ANALISIS DAN REKABENTUK

REKABENTUK BANGUNAN PEJABAT DUA TINGKAT DENGAN MENGGUNAKAN STAAD-III DAN SECARA MANUAL

Oleh

Mohd Rashwan b. Arshad

SARJANA MUDA KEJURUTERAAN (KEJURUTERAAN AWAM)

Pusat Pengajian Kejuruteraan Awam

Universiti Sains Malaysia April 2005 Disertasi ini dikemukakan kepada

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA

Sebagai memenuhi sebahagian daripada syarat keperluan untuk ijazah dengan kepujian

PENGHARGAAN

Alhamdulillah, syukur ke hadrat Ilahi dengan limpah kurnia-Nya maka projek tahun akhir ini dapat disiapkan. Dalam kesempatan ini, saya ingin menyampaikan penghargaan kepada pihak yang terlibat secara langsung dan tidak langsung dalam usaha menjayakan projek ini. Pertama sekali, saya ingin mengucapkan jutaan terima kasih kepada Dr. Taksiah A. Majid sebagai penyelia projek diatas kesudian beliau meluangkan masa serta menghulurkan pelbagai bantuan. Laporan ini tidak mungkin sempurna tanpa nasihat, tunjuk ajar serta pengawasan beliau. Saya juga ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada En. Shaharudin Shah bin Zaini diatas tunjuk ajar dan nasihat yang diberikan.

Tidak lupa kepada pihak universiti khasnya Pusat Pengajian Kejuruteraan Awam yang menyediakan kemudahan makmal komputer dan kemudahan lain yang diperlukan untuk menjayakan projek ini. Ucapan terima kasih juga ditujukan kepada rakan-rakan yang sama-sama terlibat dan membantu serta memberi pandangan semasa proses menyiapkan projek ini.

Akhir sekali, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada ahli keluarga yang memberi sokongan dan bantuan secara tidak langsung dalam melengkapkan dan menjayakan projek ini. Sekali lagi, setinggi-tinggi penghargaan kepada semua yang terlibat

MOHD RASHWAN ARSHAD

ABSTRAK

Penggunaan rekabentuk struktur konkrit telah digunakan secara meluas. Malah rekabentuk yang dihasilkan meningkat dari semasa ke semasa dengan terciptanya pelbagai perisian komputer. Oleh itu dalam kajian yang dijalankan ini semua elemen struktur bangunan yang direkabentuk merupakan struktur konkrit bertetulang yang direkabentuk berdasarkan keadaan had muktamad merujuk kepada BS 8110 : Bahagian 1 : 1997. Dalam projek ini, kajian tertumpu kepada rekabentuk bangunan konkrit pejabat dua tingkat dengan menggunakan perisian STAAD – III dan juga secara manual.

Keputusan yang diperolehi berdasarkan perisian STAAD – III dan manual dibandingkan secara relatif berdasarkan nilai daya ricih dan momen lentur pada penyokong dan pertengahan rentang, jumlah luas keratan rentas serta saiz tetulang yang dibekalkan kepada anggota struktur. Berdasarkan output daripada perisian STAAD – III, penentuan kos dilakukan terhadap struktur utama bangunan. Laporan ini juga membincangkan langkah-langkah serta kaedah pemodelan struktur yang digunakan dalam perisian STAAD – III serta kelebihan dan kelemahannya sebagai perisian untuk analisis dan juga rekabentuk struktur. Berdasarkan kajian yang dilakukan menunjukkan bahawa purata peratus perbezaan momen dan daya ricih bagi kedua-dua kaedah yang digunakan iaitu STAAD – III dan rekabentuk secara manual adalah tidak melebihi 35%. Perbandingan di antara purata luas keratan rentas tetulang utama juga tidak menunjukkan julat perbezaan yang begitu besar iaitu kurang daripada 20%. Keputusan daripada beberapa kes yang dijalankan menunjukkan keberkesanan serta keupayaan STAAD – III sebagai perisian untuk analisis dan merekabentuk struktur.

ABSTRACT

The application of a reinforced concrete structure design has been used widely. In this research, all the structures element have been design as reinforced concrete based on the ultimate limit state philosophy employed in BS 8110 : Part 1 : 1997. The main objective of this project is to design double storey concrete office building and its comparison with manual calculation. The result will be compared in term of the shear force, the bending moment on the main support as well as the mid-span and the total cross section area of the main reinforcement required. Hence, the main building structure cost can be determined from the STAAD-III output. This report also discuss the procedures and methods of structural modeling used in STAAD-III as well as the advantages and disadvantages of the STAAD-III software as a tool to analyze and design. The result shows that the average of percentage differences in the shear force and the bending moment for both method does not exceed more than 35%. Hence, the comparison between the average cross section of main reinforcement also does not shows very much difference which is less than 20% from the manual. It can be concluded that the STAAD- III software has the capability to analyze and design structures.

KANDUNGAN

Muka surat

PENGHARGAAN

ABSTRAK ii

ABSTRACT iii

KANDUNGAN iv

SENARAI SIMBOL vii

SENARAI JADUAL viii SENARAI GAMBARAJAH x BAB 1: PENGENALAN

1.1 Pengenalan 1

1.2 Objektif kajian 2

1.3 Skop projek 2

1.4 Carta alir projek 3

1.5 Pemerihalan struktur bangunan 6

1.6 Kriteria rekabentuk 9

BAB 2: KAJIAN LITERATUR

2.1 Pengenalan 12

2.2 Rekabentuk struktur konkrit bertetulang 14 2.2.1 Keadaan had muktamad 14 2.2.2 Keadaan had khidmat 14 2.2.3 Kekuatan ciri bahan 15

2.2.4 Ricihan 16

2.2.5 Keretakan 16

2.2.6 Rintangan Api 17

2.3 Penggunaan STAAD – III dalam rekabentuk dan analisis struktur 18 BAB 3: REKABENTUK SECARA MANUAL (BS8110)

3.1 Pengenalan 20

3.2 Beban 21

3.2.1 Kaedah pemindahan beban 24

3.3 Rekabentuk Papak 25

3.3.1 Papak satu hala 25

3.3.2 Papak dua hala 27

3.4 Rekabentuk Rasuk 28

3.4.1 Kaedah agihan momen 28 3.4.2 Rekabentuk tetulang utama 29 3.4.3 Rekabentuk tetulang ricih 30 BAB 4: PEMODELAN MENGGUNAKAN STAAD-III

4.1 Pengenalan 35

4.2 Pemodelan dengan menggunakan STAAD – III 36 4.2.1 Pemodelan secara grafik 37

4.2.2 Beban 40

4.3 Analisis struktur 44

4.4 Rekabentuk melalui STAAD – III 45

BAB 5: KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN

5.1 Pengenalan 46

5.2 Keputusan analisis momen dan daya ricih 47 5.3 Keputusan bagi luas keratan rentas serta saiz tetulang 51 5.4 Analisis kos struktur utama bangunan 55

5.5 Perbincangan 57

5.5.1 Perbandingan keputusan momen lentur dan daya 58 Ricih

5.5.2 Perbandingan luas keratan rentas tetulang utama 61 5.5.3 Analisis kos struktur utama. 61 5.6 Kelebihan dan kelemahan STAAD – III 61 BAB 6: KESIMPULAN

6.1 Kesimpulan 63

6.2 Cadangan serta kajian lanjut 64

RUJUKAN 65

LAMPIRAN A: ANALISIS DAN REKABENTUK PAPAK LAMPIRAN B: ANALISIS DAN REKABENTUK RASUK LAMPIRAN C: INPUT FAIL DAN OUTPUT FAIL (STAAD-III)

LAMPIRAN D: GAMBARAJAH MOMEN LENTUR DAN DAYA RICIH (MANUAL)

LAMPIRAN E: GAMBARAJAH MOMEN LENTUR DAN DAYA RICIH (STAAD-III)

