1. Struktur Bentang Lebar Struktur bentang lebar diperlukan untuk mengakomodasi aktivitas yang memerlukan ruang luas dan tidak terhalang oleh kolom, misalnya auditorium, bioskop, stadion, gedung peribadatan. Keuntungan struktur bentang lebar antara lain mampu mengakomodasi ruang yang luas tanpa halangan kolom, memungkinkan bentuk-bentuk arsitektural yang lebih beragam. selain kelebihan bangunan bentang lebar juga mempunyai kekurangan yaitu pengaliran beban tidak ditumpu kolom sehingga memerlukan cara-cara khusus untuk mengatasinya baik dari segi material maupun sistem struktural. Adapun bentang maksimum lantai slab dengan balok adalah 20m, sedangkan lantai plat 15-18m, untuk menciptakan bentang yang lebar, pemecahannya dapat dengan kualitas material, misalnya beton prategang dengan efisiensi mencapai 40%, atau menggunakan struktur vierendel yaitu balok dengan ruangan di dalamnya seperti gerbong kereta, selain itu dapat menggunakan sistem struktur bentang lebar misalnya cangkang, kabel, tenda, plat lipat, rangka ruang. Berikut merupakan contoh bangunan bentang lebar:
Wembley stadium
Allianz arena
2. Beban , Gaya, Tumpuan Beban adalah sesuatu yang bekerja mempengaruhi deformasi banguan. Manifestasi beban adalah gaya. Gaya memiliki besaran, arah, titik tangkap. Gaya terdiri dari tarik/tension, geser/shear, tekuk/bending, tekan/compress, puntir/moment, lentur/buckling. Tumpuan merupakan tempat perletakan konstruksi untuk dukungan bagi konstruksi dalam meneruskan gaya-gaya yang bekerja menuju pondasi. Ada 3 jenis tumpuan yaitu tumpuan sendi, rol dan jepit. Gaya tarik adalah hukum gaya ketiga dari Newton. Gaya tarik sebenarnya adalah oleh dua bagian yang berbeda posisi. Gaya tekan adalah gaya yang tidak memberi tekanan mendorong bagian (a) dalam satu arah, dan bagian (b) dalam arah yang berlawanan. Ketika gaya tersebut searah satu sama lain, maka disebut gaya kompresi.
gambar: gaya tarik sumber: blajarpintar.blogspot.com
Dalam ilmu, tekuk adalah ketidakstabilan matematis, yang mengarah ke modus kegagalan. Secara teoritis, tekuk disebabkan oleh bifurkasi dalam solusi untuk persamaan keseimbangan statis. Pada tahap tertentu di bawah beban meningkat, beban lebih lanjut dapat dipertahankan dalam salah satu dari dua state keseimbangan: sebuah state pelat badan kaku atau state-lateral cacat. Momen lentur adalah sebuah reaksi yang diinduksi dalam elemen struktural ketika kekuatan eksternal atau pada waktu diterapkan pada elemen bangunan terjadi penekukan. Contoh paling banyak yang terjadi pada sebuah elemen struktural adalah balok. Gaya tekan adalah kapasitas dari suatu bahan atau struktur dalam menahan beban yang akan mengurangi ukurannya. Gaya tekan dapat diukur dengan memasukkannya ke dalam kurva teganganregangan dari data yang didapatkan dari mesin uji. Beberapa bahan akan patah pada batas tekan, beberapa mengalami deformasi yang tidak dapat dikembalikan. Deformasi adalah
gambar: gaya geser sumber: psas.pdx.edu
gambar: gaya tekuk pada sebuah balok sumber: rumahdangriya.blogspot.com
gambar: bidang momen sumber: engineerri.blogspot.com
gambar: perbedaan gaya tekan dan gaya tarik sumber: www2.mcdaniel.edu
Torsi (memutar) adalah ukuran dari kecenderungan untuk menyebabkan tubuh untuk memutar tentang titik tertentu atau sumbu. gambar: gaya puntir sumber: engineerri.blogspot.com
a. Tumpuan sendi tumpuan sendi sering disebut dengan engsel karena cara bekerja mirip dengan cara kerja engsel. Tumpuan sendi mampu memberikan reaksi arah vertikal dan horizontal, artinya tumpuan sendi dapat menahan gaya vertikal dan horizontal. Tumpuan sendi ini tidak dapat menahan momen. gambar : tumpuan sendi sumber: belajarilmubangunan.com
b. tumpuan rol Tumpuan rol adalah tumpuan yang dapat bergeser ke arah horizontal. Tidak bisa menahan gaya horizontal. Pada tumpuan terdapat roda untuk mengakomodasi pemuaian pada konstruksi agar tidak rusak. Tumpuan rol hanya bisa memberikan reaksi arah vertikal.
