KATA PENGANTAR Kami panjatkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat yang diberikannya kami dapat menyelesaikan tugas ini dengan baik. Buku ini dimaksudkan mengetahui jenis struktur bentang lebar yang digunakan dalam pembangunan dan konstruksi buku, yang berjudul Arsitektur Bentang Lebar “Keong Emas” maka dapat mengenal struktur atap yang digunakan dan diterapkan pada buku ini. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih
kepada
dosen
Arsitektur
Bentang
Lebar
yang
memberikan kesempatan untuk membuat makalah ini sehingga dapat hadir dihadapan kita. Seperti peribahasa tak ada gading yang tak retak (tak ada sesuatu yang sempurna). Kami pun menyadari bahwa makalah ini masih memiliki kekurangan. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran. Terima Kasih. Bandung , Mei 2013
Penulis
DAFTAR ISI Kata Pengantar Daftar Isi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Tujuan Penulisan 1.3 Sistematika Penulisan BAB II TEORI 2.1 Struktur Rangka Batang 2.1.1. Prinsip – prinsip Umum Rangka Batang 2.1.3. Desain Rangka Batang 2.2 Struktur Kabel 2.2.2 Penerapan Struktur Kabel dalam Arsitektur 2.2.3 Sistem Stabilisasi 2.2.4 Keuntungan dan Kelemahan Struktur Kabel 2.3 Struktur Membran 2.4 Struktur Pneumatik 2.5 Struktur Cangkang
BAB III PROFIL BANGUNAN 3.1 Latar Belakang pembangunan 3.2 Lokasi 3.3 Data Teknis BAB IV ANALISA STRUKTUR 4.1 Latar Belakang Bangunan 4.2 Pondasi 4.3 Analisa Jenis Struktur yang Digunakan 4.4 Analisa Struktur Atap 4.5 Prinsip Pemyaluran Gaya BAB V KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bangunan bentang lebar merupakan bangunan yang memungkinkan penggunaan ruang bebas kolom yang selebar dan sepanjang mungkin. Bangunan bentang lebar biasanya digolongkan secar umum menjadi 2 yaitu bentang lebar sederhana dan bentang lebar kompleks. Bentang lebar sederhana berarti bahwa konstruksi bentang lebar yang ada dipergunakan langsung pada bangunan berdasarkan teori dasar dan tidak dilakukan modifikasi pada bentuk yang ada. Sedangkan bentang lebar kompleks merupakan bentuk struktur bentang lebar yang melakukan modifikasi dari bentuk dasar, bahkan kadang dilakukan penggabungan terhadap beberapa sistem struktur bentang lebar. Bangunan bentang lebar dipergunakan untuk kegiatankegiatan yang membutuhkan ruang bebas kolom yang cukup besar, seperti untuk kegiatan olah raga berupa gedung stadion, pertunjukan berupa gedung pertunjukan, audiotorium dan kegiatan pameran atau gedung exhibition. Struktur bentang lebar, memiliki tingkat kerumitan yang berbeda satu dengan lainnya. Kerumitan yang timbul dipenaruhi oleh gaya yang terjadi pada struktur tersebut dan beberapa hal lain yang akan di bahas di masing-masing bab. Secara umum, gaya dan macam struktur bentang lebar dapat dilihat pada gambar di bawah ini: (Frick, 1998) Dalam Schodek, 1998, struktur bentang lebar dibagi ke dalam beberapa sistem struktur yaitu : a. Struktur Rangka Batang dan rangka Ruang
b. Struktur Furnicular, yaitu kabel dan pelengkung c. Struktur Plan dan Grid d. Struktur Membran meliputi Pneumatik dan struktur tent(tenda) dan net (jaring) e. Struktur Cangkang Sedangkan Sutrisno, 1989, membagi ke dalam 2 bagian yaitu: a. Struktur ruang, yang terdiri atas: - Konstruksi bangunan petak ( Struktur rangka batang) - Struktur Rangka Ruang b. Struktur permukaan bidang, terdiri atas: - Struktur Lipatan - Struktur Cangkang - Membran dan Struktur Membran - Struktur Pneumatik c. Struktur Kabel dan jaringan
1.2 Tujuan Penulisan Tujuan dari penulisan buku ini adalah untuk meneliti bangunan bentang lebar berstruktur cangkang yaitu bangunan “keong mas” dan manfaatnya bagi masyarakat luar. Disamping itu, tujuan dari penulisan ini adalah untuk mempelajari lebih mendalam tentang bangunan bentang lebar
berstruktur cangkang “keong mas” dan untuk memenuhi mata kuliah Bentang Lebar yang didapat pada pelajaran perkuliahan pada semester 6 (enam) ini.
1.3 Sistematika Penulisan Dalam penyelesaian penyusunan buku ini penulis menggunakan studi kepustakaan, yaitu penulis mencari bukubuku yang berhubungan dengan arsitektur bentang lebar khususnya yang berstruktur cangkang serta sumber-sumber dari blog yang relevan.