LAMPIRAN F: PELAN ARKITEK DAN PELAN STRUKTUR

SENARAI SIMBOL As luas keratan rentas tetulang utama

Asv luas keratan rentas tetulang ricih

βc pekali momen bagi rentang pendek papak βy pekali momen bagi rentang panjang papak b lebar keratan

bv lebar web ataupun rasuk

d kedalaman berkesan bagi tetulang tegangan E modulus kenjalan

F beban muktamad fcu kekuatan ciri konkrit fs tegasan kerja keluli

fy kekuatan ciri tetulang utama fyv kekuatan ciri tetulang ricih G modulus ricih

h kedalaman keseluruhan keratan dalam satah lenturan I momen kedua luas

L panjang keseluruhan lx rentang pendek papak ly rentang panjang papak M momen lentur

msx momen maksimun seunit lebar papak dalam arah rentangan lx

msy momen maksimum seunit lebar papak dalam arah rentangan ly

n beban muktamad seunit luas sv jarak antara perakap

V daya ricih υ tegasan ricih

υc tegasan ricih konkrit

γm faktor keselamatan separa untuk kekuatan bahan W beban teragih seraga

SENARAI JADUAL

Muka surat

Jadual 2.1 Kekuatan konkrit (BS 5328 Part 1 1990, Jadual 9) 15 Jadual 2.2 Kekuatan tetulang (BS 8110 Part 1 1985 Table 3.1) 16 Jadual 3.1 Berat beberapa jenis atap (Zakaria , 2001) 22 Jadual 3.2 Beban kenaan atas bumbung tanpa laluan (kecuali 22

penyelenggaraan) (Zakaria, 2001).

Jadual 3.3 Nilai tipikal beban yang diambil kira dalam rekabentuk. 23 Jadual 5.1 Perbandingan keputusan bagi momen di penyokong dan tengah 48

rentang serta daya ricih untuk rasuk aras bumbung

Jadual 5.2 Perbandingan keputusan bagi momen di penyokong dan tengah 49 rentang serta daya ricih untuk rasuk aras satu

Jadual 5.3 Perbandingan keputusan bagi momen di penyokong dan tengah 50 rentang serta daya ricih untuk rasuk aras bawah

Jadual 5.4 Perbandingan keputusan luas keratan rentas yang diperlukan 52 serta saiz tetulang yang dibekalkan untuk rasuk aras bumbung.

Jadual 5.5 Perbandingan keputusan luas keratan rentas yang diperlukan 53 serta saiz tetulang yang dibekalkan untuk rasuk aras satu

Jadual 5.6 Perbandingan keputusan luas keratan rentas yang diperlukan 54 serta saiz tetulang yang dibekalkan untuk rasuk aras bawah.

Jadual 5.7 Harga besi (bar) dan konkrit daripada syarikat kontraktor 55 dan perunding.

Jadual 5.8 Jumlah kos bagi struktur utama bangunan 56 Jadual 5.9 Purata peratus perbezaan (%) momen dan daya ricih mengikut 57

Aras

Jadual 5.10 Purata peratus perbezaan (%) luas keratan tetulang yang 57 diperlukan

SENARAI GAMBARAJAH

Muka surat

Gambarajah 1.1 Carta aliran projek 5

Gambarajah 1.2 Pelan lokasi bagi tapak projek 6 Gambarajah 1.3 (a) Bentangan struktur rasuk untuk aras bawah 7

(b) Bentangan struktur rasuk untuk aras satu (c) Bentangan struktur rasuk untuk aras bumbung

Gambarajah 1.4 (a) – (h) Turutan proses pembinaan di tapak bina 10

Gambarajah 2.1 Momen daripada STAAD-III 19

Gambarajah 2.2 Momen hasil pengiraan manual 19

Gambarajah 3.1 (a) Arah agihan beban untuk papak satu hala 24 (b) Arah agihan beban untuk papak dua hala.

Gambarajah 3.2 (a) Gambarajah daya ricih rasuk kritikal – 1B12B 29 (b) Gambarajah momen lentur rasuk kritikal – 1B12B

Gambarajah 4.1 Menu untuk menentukan jenis struktur serta unit yang 36 digunakan

Gambarajah 4.2 ‘Stick Diagram’ yang dijanakan oleh STAAD – III. 38 Gambarajah 4.3 Rasuk dan tiang bagi struktur bangunan pejabat dua 38

tingkat dalam bentuk tiga dimensi

Gambarajah 4.4 Keratan rentas rasuk 39

Gambarajah 4.5 Menu untuk input beban 40

Gambarajah 4.5 (a) Bentangan kedudukan papak aras bawah. 42 (b) Bentangan kedudukan papak aras satu.

Gambarajah 4.7 Contoh masukan data atau nilai beban dalam 43 STAAD – III.

Gambarajah 4.8 (a) Gambarajah momen lentur rasuk – GB12 44 (b) Gambarajah daya ricih rasuk – GB1

Gambarajah 5.1 (a) Perbezaan nilai momen lentur pada rasuk 1B17 58 (b) Perbezaan nilai daya ricih pada rasuk 1B17

Gambarajah 5.2 (a) Momen lentur bagi analisis secara manual

(b) Momen lentur bagi analisis menggunakan STAAD 59 -III

Gambarajah 5.3 Agihan beban mengikut sifat sebenar papak 60

BAB 1 PENGENALAN

1.1 Pengenalan

Penggunaan komputer dan perisian semakin luas diaplikasikan dalam pelbagai lapangan termasuklah bidang kejuruteraan. Kewujudan pelbagai perisian komputer yang terdapat di pasaran seperti STAAD–III, S-Frame, Esteem dan sebagainya memberi alternatif kepada para jurutera dalam mempelbagaikan kaedah semasa menjalankan kerja-kerja merekabentuk. Rekabentuk dengan menggunakan perisian komputer adalah lebih mudah dan menjimatkan masa terutamanya untuk rekabentuk struktur bangunan yang kompleks.

Rekabentuk secara manual melibatkan proses pengiraan yang rumit dan boleh menyebabkan berlakunya kesilapan. Namun dengan menggunakan perisian komputer sebarang kesilapan yang dilakukan semasa merekabentuk boleh dikesan dengan mudah dan pembetulan dapat dilakukan dengan segera. Walau bagaimanapun, keberkesanan sesuatu perisian itu perlu dikaji sama ada ianya efektif dan selamat untuk diaplikasikan.

Oleh itu, dalam kajian ini perisian STAAD – III dipilih untuk merekabentuk bangunan struktur konkrit pejabat dua tingkat, di mana output yang diperolehi akan dibandingkan secara relatif dengan keputusan rekabentuk secara manual.

1.2 Objektif kajian

Secara umumnya terdapat tiga objektif utama dalam menjalankan kajian ini, iaitu:

a) Mengkaji kesesuaian dan keberkesanan penggunaan STAAD-III dalam merekabentuk sesebuah bangunan.

b) Mendapatkan perbandingan di antara rekabentuk menggunakan STAAD-III dengan rekabentuk secara manual bagi momen lentur, daya ricih, saiz serta luas keratan tetulang yang diperlukan.

c) Menentukan kos bagi struktur utama bangunan.

1.3 Skop Projek

Berikut merupakan beberapa skop projek yang difokuskan dalam kajian yang dilakukan, iaitu:

a) Merekabentuk struktur bangunan pejabat dua tingkat dengan pengiraan secara manual berdasarkan kod BS8110.

b) Merekabentuk struktur bangunan pejabat dua tingkat dengan menggunakan perisian STAAD-III.

c) Menentukan perbezaan di antara analisis menggunakan STAAD-III dengan analisis secara manual.

d) Membandingkan keputusan serta output yang diperolehi daripada perisian STAAD-III dengan pengiraan secara manual.

e) Mengenalpasti kelebihan dan kelemahan perisian STAAD-III.

f) Menjalankan analisis kos bagi struktur utama.