gambar : tumpuan rol sumber: belajarilmubangunan.com
c. Tumpuan jepit Tumpuan jepit bisa disebut seperti misalnya balok yang ditanam dalam tembok, sebagai tumpuan pada balok menerus. Tumpuan jepi dapat memberikan reaksi atau tahan terhadap gaya horizontal, vertikal dan mampu memberikan reaksi terhadap putaran momen.
gambar : tumpuan jepit sumber: belajarilmubangunan.com
3. Post and Lintel Struktur post and lintel atau post and beam adalah struktur yang terdiri atas elemenelemen linear, umumnya balok dan kolom, yang saling dihubungkan pada ujung-ujungnya oleh joints (titik hubung) hanya saja tidak terjadi kekakuan antar setiap elemen pada titik hubungnya.
Gambar : Struktur post and beam Sumber : Struktur (Schodek, 1991)
RANGKA BATANG (Truss) Pengertian Susunan elemenelemen linear yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga, sehingga menjadi bentuk rangka yang stabil. Macam struktur rangka batang : -Plane truss (rangka batang bidang) : Susunan elemen-elemen linear yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga yang secara keseluruhan berada di dalam satu bidang tunggal -Space truss (rangka batang ruang) : Susunan elemen-elemen linear yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga yang secara keseluruhan membentuk volume 3 dimensi (ruang).Sering disebut juga sebagai space frame. IDEALISASI DAN ASUMSI Dalam analisis sebuah struktur rangka batang digunakan anggapan2 sbb.: 1. Batang-2 (members) saling terhubung pada titik buhul (joint) dengan hubungan sendi (pin jointed) 2. Sumbu-dalam batang bertemu dalam satu titik joint. 3. Beban-beban yang bekerja dan reaksi-reaksi tumpuan berupa gayagaya terpusat yang bekerja pada titik-2 buhul (joint) STABILITAS RANGKA BATANG Dari contoh2 bangunan rangka batang, tampak bahwa struktur tsb berupa rangkaian bentuk2 segitiga.Sebuah rangka segitiga, meskipun ujung2nya terhubung dengan sendi, merupakan struktur yang stabil.Struktur ini tetap stabil jika dibebani pada jointnya dg gaya yang terletak pada bidang segitiga tsb. KEUNTUNGAN Dibandingkan dengan struktur masif (balok penampang penuh), penggunaan struktur rangka batang memberikan keuntungan2 sbb.: 1. Elemen/batang2 yang diperlukan dapat disesuaikan (jenis bahannya maupun besar penampangnya ) dengan sifat dan besar gaya yang harus didukung. 2. Pada umumnya diperoleh struktur yang lebih ringan, lebih kuat dan lebih kaku. Namun demikian struktur rangka biasanya memerlukan ruang yang lebih besar dan proses pembuatannya lebih mahal.
STRUKTUR RANGKA RUANG Sistem rangka ruang dikembangkan dari system struktur rangka batang denga penambahanrangka batang kearah tiga dimensinya Struktur rangka ruang adalah komposisi dari batang-batang yang masing-masing berdiri sendiri, memikul gaya tekan atau gaya tarik yang sentris dan dikaitkan satu sama lain dengan system tiga dimensi atau ruang. Bentuk rangka ruang dikembangkan dari pola grid dualapis (doubel-layer grids), dengan batang‐batang yang menghubungkan titik‐titik grid secara tiga dimensional. Elemen dasar pembentuk struktur rangka ini adalah: - Rangka batang bidang - Piramid dengan dasarsegi empatmembentuk oktahedron - Piramid dengan dasar segitiga membentuk tetrahedron Beberapa sistem selanjutnya dikembangkan model rangka pengembangan system konstruksi sambungannya, antara lain: ‐ Sistem Mero ‐ Sistem space deek ‐ Sistem Triodetic ‐ Sistem Unistrut ‐ Sistem Oktaplatte ‐ Sistem Unibat ‐ Sistem Nodus ‐ Sistem NS Space Truss
ruang
berdasarkan
Analisis Struktur Rangka Ruang Beberapa faktor yang akan diuraikan berikut merupakan tinjauan desain pada struktur rangka ruang. Faktor-faktor itu antara lain : (1) Gaya-gayaelemenstruktur (2) DesainbatangdanbentukBanyaksekaliunitgeometrisyangdapatdigunakanuntukmemb entukunitberulangmulaidaritetrahedronsederhana,sampaibentuk-bentuk polyhedral lai. Rangkaruangtidakharusatas modul-modulindividual,tapidapatpulaterdiriatas bidang-bidangyangdibentukolehbatangmenyilangdenganjarakseragam. Struktur Kabel Kabel adalah elemen struktur fleksibel.Bentuknya sangat bergantung pada besar dan perilaku beban yang bekerja padanya.Apabila kabel ditarik pada kedua ujungnya saja, maka bentuknya lurus.Jenis kabel demikian disebut tie-rod. Jika kabel digunakan pada bentang
