struktur kabel, membran, cangkang, dan plat lipat (folded plate)

2.2

Struktur Kabel

2.2.a Pengertian Struktur kabel adalah sebuah sistem struktur yang bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik, terdiri atas kabel baja, sendi, batang, dsb yang menyanggah sebuah penutup yang menjamin tertutupnya sebuah bangunan. Struktur kabel dan jaringan dapat juga dinamakan struktur tarik dan tekan, karena pada kabel-kabel hanya dilimpahkan gaya-gaya tarik, sedangkan kepada tiang-tiang pendukungnya hanya dilimpahkan gaya tekan.

2.2.b Sejarah Banyak bangunan yang menggunakan struktur funicular. Kita tinjau struktur tarik dahulu. Sebagai contoh, jembatan gantung yang semula dikembangkan di Cina, India, dan Amerika Selatan adalah struktur funicular tarik. Ada struktur jembatan kuno yang menggunakan tali, ada juga yang menggunakan bambu. Di Cina ada jembatan yang menggunakan rantai, yang dibangun pada 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 70 SM seperti terlihat pada Gambar 2.3.a.1. Sekalipun kabel telah lama digunakan, pengertian teorismenya masih belum lama dikembangkan. Di Eropa, jembatan gantung masih belum lama di gunakan meskipun struktur rantai-tergantung 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.

Gambar 2.3.a.1 Struktur atap kabel pada Roman Colosseum,abad ke 70 SM. Kabel tali membentang secara radial melintasi struktur terbuka. Bentang struktur adalah 620 ft(188 m) pada sumbu manjor dan 513 ft (156 m) pada sumbu minor (dari durm). Sumber : Daniel L. Schdek. Struktur. Hal 194

Pada abad pertengahan 15, Leonardo da Vinci ( 1452-1519 ), dimana beliau dikenal dengan pelukis dan insinyur terkenal di abad reinassance, beliau membuat sketsa gambar konstruksi jembatan (gambar 2.3.a.2) dengan sistem jembatan kabel sebagai penopangnya (cable stayed bridge). Kemudian sketsa ini diperkenalka kepada Fritz Leonhard di Jerman.

16

Gambar 2.3.a.2 sketsa gambar Leonardo da Vinci. Sumber : Harianto Hardjasaputra. STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 18

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 diJacobs Creek, Uniontown, Pennsylvanis dengan menggunakan rantai besi fleksibel. Inovasi Findley bukalah kabelnya melainkan penggunaan dek jembatan yang diperkaku yang pengkakunya diperoleh dengan menggunakan rangka batang kayu. Penggunaan dek kaku ini dapat mencegah kabel penumpunya berubah bentuk sehingga bentuk permukaanjalan juga tidak berubah (lihat Gambar 2.3.a.3). 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.

a. Beban mati struktur merupakan beban terdistribusi. Bentuk kabel adalah parabolik.

b. Beban hidup dapat berpindah-pindah dan seringkali berupa beban terpusat. Apabila dek jembatan tidak kaku, maka kabel dan juga dek jembatan akan berubah bentuk pada saat mengalami beban hidup.

17

c. Membuat dek jembatan kaku pada arah longitudinal, gaya-gaya pada kabel yang disebabkan oleh beban terpusat akan terdistribusi secara lebih merata. Bentuk kabel dan bentuk dek akan relatif konstan. Gambar 2.3.a.3 Struktur jembatan gantung : penggunaan dek jembatan kaku. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 195

Segera setelah inovasi Findley, banyak jembatan gantung terkenal lainnya dibangun, misalnya jembatan Clifton di Inggris (oleh Isombard Brunel) dan jembatan Brooklyn (oleh John Roebling). Banyak pula jembatan modern yang di bangun setelah itu, misalnya yang membentangi Selat Messina dengan bentang tengah sekitar 5000 ft (1525 rn) dan jembatan Verazano-Nanrows yang bentang tenggahnya 4260 ft (1300 m). 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 path New York Exhibition pada tahun 1853, yang mengusulkan atap gedung berbentuk lingkaran dan besi tuang berdianmeler 700 ft (213 m) digantung dari rantai yang memancar dan ditanam pada menara pusat, struktur pavilyun pada pameran Nijny-Novgorood yang oleh V. Shookhov pada tahun 1896 dianggap sebagai awal mulainya aplikasi pada gedung modern. Struktur-struktur yang dibangun berikutnya adalah persis lokomotif pada Chicago World’s Fair pada tahun 1933 dan Livestok Pavillion yang dibangun di Raleigh, North Carolina pada sekitar tahun 1950 itu sangat banyak dibangun gedung yang menggunakan struktur kabel.

2.2.c Sejarah dan pengertian Struktur Pelengkung Pasangan kabel, yaitu pelengkung, juga telah banyak digunakan pada waktu ideal. Singkat kata, banyak pelengkung kuno, khususnya yang berbentuk setengah lingkaran, yang digunakan oleh bangsa Romawi, tidak benar-benar merupakan sturtur funicular karena bentuknya sedikit menyimpang dari kurva funicular (lihat Gambar 2.3.b.1 ) untuk beban yang dialaminya. Akan tetapi, karena besarnya 1uas penampung pelengkung tersebut, perbedaan kurva mi terhadap perilaku struktur dapat di abaikan.