1.4 Carta aliran projek

Proses merekabentuk struktur bangunan pejabat dua tingkat dimulakan dengan mengkaji pelan arkitek. Pada peringkat ini, analisis awal dilakukan untuk menentukan kedudukan serta saiz yang sesuai untuk papak, rasuk dan tiang. Semua perincian yang terdapat pada lukisan arkitek diteliti supaya tidak berlaku sebarang kesilapan semasa proses merekabentuk. Setelah itu, kes-kes beban yang terlibat ditentukan sebelum menjalankan analisis. Analisis yang dijalankan, dibahagikan kepada dua kaedah iaitu dengan menggunakan perisian STAAD – III dan juga secara manual. Analisis secara manual menggunakan kaedah agihan momen untuk mendapatkan nilai momen lentur dan juga daya ricih. Dalam perisian STAAD – III, bentuk geometri struktur bangunan dimodelkan diikuti dengan masukan input beban. Peringkat yang seterusnya ialah menjalankan proses rekabentuk untuk mendapatkan luas keratan rentas tetulang utama yang diperlukan serta saiz tetulang yang dibekalkan. Rekabentuk yang dijalankan adalah menggunakan kod piawaian BS8110 untuk kedua-dua kaedah sama ada rekabentuk secara manual mahupun menggunakan STAAD – III. Daripada keputusan yang diperolehi, perbandingan dilakukan terhadap nilai momen lentur, daya ricih dan juga luas keratan tetulang yang diperlukan serta saiz tetulang yang dibekalkan. Seterusnya kos bagi struktur utama bangunan ditentukan berdasarkan maklumat isipadu konkrit serta berat tetulang yang diperolehi melalui STAAD – III serta maklumat harga bahan binaan yang diperolehi daripada beberapa syarikat perunding dan juga kontraktor. Gambarajah 1.1 menunjukkan ringkasan proses yang terlibat dalam rekabentuk struktur bangunan pejabat dua tingkat.

Rekabentuk menggunakan STAAD-III

Analisis struktur Pengiraan momen lentur dan daya ricih.

Analisis struktur Pengiraan momen lentur dan daya ricih.

Rekabentuk struktur Penentuan luas keratan rentas tetulang utama yang diperlukan

Rekabentuk struktur Penentuan luas keratan rentas tetulang utama yang diperlukan

Mula projek

Rekabentuk

bangunan pejabat dua tingkat

Analisis awalan

i. Menentukan kedudukan papak, rasuk dan tiang ii. Menentukan ketebalan papak, saiz rasuk dan tiang.

iii. Menentukan kes-kes beban

1

Rekabentuk secara manual

(BS8110) berbantu Microsoft Excel, perisian yang dibangunkan

Keputusan

Papak: luas keratan tetulang yang dibekalkan Rasuk: perbandingan momen lentur, daya ricih luas tetulang yang diperlukan serta saiz tetulang

utama yang dibekalkan 1

Gambarajah 1.1: Carta aliran projek Penentuan kos bagi struktur utama

Perbincangan dan Kesimpulan

Tamat

1.5 Pemerihalan struktur bangunan

Struktur yang dimodelkan merupakan sebuah bangunan pejabat dua tingkat yang merupakan bangunan pentadbiran bagi Pusat Darul Hidayah yang terletak di Permatang Tok Gelam, Seberang Perai Utara, Pulau Pinang. Pelan lokasi bagi tapak projek ditunjukkan dalam Gambarajah 1.2.

Rekabentuk yang dijalankan dalam kajian ini terdiri daripada rekabentuk struktur utama. Bangunan yang dimodelkan terdiri daripada tiga aras utama iaitu, aras bawah, aras pertama dan juga aras bumbung. Unit di aras bawah terdiri daripada sebuah ruang pejabat, ruang legar, bilik air perempuan, bilik suis, pantry, 2 buah bilik serta anjung.

Manakala di aras satu terdapat sebuah bilik syarahan, ruang legar, bilik air lelaki, bilik suis, pantry, perpustakaan dan 2 buah kelas.

Sebelum rekabentuk sesebuah bangunan dijalankan, sebuah pelan struktur yang mengandungi lukisan bagi kedudukan papak, rasuk dan tiang dihasilkan. Kedudukan setiap elemen struktur ini ditentukan berdasarkan beberapa faktor seperti keselamatan, kebolehlaksanaan, nilai-nilai estetik serta ekonomi. Selain itu, maklumat mengenai saiz rasuk dan ketebalan papak juga boleh didapati dalam pelan struktur. Gambarajah 1.3 menunjukkan kedudukan serta saiz rasuk yang digunakan dalam rekabentuk bangunan pejabat dua tingkat.

Gambarajah 1.3: (a) Bentangan struktur rasuk untuk aras bawah

Gambarajah 1.3: (b) Bentangan struktur rasuk untuk aras satu

Gambarajah 1.3: (c) Bentangan struktur rasuk untuk aras bumbung

1.6 Kriteria rekabentuk

Bangunan pejabat yang direkabentuk mempunyai kriteria-kriteria seperti berikut:

i. Kod rekabentuk : BS 8110: Bahagian 1: 1997

ii. Faktor keselamatan : Faktor 1.4 dikenakan ke atas beban mati termasuk berat sendiri setiap anggota struktur, manakala faktor 1.6 dikenakan keatas beban hidup.

iii. Rintangan api : Semua elemen struktur mempunyai ciri rintangan api untuk tempoh satu jam.

Semua Rasuk, papak dan tiang direkabentuk menggunakan konkrit dengan gred 30 serta berketumpatan 24 kN/m³. Tetulang utama yang dibekalkan merupakan bar keluli dengan kekuatan fy = 460 N/mm² manakala perakap yang yang dibekalkan merupakan keluli dengan kekuatan fyv = 250 N/mm². Gambarajah 1.4 menunjukkan turutan gambaran sebenar di tapak bina semasa proses pembinaan sedang dijalankan.

(a) Pemasangan besi untuk rasuk aras bawah

(b) Kerja-kerja konkrit rasuk aras bawah

(c) Kerja-kerja pemasangan acuan bagi struktur tiang telah disiapkan

(d) Kerja-kerja pemasangan acuan bagi struktur tiang aras satu

Gambarajah 1.4: (a) – (h) Turutan proses pembinaan di tapak bina.

(f) Kerja-kerja penyusunan bata sedang dijalankan

(e) Kerja-kerja pemasangan acuan bagi struktur tiang aras satu telah disiapkan

(g) Kerja-kerja penyusunan bata telah disiapkan

(h) Struktur bangunan yang telah hampir siap

BAB 2

KAJIAN LITERATUR

2.1 Pengenalan

Perkembangan yang pesat dalam penggunaan perisian komputer untuk tujuan rekabentuk, telah memberi faedah yang maksimum kepada para jurutera. Keadaan ini boleh dinilai menerusi peningkatan yang ditunjukkan dalam rekabentuk struktur masa kini. Walau bagaimanapun, faktor keselamatan dan kebolehkhidmatan yang tinggi merupakan asas utama dalam rekabentuk struktur selain penggunaan kos yang optimum (Gallagher et al., 1973). Terdapat pelbagai alternatif yang perlu dikaji dan dipertimbangkan oleh jurutera struktur sama ada dari segi perisian mahupun bahan yang digunakan dalam rekabentuk sesebuah bangunan.

