82461096 Pengantar Struktur Bentang Lebar
PENGANTAR STRUKTUR BENTANG LEBAR
1. PENGERTIAN STRUKTUR DAN KONSTRUKSI
Sebelum mengenal lebih jauh tentang struktur bentang lebar, perlu dipahami dulu kata-kata
yang suka nongkrong didepannya, yaitu struktur dan konstruksi. Dua kata ini merupakan hal
sederhana, tapi sering harus diulang buat menghindari kesalahpahaman penggunaan kata.
Dalam suatu bangunan:
Struktur merupakan sarana untuk menyalurkan beban akibat penggunaan dan atau
kehadiran bangunan dalam tanah. Struktur juga dapat didefinisikan sebagai suatu entitas
fisik yang memiliki difat keseluruhan yang dapat dipahami sebagai suatu organisasi unsurunsur pokok yang ditempatkan dalam suatu ruangan yang didalamnya karakter
keseluruhan itu mendominasi interelasi bagian-bagiannya (Shodek, 1998:3). Struktur
merupakan bagian bangunan yang menyalurkan beban-beban (Macdonals, 2001:1).
Struktur dianggap sebagai alat untuk mewujudkan gaya-gaya ekstren menjadi mekanisme
pemikulan beban intern untuk menopang dan memperkuat suatu konsep arsitektural
(Snyder & Catanese, 1989:259).
Konstruksi adalah pembuatan atau rancang bangun serta penyusunan bangunannya.
Ervianto :2009, menjelaskan bahwa konstruksi merupakan suatu kegiatan mengolah
sumber daya proyek menjadi suatu hasil kegiatan yang berupa bangunan.
Dalam artian sederhananya struktur adalah susunannya dan konstruksi adalah penyusunan dari
susunan-susunan, sehingga dari pengertian tersebut dapat diambil suatu kesimpulan bahwa
konstruksi mencakup secara keseluruhan bangunan dan bagian terkecil atau detailnya disebut
struktur. Penafsiran yang lebih luas tentang struktur adalah yang didalamnya alat-alat penopang
dan metode-metode konstruksi dianggap sebagai factor intrinsic dan penentu bentuk dalam
proses perancangan bangunan (Snyder & Catanese, 1989:359). Berdasarkan buku Sistem Bentuk
Struktur Bangunan (Frick, 1998:28), struktur dan konstruksi dibedakan berdasarkan fungsinya
sebagai berikut:
Fungsi konstruksi, mendayagunakan konstruksi dalam hubungannya dengan daya
tahan, masa pakai terhadap gaya-gaya dan tuntutan fisik lainnya.
Struktur: menentukan aturan yang mendayagunakan hubungan antara konstruksi dan
bentuk. Struktur berpengaruh pada teknik dan estetika. Pada teknik, struktur
berpengaruh pada kekukuhan gedung terhadap pengaruh luar maupun bebannya
sendiri yang dapat mengakibatkan perubahan bentuk atau robohnya bangunan.
Sedangkan estetika dilihat dari segi keindahan gedung secara integral dan kualitas
arsitektural.
2.
DEFINISI STRUKTUR BENTANG LEBAR
Bangunan bentang lebar merupakan bangunan yang memungkinkan penggunaan ruang bebas
kolom yang selebar dan sepanjang mungkin. Bangunan bentang lebar biasanya digolongkan secara
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 system struktur bentang lebar.
3. GUNA FUNGSI BANGUNAN BENTANG LEBAR
Berdasarkan gambar-gambar diatas, bangunan bentang lebar dipergunakan untuk kegiatan-kegiatan
yang membutuhkan ruang bebas kolom yang cukupp besar, seperti untuk kegiatan olahraga berupa
gedung stadion, pertunjukkan berupa auditorium, dan kegiatan pameran atau gedung exhibition.
4. TINGKAT KERUMITAN, MASALAH DAN TEKNIK PEMECAHAN MASALAH DALAM BANGUNAN
BENTANG LEBAR, DAN STRUKTUR YANG DIGUNAKAN PADA BANGUNAN BENTANG LEBAR.
Struktur bentang lebar memiliki tingkat kerumitan yang berbeda dengan yang lainnya. Kerumitan
yang timbul dipengaruhi oleh gaya yang terjadi pada struktur tersebut dan beberapa hal lain yang
berbeda. Dalam Shodek,1998, struktur bentang lebar dibagi kedalam 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) dan
struktur rangka ruang.
b. Struktur permukaan bidang, terdiri atas:
Struktur Lipatan
Struktur Cangkang
Membran dan Struktur Membran
Struktur Pneumatik
c. Struktur kabel dan jaringan
5. STRUKTUR DAN KONSTRUKSI DITINJAU DARI SEGI ISLAM
Struktur dan konstruksi merupakan suatu bagian dari ilmu arsitektur dengan fungsi seperti yang
dikemukakan sebelumnya sebagai pendukung pencapaian bentuk dalam arsitektur. Sebagai sebuah
ilmu, merupakan suatu hal yang penting untuk mempelajari dan mendalaminya. Dalam Al-Alaq ayat
1, Allah memerintahkan kita untuk membaca. Ayat ini sudah ditafsirkan dengan berbagai versi yang
intinya satu, untuk terus belajar di dalam hidup. Penguasaan struktur dan konstruksi sangat penting,
mengingat peranannya sebagai penentu kekuatan bangunan. Bangunan yang lemah, dapat menjadi
musibah bagi penghuni yang ada di dalamnya. Apalagi mengingat bentang lebar dengan perkiraan
minimal orang yang diwadahi sekitar 2000 orang. Belajar ilmu struktur bentang lebar berarti belajar
untuk menghargai hidup orang lain. Bangunan yang kokoh akan memberikan ketenangan bagi orang
yang berada di dalamnya.
Dengan penguasaan ilmu struktur dan konstruksi, manusia bisa lebih berhemat dan tidak menjadi
mubatsir dalam pengaplikasian system struktur dan konstruksinya, guna pemenuhan target
kearsitekturalannya. Penguasaan struktur dan konstruksi akan sangat menduukung surat AsySyu’araa ayat 128 untuk tidak bermain-main (bermewah-mewah) mendirikan bangunan di tanah
tinggi. Selain itu, menjadikan orang untuk tidak takabur. Dalam bentuk struktur, ada strukturu kabel
yang dapat membuat rumah seperti rumah laba-laba. Perumpamaan orang-orang mengambil
pelindung-pelindung selain Allah adalah seperti laba-laba yang membuat rumah. Dan sesungguhnya
yang paling lemah adalah rumah laba-laba kalai mereka mengetahui (Al-Ankabuut 41). Adanya
peringatan ini membuat manusia, atau si arsitek tetap sadar bahwa bagaimanapun kuatnya struktur
yang dibuat, semua tetap bergantung pada kekuasaan Allah SWT.
STRUKTUR RANGKA BATANG
Rangka batang adalah susunan elemen-elemen linier yang membentuk segitiga atau kombinasi
segitiga sehingga menjadi bentuk rangka yang tidak pernah dapat berubah bentuk bila diberi beban
eksternal tanpa adanya perubahan bentuk pada satu atau lebih batangnya. Setiap elemen tersebut
dianggap tergabung pada titik hubungannya dengan sambungans endi. Sedangkan batang-batang
tersebut dihubungkan sedemikian rupa sehingga semua beban dan reaksi hanya terjadi pada titik
hubung.
