah membina bangunan-bangunan yang begitu besar, indah dan hebat.

Sebelum memajukan analisis struktur, adalah perlunya membangunkan sains mekanik bahan. Pada pertengahan abad ke-19, lebih banyak kemajuan berlaku dalam bidang ini. Seorang pakar fizik Perancis Charles Augustin Coloumb6 dan seorang pakar matematik-jurutera Louis Marie Henri Navier6, yang telah melakukan banyak kerja dan penyiasatan meninjau balik beratus-ratus tahun yang lalu, dikatakan mereka yang mengasaskan bidang sains mekanik bahan. Di antara perkara yang penting, salah satu adalah sebuah buku teks telah dikeluarkan oleh Navier pada tahun 1826, yang membincangkan tegasan dan lenturan bagi rasuk, tiang, gerbang, jambatan dan sebagainya.

Seorang arkitek Itali, Andrea Palladio6 dikatakan sebagai orang yang pertama menggunakan sistem kekuda yang moden sebelum kaedah rasional penganalisisan kekuda dikenalkan oleh Squire Whipple6 yang berasal dari Amerika Syarikat. Pembangunan teori struktur adalah semakin giat lagi pada 1860-an dan 1870-an. Salah satu sebab adalah keperluan pembinaan jalan keretapi yang banyak melibatkan pembinaan jambatan berentang panjang.

Pada awal abab ke-20, banyak masalah struktur dinyatakan dalam bentuk matematik tetapi tiada cara yang cepat dan memadai untuk membantu menyelesaikan persamaan-persamaan tersebut. Keadaan ini berkekalan sehingga tahun 1940-an apabila banyak kerja diselesaikan dengan matriks untuk menganalisiskan struktur untuk kapal terbang. Mujurlah komputer yang telah banyak membantukan penganalisisan struktur yang kompleks dan rumit.

6Analisis struktur telah dibangunkan oleh manusia melalui beribu-ribu tahun, dan melalui langkah yang begitu susah. Kini, pelajar-pelajar dalam kolej dan universiti hanya mengambil masa beberapa bulan untuk mempelajari teori struktur.2.2Latar Belakang Rekabentuk

Rekabentuk struktur merupakan perkara-perkara penyusunan struktur dalam keadaan seimbang agar mereka mengekalkan bentuk dan kestabilan dengan sempurna. Secara perinci, bidang rekabentuk struktur merangkumi 4 aspek penting iaitu, perancangan, analisis, rekabentuk dan pembinaan.

Rekabentuk struktur ialah proses pemilihan bahan dan pengiraan dengan teliti terhadap struktur yang akan dibina supaya ia dapat memenuhi matlmat pembinaannya. Tujuan rekabentuk struktur ialah untuk menghasilkan struktur yang mampu mengambil beban dengan selamat, mampu memberi perkhidmatan sepanjang tempoh rekabentuknya dan ekonomi dari segi bahan, pembinaan dan kos seluruhannya.

Proses rekabentuk struktur melibatkan langkah-langkah berikut:

a)Pemilihan bentuk dan bahan strukturb)Penentuan beban-beban luar yang bertindak ke atasnyac)Pengiraan daya paksi (tegangan atau mampatan), daya ricih, momen lentur, tegasan dan ubahbentuk yang terhasil di dalam setiap anggota struktur akibat dari beban luard)Penentuan saiz anggota supaya tegasan dan ubahbentuk yang dialami oleh anggota bagi bahan-bahan yang dipilih tidak melebihi had yang dibenarkan.e)Penyediaan lukisan perincian dengan menunjukkan kedudukan, jenis, saiz dan dimensi struktur dengan tepat.

2.2.1Kaedah Rekabentuk Keluli

Rekabentuk keluli boleh diasaskan kepada tiga teori rekabentuk:

a)Rekabentuk Anjal8: ia merupakan kaedah tradisional dan diperkenalkan pada tahun 1932. Dalam kaedah rekabentuk ini, struktur dianalisiskan dengan teori anjal dan keratan disaizkan supaya tidak melebihi tegasan izin. Rekabentuk ini dibuat berasaskan kod amalan BS 4499.

b)Rekabentuk Plastik10: kekuatan sendi adalah teramat penting untuk menentukan keupayaan beban muktamad. Ia akan menentukan samada engsel plastik akan wujud dalam sendi ataupun dalam anggota, dan merupakan satu elemen yang penting dalam mekanisme runtuh. Jika sesuatu sambungan direkabentuk sebagai engsel, kemuluran sambungan tersebut mesti cukup untuk mengambil putaran sendi.

c)Rekabentuk Keadaan Had8: kaedah ini dihasilkan untuk mengambil kira semua keadaan yang boleh mengakibatkan sesuatu struktur itu tidak sesuai digunakan. Ia diasaskan kepada kelakuan sebenar bahan dan struktur yang digunakan. Rekabentuk ini dibuat mengikuti kod amalan BS 59505.