Perisian seperti STAAD-III dan S-Frame adalah antara contoh perisian yang terdapat di pasaran bagi membantu jurutera awam dalam proses merekabentuk. Namun demikian, penggunaan setiap perisian perlu dikaji untuk memastikan sejauhmana efektifnya perisian tersebut dalam menghasilkan rekabentuk yang selamat, tepat dan ekonomi. Selain itu, pemilihan jenis struktur atau bahan yang digunakan dalam rekabentuk juga penting mengikut kesesuaian bangunan. Sebagai contoh, jika sesuatu elemen struktur yang mempunyai rentang yang panjang melebihi had yang dibenarkan oleh struktur konkrit bertetulang maka, penggunaan struktur keluli atau komposit akan dicadangkan oleh jurutera (Jing, 2001). Struktur konkrit bertetulang telah lama digunakan secara meluas, terutamanya dalam sektor perumahan. Penggunaan struktur konkrit dalam pembinaaan memberikan pelbagai faedah dan kelebihan seperti menjimatkan serta

mempunyai nilai estetik yang tinggi. Antara kelebihan-kelebihan lain adalah (www.

sciglobal.com):

a) Mudah dikerjakan serta tidak memerlukan pekerja-pekerja mahir yang khusus, hanya pekerja-pekerja tempatan diperlukan di setiap peringkat pembinaan dan ini menguntungkan pihak agensi atau kontraktor.

b) Kos yang berkaitan dengan penjagaan rumah atau binaan yang diperbuat daripada konkrit adalah rendah. Tidak ada bahan pembinaan lain yang dapat memberikan nilai jangka panjang sepertinya.

c) Konkrit tidak reput dan juga tidak boleh dimakan anai-anai atau lain-lain serangga pemusnah kayu. Ia dapat bertahan daripada bermacam-macam bencana alam semula jadi seperti banjir, ribut taufan, badai, puting beliung dan lain-lain.

d) Konkrit mempunyai kecantikan semulajadi dan adalah satu bahan yang boleh dicorak dan dibentuk kepada berbagai rekabentuk mengikut imaginasi.

e) Konkrit juga menjimatkan tenaga, rumah-rumah buatan konkrit memerlukan cuma sedikit sahaja sistem pendingin hawa tambahan.

f) Teknologi baru yang memakai campuran khas untuk mereka bentuk, termasuk mengunakan bahan-bahan tambah ringan atau bahan-bahan terma yang memberikan kesan penebatan yang sangat baik.

2.2 Rekabentuk struktur konkrit bertetulang

Struktur konkrit bertetulang direkabentuk berdasarkan BS 8110: Part 1: 1997 sebagai rujukan dan panduan mengenai setiap elemen konkrit. Rekabentuk struktur konkrit bertetulang adalah berdasarkan rekabentuk keadaan had. Setiap struktur yang direkabentuk diharapkan mampu berkhidmat sebagaimana tujuan struktur itu dibina dan mestilah dipastikan ia tidak melebihi keadaan had semasa hayatnya (Draycott, 1990).

Rekabentuk keadaan had untuk struktur bangunan berpadukan BS 8110: Part 1: 1997 dibahagikan kepada had muktamad dan had khidmat.

2.2.1 Keadaan had muktamad - Apabila keadaan had muktamad tercapai, sebahagian atau kesemua struktur akan gagal atau roboh. Perkara yang dipertimbangkan dalam keadaan had muktamad ialah:

i. Lenturan ii. Ricih

iii. Tegangan dan mampatan iv. Kilasan

2.2.2 Keadaan had khidmat – Apabila keadaan had khidmat tercapai, struktur tidak lagi sesuai digunakan atau tidak dapat memberi khidmat yang memuaskan tetapi struktur

i. Pesongan ii. Keretakan iii. Getaran

2.2.3 Kekuatan ciri bahan

BS 8110: Part 1: 1997 menetapkan kriteria bahawa tidak lebih daripada 5 daripada sampel konkrit yang diuji mempunyai kekuatan kurang daripada yang ditetapkan (Draycott, 1990). Senarai kekuatan ciri untuk pelbagai gred konkrit pada hari ke-28 ditunjukkan dalam Jadual 9, BS 5328 : Part 1 : 1990, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2.1 dibawah. Manakala kekuatan bagi tetulang pula diberikan dalam BS 8110 : Part 1 : 1997, Jadual 3.1, seperti dalam Jadual 2.2 dibawah.

Jadual 2.1 Kekuatan konkrit (BS 5328 : Part 1 : 1990, Jadual 9)

Gred konkrit Sifat kekuatan mampatan pada 28

hari

C 7.5 C10 C12.5

C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60

7.5 10.0 12.5 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0

Jadual 2.2 Kekuatan tetulang (BS 8110: Part 1: 1997, Table 3.1)

Kekuatan ciri tertentu, fy

(N/mm²)

Keluli lembut tergelek panas Keluli alah tinggi

(tergelek panas atau kerja sejuk)

250 460

2.2.4 Ricihan

Masalah bagaimana kegagalan ricih berlaku ke atas struktur konkrit bertetulang belum dapat dikenalpasti dengan jelas walaupun kajian secara meluas telah dijalankan sejak 50 tahun yang lalu. Saiz merupakan salah satu faktor penting berhubungkait dengan kekuatan ricih sesuatu anggota . Terdapat bukti yang kukuh menunjukkan tegasan ricih berkurang dengan peningkatan saiz anggota (Zazaris. et al., 2001). Ketahanan ricih bagi sesuatu anggota struktur perlu diperiksa untuk memastikan sama ada memerlukan tetulang ricih ataupun tidak.

2.2.5 Keretakan

Keretakan pada struktur konkrit bertetulang perlu dikawal bukan sahaja untuk menjaga penampilan sesebuah bangunan malah untuk mengelakkan pengaratan kepada tetulang.

Dalam struktur konkrit bertetulang, pelbagai jenis keretakan dikenalpasti termasuklah keretakan dalaman dan keretakan permukaan yang boleh berlaku disebabkan oleh

beberapa faktor yang berbeza (Babu., 1979). Keadaan had khidmat bagi keretakan dinyatakan dengan terperinci dalam BS 8110: Part 1: 1997 dan ianya berkaitan dengan luas tetulang minimum dan had jarak diantara bar.

2.2.6 Rintangan Api

Rintangan api terhadap anggota konkrit bertetulang bergantung kepada penutup tetulang, jenis aggregat yang digunakan dan saiz minimum bagi setiap anggota. Penutup nominal yang dibekalkan untuk mengelakkan kakisan kadangkala tidak mencukupi untuk rintangan api. Oleh itu, rekabentuk mesti merujuk kepada BS 8110 Part 1 Jadual 3.5 dan Rajah 3.2 untuk penutup dan dimensi minimum bagi anggota yang memenuhi syarat rintangan api.

2.3 Kajian-kajian lepas

Pelbagai kajian melibatkan penggunaan STAAD-III telah dijalankan sebelum ini, termasuklah rekabentuk konkrit kerangka satu ruang dengan menggunakan STAAD-III oleh Lim (1998). Objektif utama kajian adalah untuk menentukan kesan perubahan beban kenaan ataupun cara penyusunan beban ke atas konkrit kerangka satu ruang dari segi analisis agihan momen lentur dan daya ricih. Selain itu, kesan perubahan penutup konkrit bertetulang terhadap konkrit kerangka satu ruang dari segi kekuatan momen, daya ricih dan pesongan dengan menggunakan perisian STAAD-III dan rekabentuk secara manual juga turut dikaji. Perbandingan dibuat dari segi perubahan beban ataupun cara penyusunan beban yang terdiri daripada beban tumpu dan teragih seragam. Setiap kerangka struktur yang direkabentuk mempunyai rentang yang sama panjang, manakala setiap rentang mewakili satu kes beban sahaja. Berbeza dengan kajian yang melibatkan rekabentuk bangunan pejabat dua tingkat ini, elemen struktur yang direkabentuk mempunyai saiz serta panjang rentang yang berbeza. Malah setiap anggota struktur menanggung gabungan daripada beberapa jenis beban.

Penggunaan struktur konkrit bertetulang biasanya digunakan secara meluas dalam sektor perumahan terutamanya rekabentuk rumah kediaman. Oleh itu, Isa (1999) dalam kajiannya telah merekabentuk rumah teres satu tingkat menggunakan perisian STAAD- III menggunakan perisian STAAD-III dan pengiraan manual. Keputusan yang diperolehi menunjukkan perbandingan di antara daya ricih, momen lentur, pesongan dan luas keratan tetulang menunjukkan perbezaan yang tidak begitu ketara. Selain itu, momen maksimum hasil pengiraan secara manual lebih besar berbanding nilai yang dihasilkan oleh STAAD-III. Walau bagaimanapun, rekabentuk untuk sesuatu struktur bangunan

adalah berbeza mengikut kegunaannya. Salah satu daripada perbezaannya ialah beban kenaan yang dikenakan adalah mengikut fungsi serta kegunaan sesebuah ruang.

Rekabentuk sebuah bangunan pejabat dua tingkat adalah berbeza dengan rekabentuk rumah teres satu tingkat disebabkan oleh fungsi serta kedudukan anggota struktur yang berbeza.