Gambar 2.3.b.1 mekanisme keruntuhan pelengkung. Terjadi keretakan pada beberapa lokasi sebelum terjadi keruntuhan. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 196

18

Karakteristik pelengkung kuno ialah pelaksanaannya menggunakan tumpuan sementara sampai bagian puncaknya ditumpuk. Struktur yang diperoleh ini semua stabil apabila ditambah bobot pada puncaknya Idenya ialah semakin besar beratnya, semakin tinggi gaya tekan yang timbul di antara blok-blok, dan semakin kecil kemungkinan terjadinya retak di antara blok (yang dapat timbul akibat penyimpangan bentuk funicular atau perubahan beban). Teori awal mengenai pelengkung yang kebanyakan dikembangkan oleh rekayasawan Prancis pada abad 18 menyampaikan bahwa gaya tarik pada pelengkung dapat menyebabkannya runtuh. Sekaligus demikian, pelengkung bata urnumnya baru runtuh setelah terjadinya bata retak (lihat Gambar 2.3.b.1). Gaya tekan akibat beban mati pada pelengkung bata bentuknya benar pada umurnnya lebih besar daripada gaya tarik yang mungkin tirnbul sebagai akibat variasi beban hidup, karena itu struktur tersebut dengan aman mengalami pola pembebanan yang tidak terlalu berbeda dengan beban hidup yang sebelumnya telah diduga. Dengan lahirnya struktur baja dan beton, kekakuan elemen struktur pelengkung dapat lebih ditingkatkan sehingga pelengkung dapat mempertahankan bentuk dasamya dan tidak runtuh apabila dibebani menyimpang dari yang diantisipasi. Pe1engkung kaku modern sering kali diberi bentuk sesuai dengan kondisi beban primer dan mengalami gaya tekan apabila beban itu benar-benar ada. Akan tetapi pelengkung itu juga didesain untuk mempunyai tahanan terhadap momen yang cukup untuk memikul variasi beban. Dengan demikian, struktur tersebut tidak funicular terhadap beban yang baru. Dalam hal demikian, pelengkung kaku secara mendasar berbeda dengan kabel fleksibel. Kabel fleksibel harus selalu berubah bentuk apabila mengalami perubahan pembebanan, jadi pada dasarnya tidak dapat mengalami momen sama sekali, sedangkan pelengkung kaku tidak mengalami momen hanya untuk satu kondisi pembebanan dan dapat mengalami momen untuk berbagai variasi beban.

PRINSIP-PRINSIP UMUM 2.2.c Bentuk Funicular Hal penting yang mendasar dalam mempelajari pelengkung dan kabel ialah pengetahuan mengenai kurva atau kumpulan segmen elemen-garis-lurus yang membentuk funicular untuk pembebanan yang diberikan. Secara alami bentuk furnicular akan diperoleh apabila kabel yang bebas berubah bentuk kita bebani. Kabel yang berpenampang melintang konstan dan hanya memikul berat sendirinya dan mempunyai bentuk catenary (lihat Gambar 2.3.c.1).

a.Beban terdistribusi merata di sepanjang kabel ( misalnya beban sendiri kabel )

b.Beban terdistribusi merata pada proyeksi horizontal

19

c.Perbedaan kurva parabola dan catenary Gambar 2.3.c.1 kurva catenary versus parabolik. Kedua kurva sangat mirip. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 197

Kabel yang memikul vertikal yang terdistribusi secara horizontal di sepanjang kabel, seperti utama pada jembatan gantung yang memikul dek horizontal, akan mempengaruhi bentuk parabola. Kabel yang memikul beban terpusat (dengan mengabaikan sendirinya) akan mempunyai bentuk segmen-segmen garis lurus. Kombinasi bagai beban akan memberikan bentuk kombinasi di mana beban terbesar akan memberikan bentuk yang dominan. Bentuk pelengkung untuk beban yang merupakan kebalikan sederhana dan bentuk yang telah disebutkan di atas.

a.

Beban terpusat : kumpulan bentuk funikular untuk beba tipikal. Apabila tinggi struktur funikular berkurang, maka gaya dalam akan bertambah, an begitu pula sebaliknya.

b.

Kumpulan beban terdistribusi secar horizontal, dan bentuk struktur funikular

Gambar 2.3.c.2 Bentuk funikular tipikal untuk beban terpusat dan distribusi merata.beban diperoleh dengan elemen struktur yang tak dapat memikul momen.