A. PRINSIP UMUM RANGKA BATANG
a. Prinsip Dasar Triangulasi
Prinsip utama yang mendasari penggunaan rangka batangs ebagai struktur pemikul beban
adalah penyusunan elemen menjadi konfigurasi segitiga yang menghasilkan bentuk stabil.
Pada bentuk segiempat atau bujursangkar, bila struktur tersebut diberi beban, makaa akan
terjadi deformasi massif dan menjadikan struktur stabil. Bila struktur ini diberi beban, maka
akan membentuk suatu mekanisme runtuh (collapse). 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.
Pada struktur stabil.. setiap deformasi yang terjadi relative 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 sua batangnya
berubah sangat besar.
Pada struktur stabil, gaya eksternal menyebabkan timbulnya gaya pada batang-batangnya,
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
vertical, pada batang tepi atas umumnya timbul gaya tekan, dan pada teppi bawah
umumnya tibul gaya tarik. Gaya tarik atau tekan ini dapat timbul pada setiap batang dan
mungkin terjadi pola berganti-ganti antara tarik dan tekan.
Penekanan pada prinsip struktur rangka batang adalah bahwa struktur hanya dibebani
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 kesinambungan . 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. Metode untuk menggambarkan gaya-gaya pada rangka batang kompleks
memang garus dianalisis secara matematis agar diperoleh hasil yang benar.
B. ANALISA RANGKA BATANG
a. Stabilitas
Langkah pertama pada alnalisis rangka batang adalah menentukan apakah rangka batang
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 titik-titik
hubungannya.
Penting untuk menentukan apakah konfigurasi batang stabil atau t idak. 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
batang bidang, digunakan persamaan yang menghubungakn banyaknya titik hubungan pada
rangka batang dengan banyaknya batang yang dieprlukan untuk pencapaian kestabilan.
Aspek lain dalam stabilitas adalah bahwa konfigurasi batang dapat digunakan untuk
menstabilkan struktur terhadap beban lateral.tinjauan stabilitas sejauh ini beranggapan
bahwa semua elemen rangka batang dapat memikul gaya tarik dan tekan dengan sama
baiknya. Elemen kabel tidal dapat memenuhi asumsi ini karena kabel melengkung bila
dibebani gaya tekan. Ketika pembebanan dating 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 diberi kabel digunakan system
kabel silang, dimana satu kabel memikul seluruh gaya horizontal 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 daris etiap struktur harus berada dalam kondisi seimbang. Gaya-gaya batang yang
ebkerja pada titik hubung rangka batang pada semua bagian struktur berada dalam
keseimbangan.
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 digunakaan
untuk analisa rangka batang adalah sebagai berikut:
Keseimbangan Titik Hubung pada Rangka Batang
Pada analisa rangka batangd engan metode titik hubung (joint), rangka batang
dianggaps ebagai 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 dalamkeseimbangan. Dengan demikian,
bagiaan 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 danmerupakan dasar
untuk analisis dan desain rangka batang dan struktur lainnya. Perbedaan antara
kedua metode tersebut adalah dalam peninjauan keseimbangan rotasinya. 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 vertical 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
arahannya 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:
ERM = M
d. Rangka Batang Statis Tak Tentu
Rangka batang statis tak tentu ini tidap dapat dianalisis hanya dengan menggunakan
persamaan keseimbangan statika karena kelebihan banyaknya tumpuan atau banyaknya
batang yang menjadi variable. Pada struktur statis tak tentu, keseimbangan translasional
dan rotasional 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, ada elemen kabel yang berguna hanya untuk
memikul gaya tarik. Secara fisik, elemen ini biasanya berupa batang baja berpenampang
kecil atau kabel terjalin. Elemen ini tidak mampu memikul beban tekan, tetapi sering
digunakan bila hasil analisis diketahui sering memikul beban tarik. Elemen yang hanya
memikul beban tarik dapat mempunyai penampang melintang yang jauh lebih kecil
disbanding 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 actual sedemikian rupa sehingga
ujung-ujung batang tidak bebas berotasi, maka momen lentur local 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 hubunga 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 hubungan yang kaku biasanya tidak akan mempengaruhi
pembentukan akhir dari rangka batang.
C. 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 structural biasa digunakan dan diwujudkan dalan suatu prosedur
desain, yaitu untuk meminimumkan jumlah bahan yang digunakan dalam rangka batang
untuk memikul pembebanan pada bentang yang ditentukan. Tinggi rangka batang
merupakan variable penting dalan meminimumkan persyaratan volume material, dan
mempengaruhi desain elemennya.
2) Efisiensi Pelaksanaan (Konstruksi)
Alternative 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 titikk hubung menjadi
lebih mudah dibandingkan bila batang-batang yang digunakan berbeda.
b. Konfigurasi
Konfigurasi eksternal selalu berubah-ubah, begitu pula pola internalnya. Konfigurasikonfigurasi ini dipengaruhi oleh factor eksternal, tinjauan structural maupun konstruksi.
Masing-masing konfigurasi mempunyai tujuan yang berbeda. Beberapa hal yang menjadi
bahasan penting dalam konfigurasi rangka batang adalah:
1) Factor eksternal, factor yang bukan menjadi hal utama dalam menentukan konfigurasi
rangka batang. Namun factor ini dapat mempengaruhi bentuk-bentuk yang terjadi.
2) Bentuk-bentuk dasar, ditinjau dari segi structural 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 dikedua ujung dan semakin mengecil ke tengah.
3) Rangka Batang Sejajar, rangka batang dengan batang tepi sejajar, menahan momen
eksternal terutama oleh batang-batang tepi atas dan bawah. Gaya geser eksternal akan
dipikul oleh batang diagonal karena batang-batang tepi berarah horizontal dan tidak
mempunyai kontribusi dalam menahan gaya arah vertical. Gaya-gaya pada diagonal
umumnya bervariasi mengikuti variasi gaya geser dan pada akhirnya menentukan
desain batang.
4) Rangka batang Funicular, rangka yang batangnya dibentuk secara funicular
menunjukkan bahwa secara konsep, batang nol dapat dihilangkan hingga terbentuk
konfigurasi bukan segitiga tanpa mengubah kemampuan struktur dalam memikul beban
rencana. Batang-batang tertentu yang tersusun disepanjang garis bentuk funicular
untuk pembebanan yang ada merupakan transfer beban eksterna. Ke tumpuan. Batangbatang lain adalah batang nol yang terutama berfungsi sebagai brancing. Tinggi relative
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 relative tinggi terhadap bentangnya merupakan bentuk yang efisien dibandingkan
dengan rangka batang yang relative tidak tinggi. Sudut-sudut yang dibentuk oleh batang
diagonal dengan garis horizontal pada umumnya berkisar antara 300-600 dimana sudut 45°
biasanya merupakan sudut ideal.
d. Masalah-Masalah pada Desain Elemen
Beberapa permasalahan yang umumnya timbul pada desain elemen menyangkut factorfaktor 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 dan batang tekan. Untuk batang tekan, harus
diperhitungkan 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 relative pendek, maka tekuk bukan merupakan masalah sehingga luas penampang
melintang hanya bergantung langsung pada besar gaya yang terlibat dan tegangan 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 dikombinaiskan dengan bagian-bagian kecil sebagai tambahan luas
penampang yang hanya dipakai pada segmen-segmen yang memerlukan.
