REKABENTUK STRUKTUR KONKRIT

BAB 1 PENGENALAN

Sinopsis

Analisis dan rekabentuk pelbagai struktur konkrit bertetulang (reinforced concrete) menggunakan

keadaan had (limit states), keratan seimbang (balanced section) dan tetulang mampatan

(compression reinforcement), rasuk disokong mudah dan rasuk selanjar, tetulang kilasan, papak

sehala (one-way slab) dan papak dua hala (two-way slab), tangga, tiang pendek, tiang langsing dan

lenturan dwi-paksi, asas tiang dan tukup cerucuk (foundation).

Takrifan dan tujuan

Struktur dalam kejuruteraan boleh didefinisikan sebagai sesuatu yang dibina. Didalam kejuruteraan

awam, struktur ditakrifkan sebagai binaan yang terdiri daripada satu atau lebih elemen padu yang

disusun agar dapat menanggung beban untuk mengekalkan bentuk dan kestabilan. Tujuan

rekabentuk struktur adalah untuk menghasilkan struktur yang mampu menampung beban dengan

selamat, mampu memberi perkhidmatan sepanjang tempoh rekabentuknya dan ekonomi dari segi

bahan, pembinaan dan kos keseluruhannya.

Struktur yang bakal dibina mesti merangkumi empat aspek penting iaitu;

I) Kesesuaian

Pengaturan dimensi bagi luas kawasan, panjang rasuk, ketinggian tiang, ketinggian

bumbung, bilangan atau penempatan pintu keluar/masuk dan sebagainya mestilah sesuai

mengikut penggunaannya. Struktur yang hendak direkabentuk mestilah sesuai dengan

persekitarannya.

II) Aspek ekonomi

Kos untuk struktur yang bakal direka haruslah berada dalam lingkungan peruntukan yang

ditentukan oleh pelanggan.

III) Mutu dan Kualiti

Terdapat dua perincian untuk aspek ini;

(a) Struktur mampu menampung kesemua beban kenaan dengan selamat.

(b) Struktur tidak boleh sesar, condong atau senget, retak dan gegar melebihi had yang

ditetapkan yang boleh mengakibatkan kerosakan.

IV) Penyelenggaraan

Struktur yang direka mesti boleh diselenggara dengan mudah dari masa ke semasa.

Keadaan Had

Apabila elemen didalam sesuatu struktur tidak dapat berfungsi mengikut penggunaannya, ia

dikatakan menghampiri keadaan hadnya (limit states). Keadaan had bagi struktur konkrit

bertetulang boleh dibahagikan kepada lima jenis;

I) Kebolehtahanan (Durability)

Kebolehtahanan terhadap dedahan persekitaran yang menyebabkan kecacatan konkrit

atau pengaratan pada tetulang.

II) Rintangan api (Fire Resistance)

Rintangan terhadap dedahan api mengikut piawaian yang ditentukan dalam BS8110.

III) Keadaan had muktamad (Ultimate Limit States)

Keadaan apabila seluruh struktur atau sebahagian elemen mengalami kegagalan

seperti runtuh atau tumbang.

IV) Keadaan had kebolehkhidmatan (Serviceability Limit States)

Keadaan berlaku apabila struktur menjadi tidak sesuai atau tidak selesa untuk

digunakan seperti berlaku keretakan, pesongan dan getaran berlebihan daripada

piawaian yang ditetapkan.

V) Keadaan Had Khusus (Special Limit States)

Keadaan kerosakan atau kegagalan yang berlaku akibat pembebanan atau punca luar

biasa seperti gempa bumi, letupan dan sebagainya.

1.1 REKABENTUK KEADAAN HAD MUKTAMAD

Had muktamad boleh dipecahkan kepada;

(a) Hilang keseimbangan (Loss of equilibrium)

Berlaku apabila terjadi struktur menjadi condong/senget atau berlaku gelinciran yang

menyebabkan keseimbangan daya tidak dapat ditentukan.

(b) Pecah/Putus (Rupture)

Elemen struktur yang pecah/putus yang menyebabkan struktur cenderung kepada

runtuhan mengikut bahagian atau runtuhan sepenuhnya.

(c) Runtuhan progresif (Progressive collapse)

Berlaku apabila sebahagian elemen menampung beban melampaui had atau elemen

mengalami kegagalan semasa proses pembinaan yang boleh menyebabkan keseluruhan

struktur rosak secara beransur-ansur serta runtuh. Runtuhan progresif boleh dielakkan

atau dilambatkan dengan mengikat bahagian yang kritikal atau membuat alternatif lain

bagi mengagihkan beban.