20

Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 198

Seperti terlihat pada Gambar 2.3.c.2, ada kelompok bentuk funicular untuk beban-beban tertentu padanannya karena hanya bentuklah yang merupakan respons furnicular, bukan nilai absolutnya. Besar gaya yang timbul pada pelengkung ataupun kabel bergantung pada tinggi relatif bentuk funicular dibandingkan dengan panjangnya. Selain itu, besarnya juga tergantung pada lokasi dan besar beban yang bekerja (Lihat Gambar 2.3.c.3).Semakin tinggi pelengkung atau kabel, berarti semakin kecil gaya yang akan timbul pada struktur, begitu pula sebaliknya. Gaya reaksi yang timbul pada ujung-ujung pelengkung atau kabel juga bergantung pada parameter-parameter tersebut. Reaksi ujung mempunyai komponen vertikal dan horizontal yang haruss ditahan oleh fondasi atau oleh elemen struktural lainnya, misalnya batang tarik.

a.

Gaya-gaya pelengkung. Hanya gaya tekan yang timbul pada pelengkung ideal. Gaya maksimum terjadi reaksi

b.

Gaya-gaya kabel. Hanya gaya tarik yang timbul pada kabel. Gaya maksimum terjadi pada reaksi Gambar 2.3.c.3 Distribusi gaya pelengkung dan kabel. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 198

2.2.d Tinjauan Desain Khusus Sebelum ini kita telah membahas kabel sebagai elemen gantung tunggal sederhana. Selain itu, kabel banyak juga digunakan untuk hal lain. Struktur kabel lebih tepat dikategorikan sebagai struktur gantungan (suspension structures) atau cable-stayed structur (Gambar 2.3.d.1). Struktur gantungan secara khas dapat dibagi atas beberapa kelompok, yaitu (1) struktur berkelengkungan tunggal, yaitu yang dibuat dengan meletakkan kabel-kabel sejajar, menggunakan permukaan yang dibentuk oleh balok-balok atau plat yang membentang di antara kabel-kabel; (2) struktur berkelengkungan ganda, yaitu menggunakan kabel-kabel menyilang dan berkelengkungan saling berlawanan serta membentuk permukaan atap utama; dan (3) struktur kabel ganda, yaitu kabel ganda yang berkelengkungan saling berlawanan digunakan pada satu bidang vertikal. Cable-stayed structure pada umumnya menggunakan elemen struktur vertikal atau miring di mana kabel lurus membentang ke titik-titik kritis atau ke elernen struktur yang membentang secara horizontal (lihat Gambar 2.3.d.1).

21

Gambar 2.3.d.1 Jenis Dasar Struktur Kabel. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 198

Masalah kritis dalam desain setiap struktur atap yang menggunakan adalah efek dinarnis yang diakibatkan oleh angin, yang tidak begitu berpengaruh kepada struktur pelengkung. Perhatikan Gambar 2.3.d.2. Apabila angin bertiup di atas atap, akan timbul isap. Apabila besar isapan akibat angin ini melampaui beban mati struktur atap sendiri, maka permukaan atap akan mulai naik. Pada saat atap mulai naik bentuknya menjadi sangat berubah, gaya di atas atap akan berubah karena dan distribusi gaya angin pada suátu benda bergantung pada bentuk benda tersebut. Karena gaya angin berubah, maka struktur fleksibel tersebut akan berubah lagi sebagai respons terhadap beban yang bar u ini. Proses ini akan berulang. Sebagai akibatnya, atap tidak dapat mempunyai bentuk tetap, dan akan bergetar (flutter) selama ada gaya angin. Cara utama mencegah hal ini ialah dengan menggunakan permukaan atap yang berat sehingga flutter dapat dicegaholeh beban matinya. Alternatif lain adalah dengan menggunakan sistem kabel menyilang atau stayed-cable seperti terlihat pada Gambar 2.3.d.3.a,b,c,dan d.

22

a. Tumpuan angin diatas permukaan atap yang melendut yang mengakibatkan gaya isapan, gaya isapan ini yang menyebabkan atap fleksibel cembung ke atas.

b. Pada saat atap berubah bentuk sebagai akibat gaya isap, efek angin terhadap bentuk baru menjadi gaya tekan (bukan gaya isap) hal inilah yang menyebabkan atap berubah pada bentuk a lagi.

c. Pada saat atap bergerak keatas dan kebawah, efek angin adalah tekan dan isap secara bergantian. Yang mengakibatkan getaran secar konstan pada atap. Gambar 2.3.d.2 Efek Dinamis pada Atap Fleksibel. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 201

Struktur jaring kabel berkelengkungan ganda sering digunakan untuk mengatasi rnasalah getaran (flutter) ysng telah disebutkan di atas. Dengan menggunakan jaring permukaan yang terdini atas kabel-kabel yang saling tegak lurus dan berkelengkungan saling berlawanan, efek diam dapat diperoleh dan atap tidak mempunyai kecenderungan mengalami flutter. Kabel bermuka ganda juga mernpunyai karakteristik mencegah flutter pada atap.

