STRUKTUR BENTANGAN LEBAR

Transkripsi

1 STRUKTUR BENTANGAN LEBAR Sebelum mengenal lebih jauh struktur bentang lebar, perlu dipahami dulu kata-kata yang selalu mengikut di depannya, yaitu kata Struktur dan konstruksi. Dua kata ini merupakan hal sederhana, namun sering harus diulang untuk menghindari kesalahpahaman penggunaan kata. Dalam suatu bangunan, struktur merupakan sarana untuk menyalurkan beban dan akibat penggunaan dan atau kehadiran bangunan ke dalam tanah. Struktur juga dapat didefinisikan sebagai suatu entitas fisik yang memiliki sifat keseluruhan yang dapat dipahami sebagai suatu organisasi unsur-unsur pokok yang ditempatkan dalam suatu ruang yang didalamnya karakter keseluruhan itu mendominasi interelasi bagian-bagiannya( Shodek, 1998:3). Struktur merupakan bagian bangunan yang menyalurkan beban-beban (Macdonald, 2001:1). Struktur dianggap sebagai alat untuk mewujudkan gayagaya ekstern menjadi mekanisme pemikulan beban intern untuk menopang dan memperkuat suatu konsep arsitektural.sedangkan konstruksi adalah pembuatan atau rancang bangun serta penyusunannya bangunan. Ervianto, 2002: 9, 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 sustu kesimpulan bahwa konsruksi mencakup secara keseluruhan bangunan dan bagian terkecil atau detail dari tersebut adalah struktur. Penafsiran yang lebih luas tentang struktur adalah yang didalamnya alat-alat penopang dan metode-metode konstruksi dianggap sebagai faktor intrinsik 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:

2 Fungsi konstruksi: mendayagunakan konstruksi dalam hubungannya dengan daya tahan, masa pakai terhadap gayagaya 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 bnagunan. Sedangkan estetika dilihat dari segi keindahan gedung secara intergral dan kualitas arsitektural. A. Pengertian Struktur Bentangan Lebar 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. B. Contoh Bentangan Lebar 1

3 Guna dan bangunan lebar. fungsi bentang Berdasarkan gambar-gambar di atas, bangunan bentang lebar dipergunakan untuk kegiatan-kegiatan 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 dipengaruhi oleh gaya yang terjadi pada struktur tersebut. Dalam Schodek 1998, struktur bentang lebar dibagi ke dalam beberapa sistem struktur yaitu : 1. Struktur Rangka Batang dan Rangka Ruang. 2

4 2. Struktur Furnicular, yaitu kabel dan pelengkung 3. Struktur Plan dan Grid 4. Struktur Membran meliputi Pneumatik dan struktur tent (tenda) dan net (jarring) 5. Struktur Cangkang STRUKTUR RANGKA BATANG DAN RANGKA RUANG Struktur rangka batang adalah susunan elemen-elemen linier yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga, sehingga menjadi bentuk rangka yang tidak dapat berubah bentuk apabila diberi beban eksternal tanpa adanya perubahan bentuk pada satu atau lebih pada batangnya. Setiap elemen tersebut secara umum dianggap tergabung pada titik hubungnya dengan sambungan sendi. Batang-batang disusun sedemikian rupa sehingga semua beban dan reaksi hanya terjadi pada titik hubung tersebut. Prinsip utama yang mendasari penggunaan rangka batang sebagai struktur pemikul beban adalah penyusunan elemen menjadi konfigurasi segitiga yang menghasilkan bentuk stabil. 3

5 Setiap deformasi yang terjadi pada struktur stabil relatif kecil dan dikaitkan dengan perubahan panjang batang yang diakibatkan oleh gaya yang timbul di dalam batang sebagai akibat dari gaya eksternal. Kerangka ruang ( space frame) adalah tiga dimensi yang mencakup sistem diikat dalam dua arah dimana anggota berada dalam ketegangan atau kompresi saja. Sedangkan istilah bingkai mengacu pada struktur dengan sambungan kaku, istilah space frame seperti yang sering digunakan meliputi koneksi terjepit dan kaku. sebagian besar terdiri dari kerangka ruang identik, modul berulang, dengan sejajar lapisan atas dan bawah (yang sesuai dengan akord truss). Sementara ruang geometri frame bisa sangat beragam (Pearce, 1978; Borrego, 1968), ada yang setengah oktahedron (empat sisi piramida) dan tetrahedron ( tiga sisi piramida ) modul polyhedral digunakan secara luas untuk bangunan (gambar 5.1). Meskipun sering digunakan untuk menutupi ruang besar dengan atap datar horizontal, rangka ruang disesuaikan untuk berbagai konfigurasi, termasuk dinding dan atap miring serta melengkung. Kedalaman kerangka ruang serendah 3 persen bentangan dimungkinkan, namun kedalaman yang paling ekonomis adalah sekitar 5 persen dari bentangan atau 11 persen dari rentang penopang. Ukuran modul yang paling ekonomis adalah antara 7 dan 14 persen dari rentang waktu, dengan mempertimbangkan bahwa jumlah anggota (dan biaya tenaga kerja) akan naik secara dramatis sebagai ukuran modul berkurang (Gugliotta, 1980). Kedalaman Space frame kurang dari sistem yang sebanding gulungan (yang mencakup arah utama) dan purlins (balok atau gulungan kecil yang membentang ke arah yang berlawanan). Bahkan dengan kelebihan ini, kegagalan beberapa bingkai ruang spektakuler telah terjadi. 300 ft (90 mx 110 m) bingkai ruang atap pusat perkantoran Hartford (1972; Hartford, CT; Vincent kling, arsitek: faroli, blum, dan yeselman, insinyur struktur) semakin runtuh. Dimulai dengan perimeter tekuk dari anggota yang di sini tidak cukup silang menguatkan (retribusi dan Salvadori, 1992). 4

6 Secara historis, ruang multilayer bingkai berevolusi langsung keluar dari pesawat gulungan dari abad kesembilan belas. Tahun 1881). Foppl Agustus menerbitkan risalah ruang bingkai, yang membentuk dasar bagi Gustave Eiffel's analis untuk menara paris (meskipun sebenarnya menara Eiffel terdiri dari pesawat majelis gulungan). Allexander graham bel secara luas diakui sebagai penemu bingkai ruang dan mencuci sibuk dengan bentuk tetrahedral untuk memperoleh kekuatan dengan minimum berat material sebagai bagian dari penelitian untuk mengembangkan struktur yang cocok untuk penerbangan. Ruang awal termasuk struktur kerangka layangan, penahan angin, dan sebuah menara (Schueller, 1996). Dua perkembangan penting dalam rangka ruang terjadi di awal 1940-an. pada tahun 1942, Charles Attwood develoved dan mempatenkan sistem unistrut, yang terdiri dari baja stamfed node (konektor) dan anggota (Wilson, 1987). Pada tahun 1943, sistem Mero pertama ditemukan dan diproduksi oleh Dr Ing. Max Mengeringhausen, terdiri dari pipa baja runcing member yang sekrup baja bulat bening (Borrego, 1968). Khususnya, sistem akan terus diproduksi hari ini. Karena susunan anggota kerangka ruang adalah tiga-dimensi, simpul yang bergabung secara inheren ini kompleks. Mencakup kecil, simpul dapat dicap keluar dari pelat baja dan berlari sampai ke ujung anggota. Anggota ini biasanya penampang persegi panjang dalam memfasilitasi lampiran penghiasan sederhana, langit lampu, kaca, dan komponen lainnya. 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 suatu sumbu (misalnya, permukaan bola, elips, kerucut dan parabola), permukaan translasional yang dibentuk menggeserkan kurva bidang di atas kurva bidang lainnya (misalnya permukaan parabola eliptik dan silindris), permukaan yang dibentuk dua ujung segmen garis pada dua kurva bidang (misalnya permukaan hiperbolik paraboloid dan konoid), dan berbagai bentuk yang 5

7 merupakan kombinasi dari yang telah 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. 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 atau 500 dapat saja digunakan [misalnya tebal 3 in. (8cm) 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 tiga dimensi lain, misalnya kubah pasangan (bata), mempunyai ketebalan lebih besar, dan tidak dapat dikelompokkan sebagai struktur tebal seperti ini, momen lentur sudah mulai dominan. Bentuk tiga dimensional juga dapat dibuat dari batang-batang kaku dan pendek. Struktur seperti ini pada hakekatnya 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 Schwedler, 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 benteng 132 ft (48 m). Struktur baru lainnya adalah menggunakan batang-batang yang diletakkan pada kurva yang dibentuk oleh garis membujur dan melintang dari satu permukaan putar. Banyak kubah besar di dunia ini yang menggunakan cara demikian. Pelengkung dengan tiga sendi dapat berupa struktur yang terdiri atas dua bagian kaku yang saling dihubungkan oleh sendi dan mempunyai tumpuan sendi. Apabila kedua segmen tidak membentuk funicular untuk satu kondisi beban, dan ini juga umum terjadi, sebutan pelengkung tentunya agak keliru. Meskipun demikian, sebutan pelengkung pada 6

