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