Gambar 2.3.d.3.a Beban mati pada struktur dijadikan sedemikian besarnya sehingga dapat mengatasi gaya isap maksimum yang mungkin terjadi akibat angin. Mencegah resonansi. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 202

23

Gambar 2.3.d.3.b Stayed Cable Structure pada kabel dilakukan pretention. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 202

Gambar 2.3.d.3.c Kabel menyilang dengan kelengkungan sebaliknya, kabel padamulanya ditarik awal. Beban vertikal menyebabkan gaya tarik pada kabel atas pertambahan dan pada kabel bawah berkurang. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 202

Gambar 2.3.d.3.d struktur kabel dan pelengkung, kabel ditarik awal (pretentioned). Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 202

2.2.e ANALISIS JENIS-JENIS dan STRUKTUR PEMBEBANAN , GAYA-GAYA KABEL DAN PELENGKUNG 2.3.e.1 Pelengkung Tiga Sendi Sebagai cara mempelajari analisis dan desain struktur kabel dan pelengkung, sangat berguna untuk meninjau terlebih dulu bentuk khusus jenis struktur tersebut, yaitu pelengkung tiga sendi. Struktur ini bisa dapat dan bisa tidak dapat berupa struktur funicular, bergantung pada bentuknya. Pelengkung tiga sendi 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 yang memang umum terjadi, sebutan “pelengkung” tentu agak keliru. Meskipun

24

demikian, sebutan “pelengkung” pada struktur tiga sendi ini masih secara umum digunakan, baik untuk yang bentuknya funicular maupun yang tidak.

Gambar 2.3.e.1.1 Gelerie des Machines, Pameran Internasional, Paris, 1889. Dasar struktur pelengkung tiga sendi. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 203

Struktur pelengkung tiga sendi dlkembangkan oleh rekayasawan Prancis dan Jerman pada pertengahan abad ke-19, khususnya untuk mengatasi kesulitan perhitungan pada jenis pelengkung sebelurnnya (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. Karena itulah struktur yang lebih besar dapat dibangun dengan lebih meyakinkan. Galerie des Machines yang sangat terkenal (sebenarnya bernama Palais des Machines di Pameran Paris pada tahun 1816) merupakan struktur yang terdiri atas sekumpulan pelengkung tiga sendi. Perhatikan struktur pelengkung tiga sendi seperti terlihat pada Gambat 2.3.e.1.2. Jelas bahwa struktur mi tidak dibentuk secara funicular. Untuk saat ini hal tersebut tidak menimbulkan konsekuensi apa pun. Apabila diperlukan, pada saatnya nanti bentuknya akan didesain ulang menjadi bentuk funicular.

a)

Struktur Dasar

25

b) Diagram benda bebas untuk setiap bagian struktur. Komponen-komponen gaya pada titik hubung.

c)

Diagram benda bebas setiap bagian. Gaya-gaya pada titik hubung Gambar 2.3.e.1.2 gaya-gaya pada pelengkung 3 dimensi. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 204

Perhatikan bahwa perilaku hubungan pada B adalah sedemikian rupa sehingga ujung segmen AB bebas berotasi pada saat mengalami beban. Ini berarti bahwa segmen BC tidak berpartisipasi dalam menahan rotasi ujung AB. Ujung-ujung segmen yang saling berhubungan dapat berotasi dengan bebas, tanpa saling mempengaruhi. Hubungan sendi ini tidak dapat menyalurkan momen dari satu segmen ke segmen lain atau, dengan perkataan lain, momen lentur pada titik hubung tersebut adalah nol. Dengan demikian jumlah semua efek rotasional yang timbul terhadap titik hubung tersebut, yang diakibatkan oleh gaya eksternal maupun internal,adalah nol. Karena beban eksternal bekerja secara langsung pada segmen kiri, maka arah gaya yang disalurkan melalui titik hubung sendi itu tidak harus kolinear dengan segmen tersebut seperti yang biasa terjadi pada rangka batang. Pada contoh benikut ini akan dicari besar dan arah gaya-gaya pada setiap titik hubung dengan meninjau keseimbangan seluruh struktur dulu, kemudian keseimbangan setiap bagian. Komponen gaya yang bekerja pada elemen kiri dapat dihitung pula resultannya seperti terlihat pada Gambar 2.3.e.1.2.(c). kerena segmen kiri struktur adalah elemen struktur tiga gaya, maka garis kerja semua gaya padanya harus melalui satu titik agar keseimbangan terpenuhi. Pada Gambar 2.3.e.1.2 (c) terlihat jelas bahwa garis kerja gaya-gaya tersebut melalui satu titik, yaitu titik nol. Meskipun gaya-gaya yang diperoleh tidak bergantung pada bentuk segmen kaku, terlihat jelas bahwa bentuk linear yang terlihat pada Gambar 2.3.e.1.2 bukanlah bentuk funicular untuk beban eksternal karena beban itu menghasilkan lenturan pada elemen struktur sebelah kiri. Karena struktur-struktur tersebut statis tertentu, kita dapat menentukan ya-gaya pada titik tumpuan dan pada titik hubung sendi dengan menggunakan etode yang telah diuraikan di atas tanpa

26

harus mengetahui bentuk struktur yang sebenarnya (kita anggap herat sendiri struktur dapat diabaikan, dan segmen-segmen rsebut kaku). Komponen gaya vertikal dan horizontal kita tentukan dengan menggunakan perhitungan keseimbangan seperti terlihat pada Garnbar 2.3.e.1.3(b), 2.3.e.1.4(b), dan 2.3.e.1.5(b).