8 struktur tiga sendi ini masih secara umum digunakan, baik untuk yang bentuknya funicular maupun yang tidak. Struktur pelengkung tiga sendi dikembangkan oleh rekayasawan Prancis dan Jerman pada pertengahan abad ke-19, khususnya untuk mengatasi kesulitan perhitungan pada jenis pelengkung sebelumnya (pelengkung jepit). Adanya sendi pada puncak dan fondasi struktur memungkinkan adanya gaya internal maupun gaya vertikal dihitung secara tepat sehingga bentuk funicular untuk setiap bagian dapat dengan tepat ditentukan. Secara sepintas dapat dikatakan (dengan analogi tali terdefleksi) bahwa struktur tersebut tidak secara funicular dibentuk. Dalam hal ini tidak ada akibat apapun. Perhatikan bahwa sifat hubungan di B adalah sedemikian rupa sehingga ujung segmen AB bebas berotasi apabila dibebani (gambar 1). Titik hubungan ini tidak mempunyai tahanan rotasi. Hal ini berarti bahwasegmen BC tidak berpartisipasi dalam menahan rotasi ujung AB. Ujung- ujung batang yang bertemu dititik hubung ini tidak dapat berotasi dengan bebas dan independen. Pelengkung dengan dua sendi lengkungan diatas dua landasan engsel adalah statis tidak tertentu satu gandu. Kedua reaksi landasan engsel diuraikan dalam dua komponen tegak lurus pada garis penghubung antara kedua landasan. Sejalan dengan perkembangan zaman, suatu seni arsitektur pun mengalami suatu perubahannya sendiri, mulai dari gaya pada kulit bangunan sampai pada strukturalnya. Dewasa ini banyak gaya yang mengekspos strukturalnya, mulai dari struktur lengkung, kabel sampai membrane atau yang biasa dikenal pneumatic structure. Dalam pembahasan ini kita akan membedah kasus tentang Pneumatic Structure. Pneumatic Structure merupakan salah satu sistem struktur yang termasuk dalam kelompok Soft Shell Structure yang memiliki ciri khas semua gaya yang terjadi pada membran-nya berupa gaya tarik. Pada Pneumatic, gaya tarik terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara di dalam struktur pneumatic dengan tekanan udara diluar struktur ini. Pneumatic Structure dibagi dalam dua kelompok besar yaitu Air Inslated 7

9 Structure dan Air Supported Structure. Dari kedua kelompok ini masingmasing dikembangkan dari sisi; olah bentuk yangbermacam-macam, fungsinya dalam sebuah bangunan, bahkan kini telah dikembangkan secara vertikal. Pneumatic Structure pada mulanya hanya dikembangkan sebagai bidang penutup atap dan untuk bangunan berbentang lebar, sekarang mulai dipikirkan untuk memikul beban lantai pada bangunan bertingkat sedang (Medium Rise Building). Mencermati perkembangan pneumatic structure sebagai sistem struktur yang memiliki bentuk dan sistem kerja yang khas ini, sangatlah menatik. Walaupun pengembangannya tidak secepat sistem struktur lain yang lebih sederhana, namun sistem struktur ini ternyata menarik perhatian untuk dikembangkan karena kekhasannya prinsip kerjanya dan bentuknya yang inovatif. Tujuan utama makalah ini adalah memperkenalkan struktur pneumatik sebagai salah satu altematif struktur non konvensional yang dapat digunakan di Indonesia untuk mengatasi masalah-masalah yang berkaitan dengan kecepatan membangun, kemudahan dalam transportasi dan harga yang bersaing, khususnya dal= kazanah struktur bentang lebar. Sistem Struktur yang ada pada akhir dasa warsa ini semakin menunjukkan perkembangan yang pesat. Sistem struktur yang inovatif menciptakan kekayaan desain bagi dunia arsitektur. Keragaman bentuk struktur tidak hanya pada sisi olah bentuknya saja, melainkan juga keragaman sistem bekerjanya struktur tersebut. Heino Engel dalam bukunya Structure Systems mengelompokkan struktur dalam 5 kelompok besar berdasarkan kesamaan cara bekerjanya dari masing-masing sistem struktur. Salah satu struktur yang unik untuk dicermati adalah Pneumatic Structure, karena sistem struktur ini memanfaatkan gaya tarik, namun berusaha menentang hukum alam dari bentuk struktur yang memanfaatkan gaya tarik ini. Semua struktur yang memanfaatkan gaya tarik akan membentuk bentuk dasar dan primer berupa garis lengkung atau parabola yang membuka ke atas. Hal ini disebabkan bahan dari struktur yang memanfaatkan gaya tarik adalah lentur dan lemas, 8

10 sehingga akan membuat garis lengkung atau parabola yang membuka ke atas. Hal ini disebabkan bahan dari struktur yang memanfaatkan gaya tarik adalah lentur dan lemas, sehingga akan membuat garis lengkung membuka ke atas (seperti kalung). Namun pneumatik ingin membentuk satu bentuk dasar berupa garis lengkung yang membuka ke bawah. Bentuk ini diilhami oleh bentuk shell, sedangkan shell banyak memanfaatkan gaya tekan. Sisi usaha membuat bentuk yang menentang hukum alam ini dilakukan dengan menciptakan semacam shell yang ditiup. Tekanan udara di dalam diterima olej membrane penutup dan bidang membrane ini menegang dan menderita gaya tarik. Maka tidak berlebihan jika ada yang mengelompokkan pneumatik ini dalam Soft Shell Structure. Tentunya bentuk struktur pneumatik ini banyak memiliki kelemahan yang terus menerus disempurnakan. Problem terbesar dari sistem ini adalah kebocoran udara yang ada didalamnya. Bahan pembuatnya diperbaiki terus dan diusahakan cara-cara penanggulangannya. Pada akhir-akhir ini pneumatik dikembangkan untuk menahan beban secara vertikal. Baik sebagai penerima beban langsung maupun tidak langsung. Perkembangan desain dari struktur pneumatik dapat dikatakan sangat cepat, walaupun secara sepintas merupakan sistem struktur yang kelihatan lemah, penuh resiko dan banyak kelemahannya, namun pengembangan fungsi dan bentuk terus diupayakan. Hal inilah yang menarik untuk dicermati dan diambil satu pengamatan yang mendalam untuk olah inovasi di bidang arsitektur. 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. struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban terutama melalui proses tegangan tarik. Struktur pneumatik adalah suatu sistem struktur yang memperoleh kestabilannya dari tekanan internal yang lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan eksternal. Media yang digunakan dapat bermacammacam, diantaranya zat cair, busa atau butiran. Namun yang paling 9

11 banyak digunakan adalah media udara. Prinsip ini berlaku seperti pada balon udara, dimana tekanan udara internal di dalam balon lebih tinggi dibandingkan tekanan udara di luarnya. Meskipun struktur- struktur yang tersusun atas batang-batang yang dihubungkan telah lama digunakan, tetapi mengenai keuntungan yang didapat dari batang linier yang digabung membentuk pola- pola segitiga belum lama ada. Struktur yang demikian disebut rangka batang. Rangka batang sederhana yang menggunakan beberapa batang sering dijumpai pada atap Namun setelah Andrea Palladio ( ) seorang arsitek Italia memberikan ilustrsi struktur batang berpola segitiga yang benar menunjukan bahwa ia memiliki pengetahuan tentang potensi dan cara struktur rangka batang memikul beban, setelah itu Rangka batang kadang-kadang digunakan pada gedung gedung setelah itu perkembangan sistem rangka batang berlanjut pada jembatan jembatan yang dipelopori oleh para ahli jembatan pada abad ke 19 yang mulai secara matematis mempelajari dan bereksperimen dengan rangka batang Struktur adl bagian bangunan yang berfungsi sebgai sarana untuk menyalurkan beban dari sebuah bangunan kedalam tanah. Struktur Rangka Batang adl struktur yang terdiri dari gabungan elemen batang yang disambung untuk membentuk geometric (pola segitiga) tertentu sedemikian sehingga apabila diberi beban pada titik buhul (titik pertemuan antara batang) maka struktur tersebut akan menyalurkan beban ketumpuan melalui gaya aksial (tarik atau tekan) pada batangbatangnya. 10

12 STRUKTURAL FUNICULAR KABEL DAN PELENGKUNG 1.1 PENGANTAR STRUKTUR FUNICULAR Ada jenis-jenis struktur yang telah banyak digunakan oleh perencana gedung yaitu struktur pelengkung dan struktur kabel menggantung. Kedua jenis struktur yang berbeda ini mempunyai karakteristik dasar struktural yang sama. Khususnya dalam hal perilaku strukturnya. Kabel yang mengalami beban eksternal tentu akan mengalami deformasi yang bergantung pada besar dan lokasi beban eksternal. Bentuk yang dapat khusus untuk beban itu ialah bentuk funicular (sebutan funicular berasal dari bahasa latin yang berarti tali ). Hanya gaya tarik yang dapat timbul pada kabel. Dengan membalik bentuk struktur yang diperoleh tadi, kita akan mendapat struktur baru yang 11