(d) Perubahan plastik (Formation of a plastic mechanism)

Keadaan apabila tetulang keluli mencapai takat alah dan membentuk sendi plastik yang

menyebabkan struktur tersebut hilang kestabilan.

(e) Ketidakstabilan (Instability)

Kegagalan berlaku akibat sesaran berlebihan atau lengkokan (buckling) menyebabkan

ketidakstabilan struktur.

(f) (Fatigue)

Kegagalan elemen yang berlaku apabila beban kitaran (Cyclic Load) yang berterusan

dikenakan keatasnya.

Oleh itu, berdasarkan kenyataan (a) – (f), rekabentuk keadaan had boleh dijalankan dengan

mengambilkira aspek-aspek berkenaan;

I. Mengambilkira semua keadaan-keadaan yang boleh membuatkan struktur tersebut

tidak sesuai digunakan.

II. Mengenalpasti kelakuan bahan dan struktur yang digunakan berdasarkan semua

keadaan had untuk faktor keselamatan.

III. Rekabentuk berasaskan kod amalan BS8110: Part 1,2 and 3: 1987.

1.2 KEADAAN HAD KEBOLEHKHIDMATAN

Ini diambilkira untuk tempoh kerja normal sesuatu struktur di mana pesongan dam keretakan yang

berlaku mestilah tidak melebihi had–had yang telah diterangkan. Kaedah-kaedah keadaan had

menggunakan nilai-nilai ciri asas bagi kekuatan bahan dan beban di mana masing-masing

difaktorkan dengan faktor keselamatan separa untuk mendapatkan rekabentuk struktur yang

memadai.

Antara contoh keadaan had kebolehkhidmatan ialah

(a) Pesongan berlebihan – boleh menyebabkan struktur tidak berfungsi sepenuhnya. Dapat

ditentukan dengan pengamatan/pengawasan yang berterusan.

(b) Keretakan berlebihan – lazimnya, tetulang keluli tidak akan berfungsi sepenuhnya selagi

sukatan untuk keretakan konkrit tidak melebihi had piawaian. Tetapi, keretakan boleh

menyebabkan kebocoran dan berlaku pengaratan pada tetulang.

(c) Getaran berlebihan – untuk struktur konkrit, getaran terbahagi kepada getaran menegak

(vertical vibration), getaran mendatar (lateral vibration) dan getaran putiran (torsional

vibration). Getaran adalah masalah yang jarang berlaku untuk struktur konkrit bertetulang.

1.3 BAHAN－－－－BAHAN

Konkrit adalah bancuhan yang terdiri daripada simen (cement), pasir (fine aggregate), batu (coarse

aggregate) dan air (water). Kekuatan konkrit dapat ditentukan dengan jenis simen, nisbah campuran,

dan tempoh pengawetan. Jenis-jenis simen yang biasa digunakan adalah Ordinary Portland Cement

(OPC), Rapid Hardeness Portland Cement (RHPC), Sulphate Resistance Portland Cement (SRPC)

dan sebagainya.

Beberapa ciri-ciri penting konkrit;

I. Mempunyai kekuatan yang tinggi dalam mampatan tetapi lemah dalam tegangan.

II. Ciri-ciri menghalang api yang baik, rintangan terhadap lelasan (abration) dan

lain-lain.

III. Ianya juga lemah terhadap lenturan, ricihan pesongan dan kilasan. Kegagalan juga

mungkin terjadi akibat pengembangan dan pengecutan.

IV. kegunaan konkrit tanpa tetulang adalah terhad pada struktur yang mengalami

mampatan tinggi dan tiada tegangan.

1.4 PEMBEBANAN

Beban yang ditanggung oleh sesuatu struktur terbahagi kepada dua jenis iaitu Beban Mati (Dead

Load) dan Beban Hidup (Live Load) atau Beban Kenaan (Imposed Load).

Beban Mati

Kesemua beban yang tetap termasuk berat sendiri struktur dan semua komponen senibina seperti

bahagian-bahagian hiasan, dinding dan sebagainya. Bila saiz bahagian dalam struktur telah

ditetapkan/diketahui, adalah mudah untuk menentukan jumlah Beban Mati dimana beban tersebut

dianggap tidak berubah sepanjang tempoh perkhidmatan.

Beban Hidup/Beban Kenaan

Kesemua beban yang tidak tetap nilainya, biasanya dianggapkan mengikut kod piawaian. Antara

contoh beban hidup ialah berat pengguna, perabot, air, tanah dan daya yang berpunca dari

pengembangan dan pengecutan konkrit.