a.Beban lokasi

b. Gaya-gaya pada titik hubung

c. Bentuk funikular

d.Garis kerja gaya-gaya e.Pemberian sruktur.terjadinya gaya aksial f. Momen datang disembarang bentuk. Gambar 2.3.e.1.3 Pembentukan pelengkung tiga sendi untuk beban terpusat. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 209

Dengan melakukan analisis seluruh sistem gaya yang bekerja pada setiap segmen pada strukturstruktur tersebut, kita dapat memberi bentuk setiap segmen sedemikian hingga momen lenturnya minimum. Untuk struktur pada Garnbar 2.3.e.1.4, perhatikan segmen kaku dan B ke C. Jelas bahwa gaya-gaya yang bekerja pada segmen itu hanya pada titik-titik ujungnya. Dengan demikian, segmen ini adalah elemen struktur dua gaya. Agar segmen tersebut seimbang, gaya-gaya harus kolinear, sama besar, dan berlawanan arah. Nyata pula bahwa apabila tujuan kita adalah membentuk segmen sedemikian rupa sehingga pada segmen itu hanya ada gaya tekan (tidak ada momen lentur), maka segmen tersebut harus berupa garis lurus yang berimpit dengan garis kerja gaya pada segmen itu. Seperti terlihat pada Gambar 2.3.e.1.3(f), momen lentur akan timbul kalau bentuk segmen ini tidak linear.

27

Gambar 2.3.e.1.4 Pembentukan pelengkung 3 sendi untuk beban terbagi rata sebagian. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 210

Contoh ketiga yang diperliliatkan pada Gambar 2.3.e.1.5 adalah untuk kurva yang pernbebanannya merata di seluruh panjang struktur. Gaya-gaya pada titik hubung juga dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan keseimbangan. Perhatikan bahwa gaya resultan pada titik hubung puncak (titik B) mempunyai arah horizontal karena tidak mempunyai komponen vertikal. Dengan memperhatikan segmen kanan, terbukti bahwa segmen ini merupakan elemen struktur tiga gaya apabila beban terbagi rata diganti secara konseptual dengan gaya ter ekuivalennya. Seperti sebelumnya, gaya-gaya tersebut harus bertemu pada satu titik. Arah gaya pada titik puncak dan tumpuan juga ditentukan oleh bentuk struktur pada titik-titik itu apabila struktur dikehendaki hanya mengalami garis tekan. Dengan rnenganggap bahwa kurva struktur adalah kontinu dan halus antara titik-titik tersebut, bentuknya akan seperti terlihat pada Gambar 2.3.e.1.5. Seperti sebelumnya, kita tidak rnungkin mendapat bentuk persamaan kurva hanya dengan menggunakan analisis yang diuraikan di sini. Meskipun dernikian, analogi kabel terbalik cukup berguna sebagai alat untuk membayangkan bentuk elernen struktur pelengkung. Segmen kiri tentu saja serupa dengan segmen kanan. Bentuk yang diperoleh adalah seperti terlihat pada Gambar 2.3.e.1.5(c). Bentuk ini rnerupakan parabolik dengan garis singgung terhadap kurva ditentukan oleh arah reaksi. Bentuk ini adalah bentuk yang sangat umum digunakan sebagai struktur pelengkung.

28

Gambar 2.3.e.1.5 Pemberian bentuk pelengkung tiga sendi untuk beban terbagi rata penuh. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 211

Setiap bentuk struktur yang digambarkan hanya mengalami gaya aksial tekan, tidak mengalami momen lentur. Kita dapat melakukan manipulasi terhadap bentuk-bentuk tersebut. Meskipun bentuk struktur pada mulanya diperoleh dengan meninjau titik hubung puncak, titik B (lihat Gambar 2.3.e.1.3), lokasi aktual titik ini dapat di mana saja pada bentuk akhir tanpa mempengaruhi bentuk struktur dan besar serta arah gaya-gaya pada titik turnpuan. Hal ini dapat dilakukan dengan perhitungan keseimbangan. Seluruh struktur dibayangkan dahulu mempunyai elemen-elemen bersendi, dan konfigurasinya secara teoretis akan stabil terhadap bahan tersebut. Hal ini tentu saja sarna dengan analogi sphere (tumpukan bola). Pada kenyataannya, struktur imajiner itu tidak cocok digunakan karena ketidakstabilannya terhadap beban lain. Sekali pun demikian, pendekatan mi masih sangat berguna untuk mengimplikasikan penggunaan jenis struktur ini. Cara lain untuk memodelkan adalah dengan menganggap struktur tersebut sebagai tumpukan blok. Selama elemen blok ditumpuk dengan cara khusus(dengan menganggap beratnya dapat diabaikan), akan terbentuk struktur yang stabil terhadap beban yang khusus pula, tidak peduli apakah blok itu disatukan dengan adukan semen ataukah tidak. Struktur yang memikul beban terbagi rata penuh, misalnya, dapat dibuat dengan menumpuk blok secara khusus (kontinu) dan akan stabil terhadap beban tersebut. Jelas bahwa apabila beban berubah, struktur akan tidak stabil dan dapat terjadi keruntuhan padanya. Secara bentuk yang diperlihatkan adalah bentuk-bentuk khusus pelengkung, apabila struktur itu dikehendaki hanya mengalami gaya tekan. Cara berpikir yang benar mengenai analogi tumpukan bola maupun tumpukan blok adalah bahwa hubungan unik antara beban dan struktur apabila kriteria yang digunakan dalam desain struktur tersebut ialah bahwa tidak ada momen lentur padanya