13 benar-benar analog dengan struktur kabel hanya gaya yang dialami adalah gaya tekan, bukan tarik. 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 dan tidak dapat memikul momen lentur. Karena bentuk struktur tarik dan tekan yang disebutkan di atas mempunyai hubungan dengan tali tergantung yang dibebani, maka kedua jenis struktur disebut sebagai struktur funicular. 1.2 PRINSIP-PRINSIP UMUM BENTUK FUNICULAR Hal penting yang mendasar dalam mempelajari pelengkung dan kabel ialah pengetahuan mengenai kurva atau kumpulan segmen elemenelemen garis lurus yang membentuk funicular untuk pembebanan yang diberikan. Secara alami bentuk funicular akan diperoleh apabila kabel yang bebas berubah bentuk, kita bebani. Kabel yang berpenampang melintang dan hanya memikul berat, dengan sendirinya akan mempunyai bentuk catenary. Kabel yang memikul beban vertikal yang terdistribusi secara horizontal di sepanjang kabel. Kabel yang memikul beban-beban terpusat (dengan mengabaikan berat sendirinya) akan mempunyai segmen-segmen garis lurus. Hanya ada satu bentuk struktur yang funicular untuk satu pembebanan yang diberikan. Akan tetapi, ada banyak kelompok struktur yang mempunyai bentuk umum sama untuk sembarang kondisi pembebanan. Sebagai contoh semua struktur dalam satu kelompok mempunyai bentuk sama, tetapi dimensi fisiknya berbeda. Di dalam satu kelompok, proporsi relatif dari semua bentuk identik. Contoh seperti ini dapat diperoleh secara mudah dengan menggunakan sederetan kabel 12

14 fleksibel yang berbeda panjangnya. Semuanya akan berdeformasi dengan cara serupa dengan aksi bebannya, tetapi besar aktual deformasi tersebut akan berbeda-beda. Besar gaya yang timbul pada pelengkung ataupun kabel tergantung pada tinggi relatif bentuk funicular dibandingkan dengan panjangnya. Selain itu, besarnya juga tergantung pada lokasi dan besar beban yang bekerja. Semakin tinggi pelengkung atau kabel, berarti semakin kecil gaya yang akan timbul pada struktur, begitu pula sebaliknya. Gaya reaksi yang timbul ujung-ujung pelengkung atau kabel juga tergantung pada parameter-parameter tersebut. Reaksi ujung mempunyai komponen vertikal dan horizontal yang harus ditahan oleh fondasi atau oleh elemen struktural lainnya, misalnya batang tarik. Pada struktur funicular, bentuk strukturnya selalu berubah tergantung pada beban eksternal. Apabila dibebani maka struktur tersebut akan tetap lurus. Bentuk funicular yang cocok untuk beban kontinu juga harus berubah secara kontinu. Dengan cara yang sama, apabila bentuk struktur berubah tanpa adanya perubahan beban, maka lentur akan terjadi. Dicatat bahwa apabila bentuk struktur funicular di gambar bersama dengan bentuk struktur aktual yang sedang ditinjau, maka besar deviasi struktur aktual dari bentuk funicular umumnya menunjukkan besar momen lentur pada struktur aktual. 1.3 ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR KABEL Pendahuluan Struktur kabel banyak digunakan pada gedung, misalnya struktur kabel yang menggunakan tali. Sekalipun kabel telah lama digunakan, pengertian teoritisnya masih belum lama dikembangkan. Teori mengenai struktur ini pertama kali dikembangkan pada tahun 1595, yaitu sejak Fauso Veranzio menerbitkan gambar jembatan gantung. Selanjutnya pada tahun 1741 dibangun jembatan rantai di Durhan County Inggris. Jembatan ini mungkin merupakan jembatan gantung pertama di Eropa. 13

15 Titik balik penting dalam evolusi jembatan gantung terjadi pada awal abad ke-19 di Amerika, yaitu pada saat James Findley membangun jembatannya untuk pertama kali pada tahun 1810 di Jacobs Creek. Banyak jembatan gantung terkenal, misalnya jembatan Clinton di Inggris (oleh Isombard Brunel) dan jembatan Brooklyn (oleh John Roebling). Banyak pula jembatan modern yang dibangun setelah itu. Penggunaan kabel pada gedung tidak begitu cepat karena pada saat itu belum ada kebutuhan akan bentang yang sangat besar. Shookhov pada tahun 1896 dianggap sebagai awal mulainya aplikasi kabel pada gedung modern. Struktur-struktur yang dibangun berikutnya adalah paviliun lokomotif pada Chicago World s Fair pada tahun 1933 dan Livestock Judging yang dibangun di Raleigh, North Carolina pada sekitar tahun Sejak itu sangat banyak dibangun gedung yang menggunakan struktural kabel Struktur Kabel Gantung Beban-beban Terpusat Reaksi-reaksi akan timbul pada tumpuan kabel agar keseluruhan kabel berada dalam keseimbangan. Kabel itu sendiri biasanya memberikan gaya pada tumpuan yang berarah ke dalam dan ke bawah. Gaya reaksi yang terjadi sama besar dan berlawanan arah dengan gaya tersebut. Biasanya tidak mungkin untuk menghitung reaksi ini secara langsung hanya dengan meninjau keseimbangan seluruh kabel. Gaya reaksi biasanya dinyatakan dalam komponen horizontal dan vertikal. Karena setiap reaksi mempunyai dua komponen, maka total anu ada empat, sementara hanya ada dua persamaan keseimbangan independen untuk mencarinya. Hal yang juga perlu ditentukan adalah geometri kabel secara akurat. Bentuk akurat dari kabel yang dibebani tergantung pada kondisi pembebanan yang ada dan tidak boleh ditentukan sembarang oleh perencana. Saat maksimum dapat saja ditentukan terlebih dahulu, bukan bentuk kabel itu sendiri. Mencari bentuk akurat dari kabel merupakan tujuan utama dalam prosedur analisis. 14

16 Gaya dalam elemen kabel selalu berupa tarik murni. Fungsi suatu struktur antara lain adalah pemikul momen dan gaya geser yang ditimbulkan oleh beban eksternal. Pada kabel maupun pelengkung funicular gaya geser eksternal pada setiap potongan diimbangi oleh gaya geser tahanan internal yang diberikan oleh komponen vertikal dari gaya aksial kabel atau pelengkung. Begitu pula halnya dengan momen lentur eksternal. Momen ini diimbangi oleh momen lentur tahan internal yang merupakan kopel dari komponen horizontal gaya aksial pada elemen struktur funicular dan reaksi horizontal. Gaya horizontal yang disebut terakhir ini dapat merupakan gaya pada fondasi atau gaya internal pada batang tarik atau tekan (apabila batang ini ada) pada struktur pelengkung atau kabel, berturut-turut Kabel Tergantung Beban-beban Terdistribusi Merata Kabel atau pelengkung yang memikul beban terbagi rata dapat dianalisis dengan menggunakan cara-cara yang telah disebutkan untuk beban terpusat. Akan tetapi karena bebannya berbeda, maka perlu ada modifikasi sedikit pada metode potongan dalam analisis akibat beban terbagi rata Persamaan Funicular Umum Dalam analisis kabel kita dapat menggunakan cara yang lebih umum daripada yang telah dijelaskan sebelum ini. Cara umum ini dapat diterapkan pada struktur yang lebih kompleks misalnya yang tidak dibebani secara sistematis atau tumpuan kabel tidak terletak pada level yang sama Panjang Kabel Panjang kabel dapat dihitung dengan meninjau ekspresi dasar bentuk kabel terdeformasi. Untuk kabel yang dibebani terbagi rata dan mempunyai titik tumpuan selevel, misalkan Ltotal adalah panjang total 15

17 kabel Lh adalah bentang dan h adalah sag maksimum. Panjang total kabel dapat dibuktikan mendekati nilai: h h h total Lh L h L L / 5 32 / Efek Angin Masalah kritis dalam desain setiap struktur atap yang menggunakan kabel adalah efek dinamis yang diakibatkkan oleh angin, yang tidak begitu berpengaruh kepada struktur pelengkung. Apabila angin bertiup di atas atap, akan timbul gaya isap. Apabila besar isapan akibat angin ini melampaui beban mati struktur atap itu sendiri, maka permukaan atap akan mulai naik. Pada saat atap mulai naik dan bentuknya menjadi sangat berubah, gaya di atas atap akan berubah karena besar dan distribusi gaya angin pada suatu benda tergantung pada bentuk benda tersebut. Karena gaya angin berubah, maka struktur fleksibel tersebut akan berubah bentuk lagi sebagai respons terhadap beban yang baru ini. Proses ini akan terus berulang terus. Atap tersebut tidak mempunyai bentuk yang tetap, tetapi akan bergerak, atau bergetar, selama angin ada. Cara yang lebih teliti untuk memahami efek angin adalah dengan mempelajari fenomena getaran pada kabel. Semua struktur gantungan (dan juga struktur-struktur lain) mempunyai frekuensi alami getaran apabila mengalami gaya eksternal. Apabila gaya dinamis eksternal yang bekerja pada struktur memiliki frekuensi dalam jangkauan frekuensi alamiah struktur tersebut, maka akan timbul getaran dimana pada keadaan tersebut frekuensi gaya pemaksa dan frekuensi alami struktur sama, kondisi yang disebut resonansi. Pada keadaan resonansi, struktur mengalami getaran yang sangat besar dan dapat menyebabkan kerusakan pad struktur. Frekuensi alami kabel gantung diberikan oleh, dengan L adalah panjang kabel, N adalah bilangan bulat, adalah beban per satuan panjang, T adalah gaya tarik kabel, dan g adalah percepatan gravitasi bumi. ω/g T L N n / 16