Selain itu, sebuah lagi kajian mengenai rekabentuk struktur keluli kerangka portal bangunan industri dengan STAAD-III dan pengiraan manual berdasarkan BS5950 telah dijalankan oleh Stephen (1999). Kajian merangkumi rekabentuk secara manual dengan menggunakan tiga jenis kod piawaian yang berlainan iaitu BS 449: 1969, BS 5990 dan CP 117 serta perbandingan dengan rekabentuk menggunakan STAAD-III. Penentuan kos terhadap struktur utama keluli kerangka portal turut dijalankan. Walau bagaimanapun dalam kajian melibatkan rekabentuk bangunan pejabat dua tingkat, penentuan kos adalah berdasarkan struktur utama konkrit bertetulang.

BAB 3

REKABENTUK SECARA MANUAL (BS 8110)

3.1 Pengenalan

Sebelum sesuatu rekabentuk dijalankan kajian yang menyeluruh perlu dilakukan untuk memastikan struktur yang direkabentuk mampu menanggung beban yang dikenakan keatasnya. Ini penting bagi menentukan keselamatan dan ketahanan sesuatu struktur itu.

Rekabentuk dijalankan dengan melakukan analisis awalan untuk menentukan kedudukan serta saiz anggota struktur seperti rasuk dan tiang. Proses merekabentuk sesuatu bangunan boleh dibahagikan kepada dua peringkat iaitu:

i. Analisis Struktur ii. Rekabentuk Struktur

Analisis struktur dilakukan untuk mengetahui daya yang bertindak ke atas bahagian struktur. Daya yang biasa digunakan ialah momen dan daya ricih. Proses ini melibatkan pengiraan dan penggunaan formula-formula tertentu yang akan diterangkan dalam bahagian seterusnya. Manakala rekabentuk struktur ialah proses kedua setelah daya-daya diperolehi dari analisis struktur. Peringkat ini melibatkan pemilihan saiz-saiz elemen struktur serta pengiraan tetulang bagi kes struktur konkrit bertetulang.

Rekabentuk yang dijalankan adalah berpandukan kod amalan yang diperakukan (BS 8110: Part 1: 1997).

Di dalam sesebuah struktur, komponen-komponen yang membentuk untuk menjadi sebuah bangunan adalah terdiri dari kerangka bumbung, rasuk, tiang, papak dan asas. Faktor-faktor seperti beban, faktor keselamatan komponen-komponen struktur dan

daya yang bertindak keatas struktur perlu diambil kira semasa penyediaan dan pengiraan rekabentuk. Ketepatan rekabentuk untuk setiap anggota bergantung kepada proses penentuan nilai beban yang tepat.

3.2 Beban

Beban yang dikenakan pada sebuah bangunan biasanya dalam bentuk statik dan dari berbagai sumber seperti beban bumbung, beban kemasan, beban dinding, beban kenaan ataupun beban hidup serta berat sendiri elemen struktur. Untuk tujuan rekabentuk beban secara umumnya dibahagikan kepada beberapa jenis iaitu :

i)

ii)

Beban Mati

Beban mati merupakan beban yang tidak berubah seperti berat struktur sendiri atau bahagian struktur yang tidak boleh dipisahkan daripada struktur utama. Beban mati dalam sebuah bangunan adalah faktor yang penting dalam rekabentuk struktur dan juga dianggap sebagai beban sedia ada.

Beban Hidup

Beban hidup ditakrifkan sebagai beban yang dianggap tidak tetap dan berubah-ubah bergantung kepada masa dan kegunaan ruang yang direkabentuk. Disebabkan pengunaan ruang-ruang adalah berbeza-beza, maka penentuan beban tersebut adalah lebih sukar.

Piawaian yang digunakan untuk menetukan beban hidup ialah piwaian BS 6399: Part 1:

1996 - British Standard Design Loading for Building Part 1 Code of Practice for Dead and Imposed Load. Jadual 3.1 dibawah menunjukkan berat beberapa jenis atap manakala Jadual 3.2 menyenaraikan beban kenaan yang dikenakan di dalam penentuan beban untuk struktur bumbung.

Jadual 3.1: Berat beberapa jenis atap (Zakaria, 2001)

Jadual 3.2: Beban kenaan atas bumbung tanpa laluan (kecuali penyelenggaraan) (Zakaria, 2001)

Jenis Atap Berat kN/m²

(mengikut cerun) Genting

a)Terra-cotta (bentuk perancis) b)Konkrit.

c)Redland (berbagai-bagai jenis)

0.58 0.53 0.46 – 0.59 Kepingan simen asbestos (rata dan berombak – 6.4mm tebal) 0.16 Kepingan logam berombak ( berbagai-bagai jenis, bentuk dan

tebal) 0.04 – 0.10

Cerun bumbung

Beban teragih (mengikut luas Pelan)

Beban tumpu (mengikut pelan)

0° - 30° 0.25 kN/m²

0.90 atas segiempat sama, berukuran sisi 300mm.

30° - 75°

Nilai tentu antara linear antara 0.25kN/m² untuk 30°

Semasa menjalankan rekabentuk untuk bangunan pejabat dua tingkat, beberapa jenis beban telah dipertimbangkan. Rumusan nilai beban yang diambil kira dalam rekabentuk ditunjukkan dalam Jadual 3.3.

Jadual 3.3 : Nilai tipikal beban yang diambil kira dalam rekabentuk.

No Jenis Beban Nilai Tipikal

1 Beban bumbung

i. Kekuda bumbung ii. Bumbung (roof tile) iii. Beban hidup

0.5 kN/m² 0.5 kN/m² 0.25 kN/m²

(Tanpa laluan kecuali untuk penyelenggaraan)

2 Beban kemasan 1.5 kN/m²

3 Beban dinding 9.36 kN/m

4 Beban hidup papak 2.5 kN/m²

*Beban dinding diperolehi dengan kaedah seperti berikut:

Berat batu-bata = 22.6 N/m²/mm Tebal dinding = 115 mm

Ketinggian setiap aras = 3.6 m

Beban dinding = (115 x 22.6 x 3.6)/10 = 9.36 kN/m

Beban keatas rasuk A1 = n lx²

4 Kaedah pemindahan beban

Kaedah pemindahan beban bagi papak satu hala dan papak dua hala telah diringkaskan seperti dalam Gambarajah 3.1:

(a)

Papak sehala = 2

x y

l l

ly n = kN/m (b)

Papak dua hala = 2

x y

l l

lx A1 = ½ lx x ½ lx = lx²/4

ly

Gambarajah 3.1: (a) Arah agihan beban untuk papak satu hala

(b) Arah agihan beban untuk papak dua hala A1

A2

A1

A1 = ly lx x n

2 lx

A2 = ly lx – lx² 2 4 Beban keatas rasuk A2 = n ly lx – lx²

2 4

3.3 Rekabentuk papak

Papak merupakan elemen kepingan mendatar yang menanggung beban-beban lantai dan bumbung terdiri dari jenis tupang mudah, selanjar ataupun julur.

a) Papak rentangan sehala – Papak bertetulang untuk menanggung beban merentasi rentang yang pendek.

b) Papak dua hala – Papak bertetulang untuk menanggung beban secara dua hala kepada penyokong keempat-empat sisinya.

c) Papak Pipih – Papak lantainya ditanggung terus oleh tiang-tiang tanpa rasuk.

3.3.1 Papak satu hala

Dalam rekabentuk struktur, papak satu hala ditentukan sama ada selanjar ataupun disokong mudah. Menurut BS8110 dalam Jadual 3.9, nisbah rentangan kepada kedalaman berkesan bagi papak selanjar ialah 26,

d

L= 26. Manakala untuk papak yang

disokong mudah, d

L= 20. Kedalaman keseluruhan papak, h ditentukan setelah mengetahui kedalaman berkesan dengan menganggarkan saiz tetulang serta menetapkan ketebalan penutup konkrit. Kemudian, beban yang dikenakan keatas papak ditentukan.