BAB II TEORI 2.1 Struktur Rangka Batang Rangka batang adalah susunan elemen-elemen linier yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga, sehingga menjadi bentuk rangka yang tidak dapat berubah bentuk bila diberi beban eksternal tanpa adanya perubahan bentuk pada satu atau lebih batangnya. Setiap elemen tersebut dianggap tergabung pada titik hubungnya dengan sambungan sendi. Sedangkan batang-batang tersebut dihubungkan sedemikian rupa sehingga semua beban dan reaksi hanya terjadi pada titik hubung. 2.1.1. Prinsip – prinsip Umum Rangka Batang a. Prinsip Dasar Triangulasi Prinsip utama yang mendasari penggunaan rangka batang sebagai struktur pemikul beban adalah penyusunan elemen menjadi konfigurasi segitiga yang menghasilkan bentuk stabil. Pada bentuk segiempat atau bujursangkar, bila struktur tersebut diberi beban, maka akan terjadi deformasi masif dan menjadikan struktur tak stabil. Bila struktur ini diberi beban, maka akan membentuk suatu mekanisme runtuh (collapse), sebagaimana diilustrasikan pada gambar berikut ini. Struktur yang demikian dapat berubah bentuk dengan mudah tanpa adanya perubahan pada panjang setiap batang. Sebaliknya, konfigurasi segitiga tidak dapat berubah bentuk atau runtuh, sehingga dapat dikatakan bahwa bentuk ini stabil (Gambar 4.1). Pada struktur stabil, setiap deformasi yang terjadi relatif kecil dan dikaitkan dengan perubahan panjang batang yang diakibatkan oleh gaya yang timbul di dalam batang sebagai akibat dari beban eksternal. Selain itu, sudut yang terbentuk
antara dua batang tidak akan berubah apabila struktur stabil tersebut dibebani. Hal ini sangat berbeda dengan mekanisme yang terjadi pada bentuk tak stabil, dimana sudut antara dua batangnya berubah sangat besar. Pada struktur stabil, gaya eksternal menyebabkan timbulnya gaya pada batang-batang. Gaya-gaya tersebut adalah gaya tarik dan tekan murni. Lentur (bending) tidak akan terjadi selama gaya eksternal berada pada titik nodal (titik simpul). Bila susunan segitiga dari batang-batang adalah bentuk stabil, maka sembarang susunan segitiga juga membentuk struktur stabil dan kukuh. Hal ini merupakan prinsip dasar penggunaan rangka batang pada gedung. Bentuk kaku yang lebih besar untuk sembarang geometri dapat dibuat dengan memperbesar segitiga-segitiga itu. Untuk rangka batang yang hanya memikul beban vertikal, pada batang tepi atas umumnya timbul gaya tekan, dan pada tepi bawah umumnya timbul gaya tarik. Gaya tarik atau tekan ini dapat timbul pada setiap batang dan mungkin terjadi pola yang berganti-ganti antara tarik dan tekan. Penekanan pada prinsip struktur rangka batang adalah bahwa struktur hanya dibebani dengan beban-beban terpusat pada titik-titik hubung agar batang-batangnya mengalami gaya tarik atau tekan. Bila beban bekerja langsung pada batang, maka timbul pula tegangan lentur pada batang itu sehingga desain batang sangat rumit dan tingkat efisiensi menyeluruh pada batang menurun. b. Analisa Kualitatif Gaya Batang Perilaku gaya-gaya dalam setiap batang pada rangka batang dapat ditentukan dengan menerapkan persamaan dasar keseimbangan. Untuk konfigurasi rangka batang sederhana, sifat gaya tersebut (tarik, tekan atau nol) dapat ditentukan dengan memberikan gambaran bagaimana rangka batang
tersebut memikul beban. Salah satu cara untuk menentukan gaya dalam batang pada rangka batang adalah dengan menggambarkan bentuk deformasi yang mungkin terjadi. Mekanisme gaya yang terjadi pada konfigurasi rangka batang sederhana dapat dilihat pada. Metode untuk menggambarkan gaya-gaya pada rangka batang adalah berdasarkan pada tinjauan keseimbangan titik hubung. Secara umum rangka batang kompleks memang harus dianalisis secara matematis agar diperoleh hasil yang benar.
2.1.2. Analisa Rangka Batang a. Stabilitas Langkah pertama pada analisis rangka batang adalah menentukan apakah rangka batang itu mempunyai konfigurasi yang stabil atau tidak. Secara umum, setiap rangka batang yang merupakan susunan bentuk dasar segitiga merupakan struktur yang stabil. Pola susunan batang yang tidak segitiga, umumnya kurang stabil. Rangka batang yang tidak stabil dan akan runtuh apabila dibebani, karena rangka batang ini tidak mempunyai jumlah batang yang mencukupi untuk mempertahankan hubungan geometri yang tetap antara titiktitik hubungnya. Penting untuk menentukan apakah konfigurasi batang stabil atau tidak stabil. Keruntuhan total dapat terjadi bila struktur tak stabil terbebani. Pola yang tidak biasa seringkali menyulitkan penyelidikan kestabilannya. Pada suatu rangka batang, dapat digunakan batang melebihi jumlah minimum yang diperlukan untuk mencapai kestabilan. Untuk menentukan kestabilan rangka batang bidang, digunakan persamaan yang menghubungkan banyaknya titik hubung
pada rangka batang dengan banyaknya batang yang diperlukan untuk mencapai kestabilan (lihat sub bab 3.6). Aspek lain dalam stabilitas adalah bahwa konfigurasi batang dapat digunakan untuk menstabilkan struktur terhadap beban lateral. Gambar 4.4 menunjukan cara menstabilkan struktur dengan menggunakan batangbatang kaku (bracing). Kabel dapat digunakan sebagai pengganti dari batang kaku, bila gaya yang dipikul adalah gaya tarik saja. Tinjauan stabilitas sejauh ini beranggapan bahwa semua elemen rangka batang dapat memikul gaya tarik dan tekan dengan sama baiknya. Elemen kabel tidak dapat memenuhi asumsi ini, karena kabel akan melengkung bila dibebani gaya tekan. Ketika pembebanan datang dari suatu arah, maka gaya tekan atau gaya tarik mungkin timbul pada diagonal, sesuai dengan arah diagonal tersebut. Suatu struktur dengan satu kabel diagonal mungkin tidak stabil. Namun bila kabel digunakan dengan sistem kabel silang, dimana satu kabel memikul seluruh gaya horisiontal dan kabel lainnya menekuk tanpa menimbulkan bahaya terhadap struktur, maka kestabilan dapat tercapai.