18 a. Tiupan angin di atas permukaan atap yang melendut menyebabkan terjadinya gaya isapan. Gayai isapan ini menyebabkan atap fleksibel cembung ke atas. b. Pada saat atap berubah bentuk sebagai akibat gaya isapan, efek angin terhadap bentuk baru menjadi gaya tekan (bukan isap). Hal ini menyebabkan atap bergerak ke bawah lagi. c. Pada saat atap bergerak ke atas dan ke bawah, efek angin adalah tekan dan isap secara bergantian. Sebagai akibatnya terjadi getaran konstan pada atap. Resonansi pada kabel akan terjadi apabila gaya pemaksa eksternal mempunyai frekuensi yang benar-benar sama dengan frekuensi alami kabel. Pada struktur kabel, frekuensi gaya angin sering kali dekat dengan frekuensi struktur kabel. Ada beberapa cara untuk mengatasi masalah getaran akibat gaya angin. Salah satunya adalah memperbesar beban mati pada atap, sehingga memperbesar gaya tarik kabel dan mengubah frekuensi alaminya. Cara lain dengan memberikan kabel guy sebagai angket pada titik-titik tertentu untuk mengikat struktur ke dalam tubuh tanah. Ada pula yang menggunakan kabel menyilang atau sistem kabel ganda. 1.4 DESAIN STRUKTUR KABEL Struktur kabel lebih tepat dikategorikan sebagai struktur gantungan (suspension structure) atau cable-stayed structure. Struktur gantungan umumnya dapat dibagi atas beberapa kelompok, yaitu (1) struktur berkelengkungan tunggal, yaitu yang dibuat dengan meletakkan kabelkabel sejajar, menggunakan permukaan yang dibentuk oleh balok-balok atau plat yang membentang di antara kabel-kabel; (2) struktur kelengkungan ganda, yaitu menggunakan kabel-kabel menyilang dan berkelengkungan saling berlawanan serta membentuk permukaan atap utama; dan (3) struktur kabel ganda, yaitu kabel ganda yang 17

19 berkelengkungan saling berlawanan digunakan pada satu bidang vertikal. Cable-stayed structure pada umumnya menggunakan elemen struktur vertikal atau miring dengan kabel lurus membentang ke titik-titik kritis, atau ke elemen struktur yang membentang secara horizontal Kabel Gantung Sederhana Prinsip-Prinsip Umum. Sistem kabel gantung dapat mempunyai bentang sangat besar. Untuk kondisi pembebanan dan bentang yang diberikan, masalah desain paling utama adalah penentuan proporsi geometri kabel yang dinyatakan dalam rasio (perbandingan) sag banding bentang. Gaya-gaya kabel, panjang, dan diameter tergantung pada rasio ini. Gaya-gaya pada struktur penutupan kabel, juga ukurannya, dipengaruhi rasio tersebut. Sistem kabel gantung sederhana peka terhadap getaran akibat angin, yang di masa silam telah menyebabkan gagalnya beberapa struktur kabel. SAG KABEL. Gaya-gaya kabel pada struktur, juga ukurannya, sangat tergantung pada besar sag (simpangan) atau tinggi relatif terhadap bentang struktur. Penentuan sag pada kabel atau tinggi pada pelengkung merupakan masalah optimisasi. Apabila hmaks bertambah, gaya pada kabel berkurang sehingga luas penampang yang diperlukan juga berkurang. Sekalipun demikian, sag atau peninggian selalu tergantung pada kandungan menyeluruh seperti kabel itu ketika digunakan (meliputi juga desain struktur penumpunya). Kebanyakan struktur tabel yang digunakan dalam gedung mempunyai perbandingan sag/bentang antara 1:8 dan 1 : 10. ELEMEN-ELEMEN PENUMPU. Selain kabel atap aktual, elemen struktural lain (misalnya masts, dan kabel guy) diperlukan untuk membuat struktur gedung. Pada desain elemen penumpu, kita dapat menggunakan fondasi yang langsung menyerap reaksi horizontal atau dengan menggunakan batang tekan tambahan yang memikul gaya tersebut. Meskipun desain fondasi yang dapat menyerap gaya vertikal dan horizontal merupakan 18

20 masalah yang tidak mudah, hal ini dapat dilakukan, tergantung pada kondisi tanah dan kondisi-kondisi fondasi lainnya. Penggunaan batang horizontal tidak banyak dilakukan karena panjangnya tak menumpu (unbraced) batang tersebut yang lebih memungkinkan terjadinya tekuk. Sebagai akibatnya ukuran batang tekan menjadi sangat besar sehingga penggunaannya menjadi tidak efisien Sistem Kabel Ganda Sistem kabel ganda adalah desain yang menarik dan merupakan jawaban atas kesulitan yang ada dalam mengontrol getaran akibat angin pada sistem kabel gantung sederhana. Suatu struktur kabel ganda umumnya terdiri atas dua pasang kabel struktur dan elemen tekan atau tarik yang berperan bersama dalam memikul gaya eksternal. Pada sistem cekung ganda, pemberian pratarik dilakukan dengan melalui kabel tieback. Pada sistem cembung, kabel atas dan bawah diberi pratarik secara internal. Frekuensi alami sistem kabel itu berkaitan dengan kombinasi setiap frekuensi kabel, dan nilainya lebih besar dari nilai setiap frekuensi. Apabila frekuensi kombinasi ini dapat dijadikan sedemikian besar dengan desain yang benar, maka akan timbul efek peredam yang dapat meredam getaran akibat angin tanpa terjadi bahaya sedikit pun pada sistem struktur Struktur Cable-Stayed Struktur cable-stayed adalah struktur yang mempunyai sederetan kabel linier dan memikul elemen horizontal kaku (misalnya balok atau rangka batang). Pada struktur cable-stayed, beban eksternal dipikul bersama oleh sistem kabel dan elemen primer yang membentang dan berfungsi sebagai balok atau rangka batang. Jumlah kabel yang digunakan tergantung pada ukuran dan kekakuan batang yang terbentang. Kabel dapat berjarak 19

21 dekat, sehingga balok atau rangka batang yang digunakan dapat berukuran relatif kecil. Atau, jarak antara kabel tersebut lebih jauh sehingga balok atau rangka batang yang lebih besar dan lebih kaku harus digunakan. Umumnya, struktur cable-stayed digunakan apabila bentang yang ada melebihi yang mungkin untuk pemakaian balok atau rangka batang dalam memikul berat sendiri. Pendekatan awal yang berguna untuk mendesain kabel dan sistem penyangga adalah dengan mengabaikan kekakuan balok atau rangka batang dan menganggap sistem kabel yang memikul seluruh beban. Sudut yang dibentuk antara kabel dan arah beban memegang peranan penting. Sudut yang dangkal perlu dihindari karena kabel tidak memberikan kekakuan yang cukup dalam memikul balok, dan gaya yang timbul dalam kabel akan menjadi sangat besar. 1.5 ANALISIS DAN DESAIN PELENGKUNG Pelengkung Bata Pelengkung mempunyai riwayat perkembangan sendiri. Pelengkung bata mendasarkan kemampuan pikul bebannya pada bentuk geometri yang lengkung, yang hanya menyebabkan terjadinya gaya tekan pada balok-balok yang berdekatan. Bata secara alami tidak mampu menahan tegangan tarik, yang pada akhirnya dapat menyebabkan retak mendadak dan ketidakstabilan pada seluruh struktur. Untuk mencapai keruntuhan pelengkung bata, perlu ada mekanisme runtuh yang terdiri atas lebih dari satu retak.perubahan bentuk secara nyata akan menyertai mekanisme runtuh tersebut. Banyak keruntuhan yang disebabkan oleh gerakan lateral pada dasar pelengkung yang dipengaruhi oleh gaya horizontal pada pelengkung. Analogi umum pelengkung adalah kabel terbalik yang berarti struktur pelengkung tersebut adalah kabel terbaik. Akan tetapi bentuk pelengkung bata jarang yang benar-benar mengikuti bentuk funicularnya. Tentu saja, pelengkung bata setengah lingkaran bukan parabolik. Hal ini akan menyebabkan terjadinya lentur beserta perubahan bentuk pada 20

22 struktur dan pada gilirannya menimbulkan tegangan tarik, dan akhirnya retak. Beban utama pada pelengkung bata umumnya berupa berat bata itu sendiri. Beban tak biasa pada pelengkung,dapat menyebabkan lentur yang membahayakan. Pembebanan seperti ini harus dihindari, kecuali apabila pelengkung tersebut memang didesain secara khusus untuk memikulnya Pelengkung Kaku Parabolik: Beban Terdistribusi Merata Dengan adanya bahan baja dan beton bertulang, kekakuan elemen bahan tersebut memungkinkan adanya pelengkung dengan bentuk yang beraneka ragam dan dapat memikul beban tak terduga tanpa runtuh. Pelengkung kaku modern sering dibentuk berdasarkan responsnya terhadap kondisi pembebanan dan memikul beban secara tekan apabila beban tersebut benar-benar bekerja. Pelengkung kaku sangat berbeda dengan kabel fleksibel. Untuk kondisi beban terdistribusi merata, bentuk pelengkung kaku idealnya adalah parabolik. Jenis kondisi tumpuan yang ada (sendi atau jepit) juga sangat mempengaruhi besar lentur yang terjadi. Pelengkung jepit menimbulkan momen lentur di tumpuan yang relatif sulit dihitung besarnya Pelengkung Funicular: Beban Terpusat Bentuk eksak struktur funicular yang dapat memikul semua beban secara aksial tekan dapat ditentukan untuk kondisi pembebanan lain. Untuk sederetan beban terpusat, bentuk strukturnya dapat ditentukan dengan metode yang telah dibahas untuk mencari bentuk kabel. Tinggi maksimum ditentukan, dan tinggi tinggi lain sehubungan dengan beban beban lainnya dihitung berdasarkan efek rotasional pada potongan benda bebas terhadap sembarang titik pada lengkung sama dengan nol (karena tidak ada momen). 21