i)Keadaan Had Muktamad:-berlaku apabila sebahagian atau semua anggota struktur mengalami kegagalan (collapse).-kekuatan (alahan, pecah dan lengkukan)-kestabilan terhadap terbalikan dan huyung.-patah lesu dan patah rapuh

ii)Keadaan Had Kebolehkhidmatan:-dibenarkan berlaku dengan syarat tidak melebihi had izin yang dibenarkan-keadaan struktur yang tidak boleh digunakan pada pandangan umum-pesongan, getaran, kekaratan dan ketahanlasakan, retak

2.3Bumbung Berkekuda Keluli

Bumbung berkekuda keluli11 adalah popular dalam pembinaan bangunan satu tingkat yang rentangnya jenis pendek dan sederhana, yang digunakan untuk tujuan industri ataupun rekreasi. Sesebuah bumbung berkekuda keluli adalah satu kerangka dua dimensi (2-D) yang dalamnya satu siri segitiga yang terdiri daripada anggota mampatan dan tegangan. Anggota mampatan dinamakan kasau (rafter) dan topang (strut), manakala anggota tegangan dinamakan sebagai pengikat (tie). Biasanya anggota tersebut terdiri daripada sesiku Standard Mild Steel yang dicadangkan oleh BS 484812, yang disambung pada penemuan garis pusat sesiku ke atas satu kepingan keluli yang dinamakan gaset (gusset). Sesiku tersebut boleh disambung samada dengan bolt ataupun dikimpal supaya membentuk sebuah kekuda segitiga tegar; rujuk Rajah 2.1 untuk contoh susunan tipikal kekuda keluli. Susunan dalaman topang dan pengikat adalah ditentukan oleh panjang rentang bumbung. Panjang kasau akan dibahagikan kepada sebilangan segmen yang sama panjang pada penemuan garis pusat anggota topang atau pengikat.

Gulung-gulung11 (purlins) digunakan dalam arah membujur untuk menyambungkan semua kekuda serta dijadikan sebagai medium pemasangan atap bumbung. Jarak gulung-gulung dan ketinggian kekuda akan ditentukan oleh jenis atap yang digunakan. Kedudukan gulung-gulung yang paling diidamkan adalah diletakkan di atas titik penemuan garis pusat topang dan pengikat. Kedudukan ini dapat mengelakkan terjadinya lenturan tempatan pada kasau. Gulung-gulung akan disambung pada pengepit yang dilekatkan pada permukaan kasau. Untuk mengurangkan penggunaan pengepit, gulung-gulung berkeratan Z akan digunakan. Keratan Z ini juga boleh mengurangkan pengumpulan abuk pada permukaan gulung-gulung. Setiap kekuda akan disokong oleh tiang semesta, atau pada bahagian atas dinding yang telah dialaskan blok batu, dengan jarak di antara kekuda 3m hingga 7.5m. Keburukan yang utama adalah pembaziran ruang bumbung yang besar. Selain daripada itu, bumbung jenis ini sentiasa perlu dicatkan untuk mengelakkan pengaratan.

Rajah 2.1: Susunan tipikal kekuda keluli

Jadual 2.1: Jenis-jenis kekuda dan kesesuaian saiz geometrinya

Rajah 2.2: Jenis-jenis keratan yang digunakan dalam sistem kekuda

2.3.1Kekuda Satah Boleh Tentu Statik

Kekuda ringkas13 merupakan satu struktur binaan yang terdiri daripada beberapa anggota lurus dan kadangkala anggota melengkung dengan hujung-hujungnya disambungkan antara satu sama lain untuk membentuk segitiga dan sambungan anggota pada sendi dianggap secara pin (engsel atau cemat) tanpa geseran. Dengan ini anggota hanya menanggung daya-daya paksi sahaja samada dalam tegangan atau mampatan tanpa momen.

Anggapan-anggapan yang dibuat:

a)Anggota adalah disambung sebagai pin pada hujung-hujungnya;b)Beban dan tindakbalas dikenakan pada sendi atau sambungan dan tidak pada anggota;c)Paksi sentroid setiap anggota adalah lurus dan bertemu pada pusat sambungan setiap anggota.

Untuk kestabilan, bentuk kekuda yang paling ringkas adalah susunan berbentuk segitiga dengan 3 anggota. Susunan begini akan memberikan kestabilan dalam halangan arah x dan y. Penambahan kepada kekuda dibuat dengan menambah 2 anggota bagi setiap tambahan sendi (sambungan). Bagi kekuda ringkas, terdapat 6 nilai yang tidak diketahui iaitu tiga daya dalam anggota dan 3 tindakbalas:

m + R dibandingkan dengan m + 3

Dan bagi setiap sambungan, 2 persamaan boleh diperolehi iaitu: Fx = 0 dan fy = 0. Kedua-dua persamaan tersebut akan diwakilkan dengan 2j.

Oleh yang demikian, secara amnya, kebolehtentuan kekuda satah boleh ditentukan dengan,

m + 3 = 2jatau m = 2j 3bagi kebolehtentuan dalaman R = 3

Di mana,m=bilangan anggotaj=bilangan sendi atau sambunganR=bilangan tindakbalas keseluruhan

Jika,m>2j 3: tak boleh tentu statik dalamanm=2j 3: boleh tentu statik dalamanm3: tak boleh tentu statik luaranR=3: boleh tentu statik luaranR