4) Pengaruuh tekuk terhadap pola, ketergantungan kapasitas pikul beban suatu batang
tekan pada panjangnya serta tujuan desain agar batang tekan tersebut relative lebih
pendek seringkali mempengaruhi pola segitiga yang digunakan.
5) Pengaruh tekuk lateral pada desain batang dan susunan batang, jika rangka berdiri
bebas, 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 Bidan 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 disbandingkan dengan sederetan rangka batangruang (tiga dimensi).
Sebaliknya, konfigurasi tiga dimensi seringkali terbukti lebih efisien dibandingkan beberapa
rangka batang yang digunakan untuk membentuk system dua arah. Tangka 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)
Sumber:
Ariestadi, Dian, 2008, Teknik Struktur Bangunan Jilid 2 untuk SMK, Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen
Pendidikan Nasional, h. 181-193.
STRUKTUR KABEL
Struktur kabel adalah sebuah system struktur yang bekerja berdasarkan
prinsip gaya tarik, terdiri atas kabel baja, sendi, batang, dan lain sebagainya
yang menyanggah sebuah penutup yang menjamin tertutupnya sebuah
bangunan. Prinsip konstruksi kabel sudah dikenal sejak zaman dahulu pada
jembatan gantung dimana 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.
Struktur kabel memiliki karakteristik dasar structural dan perilaku struktur
yang sama dengan struktur pelengkung. Namun kedua jenis struktur itu berbeda dalam jenis struktur.
Kabel yang mengalami beban eksternal tentu akan mengalami deformasi yang bergantung pada besar
dan lokasi beban eksternal. Bentuk yang didapat khusus untuk beban itu ialah bentuk funicular (sebutan
funicular berasal dari bahasa Latin yang berartii “tali”). Hanya gaya tarik yang dapat timbul pada kabel.
Dengan membalik bentuk struktur yang diperoleh tadi, kita akan mendapat struktur baru yang benarbenar analog dengan struktur kabel, hanya sekarang gaya yang dialami adalah gaya tekan. Secara teoritis,
bentuk yang terakhir ini dapat diperoleh dengan menumpuk elemen-elemen yang dihubungkan secara
tidak kaku (rantai tekan) dan struktur yang diperoleh akan stabil. Akan tetapi, sedikit variasi pada beban
akan berarti bahwa strukturnya tidak lagi merupakan bentuk funicular sehingga akan timbul momen
lentur dan gaya geser akibat beban yang baru ini. Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan
pada struktur tersebut sebagai akibat dari hubungan antara elemen-elemen yang tidak kaku, tidak dapat
memikul momen lentur. Karena bentuk struktur tarik dan tekan yang disbeutkan diatas mempunyai
hubungan dengan tali tergantung yang dibebani, maka kedua jenis struktur disebut sebagai struktur
funicular.
Banyak bangunan yang menggunakan struktur funicular, sebagai contoh jembatan gantung yang semua
ada di Cina, India, dan Amerika
Selatan adalah struktur funicular
tarik. Ada struktur jembatan kuno
menggunakan tali, ada juga yang
menggunakan bamboo. Di Cina ada
jembatan yang menggunakan
rantai, yang dibangun sekitar abad
pertama SM. Struktur kabel juga
banyak digunakan pada gedung,
misalnya struktur kabel yang
menggunakan tali. Struktur ini
dipakai sebagai atap amfiteater Romawi yang dibangun sekitar tahun 70SM.
Sekalipun kabel telah lama digunakan, pengertian teoritisnya masih belum lama dikembangkan. Di
Eropa, jembatan gantung masih belum lama digunakan meskipun structural rantai tergantung telah
pernah dibangun di Alpen Swiss pada tahun 1218. Teori mengenai struktur ini pertama kali
dikembangkan pada tahun 1595, yaitu sejak Fausto Veranzio menerbitkan gambar jembatan gantung.
Selanjutnya pada tahun 1741 dibangun jembatan rantai di Durham Country, Inggris. Jembatan ini
mungkin merupakan jembatan gantung pertama di Eropa.
Titik balik penting dalam evolusi jembatan gantung terjadi pada awal abad ke-19 di Amerika, yaitu pada
saat James Findley mengembangkan jembatan gantung yang dapat memikul beban lalu lintas. Findley
membangun jembatannya untuk pertama kali pada tahun 1810 di Jacobs Creek, Uniontown,
Pennsylvania dengan menggunakan rantai besi fleksibel. Inovasi Findley bukanlah kabelnya, melainkan
penggunaan dek jembatan yang diperkaku yang pengkakuannya diperoleh dengan menggunakan rangka
batang kayu. Penggunaan dek kaku ini dapat mencegah kabel penumpuannya berubah bentuk sehingga
bentuk permukaan jalan juga tidak berubah. Dengan inovasi ini dimulailah penggunaan jembatan
gantung modern.
Inovasi Findley dilanjutkan oleh Thomas Telford di Inggris dengan mendesain jembatan yang melintasi
selat Menai di Wales (1818-1826). Louis Navier, ahli matematika Prancis yang amat terkenal, membahas
karya Findley dengan menulis buku mengenai jembatan gantung, Rapport et Memoire sur les Ponts
Suspends, yang diterbitkan pada tahun 1823. Navier dalam bukunya sangat menghargai karya Findley
dalam hal pengenalan dek jembatan kaku.
Segera setelah inovasi Findley, banyak jembatan gantung terkenal lainnya dibangun, misalnya Clifton di
Inggris (oleh Isombard Brunei) dan jembatan Brooklyn (oleh John Roebling). Banyak pula jembatan
modern yang dibangun setelah itu, misalnya yang membentangi Selat Messina dengan bentang tengah
sekitar 5000 ft (1525 m) dan jembatan Verazano-Narrows yang bentang tengahnya 4260 ft (1300m).
Penggunaan kabel pada gedung tidak begitu cepat karena pada saat itu belum ada kebutuhan akan
bentang yang sangat besar. Meskipun James Bogardus telah memasukkan proposal kepada Crystal Palace
pada New York Exhibition pada tahun 1853, yang mengusulkan atap gedung berbentuk lingkaran dari
besi tuang berdiameter 700 ft (213m) digantung dari rantai yang memancar dan ditanam pada menara
pusat, struktur paviliyun pada pameran Nijny-Novgorod yang didesain oleh V. Shookhov pada tahun 1896
dianggap sebagai awal mulanya aplikasi kabel pada gedung modern. Struktur-struktur yang dibangun
berikutnya adalah paviliyun lokomotif pada Chicago World’s Fair pada tahun 1933 dan Livestock Judging
Pavilion yang dibangun di Raleigh, North Carolina pada sekitar tahun 1950, sejak itu sangat banyak
dibangun gedung yang menggunakan struktur kabel.