23 1.5.4 Pelengkung Tiga Sendi Cara mempelajari perilaku struktur pelengkung, sangat berguna untuk meninjau terlebih dahulu bentuk khusus jenis struktur tersebut, yaitu pelengkung tiga sendi. Struktur ini bisa dapat dan tidak bisa dapat berupa struktur funicular, tergantung pada bentuknya. Pelengkung dan kabel yang kita periksa sebelum semua diasumsikan berbentuk funicular. Karena tidak ada momen lentur internal, jumlah momen momen rotasional oleh gaya eksternal yang bekerja dan reaksi reaksi pada sembarang bagian batang (elemen) pada struktur berbentuk funicular harus total nol. Jika tidak berbentuk funicular, kondisi keseimbangan momen di bawah aksi gaya eksternal yang bekerja dan reaksi-reaksi hanya ada pada sendi-sendi di mana rotasi bebas dibolehkan terjadi. Contohnya adalah kasus dengan pelengkung tiga sendi. Pelengkung tiga sendi dapat berupa struktur yang terdiri atas dua bagian kaku yang saling dihubungkan oleh sendi dan mempunyai tumpuan sendi. Apabila kedua segmen tidak membentuk funicular untuk satu kondisi beban, dan ini juga memang umum terjadi. Sebutan pelengkung tentunya agak keliru. Meskipun demikian, sebutan pelengkung pada struktur tiga sendi ini masih secara umum digunakan, baik untuk yang bentuknya funicular maupun yang tidak Desain Struktur Pelengkung MASALAH BENTUK UMUM. Sebagaimana telah disebutkan ada hubungan yang erat antara bentuk struktur dan kondisi beban dan tumpuan apabila strukturnya berperilaku secara funicular (maksudnya memikul gaya internal tarik atau tekan saja). Apabila bentuk struktur berkaitan dengan bentuk funicular untuk pembebanan yang ada, tidak ada lentur signifikan yang tidak diinginkan pada batang. Suatu pelengkung yang memikul beban terdistribusi merata harus berbentuk parabolik apabila diinginkan untuk berperilaku secara funicular. Bentukbentuk lain untuk beban-beban lain juga dapat saja dicari. Hal ini tidak 22

24 berarti bahwa bentuk nonfunicular tidak dapat digunakan. Bentuk nonfunicular boleh saja digunakan dengan konsekuensi bahwa lentur terjadi dan ukuran serta bentuk elemen struktur harus diperbesar. MASALAH TIGA SENDI. Prinsip-prinsip yang disebutkan di atas berlaku untuk pelengkung tiga sendi juga. Sekalipun demikian, adalah berguna apabila kita memandang struktur ini dari sudut pandang yang sedikit berbeda dalam rangka mempelajari hal-hal yang ada di dalamnya. Bergantung pada beban yang bekerja, struktur itu dapat didesain untuk memikul momen lentur yang timbul. Meskipun demikian, dari tinjauan desain kita lebih menginginkan desain yang meminimumkan atau bahkan mengeliminasi momen lentur. DESAIN TERHADAP VARIASI BEBAN. Salah satu dari aspek penting pada pelengkung modern adalah bahwa struktur dapat di desain untuk menahan sejumlah tertentu variasi beban tanpa terjadi perubahan bentuk yang mencolok maupun kerusakan. Hanya pelengkung yang di desain dengan material kaku, seperti bahan atau beton bertulang, yang mempunyai kemampuan demikian. Bentuk pelengkung biasanya ditentukan terlebih dahulu berdasarkan kondisi beban utama (misalnya parabolik untuk beban terdistribusi merata). Apabila ada beban lain yang bekerja pada pelengkung, akan timbul momen lentur sebagai tambahan pada gaya aksial. Aspek penting yang perlu diketahui ialah bahwa merancang elemen struktur kaku untuk memikul momen lentur biasanya akan menghasilkan ukuran elemen struktur yang sangat sensitive terhadap momen lentur yang timbul. Semakin besar momen lentur, maka desain tersebut tidak layak lagi. Dengan demikian, tinjauan desain yang perlu dilakukan adalah menentukan kembali bentuk pelengkung yang dapat memberikan momen lentur minimum untuk segala kondisi pembebanan yang mungkin. Bagaimana pun, momen lentur selalu ada karena satu bentuk hanya merupakan funicular untuk satu kondisi beban, juga bahwa besar momen lentur yang timbul pada suatu titik struktur semula berbanding langsung dengan deviasi titik tersebut ke bentuk funicular. Hal ini sangat penting diperhatikan dalam desain. 23

25 ELEMEN-ELEMEN PENUMPU. Seperti pada kabel, masalah dasar dalam desain pelengkung ialah apakah sistem yang memikul gaya horizontal pada ujung-ujungnya itu batang horizontal atau fondasi. Apabila mungkin, penggunaan batang horizontal sering lakukan. Karena batang horizontal pada struktur ini merupakan batang tarik, maka batang ini sangat efisien dalam memikul gaya horizontal ke luar yang tadi pada ujung pelengkung yang dibebani. Dengan demikian, fondasi hanya diperlukan untuk memikul reaksi vertikal dan dapat di desain dengan cara yang relatif lebih sederhana dibandingkan dengan yang harus memikul juga gaya horizontal. Elemen vertikal sebagai sistem penumpu pada pelengkung sangat jarang dilakukan, tidak seperti pada kabel. Apabila mungkin, pelengkung langsung diletakkan di atas tanah tanpa harus ada elemen vertikal dulu. Batang yang ditanam di dalam tanah dapat digunakan yang memudahkan desain pondasi. Apabila pelengkung harus digunakan di atas elemen vertikal, maka elemen vertikal ini harus mampu momen akibat gaya horizontal dari pelengkung. PEMILIHAN KONDISI UJUNG. Pada desain struktur pelengkung kaku, penentuan bagaimana kondisi pada ujung adalah hal yang cukup penting. Ada tiga jenis utama pelengkung berdasarkan kondisi ujungnya, yaitu pelengkung tiga sendi, pelengkung dua sendi, dan pelengkung jepit (lihat Gambar 5-22). Pembahasan kita lebih banyak terpusat pada pelengkung tiga sendi karena jenis pelengkung inilah yang statis tertentu. Reaksi, gaya-gaya pada titik hubung, momen serta gaya internal pada pelengkung tiga sendi dapat diperoleh dengan menerapkan secara langsung persamaan keseimbangan. Sedangkan analisis pelengkung dua sendi serta pelengkung jepit hanya didasarkan atas keseimbangan statis. Analisisnya di luar jangkauan buku ini. Apabila di desain sebagai bentuk yang funicular untuk suatu jenis beban, perilaku ketiga jenis struktur pelengkung kaku sama saja terhadap beban tersebut. Perbedaan yang ada hanyalah pada kondisi ujung (tumpuan) yang dipakai. Gaya tekan internal yang timbul sama saja. Sekalipun demikian, apabila faktor-faktor lain ditinjau, akan muncul 24

26 perbedaan nyata. Faktor-faktor yang penting meliputi efek settlement (penurunan) tumpuan, efek perpanjangan atau perpendekan elemen struktur akibat perubahan temperatur, dan besar relatif defleksi akibat beban.. Perbedaan kondisi ujung dikehendaki untuk menghadapi fenomena yang berbeda. Adanya sendi pada struktur sangat berguna apabila settlement tumpuan dan efek termal diperhitungkan karena ujung sendi itu memungkinkan struktur tersebut berotasi terhadap titik sendi tersebut secara bebas. Apabila pada tumpuan yang digunakan adalah jepit, fenomena itu akan menyebabkan terjadinya momen lentur. Sekalipun demikian, pelengkung jepit dapat melendut lebih kecil dibandingkan dengan jenis pelengkung lainnya apabila dibebani. Penentuan kondisi tumpuan yang akan digunakan harus dilakukan berdasarkan kondisi desain yang ada dan dengan memperhitungkan mana kondisi yang dominan. Yang sering digunakan adalah pelengkung dua sendi karena jenis struktur ini menggabungkan keuntungan yang ada pada kedua jenis pelengkung lainnya tanpa menggabungkan kerugian kedua-duanya. PERILAKU LATERAL PADA PELENGKUNG. Tinjauan desain utama adalah bagaimana mengatasi perilaku pelengkung pada arah lateral. Jelas bahwa pada umumnya pelengkung yang terletak pada satu bidang vertikal harus dicegah dari goyangan lateral. Ada dua mekanisme yang umum dipakai untuk mencegah hal ini. Salah satunya adalah dengan menggunakan tumpuan jepit. Penggunaan tumpuan jepit untuk mencegah ketidakstabilan lateral juga memerlukan fondasi pasif agar guling tidak terjadi. Cara lain memperoleh kestabilan lateral ialah dengan menggunakan elemen struktur lain yang dipasang secara transversal terhadap pelengkung tersebut. Sepasang pelengkung di tepi-tepi struktur lengkap dapat distabilkan dengan menggunakan elemen-elemen diagonal. Pelengkung interior dapat distabilkan dengan cara menghubungkannya dengan pelengkung lainnya dengan menggunakan elemen struktur transversal. 25