2.2.e.2 kabel 2.3.e.2.1 Prategang 2 D

29

Gambar 2.3.e.2.1.a. Perilaku kabel dan efek prategang. Sumber : Harianto Hardjasaputra.STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 25

Kita rentangkan 2 tali karet (atau kabel yang cukup elastis), satu tali direntangkan tanpa dikencangkan, artinya tanpa gaya prategang (V = 0), sedangkan tali yang lain dikencangkan, artinya diberi gaya prategang (V ≠ 0). Bila di tengah ketinggian setiap tali digantungkan beban P, pada tali di mana V = 0 bagian atas meregang sebesar Δl, dan bagian bawah tali akan terlipat. Sedangkan tali di mana V ≠ 0 bagian atas hanya akan meregang sebesar setengah Δl. Hal ini disebabkan sekarang beban P dipikul baik oleh bagian atas dan bagian bawah tali, masing-masing sebesar 50 % beban P. Dari grafik hubungan P dan Δl untuk kedua tali memperlihatkan bahwa tali dengan gaya prategang akan mempunyai deformasi yang jauh lebih kecil. Bila beban P sudah mencapai kondisi detension (tegangan tali pada bagian bawah menjadi nol), maka grafik hubungan P dan Δl kembali menjadi paralel dengan grafik untuk tali tanpa tegangan. Bila kedua tali sekarang dibebani dengan beban terpusat P seperti pada Gambar 2, maka grafik P dan Δ kedua tali tersebut memperlihatkan kabel dengan prategang (V ≠ Δ) mampu untuk memikul beban melintang secara lebih efektif, yaitu deformasi lenturnya menjadi jauh lebih kecil dibandingkan dengan Δ untuk tali tanpa prategang (V = Δ). Dari kedua contoh tersebut, terbukti bahwa gaya

30

prategang pada kabel selain akan meningkatkan “kekakuan” arah aksial juga akan meningkatkan lenturnya.

Gambar2.3.e.2.1.b. Deformasi kabel dan efek gaya prategang terhadap pembebanan. Schlaich and wegner 1992. Sumber : Harianto Hardjasaputra.STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 26

Teknik prategang akan lebih efektif bila digunakan pada jaringan kabel untuk atap bangunan yang dirancang sebagai geometri ruang (3D) yang mempunyai bentuk lengkung ganda yang saling berlawanan (anti klastis) atau bentuk pelana , di mana kedua kabel yang saling bersilangan tersebut mempunyai pusat lengkung berlawanan dengan posisi di atas dan di bawah (Gambar 3). Dengan demikian gaya prategang pada kedua kabel tersebut, akan saling menstabilkan diri pada saat memikul beban luar.

2.2.e.2.2 Prategang 3D Pada struktur 2 D (datar) sama halnya dengan struktur 3 , 3 D juga dapat menstabilkan sistem dalam memikulberbagai kombinasi arah pembebanan, selama kabel-kabel dalam keadaan kondisi tarik. Teknik prategang akan lebih efektif bila digunakan dalam 3 D yang dirancang sebagai bentuk lengkungganda anti klastis atau bentuk pelana, yaitu bentuk lengkung yang saling berlawanan. Kedua kabel yang saling bersilang akan mempunyai lengkung berlawanan dengan posisi lengkung arah ke atas (lenkung positif) dan lengkung negatif ke arah bawah. Susunan lengkung ganda dari kedua kabel yang dberi sistem prategangakan menstabilkan pada saat pada saat memikul bebagai kondisi beban, seperti gambar dibawah ini.

31

A B

Gambar 2.3.e.2.2.a. Singapore Flyer adalah contoh dari sistem struktur roda sepeda dan jari-jari, berdiameter 165 meter, menggunakan kabel baja prategang sebagai jari-jarinya. A. Cincin tekan B. Jari-jari prategang. Sumber : http://www.google.com

Gambar 2.3.e.2.2.b Aplikasi teknik prategang pada jaringan kabel 3D dengan bentuk lengkung ganda antiklasts menghasilkan sistem struktur yang stabil dan kaku. Beban p1 akan bersama-sama dipikul oleh kabel prategang a dan b yang mempunyai lengkung yang berlawanan. Sumber : Harianto Hardjasaputra.STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 27

Bila struktur jaringan kabel tersebut diberi gaya prategang maka jaringan kabel akan mampu pula memikul berbagai kombinasi yang terjadi pada pembebanan luar. Besarnya gaya prategang yang diberikan, harus benar-benar dalam keadaan tegangan tarik, hal tersebut dilakukan agar menghindari terjadinya penurunan kekakuanstruktur, yang akan mengakibatkan deformasi. Teknik transfer prategang pada jaringan kabek adalah dengan memasang kabel utama pada tepi jaringan, diman kabel utama harus dipasang dalm bentuk lengkung. Dengan cara menarik kabel utama, maka gaya prategang akan ditransfer pada seluruh jaringan yang terhubung. Terlihat pada prinsip transfer pada gambar dibawah ini.