b. Gaya Batang Prinsip yang mendasari teknik analisis gaya batang adalah bahwa setiap struktur atau setiap bagian dari setiap struktur harus berada dalam kondisi seimbang. Gaya-gaya batang yang bekerja pada titik hubung rangka batang pada semua bagian struktur harus berada dalam keseimbangan, seperti pada Gambar 4.5. Prinsip ini merupakan kunci utama dari analisis rangka batang. c. Metode Analisis Rangka Batang
Beberapa metode digunakan untuk menganalisa rangka batang. Metode-metode ini pada prinsipnya didasarkan pada prinsip keseimbangan. Metode-metode yang umum digunakan untuk analisa rangka batang adalah sebagai berikut : Keseimbangan Titik Hubung pada Rangka Batang Pada analisis rangka batang dengan metode titik hubung (joint), rangka batang dianggap sebagai gabungan batang dan titik hubung. Gaya batang diperoleh dengan meninjau keseimbangan titik-titik hubung. Setiap titik hubung harus berada dalam keseimbangan. Keseimbangan Potongan Prinsip yang mendasari teknik analisis dengan metode ini adalah bahwa setiap bagian dari suatu struktur harus berada dalam keseimbangan. Dengan demikian, bagian yang dapat ditinjau dapat pula mencakup banyak titik hubung dan batang. Konsep peninjauan keseimbangan pada bagian dari suatu struktur yang bukan hanya satu titik hubung merupakan cara yang sangat berguna dan merupakan dasar untuk analisis dan desain rangka batang, juga banyak desain struktur lain. Perbedaan antara kedua metode tersebut di atas adalah dalam peninjauan keseimbangan rotasionalnya. Metode keseimbangan titik hubung, biasanya digunakan apabila ingin mengetahui semua gaya batang. Sedangkan metode potongan biasanya digunakan apabila ingin mengetahui hanya sejumlah terbatas gaya batang. Gaya Geser dan Momen pada Rangka Batang Metode ini merupakan cara khusus untuk meninjau bagaimana rangka batang memikul beban yang melibatkan gaya dan momen eksternal, serta gaya dan momen tahanan internal pada rangka batang.
Agar keseimbangan vertikal potongan struktur dapat dijamin, maka gaya geser eksternal harus diimbangi dengan gaya geser tahanan total atau gaya geser tahanan internal (VR), yang besarnya sama tapi arahnya berlawanan dengan gaya geser eksternal. Efek rotasional total dari gaya internal tersebut juga harus diimbangi dengan momen tahanan internal (MR) yang besarnya sama dan berlawanan arah dengan momen lentur eksternal. Sehingga memenuhi syarat keseimbangan, dimana : E R M = M atau ? = 0 E R M M (4.1) d. Rangka Batang Statis Tak Tentu Rangka batang statis tak tentu tidak dapat dianalisis hanya dengan menggunakan persamaan kesimbangan statika, karena kelebihan banyaknya tumpuan atau banyaknya batang yang menjadi variabel. Pada struktur statis tak tentu, keseimbangan translasional dan rotasional (????Fx=0, ????Fy=0, dan ????Mo=0) masih berlaku. Pemahaman struktur statis tak tentu adalah struktur yang gaya-gaya dalamnya bergantung pada sifat-sifat fisik elemen strukturnya. e. Penggunaan Elemen (Batang) Tarik Khusus : Kabel Selain elemen batang yang sudah dibahas di atas, ada elemen lain yang berguna, yaitu elemen kabel, yang hanya mampu memikul tarik. Secara fisik, elemen ini biasanya berupa batang baja berpenampang kecil atau kabel terjalin. Elemen ini tidak mampu memikul beban tekan, tetapi sering digunakan apabila hasil analisis diketahui selalu memikul beban tarik. Elemen yang hanya memikul beban tarik dapat mempunyai penampang melintang yang jauh lebih kecil dibanding dengan memikul beban tekan. f. Rangka Batang Ruang
Kestabilan yang ada pada pola batang segitiga dapat diperluas ke dalam tiga dimensi. Pada rangka batang bidang, bentuk segitiga sederhana merupakan dasar, sedangkan bentuk dasar pada rangka batang ruang adalah tetrahedron. Prinsip-prinsip yang telah dibahas pada analisis rangka batang bidang secara umum dapat diterapkan pada rangka batang ruang. Kestabilan merupakan tinjauan utama. Gaya-gaya yang timbul pada batang suatu rangka batang ruang dapat diperoleh dengan meninjau keseimbangan ruang potongan rangka batang ruang tersebut. Jelas bahwa persamaan statika yang digunakan untuk benda tegar tiga dimensi, yaitu :
Apabila diterapkan langsung pada rangka batang ruang yang cukup besar, persamaan-persamaan ini akan melibatkan banyak titik hubung dan batang. bahkan tidak dikehendaki. Apabila kondisi titik hubung aktual sedemikian rupa sehingga ujung-ujung batang tidak bebas berotasi, maka momen lentur lokal dan gaya aksialnya dapat timbul pada batang-batang. Apabila momen lentur itu cukup besar, maka batang tersebut harus didesain agar mampu memikul tegangan kombinasi akibat gaya aksial dan momen lentur. Besar tegangan lentur yang terjadi sebagai akibat dari titik hubung kaku umumnya ?? 20% dari tegangan normal yang terjadi. Pada desain awal, biasanya tegangan lentur sekunder ini diabaikan. Salah satu efek positif dari adanya titik hubung kaku ini adalah untuk memperbesar kekakuan rangka batang secara menyeluruh, sehingga dapat mengurangi defleksi. Merencanakan titik hubung yang kaku biasanya tidak akan mempengaruhi pembentukan akhir dari rangka batang.