A. 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.
B. Sistem Stabilisasi
Beberapa system 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 homogeny sehingga diperoleh beban yang
terdistribusi merata.
2) Pengaku busur dengan arah berlawanan (inverted arch), stabilisasi dengan pengaku busur
atau kabel ini berusaha mencapai bentuk yang kaku dengan menambah jumlah kabel
sehingga kemudian menghasilkan suatu jarring-jaring (cable net structure)
3) Penggunaan batang-batang pembentang (spreader), stabilisasi ini menggunakan batangbatang tekan sebagai pemisah antara dua kabel sehingga menambah tarikan internal
didalam kabel.
4) Penambahan/pengangkuran ke pondasi (ground anchorage), system ini hanya berlaku bagi
kabel karena adanya gaya-gaya tarik 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.
C. Keuntungan dan kelemahan Struktur Kabel
Keuntungan:
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 system lain
4) Memberikan efisiensi ruang lebih besar
5) Memiliki factor keamanan terhadap api lebih baik dibandingkan struktur tradisional yang
sering runtuh oleh pembengkokan elemen tekan dibawah temperature tinggi. Kabel baja
lebih dapat menjaga konstruksi dari temperature tinggi dalam jangka waktu lebih panjang
sehingga mengurangi resiko kehancuran
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:
Pembebanan yang berbahaya untuk struktur kabel adalah getaran. Struktur ini dapat bertahan
dengan sempurna terhadap gaya tarik dan tidak mempunyai kemantapan yang disebabkan oleh
pembengkokan, tetapi struktur dapat bergetar dan dapat mengakibatkan robohnya bangunan.
STRUKTUR MEMBRAN
Membrane adalah suatu lembaran bahan tipis sekali dan hanya dapat menahan gaya tarik murni. Soap
film adalah membrane yang paling tipis, kira-kira 0,25mm yang dapat membentang lebar. Suatu struktur
membrane dapat bertahan dalam dua dimensi, tidak dapat menerima tekan dan geser karena tipisnya
terhadap bentangan yang besar. Beban-beban yang dipikul mengakibatkan lendutan karena membrane
adalah bidang dua dimensi dank arena merupakan jala-jala yang saling membantu, maka bertambahlah
kapasitasnya.
Ada dua karakter dasar dari kemampuan membrane. Tegangan membrane terdiri atas tarik dan geser,
yang selalu ada dalam permukaan bidang membrane dan tidak tegak lurus diatas bidang itu. Aksi
membrane pada dasarnya tergantung dari karakteristik bentuk geometrinya, yaitu dari lengkungan dan
miringnya bidang membrane. Walaupun membrane tidak begitu stabil, dapat dicarikan jalan untuk
dimanfaatkan sebagai struktur. Keuntungan struktur ini ialah ringan, ekonomis, dan dapat membentang
luas. Aksri struktur membrane dapat ditingkatkan daya tariknya dengan tarikan sebelum pembebanan,
sebagai contoh paying dari kain.
Dengan mengadakan pratarik pada kain yang kemudian dikuncinya dnegan 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. Membrane
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.
Struktur pneumatic membrane dapat diberi prategang dengan tekanan dari sebelah dalam apabila
menutup suatu volume atau sejumlah volume yang terpecah-pecah. Dengan cara ini tersusunlah struktur
pneumatic. Membrane mudah menjadi bengkok dan dapat mudah ditekan oleh gas atau udara. Dalam
teori, membrane tanpa prategang dapat membentangi ruangan yang besar sekali dengan tekanan udara
yang mengimbangi beratnya sendiri dari membrane yang mengembang. Dalam praktek, membrane 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 membrane
yang menyebabkan tegangan tarik harus cukup untuk menahan semua kondisi pembebanan dan untuk
menjaga agar tidak terdapat tegangan tekan pada membrane. Kedua, tegangan membrane pada setiap
titik dengan kondisi pembebanan harus lebih kecil daripada tegangan yang diperkenankan pada bahan.
Bentuk struktur pneumatic adalah karakteristik merupakan lengkungan dua arah dari lengkungan
sinplastik. Bentuk dengan lengkungan searah dan lingkungan anti klasik tidak mungkin digunakan.
Lengkungan kubah adalah bentuk yang cocok untuk struktur membrane pneumatic, karena dapat
menutup ruangan dan dapat ditekan oleh udara yang besarnya atau kecepatannya sama kesemua arah.
Tegangan membrane dalam bola atau dalam kubah tergantung pada tekanan udara dari dalam dan garis
radius, yakni 0 = ½ pr (p= tekanan udara; r= radius kubah)
STRUKTUR CANGKANG
cangkang adalah bentuk struktur
berdimensi tiga yang kaku dan tipis serta
mempunyai
permukaan
lengkung.
Permukaan cangkang dapat mempunyai
bentuk sembarang. Bentuk yang umum
adalah permukaan yang berasal dari:
1. Kurva yang diputar terhadap 1
sumbu (misalnya permukaan
bola,
elips,
kerucut,
dan
parabola)
2.
Permukaan translasional yang
dibentuk dengan menggeserkan
kurva bidang di atas kurva bidang
lainnya (misalnya permukaan bola eliptik dan silindris)
3. Permukaan yang dibentuk dengan menggeserkan 2 ujung segmen pada 2 kurva bidang (misalnya
permukaan bentuk hiperbolik parabolid dan konoid)
4. Dan berbagai bentuk yang merupakan kombinasi dari yang sudah disebutkan diatas
Bentuk cangkan tidak harus selalu memenuhi persamaan matematis sederhana. Segala bentuk cangkang
mungkin saja digunakan untu suatu struktur. Bagaimanapun, tinjauan konstruksional mungkin akan
membatasi hal ini. Beban-beban bekerja pada cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan
tegangan geser, tarik, dan tekanan pada arah dalan bidang (in-plane) permukaan tersebut. Tipisnya
permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahan momen yang berarti struktur cangkang tipis
khususnya 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 relative besar. Perbandingan
bentang tebal sebesar 400-500 saja digunakan (misalnya tebal 3 in atau 8 cm mungkin saja digunakan
untuk kubah yang berbentang 100 sampai 125 ft atau 30 sampai 38m). cangkang setipis ini
menggunakan material yang relative 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 Schewedler di Berlin pada tahun 1863, pada saat ini mendesain kubah
dengan bentang 132 ft (48m). 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 didunia 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 geodesic yang diperkenalkan
oleh Buckminster Fuller. Karena permukaan bola tidak dapat dibuat, maka banyaknya pola berulang
identic 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 digunakanoleh Fuller. Kita harus berhatihati dalam menggunakan cara seperti ini karena sifat strukturnya dapat membingungkan. Keuntungan
structural yang didapat tidak selalu lebih besar daripada bentuk kubah lainnya.
Bentuk-bentuk lain yang bukan merupakan permukaan putaran juga dapat dibuat dengan menggunakan
elemen-elemen batang. Beberapa diantaranya adalah atap barrel ber-rib 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 system Lamella, kita dapat mempunyai bentangan yang sangat besar.