Momen lentur serta daya ricih ditentukan dengan mendarabkan beban rekabentuk dan panjang rentang dengan pemalar yang diberi dalam Jadual 3.12 (BS8110: Part 1: 1997).

Berikut merupakan beberapa langkah utama dalam merekabentuk tetulang utama bagi papak:

i. Penentuan tetulang mampatan.

0.156

² 



fcu

bd

K M ……….. (3.1)

ii. Nilai lengan tuil ditentukan mengikut persamaan 3.2.





 



  

 0.5 0.25 0K.9 d

z ……….. (3.2)

iii. Jumlah keluasan tetulang yang diperlukan dikira mengikut persamaan 3.3.

z f A M

y

s  0.95 ……….. (3.3)

Semakan terhadap pesongan papak ditentukan dengan mengikut langkah-langkah yang telah ditetapkan seperti dibawah:

i. Rekabentuk tegasan perkhidmatan dalam tetulang tegangan.

sprov sreq y

s A

f A

f 3

 2 ……….. (3.4)

ii. Faktor pengubahsuaian tetulang tegangan (FUTT)

2 9 ²

. 0 120

) 477 55 (

.

0 



 



 

 



bd M

FUTT f^s ……….. (3.5)

iii. Semakan terhadap pesongan sebenar serta pesongan yang dibenarkan

sebenar

izin d

L d

L 



 







 



 ……….. (3.6)

Contoh pengiraan yang lengkap bagi papak boleh dirujuk pada bahagian Lampiran A.

3.3.2 Papak dua hala

Kebanyakan papak dalam rekabentuk bangunan pejabat ini terdiri daripada papak dua hala yang menanggung beban secara dua hala kepada penyokong keempat-empat sisinya.

Momen maksimum untuk seunit lebar papak diberikan oleh persamaan:

msx = βsxnlx² dalam arah rentangan Ix

msy = βsynlx² dalam arah rentangan Ix ……….. (3.7) Pekali momen βsx dan βsy dirujuk dari Jadual 3.14, BS8110 : Part 1: 1997, manakala nilai n merupakan jumlah beban muktamad seunit luas permukaan papak tersebut. Rekabentuk tetulang utama serta semakan terhadap pesongan bagi papak dua hala adalah sama dengan prosedur untuk papak satu hala.

3.4 Rekabentuk rasuk

Dalam rekabentuk rasuk, penentuan terhadap beban yang ditanggung oleh rasuk ditentukan terlebih dahulu mengikut kaedah agihan beban yang telah diterangkan dalam Bahagian 3.2.1. Seterusnya pelbagai teori dianalisa untuk mendapatkan momen lentur dan juga daya ricih pada penyokong dan pertengahan rentang. Dalam proses analisis, kaedah agihan momen digunakan untuk mendapatkan nilai-nilai tersebut.

3.4.1 Kaedah agihan momen

Sebelum menjalankan kaedah agihan momen, nilai kekukuhan dan faktor agihan ditentukan terlebih dahulu. Selepas kekukuhan dan faktor agihan ditentukan, momen yang tidak seimbang diagihkan kepada anggota-anggota yang bersebelahan. Proses ini melibatkan dua langkah utama iaitu, agihan momen yang bergantung kepada faktor agihan serta faktor bawa ke sebelah. Langkah ini diulangi sehingga perbezaan momen tidak melebihi 1%. Hasil daripada kaedah agihan momen memberikan nilai momen pada bahagian penyokong. Seterusnya ricihan dan momen pada rentang dianalisis mengikut langkah-langkah serta rumus yang boleh dirujuk pada bahagian Lampiran B. Gambarajah 3.2 menunjukkan daya ricih dan momen lentur pada rasuk paling kritikal iaitu rasuk 1B12 dalam rekabentuk bangunan pejabat dua tingkat.

RASUK 1B12

(a) 341.88

86.59 70.64

112.56 135.88

1B12 1B12A 1B12B 170.25

(b) 288.814

64.92

A B 4.5 C D

94.123 225.28

1B12 1B12A 1B12B

Gambarajah 3.2: (a) Gambarajah daya ricih rasuk kritikal – 1B12B (b) Gambarajah momen lentur rasuk kritikal – 1B12B

3.4.2 Rekabentuk tetulang utama

Dalam kes struktur yang dibina dari konkrit bertetulang, bar-bar keluli diletakan di dalam konkrit tetulang untuk menahan daya tegangan dan juga untuk membantu menanggung daya mampatan dalam struktur. Prosedur rekabentuk tetulang utama untuk struktur rasuk adalah sama dengan rekabentuk tetulang utama bagi papak seperti yang diterangkan dalam Bahagian 3.3.1.

3.4.3 Rekabentuk tetulang ricih

Bar tetulang juga menahan ricih dan mengelakkan berlakunya keretakan. Walau bagaimanapun, rekabentuk struktur rasuk memerlukan tetulang ricih selain daripada tetulang utama untuk merintangi tegasan ricih akibat daripada beban yang ditanggung.

Oleh kerana pengiraan untuk rekabentuk tetulang utama dan tetulang ricih merupakan proses yang berulang, maka rumus-rumus yang terlibat diaplikasi menggunakan perisian Microsoft Excel. Terdapat enam langkah utama dalam merekabentuk tetulang utama dan tetulang ricih.

a) Data rekabentuk

Data-data rekabentuk seperti saiz anggota struktur, diameter tetulang utama, diameter perakap, kekuatan ciri konkrit fcu, kekuatan ciri tetulang fy dimasukkan dalam perisian Microsoft Excel.

b) Rekabentuk tetulang di tengah rentang

Nilai momen di tengah rentang dimasukkan dalam persamaan untuk menentukan sama ada tetulang ricih diperlukan. Kemudian luas minimum dan luas keratan tetulang dikira untuk menentukan saiz tetulang yang perlu dibekalkan.

c) Rekabentuk di atas penyokong

Nilai momen di penyokong dimasukkan dalam persamaan untuk menentukan sama ada tetulang ricih diperlukan. Kemudian luas minimum dan luas keratan tetulang dikira untuk menentukan saiz tetulang yang perlu dibekalkan.

d) Analisis ricih

Analisis ricih dijalankan berdasarkan nilai daya ricih maksimum yang diperolehi.

Nilai daya ricih dimasukkan dalam persamaan yang diberi berdasarkan Klausa 3.4.5.2 serta Jadual 3.8 di dalam BS 8110: Part 1: 1997 untuk menentukan saiz dan jarak tetulang ricih.

e) Penentuan pesongan

Pesongan ditentukan berdasarkan nisbah panjang dan kedalaman berkesan anggota struktur (L/d). Nilai (L/d)sebenar mestilah kurang daripada (L/d)had.

f) Keretakan

Jarak bersih antara tetulang sebenar mestilah kurang daripada jarak bersih antara tetulang yang dibenarkan.

BAB 4

PEMODELAN MENGGUNAKAN STAAD – III

4.1 Pengenalan

STAAD – III merupakan sebuah perisian yang menyeluruh merangkumi pelbagai aspek dalam bidang kejuruteraan struktur seperti pemodelan, rekabentuk dan analisis. Melalui STAAD-III hasil atau keputusan dapat dilihat dengan jelas melalui data output mahupun secara grafik. Nilai-nilai serta gambarajah momen lentur, tegasan ricih, daya-daya tindakbalas, tegasan permukaan dan lenturan pada struktur dapat dijana oleh perisian ini.

Kegagalan pada struktur juga dapat disemak dengan mudah dan cepat. Penggunaan STAAD-III merangkumi tiga bidang rekabentuk yang utama iaitu, rekabentuk keluli, konkrit dan kayu. Selain itu, pelbagai kod piawaian boleh dipilih semasa menjalankan rekabentuk, contohnya American Concrete Institute (ACI) dan British Standard (BS8110) untuk rekabentuk konkrit manakala British Standard (BS 5950) untuk rekabentuk keluli. Secara umumnya perisian STAAD – III boleh dibahagikan kepada beberapa bahagian utama:

a) STAAD – III - Analisis dan rekabentuk

b) STAAD – PRE - Menjana struktur ataupun rekabentuk

c) STAAD – POST - Pemprosesan data dan penjanaan keputusan dalam bentuk grafik

d) STAAD Editor - Masukan data secara manual

e) STAAD View - Menyemak keputusan ataupun output

f) STAAD – INTDES - Rekabentuk asas, tembok penahan dan papak

Setiap daripada sub-program ini berinteraksi antara satu sama lain untuk melengkapkan analisis dan rekabentuk sesuatu struktur.