27 Struktur Membran meliputi Pneumatik dan struktur tent (tenda) dan net (jarring) STRUKTUR MEMBRAN Definisi Struktur membran adalah sebuah struktur yang mempunyai permukaan fleksibel tipis yang memikul beban terutama melalui proses tegangan tarik. Prinsip Selalu mengalami gaya tarik emerlukan struktur lain untuk mempertahankan bentuk permukaanya, yaitu: a. Rangka penumpu dalam yang kaku b. Prategang pada permukaan yang memberikan gaya eksternal yang menarik membrane (jika bentuknya lembaran) c. Tekanan internal (apabila bentuknya volume tetutup (pneumatic) Pokok pokok permasalahan Kelemahan : - Sangat peka terhadap efek aerodinamika sehingga mudah mengalami getaran - Tidak dapat menahan beban vertikal Kelebihan - Struktur ini bisa digunakan untuk membuat bentukan bentukan mulai dari yang sederhana sampai yang kompleks, contoh: seperti permukaan bola - Struktur ini sifatnya ringan sehingga tidak memberatkan bangunan, 26

28 contoh: tenda - Sangat cocok untuk bangunan yang tidak permanen atau semi permanen - Bisa untuk bentang yang lebar Klasifikasi Berdasarkan tegangan tarik yang dapat dilakukan dengan system prategang - Membran berbentuk bidang pelana - Membran berbentuk bidang kerucut dengan setengah tiang tenda - Membran yang dikombinasikan secara bebas dengan hasil tenda gergaji atau atap gantungan Berdasarkan penopangnya - Kabel, contoh: struktur tenda - Udara, contoh: struktur pneumatis Pembahasan sistem struktur tenda biasanya dimasukkan ke dalam kelompok struktur membran, bersama dengan dua jenis struktur yang lain, yaitu pneumatis dan jaring. Membran adalah struktur permukaan yang fleksibel dan tipis yang memikul beban dengan mengalami terutama tegangan tarik. Gelembung sabun adalah contoh klasik yang dapat dipakai untuk mengilustrasikan apakah struktur membran itu dan bagaimana perilakunya. Struktur membran cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur tersebut dibebani. Selain itu, struktur ini sangat peka terhadap efek aerodinamika dari angin. Efek ini dapat menyebabkan terjadinya fluttering (getaran). Dengan demikian, membran yang digunakan pada gedung harus distabilkan dengan cara tertentu hingga bentuknya dapat tetap dipertahankan pada saat memikul berbagai kondisi pembebanan. Terdapat beberapa cara dasar untuk menstabilkan membran. Rangka penumpu dalam yang kaku, misalnya, dapat digunakan, atau dapat juga penstabilan dengan menggunakan pra-tegang pada permukaan membran. Hal ini dapat dilakukan baik dengan memberikan 27

29 gaya eksternal yang menarik membran, maupun dengan menggunakan tekanan internal apabila membrannya berbentuk volume tertutup. Contoh pemberian pra-tegang yang menggunakan gaya eksternal adalah struktur tenda. Akan tetapi ada pula tenda yang tidak mempunyai permukaan yang benar-benar ditarik oleh kabel sehingga dapat bergerak apabila dibebani. Sekalipun dapat memikul beban angin normal, banyak permukaan tenda yang dapat bergetar sebagai akibat efek aerodinamika dari angin kencang. Karena itulah tenda banyak digunakan sebagai struktur sementara, bukan sebagai struktur permanen. Sekalipun demikian, kita dapat memberi pra-tegang pada membran dengan memberikan gaya jacking yang cukup untuk menegangkan membran pada berbagai kondisi pembebanan. Biasanya, membran itu diberi tegangan dalam arah tegak lurus di seluruh permukaannya. STRUKTUR CANGKANG Definisi Pada dasarnya shell diambil dari beberapa bentuk yang ada dialam seperti kulit telur, tempurung buah kelapa, cangkang kepiting, cangkang keong, dan sebagainya (Curt Siegel). Shell adalah bentuk struktural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang mempunyai permukaan lengkung. Shell harus didirikan dari material yang dapat dilengkungkan seperti beton bertulang, kayu, logam, bata, batu, atau plastik. Cara yang baik untuk mempelajari perilaku permukaan shell yang dibebani adalah dengan memandangnya sebagai analogi dari membran, 28

30 yaitu elemen permukaan yang sedemikian tipisnya hingga hanya gaya tarik yang timbul padanya. Membran yang memikul beban tegak lurus dari permukaannya akan berdeformasi secara tiga dimensional disertai adanya gaya tarik pada permukaan membran. Yang terpenting adalah adanya dua kumpulan gaya internal pada permukaan membran yang mempunyai arah saling tegak lurus. Hal yang juga penting adalah adanya tegangan geser tangensial pada permukaan membran yang juga berfungsi memikul beban. Pada shell, gaya-gaya dalam bidang yang berarah mereditional diakibatkan oleh beban penuh. 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). Pada pelengkung, beban seperti ini dapat menimbulkan lentur yang besar, sedangkan pada cangkang lentur dengan cepat dihilangkan dengan aksi melingkar. Cangkang adalah struktur yang unik. Cangkang dapat bekerja secara funicular untuk banyak jenis beban yang berbeda meskipun bentuknya tidak benar-benar funicular. Struktur Shell di Alam Organisme yang hidup secara konstan merubah dan menyesuaikan dengan tekanan eksternal yang baru; mereka bertransformasi dalam waktu dan ruang. Respon formal mereka selalu menarik perhatian desainer dan sumber konstan untuk penemuan baru, walaupun mereka tidak pernah secara tuntas mengetahui kakuatan dan prinsip yang membentuk organisme. Ada banyak struktur pemukaan di alam yang tidak hanya ditemukan dalam skala mikroskopis; Persyaratan Struktur Shell Suatu struktur shell harus mempunyai tiga syarat, yaitu sebagai berikut: 29

31 1. Harus memiliki bentuk lengkung, tunggal, maupun ganda (single or double curved) 2. harus tipis terhadap permukaan atau bentangannya 3. harus dibuat dari bahan yang keras, kuat, ulet dan tahan terhadap tarikan dan tekanan. Klasifikasi Permukaan (Surface) Untuk memprediksikan perlakuan struktur membran sebaik kemungkinan konstruksinya, tidak hanya saja yang harus kita tahu, tetapi juga fisik alamiah dari permukaan dan karakteristik perlakuan yang lain. Kurva merupakan properti fundamental dari permukaan. Sebuah permukaan dapat didefinisikan oleh banyak kurva berbeda, oleh karena itu beberapa lengkungan (curvature) khusus harus diidentifikasi: lengkung utama, lengkung Gaussian, dan lengkung tengah. Lengkungan ini memberi karakteristik permukaan sebagai sistem lengkung tunggal atau ganda, dimana permukaan lengkung ganda secara lebih jauh dibagi menjadi permukaan synclastik dan anticlastic Sesuai dengan terjadinya bentuk shell, maka shell digolongkan dalam tiga macam: 1. Adalah bidang yang diperoleh bilamana suatu garis lengkung yang datar diputar terhadap suatu sumbu. Shell dengan permukaan rotasional dapat dibagi tiga yaitu Spherical Surface, Eliptical Surface, Parabolic Surface. 30

32 Spherical Surface Eliptical Surface Parabolic Surface 2. Ruled Surface, Adalah bidang yang diperoleh bilamana ujung-ujung suatu garis lurus digeser pada dua bidang sejajar. Shell dengan permukaan transasional dibagi dua yaitu cylindrical surface dan eliptic paraboloid. cylindrical surface eliptic paraboloid 3. Translational surface Adalah bidang yang diperoleh jika suatu garis lengkung yang datar digeser sejajar diri sendiri terhadap garis lengkung yang datar lainnya. Shell dengan permukaan ruled ada dua macam, yaitu Hyperbolic Paraboloid dan Conoid. 31

33 Hyperbolic Paraboloid Conoid 1 Single Curved Shell Shell dengan single curvature yang arah lengkungannya dalam satu arah serta permukaannya tidak diputar/digeser, dan dibentuk oleh konus yang sama. Single curved dibentuk oleh: 1. Konus 2. Silinder Contoh : Lengkung Barrel 2 Double Curved Shell Yaitu shell dengan double curvature yang arah lengkungannya dalam dua arah. Terdiri dari 2 macam: 1. Double Curved Shells yang arah lengkungnya ke satu arah (Synclastic shells) Contoh: Spherical Dome Shell 2. Double Curved Shells yang arah lengkungnya ke arah yang berbeda (Anticlastic) Contoh : Conoid 32