Daftar pustaka:
Structure; Daniel Schodek
1. PENGERTIAN STRUKTUR DAN KONSTRUKSI
Sebelum mengenal lebih jauh tentang struktur bentang lebar, perlu dipahami dulu kata-kata
yang suka nongkrong didepannya, yaitu struktur dan konstruksi. Dua kata ini merupakan hal
sederhana, tapi sering harus diulang buat menghindari kesalahpahaman penggunaan kata.
Dalam suatu bangunan:
Struktur merupakan sarana untuk menyalurkan beban akibat penggunaan dan atau
kehadiran bangunan dalam tanah. Struktur juga dapat didefinisikan sebagai suatu entitas
fisik yang memiliki difat keseluruhan yang dapat dipahami sebagai suatu organisasi unsurunsur pokok yang ditempatkan dalam suatu ruangan yang didalamnya karakter
keseluruhan itu mendominasi interelasi bagian-bagiannya (Shodek, 1998:3). Struktur
merupakan bagian bangunan yang menyalurkan beban-beban (Macdonals, 2001:1).
Struktur dianggap sebagai alat untuk mewujudkan gaya-gaya ekstren menjadi mekanisme
pemikulan beban intern untuk menopang dan memperkuat suatu konsep arsitektural
(Snyder & Catanese, 1989:259).
Konstruksi adalah pembuatan atau rancang bangun serta penyusunan bangunannya.
Ervianto :2009, menjelaskan bahwa konstruksi merupakan suatu kegiatan mengolah
sumber daya proyek menjadi suatu hasil kegiatan yang berupa bangunan.
Dalam artian sederhananya struktur adalah susunannya dan konstruksi adalah penyusunan dari
susunan-susunan, sehingga dari pengertian tersebut dapat diambil suatu kesimpulan bahwa
konstruksi mencakup secara keseluruhan bangunan dan bagian terkecil atau detailnya disebut
struktur. Penafsiran yang lebih luas tentang struktur adalah yang didalamnya alat-alat penopang
dan metode-metode konstruksi dianggap sebagai factor intrinsic dan penentu bentuk dalam
proses perancangan bangunan (Snyder & Catanese, 1989:359). Berdasarkan buku Sistem Bentuk
Struktur Bangunan (Frick, 1998:28), struktur dan konstruksi dibedakan berdasarkan fungsinya
sebagai berikut:
Fungsi konstruksi, mendayagunakan konstruksi dalam hubungannya dengan daya
tahan, masa pakai terhadap gaya-gaya dan tuntutan fisik lainnya.
Struktur: menentukan aturan yang mendayagunakan hubungan antara konstruksi dan
bentuk. Struktur berpengaruh pada teknik dan estetika. Pada teknik, struktur
berpengaruh pada kekukuhan gedung terhadap pengaruh luar maupun bebannya
sendiri yang dapat mengakibatkan perubahan bentuk atau robohnya bangunan.
Sedangkan estetika dilihat dari segi keindahan gedung secara integral dan kualitas
arsitektural.
2.
DEFINISI STRUKTUR BENTANG LEBAR
Bangunan bentang lebar merupakan bangunan yang memungkinkan penggunaan ruang bebas
kolom yang selebar dan sepanjang mungkin. Bangunan bentang lebar biasanya digolongkan secara
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 system struktur bentang lebar.
3. GUNA FUNGSI BANGUNAN BENTANG LEBAR
Berdasarkan gambar-gambar diatas, bangunan bentang lebar dipergunakan untuk kegiatan-kegiatan
yang membutuhkan ruang bebas kolom yang cukupp besar, seperti untuk kegiatan olahraga berupa
gedung stadion, pertunjukkan berupa auditorium, dan kegiatan pameran atau gedung exhibition.
4. TINGKAT KERUMITAN, MASALAH DAN TEKNIK PEMECAHAN MASALAH DALAM BANGUNAN
BENTANG LEBAR, DAN STRUKTUR YANG DIGUNAKAN PADA BANGUNAN BENTANG LEBAR.
Struktur bentang lebar memiliki tingkat kerumitan yang berbeda dengan yang lainnya. Kerumitan
yang timbul dipengaruhi oleh gaya yang terjadi pada struktur tersebut dan beberapa hal lain yang
berbeda. Dalam Shodek,1998, struktur bentang lebar dibagi kedalam 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) dan
struktur rangka ruang.
b. Struktur permukaan bidang, terdiri atas:
Struktur Lipatan
Struktur Cangkang
Membran dan Struktur Membran
Struktur Pneumatik
c. Struktur kabel dan jaringan
5. STRUKTUR DAN KONSTRUKSI DITINJAU DARI SEGI ISLAM
Struktur dan konstruksi merupakan suatu bagian dari ilmu arsitektur dengan fungsi seperti yang
dikemukakan sebelumnya sebagai pendukung pencapaian bentuk dalam arsitektur. Sebagai sebuah
ilmu, merupakan suatu hal yang penting untuk mempelajari dan mendalaminya. Dalam Al-Alaq ayat
1, Allah memerintahkan kita untuk membaca. Ayat ini sudah ditafsirkan dengan berbagai versi yang
intinya satu, untuk terus belajar di dalam hidup. Penguasaan struktur dan konstruksi sangat penting,
mengingat peranannya sebagai penentu kekuatan bangunan. Bangunan yang lemah, dapat menjadi
musibah bagi penghuni yang ada di dalamnya. Apalagi mengingat bentang lebar dengan perkiraan
minimal orang yang diwadahi sekitar 2000 orang. Belajar ilmu struktur bentang lebar berarti belajar
untuk menghargai hidup orang lain. Bangunan yang kokoh akan memberikan ketenangan bagi orang
yang berada di dalamnya.
Dengan penguasaan ilmu struktur dan konstruksi, manusia bisa lebih berhemat dan tidak menjadi
mubatsir dalam pengaplikasian system struktur dan konstruksinya, guna pemenuhan target
kearsitekturalannya. Penguasaan struktur dan konstruksi akan sangat menduukung surat AsySyu’araa ayat 128 untuk tidak bermain-main (bermewah-mewah) mendirikan bangunan di tanah
tinggi. Selain itu, menjadikan orang untuk tidak takabur. Dalam bentuk struktur, ada strukturu kabel
yang dapat membuat rumah seperti rumah laba-laba. Perumpamaan orang-orang mengambil
pelindung-pelindung selain Allah adalah seperti laba-laba yang membuat rumah. Dan sesungguhnya
yang paling lemah adalah rumah laba-laba kalai mereka mengetahui (Al-Ankabuut 41). Adanya
peringatan ini membuat manusia, atau si arsitek tetap sadar bahwa bagaimanapun kuatnya struktur
yang dibuat, semua tetap bergantung pada kekuasaan Allah SWT.
STRUKTUR RANGKA BATANG
Rangka batang adalah susunan elemen-elemen linier yang membentuk segitiga atau kombinasi
segitiga sehingga menjadi bentuk rangka yang tidak pernah dapat berubah bentuk bila diberi beban
eksternal tanpa adanya perubahan bentuk pada satu atau lebih batangnya. Setiap elemen tersebut
dianggap tergabung pada titik hubungannya dengan sambungans endi. Sedangkan batang-batang
tersebut dihubungkan sedemikian rupa sehingga semua beban dan reaksi hanya terjadi pada titik
hubung.