4.2 Pemodelan dengan menggunakan STAAD - III

Sebelum memulakan proses pemodelan, jenis struktur yang ingin dimodelkan perlu ditentukan terlebih dahulu. Struktur dalam bentuk dua dimensi menggunakan arahan seperti PLANE, FLOOR dan TRUSS, manakala arahan SPACE digunakan untuk struktur ruang ataupun struktur yang berbentuk tiga dimensi seperti yang digunakan dalam rekabentuk geometri untuk bangunan pejabat dua tingkat ini.

Selain itu, unit-unit bagi panjang dan daya mestilah dikenalpasti supaya data yang dimasukkan adalah dalam unit yang betul bagi menjamin rekabentuk struktur yang tepat.

Gambarajah 4.1 menunjukkan menu bagi pemilihan jenis struktur serta unit.

Gambarajah 4.1: Menu untuk menentukan jenis struktur serta unit yang digunakan.

4.2.1 Pemodelan secara grafik

Semasa proses pemodelan secara grafik, STAAD – PRE digunakan untuk memasukkan semua input atau maklumat yang diperlukan untuk membentuk struktur yang ingin dimodelkan. Koordinat pada keseluruhan struktur bagi setiap sambungan pada rasuk dan tiang ditentukan untuk membentuk rangka struktur yang sempurna dan tepat. Setiap anggota rasuk dan tiang disambungkan oleh dua nod yang berbeza, manakala bagi rasuk yang tidak disokong oleh tiang yang dikenali sebagai rasuk sekunder akan mengenakan satu beban tumpu pada rasuk utama yang menyokongnya. Bagi membentuk rasuk dan tiang, satu garisan dijana diantara dua nod (Gambarajah 4.2) untuk melabelkan setiap anggota struktur melalui arahan MEMBER INCIDENCES. Ini penting untuk memudahkan pengendalian serta semakan terhadap kerangka struktur setelah analisis dijalankan. Kesemua data dan maklumat juga dapat dimasukkan secara manual melalui STAAD Text Editor. Setiap rasuk dan tiang dimodelkan sebagai elemen anggota tiga dimensi. Dimensi keratan rentas untuk setiap elemen struktur ditentukan dalam menu PROPERTY yang perlu ditakrifkan melalui arahan [PRISMATIC]. Berikut merupakan langkah-langkah untuk menakrifkan sesuatu elemen rasuk dan tiang:

i. Rasuk – [PRISMATIC] [RECTANGULAR / TEE / TRAPEZOIDAL]

ii. Tiang – [PRISMATIC] [RECTANGULAR / CIRCULAR]

Kesemua elemen struktur bangunan pejabat dua tingkat yang direkabentuk ditakrifkan sebagai RECTANGULAR seperti yang ditunjukkan dalam Gambarajah 4.3.

Gambarajah 4.2: ‘Stick Diagram’ yang dijanakan oleh STAAD – III.

Gambarajah 4.3: Rasuk dan tiang bagi struktur bangunan pejabat dua tingkat dalam bentuk tiga dimensi

UNIT MMS KNS

MEMBER PROPERTY BRITISH 94 TO 127 PRI YD 500. ZD 225.

Data bagi menentukan keratan rentas sesuatu anggota struktur juga boleh dimasukkan secara manual melalui STAAD Editor dengan arahan seperti berikut:

Arahan diatas menunjukkan anggota struktur 94 hingga 127 adalah berbentuk prismatik- segiempat tepat dengan ketinggian, h = 500mm dan lebar, d = 225mm, seperti yang ditunjukkan dalam Gambarajah 4.4.

225mm.

500mm

Gambarajah 4.4: Keratan rentas rasuk

Pemalar-pemalar bagi struktur seperti ketumpatan dan keelastikan bagi setiap elemen struktur ditakrifkan melalui arahan [CONSTANT]. Keelastikan (E) diumpukkan agar analisis terhadap struktur dapat dilakukan, manakala ketumpatan struktur juga perlu jika berat sendiri struktur diambil kira dalam analisis beban. Nisbah Poisson pula diperlukan untuk pengiraan modulus ricih (G) dan STAAD – III akan menganggap modulus ricih sebagai 1/2E jika nisbah poisson tidak ditakrifkan.

Bagi mengelakkan struktur daripada terhuyung pada paksi–Y, penyokong diletakkan pada hujung bawah keseluruhan tiang dengan menggunakan arahan [SUPPORT] [FIXED] atau [PINNED].

4.2.2 Beban

Di dalam penggunaan STAAD – III beban-beban yang dikenakan keatas struktur adalah sama seperti pengiraan secara manual. Semua input bagi beban ini dimasukkan ke dalam perisian melalui menu beban seperti yang ditunjukkan dalam Gambarajah 4.5.

Gambarajah 4.5: Menu untuk input beban

Secara umumnya beban-beban yang dikenakan ke atas anggota struktur boleh dibahagikan kepada empat jenis beban yang utama, iaitu:

i. Berat sendiri anggota struktur

Terdiri daripada berat sendiri papak, rasuk serta tiang yang diagihkan kepada anggota struktur yang menyokongnya. Kes beban ini didarabkan dengan faktor beban 1.4.

STAAD-III secara automatik akan mengira berat sendiri anggota apabila saiz anggota diberikan.

ii. Beban mati

Beban sendiri daripada papak serta dinding yang dikenakan keatas rasuk termasuk dalam kes beban ini. Beban daripada dinding diumpukkan melalui MEMBER UNIFORM FORCE. Manakala beban daripada papak boleh diumpukkan dengan beberapa cara iaitu ‘AREA LOAD’, ‘FLOOR LOAD’ dan ‘ELEMENT PRESSURE’.

Dalam kes rekabentuk bangunan pejabat dua tingkat, kaedah FLOOR LOAD digunakan untuk mengagihkan beban papak. Gambarajah 4.6 (a) dan (b) menunjukkan bentangan kedudukan papak untuk aras satu dan aras bawah.

(a)

(b)

Gambarajah 4.6: (a) Bentangan kedudukan papak aras bawah.

iii. Beban kenaan

Beban kenaan terdiri daripada beban hidup yang dikenakan keatas papak iaitu 2.5 kN/m² seperti ditunjukkan dalam Jadual 3.3, Bahagian 3.2.

iv. Gabungan semua beban

Kesemua jenis beban yang dimasukkan kedalam perisian STAAD-III didarabkan dengan faktor beban yang sesuai, iaitu 1.4 untuk beban mati dan 1.6 untuk beban kenaan. Gabungan beban-beban ini digunakan untuk analisis dan rekabentuk.

Gambarajah 4.7 menunjukkan contoh masukan data beban dalam STAAD-III bagi kes- kes beban yang diterangkan di atas. Data input yang terperinci untuk projek ini boleh dirujuk di Lampiran C.

LOAD 1 - SELFWEIGHT SELFWEIGHT Y -1.

LOAD 2 – JOINT LOAD JOINT LOAD

69 FY -9.05

70 FY -9.05 75 FY -9.05 ………….

94 FY -28.

LOAD 3

MEMBER LOAD 63 CON Y -9.05 2.5 63 CON Y -9.05 5.

………….

112 CON Y -9.05 2.5 1 2 UNI Y -9.36 ………….

200 UNI Y -6.525

LOAD 4 - FLOOR LOAD FLOOR LOAD

YR 3.5 3.7 FLOAD -10.3 XR 2.4 7.6 ZR 4.5 15.1 YR 3.5 3.7 FLOAD -11.1 XR 0. 2.6 ZR 0. 5.1 YR -.1 .1 FLOAD -8.7 XR 2.4 5.6 ZR 4.5 15.1 ………

YR -.1 .1 FLOAD -11.1 XR 0. 2.6 ZR 0. 5.1 LOAD COMB 5

1 1.4 2 1. 3 1. 4 1.