2.1.3. Desain Rangka Batang a. Tujuan Kriteria yang digunakan untuk merancang juga menjadi sangat bervariasi. Ada beberapa tujuan yang menjadi kriteria dalam desain rangka batang, yaitu : (1) Efisiensi Struktural Tujuan efisiensi struktural biasa digunakan dan diwujudkan dalam suatu prosedur desain, yaitu untuk meminimumkan jumlah bahan yang digunakan dalam rangka batang untuk memikul pembebanan pada bentang yang ditentukan. Tinggi rangka batang merupakan variabel penting dalam meminimumkan persyaratan volume material, dan mempengaruhi desain elemennya. (2) Efisiensi Pelaksanaan (Konstruksi) Alternatif lain, kriteria desain dapat didasarkan atas tinjauan efisiensi pelaksanaan (konstruksi) sehubungan dengan fabrikasi dan pembuatan rangka batang. Untuk mencapai tujuan ini, hasil yang diperoleh seringkali berupa rangka batang dengan konfigurasi eksternal sederhana, sehingga diperoleh bentuk triangulasi yang sederhana pula. Dengan membuat semua batang identik, maka pembuatan titik hubung menjadi lebih mudah dibandingkan bila batang-batang yang digunakan berbeda. b. Konfigurasi Beberapa bentuk konfigurasi eksternal rangka batang yang umum digunakan. Konfigurasi eksternal selalu berubah-ubah, begitu pula pola internalnya. Konfigurasi-konfigurasi ini dipengaruhi oleh faktor eksternal, tinjauan struktural maupun konstruksi. Masing-masing konfigurasi mempunyai tujuan
yang berbeda. Beberapa hal yang menjadi bahasan penting dalam konfigurasi rangka batang adalah : (1) Faktor Eksternal Faktor-faktor eksternal memang bukanlah hal yang utama dalam menentukan konfigurasi rangka batang. Namun faktor eksternal juga dapat mempengaruhi bentuk-bentuk yang terjadi. (2) Bentuk-bentuk Dasar Ditinjau dari segi struktural maupun konstruksi, bentuk– bentuk dasar yang digunakan dalam rangka batang merupakan respon terhadap pembebanan yang ada. Gaya-gaya internal akan timbul sebagai respon terhadap momen dan gaya geser eksternal. Momen lentur terbesar pada umumnya terjadi di tengah rangka batang yang ditumpu sederhana yang dibebani merata, dan semakin mengecil ke ujung. Gaya geser eksternal terbesar terjadi di kedua ujung, dan semakin mengecil ke tengah. (3) Rangka Batang Sejajar Pada rangka batang dengan batang tepi sejajar, momen eksternal ditahan terutama oleh batang-batang tepi atas dan bawah. Gaya geser eksternal akan dipikul oleh batang diagonal karena batangbatang tepi berarah horisontal dan tidak mempunyai kontribusi dalam menahan gaya arah vertikal. Gaya-gaya pada diagonal umumnya bervariasi mengikuti variasi gaya geser dan pada akhirnya menentukan desain batang. (4) Rangka Batang Funicular Rangka batang yang dibentuk secara funicular menunjukan bahwa secara konsep, batang nol dapat dihilangkan hingga
terbentuk konfigurasi bukan segitiga, namun tanpa mengubah kemampuan struktur dalam memikul beban rencana. Batangbatang tertentu yang tersusun di sepanjang garis bentuk funicular untuk pembebanan yang ada merupakan transfer beban eksternal ke tumpuan. Batangbatang lain adalah batang nol yang terutama berfungsi sebagai bracing. Tinggi relatif pada struktur ini merupakan fungsi beban dan lokasinya. c. Tinggi Rangka Batang Penentuan tinggi optimum yang meminimumkan volume total rangka batang umumnya dilakukan dengan proses optimasi. Proses optimasi ini membuktikan bahwa rangka batang yang relatif tinggi terhadap bentangannya merupakan bentuk yang efisien dibandingkan dengan rangka batang yang relatif tidak tinggi. Sudut-sudut yang dibentuk oleh batang diagonal dengan garis horisontal pada umumnya berkisar antara 300 – 600 dimana sudut 450 biasanya merupakan sudut ideal. Berikut ini pedoman sederhana untuk menentukan tinggi rangka batang berdasarkan pengalaman. Pedoman sederhana di bawah ini hanya untuk pedoman awal, bukan digunakan sebagai keputusan akhir dalam desain.
d. Masalah-masalah pada Desain Elemen Beberapa permasalahan yang umumnya timbul pada desain elemen menyangkut faktor-faktor yang diuraikan berikut ini. (1) Beban Kritis Pada rangka batang, setiap batang harus mampu memikul gaya maksimum (kritis) yang mungkin terjadi. Dengan demikian, dapat saja terjadi setiap batang dirancang terhadap kondisi pembebanan yang berbeda-beda.