A. PRINSIP UMUM RANGKA BATANG
a. Prinsip Dasar Triangulasi
Prinsip utama yang mendasari penggunaan rangka batangs ebagai struktur pemikul beban
adalah penyusunan elemen menjadi konfigurasi segitiga yang menghasilkan bentuk stabil.
Pada bentuk segiempat atau bujursangkar, bila struktur tersebut diberi beban, makaa akan
terjadi deformasi massif dan menjadikan struktur stabil. Bila struktur ini diberi beban, maka
akan membentuk suatu mekanisme runtuh (collapse). 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.
Pada struktur stabil.. setiap deformasi yang terjadi relative 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 sua batangnya
berubah sangat besar.
Pada struktur stabil, gaya eksternal menyebabkan timbulnya gaya pada batang-batangnya,
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
vertical, pada batang tepi atas umumnya timbul gaya tekan, dan pada teppi bawah
umumnya tibul gaya tarik. Gaya tarik atau tekan ini dapat timbul pada setiap batang dan
mungkin terjadi pola berganti-ganti antara tarik dan tekan.
Penekanan pada prinsip struktur rangka batang adalah bahwa struktur hanya dibebani
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 kesinambungan . 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. Metode untuk menggambarkan gaya-gaya pada rangka batang kompleks
memang garus dianalisis secara matematis agar diperoleh hasil yang benar.
B. ANALISA RANGKA BATANG
a. Stabilitas
Langkah pertama pada alnalisis rangka batang adalah menentukan apakah rangka batang
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 titik-titik
hubungannya.
Penting untuk menentukan apakah konfigurasi batang stabil atau t idak. 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
batang bidang, digunakan persamaan yang menghubungakn banyaknya titik hubungan pada
rangka batang dengan banyaknya batang yang dieprlukan untuk pencapaian kestabilan.
Aspek lain dalam stabilitas adalah bahwa konfigurasi batang dapat digunakan untuk
menstabilkan struktur terhadap beban lateral.tinjauan stabilitas sejauh ini beranggapan
bahwa semua elemen rangka batang dapat memikul gaya tarik dan tekan dengan sama
baiknya. Elemen kabel tidal dapat memenuhi asumsi ini karena kabel melengkung bila
dibebani gaya tekan. Ketika pembebanan dating 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 diberi kabel digunakan system
kabel silang, dimana satu kabel memikul seluruh gaya horizontal 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 daris etiap struktur harus berada dalam kondisi seimbang. Gaya-gaya batang yang
ebkerja pada titik hubung rangka batang pada semua bagian struktur berada dalam
keseimbangan.
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 digunakaan
untuk analisa rangka batang adalah sebagai berikut:
Keseimbangan Titik Hubung pada Rangka Batang
Pada analisa rangka batangd engan metode titik hubung (joint), rangka batang
dianggaps ebagai 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 dalamkeseimbangan. Dengan demikian,
bagiaan 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 danmerupakan dasar
untuk analisis dan desain rangka batang dan struktur lainnya. Perbedaan antara
kedua metode tersebut adalah dalam peninjauan keseimbangan rotasinya. 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 vertical 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
arahannya 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:
ERM = M
d. Rangka Batang Statis Tak Tentu
Rangka batang statis tak tentu ini tidap dapat dianalisis hanya dengan menggunakan
persamaan keseimbangan statika karena kelebihan banyaknya tumpuan atau banyaknya
batang yang menjadi variable. Pada struktur statis tak tentu, keseimbangan translasional
dan rotasional 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, ada elemen kabel yang berguna hanya untuk
memikul gaya tarik. Secara fisik, elemen ini biasanya berupa batang baja berpenampang
kecil atau kabel terjalin. Elemen ini tidak mampu memikul beban tekan, tetapi sering
digunakan bila hasil analisis diketahui sering memikul beban tarik. Elemen yang hanya
memikul beban tarik dapat mempunyai penampang melintang yang jauh lebih kecil
disbanding 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 actual sedemikian rupa sehingga
ujung-ujung batang tidak bebas berotasi, maka momen lentur local 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 hubunga 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 hubungan yang kaku biasanya tidak akan mempengaruhi
pembentukan akhir dari rangka batang.
C. 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 structural biasa digunakan dan diwujudkan dalan suatu prosedur
desain, yaitu untuk meminimumkan jumlah bahan yang digunakan dalam rangka batang
untuk memikul pembebanan pada bentang yang ditentukan. Tinggi rangka batang
merupakan variable penting dalan meminimumkan persyaratan volume material, dan
mempengaruhi desain elemennya.
2) Efisiensi Pelaksanaan (Konstruksi)
Alternative 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 titikk hubung menjadi
lebih mudah dibandingkan bila batang-batang yang digunakan berbeda.
b. Konfigurasi
Konfigurasi eksternal selalu berubah-ubah, begitu pula pola internalnya. Konfigurasikonfigurasi ini dipengaruhi oleh factor eksternal, tinjauan structural maupun konstruksi.
Masing-masing konfigurasi mempunyai tujuan yang berbeda. Beberapa hal yang menjadi
bahasan penting dalam konfigurasi rangka batang adalah:
1) Factor eksternal, factor yang bukan menjadi hal utama dalam menentukan konfigurasi
rangka batang. Namun factor ini dapat mempengaruhi bentuk-bentuk yang terjadi.
2) Bentuk-bentuk dasar, ditinjau dari segi structural 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 dikedua ujung dan semakin mengecil ke tengah.
3) Rangka Batang Sejajar, rangka batang dengan batang tepi sejajar, menahan momen
eksternal terutama oleh batang-batang tepi atas dan bawah. Gaya geser eksternal akan
dipikul oleh batang diagonal karena batang-batang tepi berarah horizontal dan tidak
mempunyai kontribusi dalam menahan gaya arah vertical. Gaya-gaya pada diagonal
umumnya bervariasi mengikuti variasi gaya geser dan pada akhirnya menentukan
desain batang.
4) Rangka batang Funicular, rangka yang batangnya dibentuk secara funicular
menunjukkan bahwa secara konsep, batang nol dapat dihilangkan hingga terbentuk
konfigurasi bukan segitiga tanpa mengubah kemampuan struktur dalam memikul beban
rencana. Batang-batang tertentu yang tersusun disepanjang garis bentuk funicular
untuk pembebanan yang ada merupakan transfer beban eksterna. Ke tumpuan. Batangbatang lain adalah batang nol yang terutama berfungsi sebagai brancing. Tinggi relative
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 relative tinggi terhadap bentangnya merupakan bentuk yang efisien dibandingkan
dengan rangka batang yang relative tidak tinggi. Sudut-sudut yang dibentuk oleh batang
diagonal dengan garis horizontal pada umumnya berkisar antara 300-600 dimana sudut 45°
biasanya merupakan sudut ideal.
d. Masalah-Masalah pada Desain Elemen
Beberapa permasalahan yang umumnya timbul pada desain elemen menyangkut factorfaktor 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 dan batang tekan. Untuk batang tekan, harus
diperhitungkan 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 relative pendek, maka tekuk bukan merupakan masalah sehingga luas penampang
melintang hanya bergantung langsung pada besar gaya yang terlibat dan tegangan 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 dikombinaiskan dengan bagian-bagian kecil sebagai tambahan luas
penampang yang hanya dipakai pada segmen-segmen yang memerlukan.