4.3 Analisis struktur

Dalam perisian STAAD - III terdapat tiga jenis arahan untuk menjalankan penganalisaan, iaitu PERFORM ANALYSIS, P–DELTA ANALYSIS dan NON– LINEAR ANALYSIS.

P – DELTA ANALYSIS biasanya digunakan untuk menganalisis bangunan tinggi yang mungkin mengalami anjakan sisi yang melebihi had tertentu. Manakala NON- LINEAR ANALYSIS merupakan kaedah yang lebih teliti dan kompleks. Dalam rekabentuk bangunan pejabat arahan PERFORM ANALYSIS digunakan. Gambarajah 4.8 menunjukkan gambarajah momen lentur dan daya ricih bagi rasuk paling kritikal GB 12 (rujuk Gambarajah 1.3, Bahagian 1.5) hasil daripada analisis menggunakan STAAD – III.

RASUK GB12 (a)

(b)

Gambarajah 4.8: (a) Gambarajah momen lentur rasuk – GB12

4.4 Rekabentuk melalui STAAD – III

Semasa proses merekabentuk, data-data seperti kod piawaian yang digunakan dimasukkan melalui arahan [DESIGN] [CONCRETE] [BS8110], kemudian diikuti dengan pemilihan anggota yang ingin direkabentuk seperti rasuk, tiang dan elemen/papak. Parameter-parameter seperti kekuatan konkrit fcu, kekuatan tetulang fy

perlu ditentukan terlebih dahulu selain ketebalan penutup, jarak perakap, saiz minimum dan maksimum bagi keluli yang boleh diubah melalui menu [PARAMETER]. Semua fail output yang mengandungi maklumat rekabentuk boleh disemak melalui STAAD–VIEW.

Semakan dan pengubahsuaian boleh dilakukan terhadap struktur yang gagal melalui pengubahsuaian saiz ataupun keratan rentas struktur anggota mengikut kesesuaian.

BAB 5

KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN

5.1 Pengenalan

Dalam kajian yang telah dijalankan, perbandingan keputusan di antara penggunaan STAAD – III dengan rekabentuk secara manual dapat dibahagikan kepada beberapa bahagian. Antara nilai yang dibandingkan adalah seperti berikut:

i. Nilai momen lentur pada penyokong dan pertengahan rentang rasuk.

ii. Nilai daya ricih pada penyokong

iii. Jumlah luas keratan tetulang utama yang diperlukan serta saiz tetulang yang dibekalkan kepada papak dan rasuk.

iv. Analisis kos terhadap struktur utama.

Selain itu, keputusan dan nilai yang diperolehi daripada kedua-dua kaedah yang digunakan ditunjukkan dalam bentuk peratusan perbezaan untuk memberikan gambaran yang lebih jelas serta menyeluruh. Daripada keputusan yang diperolehi, perbincangan dalam bab ini akan memfokuskan tentang keberkesanan perisian STAAD – III terhadap rekabentuk anggota struktur, faktor-faktor yang membawa kepada perbezaan output yang diperolehi daripada perisian STAAD – III dan juga rekabentuk secara manual serta kelebihan dan kelemahan penggunaan perisian STAAD –III dalam rekabentuk struktur bangunan.

5.2 Keputusan analisis momen dan daya ricih

Semua keputusan bagi nilai momen di penyokong dan di tengah rentang serta daya ricih yang diperolehi melalui perisian STAAD – III dan juga rekabentuk secara manual ditunjukkan dalam jadual dibawah. Jadual 5.1 menunjukkan keputusan analisis bagi rasuk bumbung manakala Jadual 5.2 dan Jadual 5.3 menunjukkan keputusan analisis untuk rasuk aras satu dan rasuk aras bawah.

Jadual 5.1: Perbandingan keputusan bagi momen di penyokong dan tengah rentang serta daya ricih untuk rasuk aras bumbung.

Anggota

struktur Saiz (mm)

Rekabentuk secara manual STAAD - III

Momen maksimum

(kNm) Daya ricih

maksimum (kN)

Momen maksimum (kNm) Daya ricih

maksimum (kN)

Peratus perbezaan

(%) Penyokong

Tengah

rentang Penyokong

Peratus perbezaan (%)

Tengah rentang

Peratus perbezaan (%)

RB1 225 x 500 64.54 49.54 64.36 60.10 -6.88 43.07 -13.06 59.84 -7.02

RB2 225 x 500 9.98 6.93 11.44 8.62 -13.63 5.45 -21.36 10.19 -10.93

RB3 225 x 500 10.02 7.32 11.45 8.43 -15.87 7.03 -3.96 11.30 -1.31

RB4 225 x 500 63.05 50.06 64.15 60.54 -3.98 43.15 -13.80 60.12 -6.28

RB5 225 x 500 0.0 23.19 13.98 10.07 100.0 13.17 -43.20 13.93 -0.36

RB6 225 x 500 9.45 7.16 11.34 10.16 7.51 5.28 -26.26 10.67 -5.91

RB7 225 x 500 9.45 7.16 11.34 12.49 32.17 5.68 -20.67 11.12 -1.94

RB8 225 x 500 9.45 7.16 11.34 7.98 -15.56 4.58 -15.56 9.56 -15.70

Purata (%) perbezaan 10.47 -19.73 -6.18

*Nilai peratusan yang negatif menunjukkan nilai yang diperolehi daripada perisian STAAD – III adalah kurang daripada nilai analisis secara manual.

Jadual 5.2: Perbandingan keputusan bagi momen di penyokong dan tengah rentang serta daya ricih untuk rasuk aras satu.

Anggota

struktur Saiz (mm)

Rekabentuk secara manual STAAD - III

Momen maksimum

(kNm) Daya ricih

maksimum (kN)

Momen maksimum (kNm) Daya ricih

maksimum (kN)

Peratus perbezaan

(%) Penyokong Tengah

rentang Penyokong Peratus

perbezaan (%) Tengah

rentang Peratus perbezaan (%)

1B1 225 x 500 94.84 67.39 106.27 71.36 -24.76 45.41 -32.62 73.63 -31.71

1B2 225 x 500 111.66 77.18 142.47 100.32 -10.16 69.04 -10.54 106.42 -25.30

1B3 225 x 500 96.26 51.93 112.46 86.63 -10.00 52.78 1.66 87.82 -21.91

1B4 225 x 450 126.50 135.70 147.83 93.09 -26.46 78.68 -42.01 101.37 -31.43

1B5 225 x 450 0.00 105.83 80.117 21.29 100.0 47.57 -55.05 48.57 -39.38

1B6 225 x 500 100.24 87.90 108.78 88.21 -12.00 68.06 -22.57 85.26 -21.62

1B7 225 x 500 0.00 89.94 81.98 35.83 100.0 39.63 -55.94 57.13 -30.31

1B8 225 x 500 165.20 195.40 234.23 126.25 -23.58 90.54 -53.66 143.45 -38.76

1B9 125 x 450 0.00 8.95 21.068 7.62 100.0 8.50 -5.03 24.74 17.43

1B11 225 x 450 0.00 64.11 73.26 13.99 100.0 56.00 -12.65 60.69 -17.16

1B12 225 x 500 228.01 255.28 341.88 175.17 -23.17 119.28 -53.27 199.09 -41.77

1B13 225 x 500 166.44 119.88 223.87 138.20 -24.23 70.06 -41.56 149.80 -33.09

1B14 225 x 500 116.56 102.8 160.89 112.77 -3.25 71.94 -30.0 112.56 -30.04

1B16 225 x 500 90.20 69.30 105.85 68.55 -24.00 46.14 -33.42 72.95 -31.08

1B17 225 x 500 0.00 30.63 19.975 12.17 100.0 10.79 -64.77 13.78 -31.01

Purata (%) perbezaan 16.13 -34.10 -27.14