(2) Desain Elemen, meliputi :
Batang Tarik Batang Tekan
Untuk batang tekan, harus diperhitungkan adanya kemungkinan keruntuhan tekuk (buckling) yang dapat terjadi pada batang panjang yang mengalami gaya tekan. Untuk batang tekan panjang, kapasitas pikul-beban berbanding terbalik dengan kuadrat panjang batang. Untuk batang tekan yang relatif pendek, maka tekuk bukan merupakan masalah sehingga luas penampang melintang hanya bergantung langsung pada besar gaya yang terlibat dan teganagan ijin material, dan juga tidak bergantung pada panjang batang tersebut. (3) Batang Berukuran Konstan dan/atau Tidak Konstan Bila batang tepi atas dirancang sebagai batang yang menerus dan berpenampang melintang konstan, maka harus dirancang terhadap gaya maksimum yang ada pada seluruh batang tepi atas, sehingga penampang tersebut akan berlebihan dan tidak efisien. Agar efisien, maka penampang konstan yang dipakai dikombinasikan dengan bagian-bagian kecil sebagai tambahan luas penampang yang hanya dipakai pada segmen-segmen yang memerlukan. (4) Pengaruh Tekuk terhadap Pola Ketergantungan kapasitas pikul beban suatu batang tekan pada panjangnya serta tujuan desain agar batang tekan tersebut relatif lebih pendek seringkali mempengaruhi pola segitiga yang digunanakan, seperti ditunjukan (5) Pengaruh Tekuk Lateral pada desain batang dan susunan batang.
Jika rangka berdiri bebas seperti pada Gambar 4.8, maka ada kemungkinan struktur tersebut akan mengalami tekuk lateral pada seluruh bagian struktur. Untuk mencegah kondisi ini maka struktur rangka batang yang berdiri bebas dapat dihindari. Selain itu penambahan balok transversal pada batang tepi atas dan penggunaan rangka batang ruang juga dapat mencegah tekuk transversal. e. Rangka Batang Bidang dan Rangka Batang Ruang Rangka batang bidang memerlukan material lebih sedikit daripada rangka batang tiga dimensi untuk fungsi yang sama. Dengan demikian, apabila rangka batang digunakan sebagai elemen yang membentang satu arah, sederetan rangka batang bidang akan lebih menguntungkan dibandingkan dengan sederetan rangka batang ruang (tiga dimensi). Sebaliknya, konfigurasi tiga dimensi seringkali terbukti lebih efisien dibandingkan beberapa rangka batang yang digunakan untuk membentuk sistem dua arah. Rangka batang tiga dimensi juga terbukti lebih efisien bila dibandingkan beberapa rangka batang yang digunakan sebagai rangka berdiri bebas (tanpa balok transversal yang menjadi penghubung antar rangka batang di tepi atas). 2.2 STRUKTUR KABEL Struktur Kabel Adalah sebuah sistem struktur yang bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik, terdiri atas kabel baja, sendi, batang, dsb yang menyanggah sebuah penutup yang menjamin tertutupnya sebuah bangunan. Prinsip konstruksi kabel sudah dikenal sejak zaman dahulu pada jembatan gantung, di mana gaya-gaya tarik digunakan tali. Contoh lainnya adalah tenda-tenda yang dipakai para musafir yang menempuh perjalanan jarak jauh lewat padang pasir. Setelah orang mengenal baja, maka baja digunakan
sebagai gantungan pada jembatan. Pada taraf permulaan baja itu dapat berkarat. Pada zaman setengah abad sebelum sekarang, ditemukanlah baja dengan tegangan tinggi yang tahan terhadap karat. 2.2.2 Penerapan Struktur Kabel dalam Arsitektur Struktur kabel merupakan suatu generalisasi terhadap beberapa struktur yang menggunakan elemen tarik berupa kabel sebagai ciri khasnya. Struktur ini bekerja terhadap gaya tarik sehingga lebih mudah berubah bentuk jika terjadi perubahan besar atau arah gaya. Struktur kabel merupakan struktur funicular dimana beban pada struktur diteruskan dalam bentuk gaya tarik searah dengan material konstruksinya, sehingga memungkinkan peniadaan momen. 2.2.3 Sistem Stabilisasi Beberapa sistem stabilisasi yang dapat digunakan untuk mengantisipasi deformasi pada struktur kabel antara lain : 1. Peningkatan beban mati Stabilisasi ini dilakukan dengan penerapan material dengan berat yang memadai dan merupakan material yang homogen sehingga diperoleh beban yang terdistribusi merata. 2. Pengaku busur dengan arah berlawanan (inverted arch) Stabilisasi dengan pengaku bususr atau kabel ini berusaha mencapai bentuk yang kaku dengan menambah jumlah kabel sehingga kemudian menghasilkan suatu jaring-jaring (cable net structure). 3. Penggunaan batang-batang pembentang (spreader)
Stabilisasi ini menggunakan batang-batang tekan sebagai pemisah antara dua kabel sehingga menambah tarikan internal didalam kabel. 4. Penambatan/pengangkuran ke pondasi (ground anchorage) Sistem ini hanya berlaku bagi kabel karena adanya gaya-gaya taik yang dinetralisir oleh pondasi sehingga menghasilkan stabilisasi.Pada pondasi terjadi tumpuan tarik akibat perlawanan gaya tarik kabel. 5. Metoda prategang searah kabel (masted structure) Ciri utamanya adalah tiang-tiang dan kabel yang secara keseluruhan membentuk suatu struktur kaku. Kabel ditempatkan pada keadaan tertegang dengan jalan memberikan beban yang dialirkan searah kabel.