4) Pengaruuh tekuk terhadap pola, ketergantungan kapasitas pikul beban suatu batang
tekan pada panjangnya serta tujuan desain agar batang tekan tersebut relative lebih
pendek seringkali mempengaruhi pola segitiga yang digunakan.
5) Pengaruh tekuk lateral pada desain batang dan susunan batang, jika rangka berdiri
bebas, 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 Bidan 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 disbandingkan dengan sederetan rangka batangruang (tiga dimensi).
Sebaliknya, konfigurasi tiga dimensi seringkali terbukti lebih efisien dibandingkan beberapa
rangka batang yang digunakan untuk membentuk system dua arah. Tangka 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)
Sumber:
Ariestadi, Dian, 2008, Teknik Struktur Bangunan Jilid 2 untuk SMK, Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen
Pendidikan Nasional, h. 181-193.
STRUKTUR KABEL
Struktur kabel adalah sebuah system struktur yang bekerja berdasarkan
prinsip gaya tarik, terdiri atas kabel baja, sendi, batang, dan lain sebagainya
yang menyanggah sebuah penutup yang menjamin tertutupnya sebuah
bangunan. Prinsip konstruksi kabel sudah dikenal sejak zaman dahulu pada
jembatan gantung dimana 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.
Struktur kabel memiliki karakteristik dasar structural dan perilaku struktur
yang sama dengan struktur pelengkung. Namun kedua jenis struktur itu berbeda dalam jenis struktur.
Kabel yang mengalami beban eksternal tentu akan mengalami deformasi yang bergantung pada besar
dan lokasi beban eksternal. Bentuk yang didapat khusus untuk beban itu ialah bentuk funicular (sebutan
funicular berasal dari bahasa Latin yang berartii “tali”). Hanya gaya tarik yang dapat timbul pada kabel.
Dengan membalik bentuk struktur yang diperoleh tadi, kita akan mendapat struktur baru yang benarbenar analog dengan struktur kabel, hanya sekarang gaya yang dialami adalah gaya tekan. Secara teoritis,
bentuk yang terakhir ini dapat diperoleh dengan menumpuk elemen-elemen yang dihubungkan secara
tidak kaku (rantai tekan) dan struktur yang diperoleh akan stabil. Akan tetapi, sedikit variasi pada beban
akan berarti bahwa strukturnya tidak lagi merupakan bentuk funicular sehingga akan timbul momen
lentur dan gaya geser akibat beban yang baru ini. Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan
pada struktur tersebut sebagai akibat dari hubungan antara elemen-elemen yang tidak kaku, tidak dapat
memikul momen lentur. Karena bentuk struktur tarik dan tekan yang disbeutkan diatas mempunyai
hubungan dengan tali tergantung yang dibebani, maka kedua jenis struktur disebut sebagai struktur
funicular.
Banyak bangunan yang menggunakan struktur funicular, sebagai contoh jembatan gantung yang semua
ada di Cina, India, dan Amerika
Selatan adalah struktur funicular
tarik. Ada struktur jembatan kuno
menggunakan tali, ada juga yang
menggunakan bamboo. Di Cina ada
jembatan yang menggunakan
rantai, yang dibangun sekitar abad
pertama SM. Struktur kabel juga
banyak digunakan pada gedung,
misalnya struktur kabel yang
menggunakan tali. Struktur ini
dipakai sebagai atap amfiteater Romawi yang dibangun sekitar tahun 70SM.
Sekalipun kabel telah lama digunakan, pengertian teoritisnya masih belum lama dikembangkan. Di
Eropa, jembatan gantung masih belum lama digunakan meskipun structural rantai tergantung telah
pernah dibangun di Alpen Swiss pada tahun 1218. Teori mengenai struktur ini pertama kali
dikembangkan pada tahun 1595, yaitu sejak Fausto Veranzio menerbitkan gambar jembatan gantung.
Selanjutnya pada tahun 1741 dibangun jembatan rantai di Durham Country, Inggris. Jembatan ini
mungkin merupakan jembatan gantung pertama di Eropa.
Titik balik penting dalam evolusi jembatan gantung terjadi pada awal abad ke-19 di Amerika, yaitu pada
saat James Findley mengembangkan jembatan gantung yang dapat memikul beban lalu lintas. Findley
membangun jembatannya untuk pertama kali pada tahun 1810 di Jacobs Creek, Uniontown,
Pennsylvania dengan menggunakan rantai besi fleksibel. Inovasi Findley bukanlah kabelnya, melainkan
penggunaan dek jembatan yang diperkaku yang pengkakuannya diperoleh dengan menggunakan rangka
batang kayu. Penggunaan dek kaku ini dapat mencegah kabel penumpuannya berubah bentuk sehingga
bentuk permukaan jalan juga tidak berubah. Dengan inovasi ini dimulailah penggunaan jembatan
gantung modern.
Inovasi Findley dilanjutkan oleh Thomas Telford di Inggris dengan mendesain jembatan yang melintasi
selat Menai di Wales (1818-1826). Louis Navier, ahli matematika Prancis yang amat terkenal, membahas
karya Findley dengan menulis buku mengenai jembatan gantung, Rapport et Memoire sur les Ponts
Suspends, yang diterbitkan pada tahun 1823. Navier dalam bukunya sangat menghargai karya Findley
dalam hal pengenalan dek jembatan kaku.
Segera setelah inovasi Findley, banyak jembatan gantung terkenal lainnya dibangun, misalnya Clifton di
Inggris (oleh Isombard Brunei) dan jembatan Brooklyn (oleh John Roebling). Banyak pula jembatan
modern yang dibangun setelah itu, misalnya yang membentangi Selat Messina dengan bentang tengah
sekitar 5000 ft (1525 m) dan jembatan Verazano-Narrows yang bentang tengahnya 4260 ft (1300m).
Penggunaan kabel pada gedung tidak begitu cepat karena pada saat itu belum ada kebutuhan akan
bentang yang sangat besar. Meskipun James Bogardus telah memasukkan proposal kepada Crystal Palace
pada New York Exhibition pada tahun 1853, yang mengusulkan atap gedung berbentuk lingkaran dari
besi tuang berdiameter 700 ft (213m) digantung dari rantai yang memancar dan ditanam pada menara
pusat, struktur paviliyun pada pameran Nijny-Novgorod yang didesain oleh V. Shookhov pada tahun 1896
dianggap sebagai awal mulanya aplikasi kabel pada gedung modern. Struktur-struktur yang dibangun
berikutnya adalah paviliyun lokomotif pada Chicago World’s Fair pada tahun 1933 dan Livestock Judging
Pavilion yang dibangun di Raleigh, North Carolina pada sekitar tahun 1950, sejak itu sangat banyak
dibangun gedung yang menggunakan struktur kabel.