antara dua titik dan memikul beban titik eksternal maka bentuk kabel akan berupa segmensegmen garis. Jika yang dipikul beban terbagi maka kabel akan mempunyai bentuk lengkungan. Berat sendiri kabel dapat menyebabkan bentuk lengkung tersebut, biasanya berbentuk catenary-curve. Ada hubungan yang cukup erat antara bentuk kabel dan bentuk pelengkung. Jika bebannya sama, bentuk kabel akibat beban tersebut akan sama dengan bentuk pelengkung. Bentuk yang satu merupakan inversi bentuk yang lain. Apabila terjadi tarik pada kabel maka pada pelengkung terjadi tekan.Kabel dapatdigunakan pada bentang yang panjang.Biasanya kabel digunakan pada jembatan yang memikul dek jalan raya beserta lalulintas diatasnya. Karena beban lalu lintas selalu menyebabkan kabel utama mengalami perubahan bentuk karena berubahubahnya posisi beban maka dek jembatan dibuat kaku sehingga permukaan jalan pada dasarnya tetap datar dan beban yang diterima oleh kabel pada dasarnya konstan. Kabel juga dipakai untuk memikul permukaan atap pada gedung, khususnya pada situasi bentang yang besar. Akan tetapi pada kasus ini perlu diperhatikan bahwa harus diusahakan agar permukaan atap tidak bergetar sebagai akibat berganti-gantinya angin yaitu tekanan berubah jadi isapan . Banyak bangunan yang menggunakan struktur funicular.Sebagai contohjembatan gantung yang semula dikembangkan di Cina, India dan Amerika Selatan adalah struktur funicular tarik.Ada struktur jembatan kuno yang menggunakan tali ada juga yang menggunakan bambu.Di Cina ada yang menggunakan rantai yang dibangun sekitar abad pertama SM. Struktur kabel juga banyak digunakan pada gedung misalnya struktur kabel yang menggunakan tali.Sekalipun kabel telah lama digunakan pengertian teoritisya masih belum lama dikembangkan. Di Eropa, jembatan gantung masih belum lama digunakan meskipun struktur rantai-tergantung telah pernah dibangun di Alpen Swis tahun 1595 yaitu sejak Fausto Veranzio menerbitkan gambar jembatan gantung. Membran, Tents dan Jaring Membran adalah lembaran tipis dan fleksibel dan Tents biasanya dibuat dari permukaan membran.Bentuk sederhana maupun kompleks dapat dibuat dengan menggunakan membran-membran. Untuk membran berkelengkungan ganda seperti permukaan bola, permukaan aktual harus dibuat sebagai susunan segmen yang jauh lebih kecil karena kebanyakan membran hanya tersedia dalam bentuk lembaran datar. Penggunaan membran fleksibel yang dipakai pada permukaan adalah menggantungnya dengan sisi cembung berarah keatas, ditambah dengan mekanisme tertentu agar dapat mempertahankan bentuknya.Jenis ini misalnya adalah struktur yang dikembangkan dengan udara (air-inflated). Bentuk membran dipertahankan oleh tekanan udara internal didalam struktur.Mekanisme lain adalah dengan menggunakan gayajacking eksternal yang menarik membran agar mempunyai bentuk tertentu. Berbagai struktur kulitbertegangan (skintressed) adalah jenis tersebut. Sekalipun demikian pra-tarik pada kulit mempunyai banyak
pembatasan pada bentuk yang akan dibuat. Sebagai contoh untuk permukaan bola sangat sulit dilakukan pra-tarik oleh gayajackingeksternal, sedangkan bentuk hiperbolik-paraboloid cukup mudah. Jaring adalah permukaan tiga dimensi yang terbuat dari sekumpulan kabel lengkung yang melintang.Jaring mempunyai analogi dengan kulit membran.Dengan memperbolehkan suatu bukaan jaring divariasikan sesuai dengan keperluan,sangat banyak bentuk permukaan yan dapat diperoleh. Keuntungan penggunaan kabel melintang adalah bahwa penempatan kabel tersebut dapat mencegah atap dari getaran akibat tekanan dan isapan angin. Selain itu gaya tarik umumnya dapat diberikan pada kabel dengan alat-alat jacking sehingga seluruh permukaan dapat mempunyai bentuk seperti kulit-tertarik. Hal ini juga dapat memberikan stabilitas dan tahanan terhadap getaran pada atap. Membran adalah struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban dengan mengalami tegangan tarik.Gelembung sabun adalah contoh klasik yang dapat dipakai untuk mengilustrasikan apakah struktur membran itu dan bagaimanakah perilakunya. Struktur membran cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur tersebut dibebani. Selain itu struktur tersebut sangat peka terhadap efek aerodinamika dari angin.Efek ini dapat menyebabkan terjadinya fluttering (getaran). Ada beberapa cara dasar untuk menstabilkan membran. Misalnya dengan menggunakan rangka penumpu dalam yang kaku dan dengan menggunakan sistem prategang pada permukaan membran. Sistem prategang dapat dilakukan dengan memberikan gaya eksternal yang menarik membrane maupun dengan menggunakan tekanan internal apabila membrannya berbentuk volume tertutup. Contoh pemberian prategang yang menggunakan gaya eksternal adalah struktur tenda. Akan tetapi, adapula tenda yang tidak mempunyai permukaan yang benar-benar ditarik oleh kabel sehingga dapat bergerak apabila dibebani.Sekalipun dapat memikul beban angin normal, banyak permukaan tenda yang dapat bergetar sebagai akibat dari efek aerodinamika dari angin kencang.Karena itulah tenda lebih banyak digunakan sebagai struktur sementara bukan sebagai struktur permanen. Sekalipun demikian, kita dapat memberi prategang pada membran dengan memberikan gayajacking yang cukup untuk tetap menegangkan membran pada berbagai kondisi pembebanan yang mungkin terjadi. Menstabilkan membran dengan menggunakan tekanan internal dapat dilakukan apabila membran mempunyai volume tertutup. Kelompok membrane demikian biasa disebut struktur pneumatis, sebutan yang sesuai dengan carastruktur itu mendapat kestabilan. Meskipun struktur pneumatis telah lama diketahui tetapi struktur seperti ini masih terbilang baru digunakan oleh manusia.Seorang ahli dari Inggris yang bernama William Lanchester pernah mengajukan patennya dalam menerapkan prinsip balon kedalam bangunan rumah sakit pada tahun 1917.Pada tahun 1922 dibangun pula Oasis Theatre di Paris yang menggunakan struktur atap berlubang pneumatis.Banyak penelitian yang digunakan pada masa Perang Dunia II karena adanya nilai militer pada struktur pneumatis.Penggunaan struktur yang ditumpu udara (air supported structures)dimulai pada tahun 1946 yaitu pada bangunan radomes yang di dalamnya terdapatantena radar yang sangat besar.Pada saat ini, pneumatika adalah sebutan yang biasa/umum pada konteks gedung.
Cangkang Pada waktu sekarang ini, banyak macam-macam permukaanberkelengkungan-ganda digunakan.Termasuk kedalamnya bentuk permukaan terpilin misalnya hiperbolikparaboloid, sehingga banyaknya bentuk mungkin tidak terbatas.Mungkin permukaanberkelengkungan-ganda yang paling umum digunakan adalah cangkang bola (atau cangkang belahan bola) yang terbuat dari beton bertulang (material kaku).Akan memudahkan jika dipandang sebagai lengkung yang diputar.Tetapi kadang kurang tepat jika beban yang bekerja pada struktur mencakup juga yang berarah melingkar seperti pada cangkang bola yang tidak terdapat pada pelengkung. Cangkang adalah bentuk struktural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang mempunyai permukaan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai sembarang bentuk . Bentuk yang umum adalah permukaan yang berasal dari kurva yang diputar terhadap satu sumbu misalnya permukaan bola, elips, kerucut dan parabola, permukaan translasional yang dibentuk dengan menggeserkan kurva bidang diatas kurva bidang lainnya misalnya permukaan parabola eliptik dan silindris, permukaan yang dibentuk dengan menggeser dua ujung segmen garis pada dua kurva bidang misalnya permukaan hiperbolik paraboloid dan konoid dan berbagai bentuk yang merupakan kobinasi dari yang telah disebutkan diatas. Beban yang bekerja pada permukaan cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik dan tekan pada arah dalam bidang (in-plane) permukaan tersebut.Tipisnya permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahanan momenyang berarti.Struktur cangkang tipis khususnya