BEBAN, DAYA DAN REKABENTUK STRUKTUR

Di dalam sesebuah struktur, komponen-komponen yang membentukkan untuk menjadi sebuah bangunan adalah terdiri dari kerangka bumbung, rasuk, tiang papak dan asas atau pun penapak. Kesemua anggota yang tersebut diatas yang bersambungan antara satu sama lain akan mengalirkan beban sendiri dan beban yang ditanggung kebumi. Ketepatan rekabentuk untuk setiap anggota akan bergantung kepada proses menentukan beban yang tepat. Anggota yang direkabentuk akan menjadi tidak ekonomik atau tidak cukup kuat sekiranya beban rekabentuk tidak betul.

 

 

Proses Rekabentuk

Sebelum sebarang rekabentuk dimulakan, selalunya arkitek akan memberikan lukisan 'layout' kepada pihak pereka/jurutera untuk menentukan kedudukan dan saiz rasuk dan tiang yang terbabit dan dimasukkan kedalam lukisan pelan punca.

Di dalam menjlankan kerja rekabentuk, para pereka akan mengambil-kira beberapa faktor di dalam penyediaan, dan pengiraan rekabentuk. Antara perkara yang akan dibincaang meliputi beban, faktor keselamatan komponen-komponen strukturt dan daya yang bertindak ke atas komponen struktur tersebut.

Beban

Di dalam kejuruteraan struktur, sebelum sebarang pengiraan rekabentuk dapat dijalankan, pihak pereka akan mengambil kira beban-beban yang dianggar akan ditanggung oleh komponen yang terbabit. Beban yang dimaksudkan pada kebiasaannya dibahaglkan kepada 2 (dua) jenis utama, iaitu:

a. Beban Mati (Dead Load)

b. Beban Hidup/Kenaan (LivelImposed Load)

Beban Mati

Beban mati adalah beban yang ditakrifkan sebagni beban yang dianggap tidak berubah-ubah di sepanjang hayat struktur tersebut. Beban ini juga boleh dianggap sebagai beban sedia ada

Di antara contoh beban mati adalah:

Beb'an mati lebih senang untuk ditentukan oleh kerana saiz ketebalan dan isipadu setlap komponen tersebut boleh ditentukan. Sebagai contoh:

Kadangkala bahan binaan diberikan dalam bentuk berat (kilogram). Unit daya Newton(N) atau KiloNewton(kN) pula selalunya akan digunakan dalam perkiraan rekabentuk. Untuk itu unit daya (N) boleh didapati dengan mengambilkira berat dan daya graviti (9.81 m/s2). Iaitu

1000 kg = 100 x 9.81 = 9810 kgm/s2 = 9810 N

Manakala dalam kiloNewton 1000 kg = 9.81 kN

Untuk memudahkan kerja-kerja pengiraan, daya dalam Newton boleh diperolehi dengan mendarabkan 10 ( yang tepatnya 9.81) dengan berat bahan tersebut.

Sebagai contoh berat konkrit ialah 2400 kg/m3. Jadi

Beban dalam N = 2400 x 10 = 24000 N/m3 atau 24 kN/m3.

 

Beban Hidup/Kenaan

Beban hidup pula adalah ditakrifkan sebagai beban yang dianggap tidak tetap dan dianggap berubah-ubah bergarnung kepada masa dan kegunaan ruang yang direkabentuk. Disebabkan pengunaan ruang-ruang adalah berbeza-beza, maka penentuan beban tersebut adalah lebih sukar. Dengan sebab itu, para pereka pada kebiasaanya merujuk kepada piawaian-piawan tertentu. Piawaian yang kerap digunakan di negara kita ialah piwaian British BS 6399 - British Standard Design Loading for Building Part 1 Code of Practice for Dead and Imposed Load. Manakala Uniform Building Code boleh dirujuk sekiranya pereka ingin menggunakan teknik-teknik yang diamalkan di Amerika.

Sebagai contoh, beban-beban hidup yang biasa digunakan adalah:

kediaman (rumah) 1.5 kN/m2

pejabat 2.5

hospital 5.0

stadium 5.0

perpustakam 5.0

dewan 5.0

setor 7.5

Di antara beban hidup yang diambil kira, terdapat juga beban-beban hidup yang dianggap sebagai kes beban hidup yang istimewa oleh kerana beban tersebut boleh dikira sebagai beban dinamik di mana kekuatannya berubah-ubah mengikut masa. Beban yang dimaksudkan ialah:

    1. Beban Angin
    2. Beban Gempa Bumi

 

Beban Angin

Beban angin adalah beban yang bertindak keatas sesebuah bangunan yang berpunca daripada daya angin. Kekuatan beban bergantung kepada:

    1. Keluasan bangunan yang terdedah kepada daya angin. Daya angin lebih kuat jika jarak antara tiang adalah lebih jauh.
    2. Ketinggian bangunan yang didedahkan kepada angin.
    3. Lokasi bangunan. Daya kekuatan angin adalah didapati lebih tinggi di kawasan lapang jika dibandingkan dengan kawasan bandar. Untuk bangunan ditepi pantai kekuatan angin yang perlu diambilkira adalah lebih tinggi.