A. 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.
B. Sistem Stabilisasi
Beberapa system 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 homogeny sehingga diperoleh beban yang
terdistribusi merata.
2) Pengaku busur dengan arah berlawanan (inverted arch), stabilisasi dengan pengaku busur
atau kabel ini berusaha mencapai bentuk yang kaku dengan menambah jumlah kabel
sehingga kemudian menghasilkan suatu jarring-jaring (cable net structure)
3) Penggunaan batang-batang pembentang (spreader), stabilisasi ini menggunakan batangbatang tekan sebagai pemisah antara dua kabel sehingga menambah tarikan internal
didalam kabel.
4) Penambahan/pengangkuran ke pondasi (ground anchorage), system ini hanya berlaku bagi
kabel karena adanya gaya-gaya tarik 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.
C. Keuntungan dan kelemahan Struktur Kabel
Keuntungan:
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 system lain
4) Memberikan efisiensi ruang lebih besar
5) Memiliki factor keamanan terhadap api lebih baik dibandingkan struktur tradisional yang
sering runtuh oleh pembengkokan elemen tekan dibawah temperature tinggi. Kabel baja
lebih dapat menjaga konstruksi dari temperature tinggi dalam jangka waktu lebih panjang
sehingga mengurangi resiko kehancuran
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:
Pembebanan yang berbahaya untuk struktur kabel adalah getaran. Struktur ini dapat bertahan
dengan sempurna terhadap gaya tarik dan tidak mempunyai kemantapan yang disebabkan oleh
pembengkokan, tetapi struktur dapat bergetar dan dapat mengakibatkan robohnya bangunan.
STRUKTUR MEMBRAN
Membrane adalah suatu lembaran bahan tipis sekali dan hanya dapat menahan gaya tarik murni. Soap
film adalah membrane yang paling tipis, kira-kira 0,25mm yang dapat membentang lebar. Suatu struktur
membrane dapat bertahan dalam dua dimensi, tidak dapat menerima tekan dan geser karena tipisnya
terhadap bentangan yang besar. Beban-beban yang dipikul mengakibatkan lendutan karena membrane
adalah bidang dua dimensi dank arena merupakan jala-jala yang saling membantu, maka bertambahlah
kapasitasnya.
Ada dua karakter dasar dari kemampuan membrane. Tegangan membrane terdiri atas tarik dan geser,
yang selalu ada dalam permukaan bidang membrane dan tidak tegak lurus diatas bidang itu. Aksi
membrane pada dasarnya tergantung dari karakteristik bentuk geometrinya, yaitu dari lengkungan dan
miringnya bidang membrane. Walaupun membrane tidak begitu stabil, dapat dicarikan jalan untuk
dimanfaatkan sebagai struktur. Keuntungan struktur ini ialah ringan, ekonomis, dan dapat membentang
luas. Aksri struktur membrane dapat ditingkatkan daya tariknya dengan tarikan sebelum pembebanan,
sebagai contoh paying dari kain.
Dengan mengadakan pratarik pada kain yang kemudian dikuncinya dnegan 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. Membrane
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.
Struktur pneumatic membrane dapat diberi prategang dengan tekanan dari sebelah dalam apabila
menutup suatu volume atau sejumlah volume yang terpecah-pecah. Dengan cara ini tersusunlah struktur
pneumatic. Membrane mudah menjadi bengkok dan dapat mudah ditekan oleh gas atau udara. Dalam
teori, membrane tanpa prategang dapat membentangi ruangan yang besar sekali dengan tekanan udara
yang mengimbangi beratnya sendiri dari membrane yang mengembang. Dalam praktek, membrane 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 membrane
yang menyebabkan tegangan tarik harus cukup untuk menahan semua kondisi pembebanan dan untuk
menjaga agar tidak terdapat tegangan tekan pada membrane. Kedua, tegangan membrane pada setiap
titik dengan kondisi pembebanan harus lebih kecil daripada tegangan yang diperkenankan pada bahan.
Bentuk struktur pneumatic adalah karakteristik merupakan lengkungan dua arah dari lengkungan
sinplastik. Bentuk dengan lengkungan searah dan lingkungan anti klasik tidak mungkin digunakan.
Lengkungan kubah adalah bentuk yang cocok untuk struktur membrane pneumatic, karena dapat
menutup ruangan dan dapat ditekan oleh udara yang besarnya atau kecepatannya sama kesemua arah.
Tegangan membrane dalam bola atau dalam kubah tergantung pada tekanan udara dari dalam dan garis
radius, yakni 0 = ½ pr (p= tekanan udara; r= radius kubah)
STRUKTUR CANGKANG
cangkang adalah bentuk struktur
berdimensi tiga yang kaku dan tipis serta
mempunyai
permukaan
lengkung.
Permukaan cangkang dapat mempunyai
bentuk sembarang. Bentuk yang umum
adalah permukaan yang berasal dari:
1. Kurva yang diputar terhadap 1
sumbu (misalnya permukaan
bola,
elips,
kerucut,
dan
parabola)
2.
Permukaan translasional yang
dibentuk dengan menggeserkan
kurva bidang di atas kurva bidang
lainnya (misalnya permukaan bola eliptik dan silindris)
3. Permukaan yang dibentuk dengan menggeserkan 2 ujung segmen pada 2 kurva bidang (misalnya
permukaan bentuk hiperbolik parabolid dan konoid)
4. Dan berbagai bentuk yang merupakan kombinasi dari yang sudah disebutkan diatas
Bentuk cangkan tidak harus selalu memenuhi persamaan matematis sederhana. Segala bentuk cangkang
mungkin saja digunakan untu suatu struktur. Bagaimanapun, tinjauan konstruksional mungkin akan
membatasi hal ini. Beban-beban bekerja pada cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan
tegangan geser, tarik, dan tekanan pada arah dalan bidang (in-plane) permukaan tersebut. Tipisnya
permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahan momen yang berarti struktur cangkang tipis
khususnya 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 relative besar. Perbandingan
bentang tebal sebesar 400-500 saja digunakan (misalnya tebal 3 in atau 8 cm mungkin saja digunakan
untuk kubah yang berbentang 100 sampai 125 ft atau 30 sampai 38m). cangkang setipis ini
menggunakan material yang relative 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 Schewedler di Berlin pada tahun 1863, pada saat ini mendesain kubah
dengan bentang 132 ft (48m). 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 didunia 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 geodesic yang diperkenalkan
oleh Buckminster Fuller. Karena permukaan bola tidak dapat dibuat, maka banyaknya pola berulang
identic 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 digunakanoleh Fuller. Kita harus berhatihati dalam menggunakan cara seperti ini karena sifat strukturnya dapat membingungkan. Keuntungan
structural yang didapat tidak selalu lebih besar daripada bentuk kubah lainnya.
Bentuk-bentuk lain yang bukan merupakan permukaan putaran juga dapat dibuat dengan menggunakan
elemen-elemen batang. Beberapa diantaranya adalah atap barrel ber-rib 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 system Lamella, kita dapat mempunyai bentangan yang sangat besar.
Daftar pustaka:
Structure; Daniel Schodek