32

Gambar 2.3.e.2.2.c Prinsip transfer gaya prategang dari kabel utama dan kabel tepi ke jaringan kabel (3). Sumber : harianto Hardjasaputra.STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 28

Bentuk gambar 3 dimensi dari jaringan kabel, ditentukan dengan mengikat jaringan kabel pada beberapa tiang penyangga yang menjulang tinggi ( pylon ), disebut sebagai titik atas (high point), dan berapa titik ikatan untuk dapat menarik jaringan kabel kebawah, da diikat pada bagian pondasi. Titik penarikan ini disebut titik bawah ( low point ). Metode ini digunakan untuk menentukan geometri yang sebagai teknik pencarian bentuk ( form finding ) dari konstruksi atap jaringan 3 dimensi dperkenalkan oleh free otto. Setelah struktur ini sukses, kemudian diaplikasikan pertama kali digedung pameran deutsche pavilion di monteral kanada tahun 1967 dengan menggunakan sistem jaringan kabel 3 dimensi dengan menggunakan 8 penopang baja yang menjulang tinggi sebagai titik atas,maka bentuk arsitektur jaringan kabel baja dan penutupnya sebagai atap dari ruangan pameran, menampilkan arsitektur bangunan tenda yang memilki bentang yang sangat lebar, selebar 8000 m2 dengan 8 penopang dengan tinggimaksimum 38 meter, sehingga praktis terkesan tanpa kolom. Jaringan kabel diikat pada jaringan kabel utama tepi, yang terikat pada ujung penopang sebagai titik atas, ditarik pada sisi pondasi sebagai titik bawah. Untuk dapat memikul gaya tarik, pondasi dari titik titik ini ankur dengan kabel prategang pada bantuan rok.

33

Gambar 2.3.e.2.2.d titik atas titik bawah. Sumber : Harianto Hardjasaputra.STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 29

Struktur utama dari jaringan kabel ini terdiri dari jaringan kabel dengan bentuk lengkung ganda antiklastis, digantung pada penopang sebagai titik atas, ditarik untuk memberikan gaya prategang dan diangkur pada pondasinya, sebagai titk bawah. Perilaku struktur kabel terhadap angin menunjukan bahwa gaya prategang yang diberikan pada jaringan kabel menjadikan struktur atap kaku sehingga atap stadion tidak mengalami getaran pada angin topan sekalipun.

2.2.e.3 Form Finding Berbeda dengan perencanaan bangunan yang mempunyai bentuk standar seperti lingkaran, persegi, dan lain-lain, maka untuk struktur kabel yang digunakan untuk atap stadion ataupun lainnya dengan bentang sangat lebar, maka proses perencanaannya dimulai dengan pencarian bentuk geometrinya, dikenal sebagai metoda form finding. Proses ini diperlukan agar diperoleh bentuk atap yang unik dan estetis, tapi bentuk ini justru merupakan bentuk yang optimal ditinjau dari segi struktur. Per definisi, form finding adalah proses untuk menemukan bentuk struktur yang optimal, yaitu struktur yang bentuknya akan memberikan kondisi paling efisien dari segi penggunaan bahan konstruksinya. Kondisi ini dapat kita peroleh bila material konstruksi hanya mengalami tarik pada bidangnya (membran), tanpa adanya tegangantegangan akibat momen lentur. Dari proses form finding akan dihasilkan bentuk 3D yang unik, yaitu bentuk lengkung ganda antiklastis atau bentuk pelana (Gambar 2.3.e.2.2.e), yang juga terbukti sangat efektif bila digunakan teknik prategang padanya. Kabel sebagai material yang fleksibel, dapat kita pakai sebagai elemen struktur yang dengan mudah dapat mengikuti bentuk optimal ini. Proses form finding dilakukan pada saat pradesain sampai ke tahap desain konsep bangunan, dan dikerjakan dengan melakukan berbagai eksperimen untuk mendapatkan variasi bentuk bangunan. Setelah ada kepastian bentuk geometrinya, maka secara tepat geometri bangunan akan dihitung dengan metoda matematik numerik. Adapun perhitungan matematik numerik diturunkan berdasarkan prinsip permukaan minimum, yaitu suatu gejala fisika yang kita temukan pada form finding dengan menggunakan gelembung sabun.

34

Gambar 2.3.e.2 .1 Bentuk pelana dari proses form finding. Sumber : struktur kabel, teknologi dan desain.hardjasaputra.