34 33

35 SHELL SILINDRIS Shell silindris dengan lengkungaan tunggal dapat tersusun dari berbagai tipe kurva yang berbeda. Kurva dasar mulai dari bentuk geometri tertentu dari tembereng lingkaran, parabola, elips, hiperbola dan cycloid sampai dengan bentuk geometri yang luwes dari garis funicular. Bentuk-bentuk dasar ini dapat digabungkan dengan banyak cara untuk menghasilkan potongan melintang dari bentuk-bentuk yang bervariasi, yang mana dapat dikenali sebagai berikut : Shell tunggal yang dikonstruksi dari segmen tunggal atau banyak segmen Shell tunggal melawan banyak shell (bentuk berombak) Bertulang melawan unit yang tidak bertulang Cembung melawan cekung melawan bentuk berombak-ombak Menerus melawan bentuk terputus (bentuk Y, bentuk S miring, dll) Shell simetris melawan shell asimetris 34

36 Unit-unit shell silindris dapat disusun secara parallel, radial atau saling menyilang satu sama lain, shelll bisa lurus, berlipat, atau dibengkokkan. Perilaku dari sebuah unit silindris linear sederhana tergantung dari geometrinya, materialnya, keadaan muatan (beban), dan tipe dan letak penyokongnya. Pengarah dari letak penyokong sungguh tampak nyata. sebaiknya didukung secara menerus sepanjang sisi longitudinal (membujur)-nya oleh balok-balok yang kuat, rangka-rangka, dindingdinding atau pondasi-pondasi, gaya-gaya dialirkan secara langsung pada arah transversal (melintang) menuju penyokongnya. Perilakunya dapat digambarkan sebagai reaksi lingkungan paralel, masing-masing selebar satu kaki. Lingkungan ini harus relatif tebal sebagai respon terhadap gaya-gaya dengan melengkung mengikuti aksi gaya aksial. Karena lengkungan merupakan pertimbangan desai dasar, struktur permukaan dengan lengkungan tunggal ini tidak betul-betul dipertimbangkan sebagai shell, karena respon structural dasar mereka bukan merupakan aksi tipe membrane. Mereka disebut kubah, dan mungkin didesain kira-kira sebagaimana lengkungan. Di sisi lain jika tidak terdapat penyokong pada arah longitudinal, tetapi hanya pada arah transversal, shell tentunya berperilaku seperti balok yang merentang pada arah longitudinal, gaya-gaya tidak bisa terlalu lama diteruskan pada aksi lengkungan secara langsung ke arah penyokong longitudinal. Untuk shell silindris dengan lebar chord kecil bila dibandingkan dengan bentangnya, respon dasarnya akan menjadi aksi balok. Jenis shell seperti ini disebut shell panjang atau shell balok, mereka bisa digambarkan sebagai balok dengan perpotongan kurvilinear. Mereka diasmsikan untuk tidak mengubah dibawah aksi muatan sehingga distribusi tekanan linear bisa digunakan. 35

37 Pendekatan desain shell balok beton Ketiga struktur permukaan linear lengkung tunggal vault, short, dan long shell bisa dipelajari lebih lanjut dengan menyelidiki transisi dari slab yang didukung balok satu arah hingga shell beam. Untuk kasus dimana slab horizontal disokong oleh balok-balok, muatan pertama-tama disalurkan pada aksi slab secara melintang dan kemudian pada aksi balik secara membujur. Jika slab bengkok, aksi slab digantikan oleh aksi lengkung, dianggap bahwa balok sisi membujur sangat kaku bila dibandingkan dengan shell, jadi kondisi tersebut mirip dengan kubah yang disokong secara membujur. Bagaimanapun, jika bagian tepi relatif fleksibel, barulah tepi balok dan shell bisa bertindak bersama sebagai satu kesatuan : kekuatan dasar pada shell ini dengan tepi balok adalah aksial natural, sebagaimana disebabkan oleh aksi balok pada arah longitudinal daripada membengkok ke arah aksi lengkung pada arah tranversal B. Pengelompokan Struktur Bentang Lebar Secara umum bangunan bentang lebar terbagi atas empat sistem struktur, yaitu : a. Form Active Structure System 1. Cable System (Sistem Struktur Kabel) Prinsip dasar dari struktur kabel adalah penahanan beban oleh sebuah elemen yang berfungsi sebagai penarik. Gaya yang bekerja pada kabel adalah gaya vertikal dan gaya horizontal dengan asumsi bahwa kabel selalu berada dalam keadaan miring. Gaya vertikal yang bekerja 36

38 pada berbagai macam jenis kabel dengan berbagai bentangan yang sama dan tinggi yang berada adalah selalu sama, sedangkan gaya horizontalnya akan selalu berubah tergantung tingginya. Semakin tinggi tiangnya, semakin kecil sudut kabel terhadap tiang utamanya, maka semakin kecil gaya horizontalnya. 2. Tent System (Sistem Struktur Tenda) Tenda atau membran adalah struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban dengan mengalami terutama tegangan tarik. (Sumber: Struktur. Daniel L. Schodek:431) Struktur membran sangat sensitif terhadap tekanan angin yang dapat mengakibatkan kibaran pada permukaan dan perubahan bentuk yang terjadi. Supaya tidak terjadi kibaran, dilakukan cara dengan memberikan tekanan dari dalam membran (internal rigid structures) dengan cara memberikan volume dalam membran sampai pada batas maksimal yang juga didukung oleh sistem- sistem peregangan sehingga sifat permukaan struktur membrann menjadi kaku. 3. Pneumatic System Struktur pneumatik biasanya digunakan untuk konstruksi pneumatik khusus yang digunakan pada gedung. Ada dua kelompok utama pada struktur pneumatik: struktur yang ditumpu udara (air-suported structure) dan struktur yang digelembungkan udara (air-infalated structure). Struktur yang ditumpu udara terdiri atas satu membran (menutup ruang yang beguna secara fungsional) yang ditumpu oleh perbedaan tekanan internal kecil. Struktur yang digelembungkan udara ditumpu oleh kandungan udara bertekanan yang menggelembungkan elemen-elemen gedung. Volume internal udara gedung tetap sebesar tekanan udara Struktur yang 37

39 digelembungkan udara mepunyai mekanisme pikul beban yang lain. Uadara yang ditekan digunakan untuk menggelembungkan bentuk-bentuk (misalmya pelengkung, dinding, ataukolom) yang digunakan untuk penutup gedung. Ada dua jenis utama dari struktur yang digelembungkan udara yang banyak digunakan, yaitu struktur rib tergelembung dan struktur dinding rangkap. Untuk mendapat kestabilan, struktur yang digelembungkan udara biasanya memerlukan tekanan tekanan yang lebih besar dari pada yang dbutukkan oleh struktur yang ditumpu udara. Hal ini karena karena tekanan internal tidak dapat langsung digunakan untuk mengimbangi beban eksternal, tetapi harus digunakan untuk memberi bentuk pada struktur. Pada umumnya,sistem struktur yang ditumpu udara dapat mempunyai bentang lebih besar daripada struktur yang digelembungkan. 4. Arch System Sistem struktur busur termasuk golongan struktur funikular karena telah digunakan bangsa Romawi dan Yunani, terutama untuk membuat bangunan yang memerlukan bentangan yang besar/luas. Pada zaman itu maupun saat ini sistem struktur busur dibuat dengan bahan padat yaitu batu, atau batu buatan/bata/masonry. Juga dikembangkan dengan menggunakan bahan bangunan yang modern dari kayu, besi/baja. Busur menggunakan sendi lebih dari tiga sudah tidak stabil laggi dan dapat mengakibatkan keruntuhan. Oleh karena itu jika ingin memperoleh struktur busur dengan kekuatan struktur yang baik tanpa mengalami tekuk (bending) dapat digunakan pengikat (bracing) pada bagian dasarnya. Bahan pengikat tergantung dari dimensi ketebalan busur dan luas bentang busur dapat dibuat dari kabel, baja, besi, kayu maupun beton. b. Bulk Active Structure System 1. Beam System 38

40 Struktur yang dibentuk dengan cara meletakkan elemen kaku horisontal di atas elemen kaku vertikal. Elemen horizontal (balok) memikul beban yang bekerja secara transversal dari panjangnya dan menyalurkan beban tersebut ke elemen vertikal (kolom) yang menumpunya. Kolom dibebani secara aksial oleh balok, dan akan menyalurkan beban tersebut ke tanah. Balok akan melentur sebagai kibat dari beban yang bekerja secara transversal, sehingga balok sering disebut memikul beban secara melentur. Kolom tidak melentur ataupun melendut karena pada umumnya mengalami gaya aksial saja. Pada suatu bangunan struktur balok dapat merupakan balok tungga di atas tumpuan sederhana ataupun balok menerus. Pada umumnya balok menerus merupakan struktur yang lebih menguntungkan dibanding balok bentangan tunggal di atas dua tumpuan sederhana. 2. Frame System Frame system atau sistem struktur rangka adalah sistem struktur yang terdiri dari batang-batang yang panjangnya jauh lebih besar dibandingkan dengan ukuran penampangnya Bentuk kontruksi rangka adalah perwujudan dari pertentangan antara gaya tarik bumi dan kekokohan; dan kontruksi rangka yang modern adalah hasil penggunaan baja dan beton secara rasional dlm bangunan. Kerangka ini terdiri atas komposisi dari kolom-kolom dan balokbalok. Unsur vertikal, berfungsi sebagai penyalur beban dan gaya menuju tanah, sedangkan balok adalah unsur horizontal yg berfungsi sebagai pemegang dan media pembagian lentur. Kemudian kebutuhan-kebutuhan terhadap lantai, dinding dan sebagainya untuk melengkapi kebutuhan bangunan untuk hidup manusia, dapat diletakkan dan ditempelkan pada kedua elemen rangka bangunan tsb diatas. Jadi dapat dinyatakan disini bahwa rangka ini berfungsi sebagai struktur bangunan dan dinding-dinding atau elemen lainnya yg menempel 39