cocok digunakan untuk memikul beban terbagi rata pada atap gedung dan struktur ini tidak cocok untuk menahan beban terpusat. Sebagai akibat dari cara elemen ini memikul beban dalam-bidang terutama dalam cara tarik dan tekan, struktur cangkang dapat sangat tipis dan mempunyai bentang yang relatif besar. *Perbandingan bentang-tebal sebesar 400 atau 500 dapat saja digunakan misalnya tebal 3 inc (8 cm) mungkin saja digunakan untuk kubah yang berbentang 100 sampai 125 ft (30 sampai 38 m). Cangkang setipis ini menggunakan material yang relatif baru dikembangkan, misalnya beton bertulang dimensional lain, misalnya kubah pasangan (bata) mempunyai ketebalan lebih besar dan tidak dapat dikelompokkan sebagai struktur yang hanya memikul tegangan dalam-bidang karena pada struktur tebal seperti itu momen lentur sudah mulai dominan. Bentuk tiga dimensional juga dapat dibuat dari batang-batang kaku dan pendek seperti yang terlihat dalam gambar 2.2.11. Struktur seperti itu pada hakikatnya adalah struktur cangkang karena perilaku strukturnya dapat dikatakan sama dengan permukaan cangkang menerus hanya saja tegangannya tidak lagi menerus seperti pada permukaan cangkang tetapi terpusat pada setiap batang. Struktur demikian baru pertama kali digunakan pada awal abad XIX.KubahSchwedler yang terdiri atas jaring-jaring batang
bersendi tak teratur, pertama kal diperkenalkan oleh Schwedler di berlin pada tahun 1863, pada saat ia mendesain kubah dengan bentang 132 ft (48 m). Struktur baru yang lain adalah yang menggunakan batang-batang yang diletakkan pada kurva yang dibentuk oleh garis membujur dan melintang dari suatu permukaan putar. Banyak kubah di dunia iniyang menggunakan cara yang demikian. STRUKTUR PLAT DAN GRID PLAT Platadalah struktur planar kaku yang secara khas terbuat dari material monolit yang tingginya kecil dibandingkan dengan dimensi-dimensi lainnya. Bahan yang umum bekerja pada plat mempunyai sifat banyak arah dan tersebar. Sejak digunakannya beton bertulang modern untuk plat, hampir semua Sejak mengunakan material ini sebagai ekmen plat
Struktur Plat
Plat dapat ditumpu di seluruh .tepinya, sun hanya pads titik-titik tertentu misalnya oleh kolom-kolom), atau campuran antara tumpuan menerus dan titik. Kondisi tumpuan dapat sederhana emu jepit. Adanya kemungkinan variasi kondisi tumpuan menyebabkan plat dapat digunakan untuk berbagai keadaan. GRID Struktur balok grid terdiri atas balok-balok yang saling bersilangan, dengan jarak yang relatif rapat, yang menumpu pelat atas yang tipis.Sistem ini dimaksudkan untuk mengurangi berat sendiri pelat, sehingga lendutan dari pelat yang besar dapat dikurangi.Sistem ini dinilai efisien untuk bentangan besar dan juga dapat didesain sesuai selera. DESAIN PLAT DAN GRID Sistem satu arah Plat Ber-Rib Plat Ber-rib. Plat ber-rib merupakan salah satu coated penerapan prinsip-prinsip. Apabila slab relatif lebih kaku,, maka seluruh susunan akan berfungsi sebagai plat satu arah, bukan sebagai balok-balok sejajar. Akan tetapi untuk maksud desain, biasa untuk memandang struktur itu
Struktur Grid
sebagai sederetan balok T sejajar dalam arah longitudinal Slab transversal dianggap sebagai plat menerus satu nab di atas balok-balok. Plat Lipat Kekakuan struktur palat satu arah dapat sangat debesarkan dengan menghilangkan permukaan planar sama sekali, dan membuat deformasi besar pada plat sedemikian rupa sehingga tinggi structural plat semakin besar. Dengan demikian, plat mempunyai potongan yang unik yang terdiri atas sederetan elemen tipis yang saling dihubungkan di sepanjang tepinya. Struktur seperti ini umumnya disebut plat lipat. Karakteristik plat lipat adalah masing-masing elemen plat berukuran relative panjang.
Struktur Plat Dua Arah Bahasan atas struktur plat dua arah akan dijelaskan berdasarkan kondisi tumpuan yang ada, yaitu sebagai berikut: Plat ditumpu sederhana
- Plat sederhana di atas kolom - Plat yang ditumpu sederhana di tepi-tepi menerus - Plat dengan tumpuan tepi jepit menerus Plat menerus
- Plat di atas balok yang ditumpu kolom