2.2.4 Keuntungan dan Kelemahan Struktur Kabel Keuntungan struktur kabel : 1. Elemen kabel merupakan elemen konstruksi paling ekonomis untuk menutup permukaan yang luas 2. Ringan, meminimalisasi beban sendiri sebuah konstruksi 3. Memiliki daya tahan yang besar terhadap gaya tarik, untuk bentangan ratusan meter mengungguli semua sistem lain 4. Memberikan efisiensi ruang lebih besar 5. Memiliki faktor keamanan terhadap api lebih baik dibandingkan struktur tradisonal yang sering runtuh oleh pembengkokan elemen tekan di bawah temperatur tinggi. Kabel baja lebih dapat menjaga konstruksi dari temperatur
tinggi dalam jangka waktu mengurangi resiko kehancuran
lebih
panjang,
sehingga
6. Dari segi teknik, pada saat terjadi penurunan penopang, kabel segera menyesuaikan diri pada kondisi keseimbangan yang baru, tanpa adanya perubahan yang berarti dari tegangan 7. Cocok untuk bangunan bersifat permanen. Kelemahan struktur kabel : Pembebanan yang berbahaya untuk struktur kabel adalah getaran. Struktur ini dapat bertahan dengan sempuna terhadap gaya tarik dan tidak mempunyai kemantapan yang disebabkan oleh pembengkokan, tetapi struktur dapat bergetar dan dapat mengakibatkan robohnya bangunan
2.3 STRUKTUR MEMBRAN Membran adalah suatu lembaran bahan tipis sekali dan hanya dapat menahan gaya tarik murni. Soap film adalah membran yang paling tipis, kira-kira 0,25 mm yang dapat membentang lebar. Suatu struktur membran dapat bertahan daalm dua dimensi, tidak dapat menerima tekan dan geser karena tipisnya terhadap bentangan yang besar. Beban-beban yang dipikul mengakibatkan lendutan, karena membran adalah bidang dua dimensi dan karena merupakan jala-jala yang saling membantu, maka bertambahlah kapasitasnya.
Ada dua karakter dasar dari kemampuan membran. Tegangan membran terdiri atas tarik dan geser, yang selalu ada dalam
permukaan bidang membran dan tidak tegak lurus di atas bidang itu. Aksi membran pada dasarnya tergantung dari karakteristik bentuk geometrinya, yaitu dari lengkungan dan miringnya bidang membran. Walaupun membran tidak begitu stabil, dapat dicarikan jalan untuk dimanfaatkan sebagai struktur. Keuntungan struktur ini ialah ringan, ekonomis dan dapat membentang luas. Aksi struktur membran dapat ditingkatkan daya tariknya dengan tarikan sebelum pembebanan. Sebagai contoh payung dari kain. Dengan mengadakan pratarik pada kain yang kemudian dikuncinya dengan alat apitan, rusuk-rusuk baja membuka dan mendukungnya dengan dibantu oleh batang-batang tekan yang duduk pada tangkai payung. Kain tertarik dan memberi bentuk lengkungan yang cocok untuk menahan beban. Membran kain payung dapat menerima tekanan dari luar dan dalam. Skelet dari rusuk-rusuk baja menerima tarikan dari kain dan memperkuat seluruh permukaan bidang terhadap tekanan angin.
2.4 Struktur Pneumatik Membran dapat diberi pra tegang dengan tekanan dari sebelah dalam apabila menutup suatu volume atau sejumlah volume yang terpecah-pecah. Dengan cara ini tersusunlah struktur pneumatik. Embran mudah menjadi bengkok dan dapat mudah ditekan oleh gas atau udara. Dalam tyeori, membran tanpa pra tegang dapat membentangi ruangan yang besar sekali dengan tekanan udara yang mengimbangi beratnya sendiri dari membran yang mengambang. Dalam praktek,
membran perlu diberi prategang supaya menjadi stabil terhadap pembebanan yang tak simetris dan yang dinamis. Stabilitas bentuk konstruksi ini dikendalikan oleh 2 faktor. Kesatu : tekanan pada tiap titik dari membran yang menyebabkan tegangan tarik harus cukup untuk menahan semua kondisi pembebanan dan untuk menjaga agar tidak terdapat tegangan tekan pada membaran. Kedua : tegangan membran pada setiap titik dengan kondisi pembebanan harus lebih kecil daripada tegangan yang diperkenankan pada bahan. Bentu struktur pneumatik adalah karakteristik merupakan lengkungan dua arah dari lengkungan sinplastik. Bentuk dengan lengkungan searah dan lingkungan anti klasik tidak mungkin digunakan . Lengkungan kubah adalah bentu yang cocok untuk struktur membran pneumatik, karena dapat menutupu ruangan dan dapat ditekan oleh udara yang besarnya atau kecepatannya sama kesemua arah. Tegangan membran dalam bola atau dalam kubah tergantung pada tekanan udara dari dalam dan garis radius, yakni o = ½ . p .r (p = tekanan udara, r = radius kubah ).