41 padanya merupakan elemen yg tidak struktural. Bahan- bahan yg dapat dipakai pada struktur ini adalah kayu, baja, beton atau lain-lain bahan yg tahan terhadap gaya tarik, tekan, punter, dan lentur. Umtuk masa kini banyak digunakan baja dan beton yg mampu menahan gaya-gaya tsb dalam skala besar. 3. Beam Grid and Slab System Struktur balok grid terdiri atas balok-balok yang saling bersilangan, dengan jarak yang relatif rapat, yang menumpu pelat atas yang tipis. Sistem ini dimaksudkan untuk mengurangi berat sendiri pelat, sehingga lendutan dari pelat yang besar dapat dikurangi. Sistem ini dinilai efisien untuk bentangan besar dan juga dapat didesain sesuai selera. a) Struktur Plat (1) Struktur Plat Satu Arah Beberapa hal perlu menjadi perhatian dalam pembahasan struktur plat satu arah, yaitu: Beban Merata Struktur plat berperilaku hampir sama dengan struktur grid. perbedaannya adalah bahwa pada struktur plat, berbagi aksi terjadi secara kontinu melalui bidang slab, bukan hanya pada titik- titik tumpuan. Plat tersebut dapat dibayangkan sebagai sederetan jalur balok yang berdekatan dengan lebar satu satuan dan terhubung satu sama lain di seluruh bagian panjangnya. Beban Terpusat Plat yang memikul beban terpusat berperilaku lebih rumit. Plat tersebut dapat dibayangkan sebagai sederetan jalur balok yang berdekatan dengan lebar satu satuan dan terhubung satu sama lain di seluruh bagian panjangnya. Karena adanya beban yang diterima oleh jalur 40

42 balok, maka balok cenderung berdefleksi ke bawah. Kecenderungan itu dikurangi dengan adanya hubungan antara jalurjalur tersebut. Torsi juga terjadi pada jalur tersebut. Pada jalur yang semakin jauh dari jalur dimana beban terpusat bekerja, torsi dan geser yang terjadi akan semakin berkurang di jalur yang mendekati tepi plat. Hal ini berarti momen internal juga berkurang. Jumlah total reaksi harus sama dengan beban total yang bekerja pada seluruh arah vertikal. Jumlah momen tahanan internal yang terdistribusi di seluruh sisi plat juga harus sama dengan momen eksternal total. Hal ini didasarkan atas tinjauan keseimbangan dasar. Plat Berusuk Plat berusuk adalah sistem gabungan balok-slab. Apabila slab mempunyai kekakuan yang relatif kaku, maka keseluruhan susunan ini akan berperilaku sebagai slab satu arah, bukan balok- balok sejajar. Slab transveral dianggap sebagai plat satu arah menerus di atas balok. Momen negatif akan terjadipada slab di atas balok. (2) Struktur Plat Dua Arah Bahasan atas struktur plat dua arah akan dijelaskan berdasarkan kondisi tumpuan yang ada, yaitu sebagai berikut: Plat sederhana di atas kolom Plat yang ditumpu sederhana di tepi-tepi menerus Plat dengan tumpuan tepi jepit menerus Plat di atas balok yang ditumpu kolom b) Struktur Grid Pada struktur grid, selama baloknya benar-benar identik, beban akan sama di sepanjang sisi kedua balok. Setiap balok akan memikul setengah dari beban total dan meneruskan ke tumpuan. Apabila balokbalok tersebut tidak identik maka bagian terbesar dari beban akan dipikul 41

43 oleh balok yang lebih kaku. Apabila balok mempunyai panjang yang tidak sama, maka balok yang lebih pendek akan menerima bagian beban yang lebih besar dibandingkan dengan beban yang diterima oleh balok yang lebih panjang. Hal ini karena balok yang lebih pendek akan lebih kaku. Kedua balok tersebut akan mengalami defleksi yang sama di titik pertemuannya karena keduanya dihubungkan pada titik tersebut. Agar defleksi kedua balok itu sama, maka diperlukan gaya lebih besar pada balok yang lebih pendek. Dengan demikian, balok yang lebih pendek akan memikul bagian beban yang lebih besar. Besar relatif dari beban yang dipikul pada struktur grid saling tegak lurus, dan bergantung pada sifat fisis dan dimensi elemen-elemen grid tersebut. Pada grid yang lebih kompleks, baik aksi dua arah maupun torsi dapat terjadi. Semua elemen berpartisipasi dalam memikul beban dengan memberikan kombinasi kekuatan lentur dan kekuatan torsi. Defleksi yang terjadi pada struktur grid yang terhubung kaku akan lebih kecil dibandingkan dengan defleksi pada struktur grid terhubung sederhana. C. Vector Active Structure System 1. Flat Truss System (rangka batang bidang) Susunan elemen-elemen linear yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga yang secara keseluruhan berada di dalam satu bidang tunggal. 2.Curved Truss System Merupakan kombinasi dari struktur rangka batang rata yang membentuk lengkungan. Sistem struktur rangka bentang lengkung ini sering disebut juga sistem fame work. Sistem ini dapat mendukung beban atap smpai denganbentang 75 meter, seperti pada hanggar bangunan pesawat, stadion olah raga, bangunan pabrik, dll. 3. Space Truss System (rangka batang ruang) 42

44 Susunan elemen-elemen linear yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga yang secara keseluruhan membentuk volume 3 dimensi (ruang).sering disebut juga sebagai space frame. Space frame atau sistem rangka ruang adalah sistem struktur rangka tiga dimensi yang membentang dua arah, di mana batangbatangnya hanya mengalami gaya tekan atau tarik saja. Sistem tersebut merupakan salah satu perkembangan sistem struktur batang. Struktur rangka ruang merupakan susunan modul yaang diatur dan disusun berbalikan antara modul satu dengan modul lainnya sehingga gaya-gaya yang terjadi menjalar mengikuti modul-modul yang tersusun. Modul ini satu sama lain saling mengatkan, sehingga sistem struktur ini tidak mudah goyah. D. Surface Active Structure System 1.Prismatic Folded Structure System Struktur bidang lipat merupakan bentuk struktur yang memiliki kekakuan satu arah yang diperbesar dengan menghilagkan permukaan planar sama sekali dan membuat deformasi besar pada pelat sehingga tinggi struktural pelat semakin besar. Karakteristik suatu struktur bidang lipat adalah masing- masing elemen pelat berukuran relatif rata (merupakan sederetan elemen tipis yang saling dihubungkan sepanjang tepinya). Struktur bidang lipat akan mengusahakan sebanyak mungkin material terletak jauh dari bidang tengah stuktur. Elemen pelat lipat ini 43

45 mempunyai kapasitas pikul beban besar hanya jika tekuk lateral daerah yang tertekan dapat dicegah sehingga daerah tekan pada setiap pelat akan selalu dapat dikekang pelat sebelahnya. Bentuk bidang lipat mempunyai kekuatan yang lebih besar dari bidang datar karena momen energinya lebih besar. 2.Pyramidal Folded Structure System Bentuk piramidal yaitu bentuk lipatan yang terdiri dari bidang lipatan yang berbentuk segitiga. 3.Rotational Shell System Rotational Shell System adalah bidang yang diperoleh bilamana suatu garis lengkung yang datar diputar terhadap suatu sumbu. Shell dengan permukaan ratisional dapat dibagi tiga yaitu, Spherical Surface, Elliptical Surface, Parabolic Surface. 4.Anticlastic Shell System Struktur bidang lengkung rangkap berbalikan merupakan suatu bentuk pelana dengan arah lengkungan yang berbeda pada setiap arahnya. Struktur bidang lengkung rangkap berbalikan dapat dibagi menjadi beberapa macamtipe. 6. 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 menpelajari 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, 44

46 dapat menjadi musibah bagi penghuni yang ada di dalamnya. Apalagi mengingat bentang lebar dengan perkiraan minimal orang yang diwadahi sekitar dua ribu orang. Belajar ilmu struktur bentang lebar, berarti belajar untuk menghargai hidup orang lain. Bangunan yang kokoh akan memberikan ketenangan bagi orang yang ada di dalamnya. Dengan penguasaan ilmu struktur dan konstruksi juga, manusia bisa lebih berhemat dan tidak menjadi mubatsir dalam mengaplikasikan sistem struktur dan konstruksinya, guna pemenuhan target kearsitekturalannya. 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. Prinsip prinsip Umum Rangka Batang a. Prinsip Dasar Triangulasi 45