Bagi struktur yang tinggi atau besar, agihan beban keatas lantai adalah kurang. Bagi rekabentuk

struktur yang melebihi dua tingkat atau rasuk yang menyokong lantai yang lebih luas daripada 46m2,

pengurangan beban kenaan untuk rekabentuk tiang, dinding dan asas dapat ditentukan berdasarkan

kepada kod piawaian BS8110.

Beban Ciri

Secara amnya, beban tidak mungkin boleh ditaksir dengan tepat. Dalam merekabentuk sesuatu

struktur, anggaran beban yang mungkin akan ditanggung oleh sesuatu bangunan mestilah mengikut

anggaran kos yang sederhana supaya tidak berlaku pembaziran. Oleh itu, dalam amalan biasa,

rekabentuk diasaskan kepada beban yang mempunyai kebarangkalian yang rendah yang ianya akan

dilebihi sepanjang hayat struktur. Terdapat 3 jenis ciri beban;

Beban ciri mati (ｇｇｇｇk) – merupakan beban yang tetap dan tidak banyak berubah dari nilai yang

dianggarkan.

Beban ciri kenaan (qk) – merupakan beban yang tidak tetap dan boleh berubah-ubah seperti berat

manusia, perabut, peralatan dan lain-lain yang bergantung kepada kegunaan struktur.

Beban ciri angin (ｗｗｗｗk) – bergantung kepada lokasi, bentuk, dimensi bangunan dan halaju angin asas

bagi sesuatu kawasan.

Beban yang digunakan dalam pengiraan rekabentuk adalah,

Kekuatan rekabentuk = kekuatan ciri/faktor keselamatan separa

= fk / γm

Beban rekabentuk = beban ciri × faktor keselamatan separa

= (ｇk, qk, ｗk) × γf

Faktor keselamatan separa

Beban rekabentuk dan nilai faktor keselamatan separa untuk berbagai kombinasi beban dan keadaan

had diberi dalam jadual berikut.

Keadaan Had Kombinasi beban Beban rekabentuk

Keadaan Had Muktamad Mati + Kenaan

Mati + Angin

Mati + Kenaan + Angin

1.4ｇk + 1.6 qk

1.0ｇk + 1.4ｗk

1.2ｇk + 1.2 qk + 1.2ｗk

Keadaan Had

Kebolehkhidmatan

Mati + Kenaan

Mati + Angin

Mati + Kenaan + Angin

1.0ｇk + 1.0 qk

1.0ｇk + 1.0ｗk

1.0ｇk + 0.8 qk + 0.8ｗk

Jadual : Faktor keselamatan separa untuk kombinasi beban

(BS8110 Table 2.1)

Penggunaan nilai-nilai untuk beban γf bergantung kepada;

I) kemungkinan pembebanan berlebihan berlaku.

II) Ralat terhadap penaksiran/ramalan tentang kesan, arah, frekuensi dan kesan beban.

III) Variasi mengenai ketepatan dimensi, kandungan lembapan dan ketumpatan bahan binaan

yang digunakan.

Kekuatan rekabentuk dan nilai faktor keselamatan separa untuk konkrit dan keluli diberi dalam

jadual berikut.

Keadaan Had Konkrit Keluli

Keadaan Had Muktamad 1.5 1.15

Keadaan Had Kebolehkhidmatan

- pesongan

- keretakan

1.0

1.3

1.0

1.0

Jadual : Faktor keselamatan separa untuk kekuatan bahan

(BS8110 Table 2.2)

Penggunaan nilai-nilai untuk kekuatan bahan γm bergantung kepada;

I) Konkrit: perbezaan diantara kekuatan konkrit ujian dengan kekuatan konkrit sebenar yang

digunakan pada struktur.

II) Keluli: perbezaan diantara luas keratan keluli yang dianggap dengan luas sebenar.

Kod rekabentuk (Code of Practice)

Semasa merekabentuk struktur, jurutera akan merujuk kod amalan praktik atau manual piawaian

rekabentuk untuk tujuan penyeragaman, pengawasan, penyelenggaraan dan faktor keselamatan. Di

Malaysia, amalan rekabentuk adalah berpandukan Piawaian British (British Standard). Bagi struktur

konkrit bertetulang, kod amalan yang digunakan adalah;

BS8110: 1985: Structural Use of Concrete.

Part 1: Code of Practice for Design and Construction.

Part 2: Code of Practice for Special Circumstances.

Part 3: Design Charts for singly reinforced beams, doubly reinforced beams and

rectangular column.

BS6399:1984 : Design Loading for Building

Part 1 : Code of Practice for Dead and Imposed Loads

CP 3 : 1972: Chapter Ⅴ: Loading

Part 2: Wind Loads