2.5 Struktur Cangkang Cangkang adalah bentuk struktural berdimensi tiga yang kaku dan tipis serta mempunyai permukaan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai bentuk sembarang. Bentuk yang umum adalah permukaan yang berasal dari Kurva yang diputar terhadap 1 sumbu (misalnya, permukaan bola, elips, kerucut, dan parabola),
Permukaan translasional yang dibentuk dengan menggeserkan kurva bidang di atas kurva bidang lainnya, (misalnya permukaan bola eliptik dan silindris) Permukaan yang dibentuk dengan menggeserkan 2 ujung segmen garis pada 2 kurva bidang (misalnya permukaan bentuk hiperbolik parabolid dan konoid) Dan berbagai bentuk yang merupakan kombinasi dari yang sudah disebutkan di atas. Bentuk cangkang tidak harus selalu memenuhi persamaan matematis sederhana. Segala bentuk cangkang mungkin saja digunakan untuk suatu struktur. Bagaimanapun, tinjauan konstruksional mungkin akan membatasi hal ini. Beban-beban yang bekerja pada 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 tahan Momen yang berarti Struktur cangkang tipis khusunya cocok digunakan untuk memikul beban merata pada atap gedung. Struktur ini tidak cocok untuk memikul beban terpusat. Struktur cangkang selalu memerlukan penggunaan cincin tarik pada tumpuannya. Sebagai akibat cara elemen struktur ini memikul beban dalam bidang (terutama dengan cara tarik dan tekan), struktur cangkang dapat sangat tipis dan mempunyai bentang yang relatif besar. Perbandingan bentang tebal sebesar 400 – 500 saja digunakan (misalnya tebal 3 in. (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 yang didesain khusus untuk membuat permukaan cangkang. Bentuk-bentuk 3 dimensional lain, misalnya kubah
pasangan (bata), mempunyai ketebalan lebih besar, dan tidak dapat dikelompokkan struktur yang hanya memikul tegangan dalam bidang karena, pada struktur tebal seperti ini, momen lentur sudah mulai dominan. Bentuk 3 dimensional juga dibuat dari batang-batang kaku dan pendek. Struktur seperti ini pada hakikatnya adalah struktur cangkang karena perilaku strukturalnya 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. Kubah Schewedler, yang terdiri atas jaring-jaring batang bersendi tak teratur, misalnya, diperkenalkan pertama kali oleh Schwedler di Berlin pada tahun 1863, pada saat ia mendesain kubah dengan bentang 132 ft (48 m). Struktur baru lainnya adalah menggunakan batang-batang yang diletakkan pada kurva yang dibentuk oleh garis membujur dan melintang dari suatu permukaan putar. Banyak kubah besar di dunia ini yang menggunakan cara demikian. Untuk menghindari kesulitan konstruksi yang ditimbulkan dari penggunaan batang-batang yang berbeda dalam membentuk permukaan cangkang, kita dapat menggunakan cara-cara lain yang menggunakan batang-batang yang panjangnya sama. Salah satu diantaranya adalah kubah geodesik yang diperkenalkan oleh Buckminster Fuller. Karena permukaan bola tidak dapat dibuat, maka banyaknya pola berulang identik yang akan dipakai untuk membuat bagian dari permukaan bola itu akan terbatas. Icosohedron bola, misalnya, terdiri atas 20 segitiga yang dibentuk dengan menghubungkan lingkaran-lingkaran besar yang mengelilingi bola. Tinjauan geometris demikian inilah yang digunakan oleh Fuller. Kita harus berhati-hati dalam menggunakan cara seperti ini karena sifat strukturnya dapat membingungkan.
Keuntungan struktural yang didapat tidak selalu lebih besar daripada bentuk kubah lainnya. Bentuk-bentuk lain yang bukan merupakan permukaan putaran juga dapat dibuat dengan menggunakan elemenelemen batang. Beberapa di antaranya adalah atap barrel berrib dan atap Lamella yang terbuat dari grid miring seperti pelengkung yang membentuk elemen-elemen diskrit. Bentuk yang disebut terakhir ini yang terbuat dari material kayu sangat banyak dijumpai, tetapi baja maupun beton bertulang juga dapat digunakan. Dengan sistem Lamella, kita dapat mempunyai bentangan yang sangat besar.
BAB III PROFIL BANGUNAN 3.1 Deskripsi Bangunan Teater Imax Keong Emas didirikan atas prakarsa Almarhumah Hj. lbu Tien Soeharto, dan mulai dioperasikan pada tanggal 20 April 1984 yang dimaksudkan sebagai sarana rekreasi yang mendidik guna memperkenalkan kekayaan alam dan budaya bangsa melalui tayangan film (audio-visual) layar raksasa dengan menggunakan kecanggihan teknologi sinematografi modem Proyektor IMAX dengan memutar film "Indonesia Indah". Dalam perkembangan selanjutnya pemutaran film di Teater Imax Keong Emas tidak hanya menampilkan film-film seri Indonesia Indah saja, namun. juga diselingi dengan memutar film-film import yang bernuansa pendidikan dengan tema-tema hiburan, ilmu pengetahuan dan teknologi, maupun tema-tema lingkungan hidup. Teater IMAX Keong Emas menempati area tanah seluas 4,4 ha dan dapat menampung sekitar 1.000 pengunjung. Karena kemegahangedung dan perangkat teknologinya, teater ini sering mendapatkan sejumlah penghargaan dari berbagai lembaga. Salah satu penghargaan yang diterima datang dari lembaga Guiness Book of Record yang menganugerahi teater ini karena dianggap telah memecahkan rekor layar terbesar untuk teater IMAX di seluruh dunia dan meraih Sertifikat Museum Rekor Indonesia (Muri), karena merupakan replika bangunan terbesar di Indonesia. 3.2 Lokasi Teater Imax Keong Mas berada di Daerah Khusus Ibukota Jakarta tepatnya di Jakarta timur yaitu di areal TMII jalan raya
taman mini pintu 1 Kelurahan Ceger, Cipayung Jakarta Timur 13820, arah sebelah selatan Plaza Tugu Api Pancasila. 3.3 Data Teknis Arsitek bangunan ini diantaranya : O
Dpl. Ing. Eddy W Utoyo, IAI ,
O
Ir. Timmy Setiawan, IAI ,
O
Ir. Frangky Du Ville, IAI ,
O
Ir. Djoeachir, IAI dan
O
Ir. Iman Sudibyo, IAI.