Selalunya pengiraan beban angin hanya akan diambilkira apabila bangunan terlibat melebihi tiga(3) tingkat. Untuk bangunan yang rendah, beban angin adalah terlalu rendah dan tidak menyumbang terhadap pertambahan beban pada keseluruhan struktur bangunan.

 

Beban Gempa Bumi

Beban yang dimaksudkan ini adalah merupakan beban yang jarang sekahli bertaku di negara kita. Walaubagaimana pun para pereka perlu peka dan tahu untuk menilai beban jenis ini sekiranya diperlukan.

Beban gempa bumi ini akan digunakan di bangunan tinggi dan juga rendah. Beban gempa bumi yarig digunakan pada kebiasaan nya akan diambil dari beban gempa bumi yang Ialu dan difaktorkan bergantung kepada kawasan yang akan dibina.

 

Faktor Keselamatan(Factor of Safety)

Memandangkan kepada andaian-andaian yang banyak digunakan di dalam proses rekabentuk struktur, adalah menjadi satu amalan di mana faktor keselamatan dimasukkan di dalam pengiraan rekabentuk.

Faktor keselamatan ini adalah di dalam bentuk angka dan dimasukkan di dalam 2 (dua)

cara:

    1. beban
    2. bahan

Tujuan utama faktor keselamatandigunakan adalah kerana

a. Beban yang digunakan untuk pengiraan adalah anggaran semata-mata.

Faktor yang digunakan untak beban mati adelah 1.4.

Faktor yang digunakan untuk beben hidup adalah 1.6.

Faktor untuk beban hidup adalah lebih tinggi kerana beban hidup adalh lebih

sukar untuk ditentukan daripada beban mati.

Faktor-faktor yarg digunakan adalah berpandukan kepada amalan piawaian-piawaian berkaitan

    1. Bahan-bahan yang digunakan pada amnya adaleh tidak sekata dan kekuatannya berbeza-beza.

Faktor yang digunakan untuk konkrit adalah 1.5

Faktor yang digmakan untuk keluli adalah 1.15

Faktor untuk konkrit adalah lebih kerana kekuatan konkrit bergantung kepada kualiti kerja di tapak dan seringkali tidak konsisten. Manakala keluli pula, pada kebiasaannya diperbuat di kilang-kilang dan mutu kerja adalah lebih konsisten dan tinggi.

Faktor untuk bahan ini juga adalah berpandukan kepada piawan-piawaian.

Beban dan Pengaliranya

Dalam sebuah bangunan atau struktur, terdapat beberapa jenis komponen struktur seperti yang dibincangkan dalam Nota#1 yang berfungsi menyalurkan beban-beban yang bertindak terhadap komponen tersebut kepada komponen yang lain dengan selamat hingga ke bumi.

Setiap komponen struktur menyalurkan beban dengan cara tersendiri dan berlainan. Beban yang disalurkan dari satu komponen kepada komponen yang lain adalah dalam bentuk:

    1. Lenturan (bending) atau pun momen

Lenturan juga dipanggil sebagai momen. Lenturan berlaku apabila terdapatnya tegangan dan mampatan di dalam komponen struktur akibat beban yang dikenakan keatasnya.

Hasil beban yang dikenakan ke atas komponen tersebut, momem boleh dikira dan rajah bending moment (BMD) dilakarkan. Pada kebiasaannya, bentuk BMD menyerupai bentuk lenturan komponen. Lihat rajah …..

    1. Daya Ricih

Daya ricih adalah merupakan daaya yang bertindak 45 darjah dari sangga (support). Daya ricih ini biasanya berlaku di sangga seperti ditunjukkan dalam rajah…..

 

 

c) Daya Paksian (Axial)

Daya pakksian ini bertindak dengan 2 (dua) cara, iaitu paksian mampatan dan juga paksian tegangan.

Keupayaen komponen konkrit untuk mengambil beban paksian adalah bergantung kepada keluasan permukaan keratan. Contohnya unttuk konkrit gred 20 dan keluasan permukaan sebanyak 1000 mm2

maka daya keupayaan komponen tersebut adalah dikira seperti berikut:

20 x 1000 = 20000 N

= 20 kN

Dalam struktur konkrit tetulang, tetulang biasanya digunakan untuk menambah kekuatan, oleh kerana keupayaannya untuk mengambil daya tegangan.

 

 

Rujukan

    1. Nota Kursus, Pengajian Struktur dan Bangunan, IKRAM, 1992
    2. Design of Structural Elements, Chanakya Arya, E&FN SPON
    3. Structural Elements Design Manual, Trevor Draycott, Butler & Tanner, London 1991