A hli struktur bangunan : Ir. Paul Retika, M.Sc.
BAB IV ANALISA STRUKTUR 4.1 Latar Belakang Bangunan Dibangun pada tahun 1982 di area Taman Mini Indonesia Indah (TMII) Jakarta Timur, teater IMAX Keong Emas telah menjadi simbol TMII sampai saat ini. Teater IMAX Keong Mas secara resmi dibuka pada tanggal 20 April 1984 oleh Ibu Tien Soeharto. Teater Imax Keong Mas adalah satu-satunya teater IMAX terbesar di Indonesia yang bangunannya dibuat menyerupai bentuk sebuah keong raksasa. Pada mulanya, teater ini bertujuan sebagai sarana rekreasi yang mendidik guna memperkenalkan kekayaan alam dan budaya bangsa melalui tayangan film (audio-visual) layar raksasa dengan menggunakan kecanggihan teknologi sinematografi modem proyektor IMAX melalui pemutaran film “Indonesia Indah”. 4.2 Pondasi Teater Keong Emas menggunakan pondasi tiang pancang dari beton prategang yang ditancapkan sampai kedalaman rata-rata 18 m dan dihubungkan oleh ring, sehingga sangat cocok untuk menahan gempa.
4.3 Analisa Jenis Struktur yang Digunakan Teater Imax Keong Emas mengaplikasikan atap berstruktur Cangkang yakni bentuk structural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang mempunyai permukaan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai sembarang bentuk. Bentuk yang paling umum adalah permukaan yang berasal dari kurva yang diputar terhadap satu sumbu (misalnya, permukaan bola, elips,kerucut, dan parabola). O
STRUKTUR RONGGA BAGIAN DALAM
Sedangkan bangunan bagian dalam menggunakan sistem struktur shell yang merupakan kubah beton terbesar di Indonesia dengan diameter 46 m dan ketebalan 20 cm untuk bagian bawah serta 15 cm untuk bagian atasnya. Pembukaan dari struktur cangkang ini disanggah oleh busur-busur beton secara tiga dimensi.
Sistem struktur kanopi kubah menggunakan sistem struktur shell hiperbolis parabola dengan konstruksi beton tekan tiga dimensi yang menggunakan rib baja tarik serta pengisi bidang kaca khusus. Pada bagian depan lobi terdapat kanopi dari baja dan kaca yang diikatkan pada struktur shell kurva tunggal tersebut. Pada bagian lobi terdapat beberapa kolom penopang yang berfungsi untuk menopang bagian shell yang tidak menyentuh tanah sehingga gaya-gaya dari beban statis maupun dinamis dapat tetap disalurkan ke tanah.
4.4 Analisa Struktur Atap Bangunan teater Keong Mas TMII memiliki tiga macam sistem struktur shell pembentuk bangunannya. Ketiga macam sistem struktur shell tersebut meliputi, struktur shell rotasi (rotasional surface shell), struktur shell hiperbolis parabola (hyperbolic paraboloid shell) dan struktur shell kurva tunggal (single curved shell).
Struktur shell rotasi digunakan pada bagian utama bangunan yaitu ruang menonton teater, struktur shell hiperbolis parabola digunakan pada bagian kanopi ruang utama, sedangkan struktur shell kurva tunggal digunakan pada bagian lobi bangunan.
O
Material
Material yang digunakan untuk menyusun struktur shell merupakan material beton bertulang yang dibentuk menyerupai busur. Terdapat kolom penopang tambahan serta balok-balok penyambung kolom pada teater utama sebagai penopang ruang mesin, ruang proyektor dan pintu masuk.
O
PEMBEBANAN
Pada shell, gaya-gaya dalam bidang mereditional diakibatkan oleh beban penuh
yang
berarah
Pada shell, tekanan yang diberikan oleh gaya-gaya melingkar tidak menyebabkan timbulnya momen lentur dalam arah meredional. Dengan demikian cangkang dapat memikul variasi beban cukup dengan tegangan-tegangan bidang. Variasi pola beban yang ada, bagaimanapun, harus merupakan transisi perlahan( perubahan halus dari kondisi beban penuh kekondisi sebagian agar momen lentur tidak timbul).
TES PEMBEBANAN TOTAL Kekokohan dan kekuatan struktur bangunan keong mas ini sudah pernah diuji dengan beban berupa kumpulan batu sebesar 300 ton yang diletakkan pada bagian atap struktur shell rotasi dan lengkungan yang terjadi hanya sebesar 3 mm. Uji Kestabilan dan kekakuan struktur bangunan teater keong mas ini juga diuji melalui uji gaya lateral. Struktur bangunan didorong dengan beban sebesar 400 kg dan tidak mengalami pergeseran sedikit pun.
4.5 Prinsip Penyaluran Gaya Gaya Meridional, berasal dari berat itu sendiri yang kemudian gaya itu disalurkan melalui tulangan baja kekolom penyangga. Gaya meredional yang bekerja pada atap diatasi dengan mempertebal permukaannya.
BAB V KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA Ariestadi, Dian, 2008, Teknik Struktur Bangunan Jilid 2 untuk SMK, Jakarta : Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, h. 181 – 193. Structure ; Daniel Schodek http://rachmat-arsitektur.blogspot.com/2011/02/pengantarstruktur-bentang-lebar.html
LAMPIRAN