2.2.e.4 Detail Dan Sistem Pengakhiran Kabel Struktur kabel 3D (ruang) membagi pembebanannya melalui elemen tarik seperti halnya pada sistem rangka batang, dimana resultan gayanya bisa bertemu pada satu titik ataupun dari titik pertemuan ini garis resultan gayanya harus berubah atau berbelok. Yang penting untuk diperhatikan, adalah bahwa pada perancangan struktur kabel, untuk semua kombinasi pembebanan seluruh kabel berada dalam keadaan tarik. Karena elemen-elemen struktur kabel ini umumnya tidak selalu bersilangan secara orthogonal, diperlukan desain bentuk dari titik pertemuan antara kabel. Setiap titik pertemuan dari kabel selain harus memenuhi syarat kekuatan dan kemudahan pemasangan, juga harus dipertimbangkan secara estetika. Sesuai fungsinya titik pertemuan dari kabel-kabel tersebut dapat dikategorikan dalam beberapa bentuk simpul untuk persilangan dari 2 atau 4 kabel. Sifat dari pemegang persilangan ini dapat dibedakan dalam 2 sistem, yaitu: sistem di mana sifat persilangan tidak dapat berotasi (fix) dan sistem dimana persilangan masih dapat bergeser dan berotasi.

35

Gambar 2.3.e.4.1 Persilangan 2 dan 4 kabel (3). Sumber : Harianto Hardjasaputra.STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 34

2.2.e.5 Dudukan untuk pelengkung kabel Sesuai dengan fungsinya resultan gaya pada kabel utama harus dapat dibelokkan. Sebagai lintasan dari pembelokan kabel utama. Umumnya digunakan konstruksi dudukan bentuk pelana, dengan radius tertentu. Sedangkan bila diperlukan perubahan arah gaya dimana sudut belokan kecil dan panjang kabelnya terbatas, maka direncanakan dengan sistem dimana kabel-kabel tersebut diputus pada daerah tersebut, untuk kemudian kabe tersebut akan bertemu pada konstruksi plat simpul 3D.

36

Gambar 2.3.e.5.1 Pelengkung kabel untuk lintasan yang memerlukan perubahan arah kabel, misal untuk membelokan kabel utama pada tepi jaringan kabel (3). Sumber : harianto Hardjasaputra.STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 36

2.2.e.6 Pengangkuran Seperti sudah dijelaskan, pemberian gaya prategang pada jarinngan kabel dilakukan dengan menarik kabel utama pada ujung-ujungnya. Untuk itu memerlukan angkur membantu dalam proses prategang ( penarikan kabel ). Dapat dilihat pada contoh gambar dibawah ini :

37

Gambar 2.3.e.6.1 Detail transfer gaya prategang pada titik bawah, dimana gaya prategang F yang diangkur pada pondsi, ditransfer pada jaringan kabel melalui kabel baja tepi (F1 dan F2). Sumber : harianto Hardjasaputra.STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 37

Gambar 2.3.e.6.2 Jaringan kabel baja dengan penutup atap terbuat dari acrylic glass yang transparan.*fotografer : gagoek hardiman. Sumber : Harianto Hardjasaputra.STRUKTUR TRANSPARAN. Hal 37

2.2.e.7 Pelengkung Funicular dan Kabel: Beban Terpusat

38

Pada bagian ini dibahas analisis struktur yang diketahui berbentuk funicural (misalnya kabel). Kabel dapat dipandang sebagai sederetan kontinu elemen diskret yang saling dihubungkan dengan hubungan sendi - rantai adalah contoh nyata hal ini. Hubungan demikian mempunyai sifat tidak mampu meneruskan momen lentur (internal) dari satu elemen ke elemen lain. Karena itulah jumlah efek rotisional terhadap sembarang lokasi yang dihasilkan oleh beban eksternal dan gaya internal harus sama dengan nol. Pada pelengkung tiga sendi yang mempunyai bentuk funicular, nilai momen sama dengan nol ini hanya berlaku pada ketiga ititk sendi. Pada kabel, hal ini benar untuk semua lokasi. Uraian di sini dapat digunakan untuk menentukan bentuk eksak elemen struktur dan gaya-gaya di dalamnya. Hal lain yang perlu diperhatikan ialah apa yang telah diuraikan pada Bab 2 dan 4 bahwa fungsi suatu struktur antara lain adalah pemikul momen dan gesek yang ditimbulkan oleh beban eksternal. Pada kabel maupun pelengkung funicural 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 mornen lentur tahanan 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).

a) Struktur kabel dan pembebanannya. Struktur tersebut berdeformasi sesuai dengan besar relatif beban bekerja padanya. Besar sag (simpangan) pada satu titik saja dapat ditentukan karena besar deformasi relatif saling bergantung.

b) Sag kabel pada titik-titik yang bukan titik tadi dapat ditentukan dengan meninjau keseimbangan pada bagianbagian struktur. Langkah pertama untuk menentukan reaksi horizontal bagian kiri(Rab) dengan menijau keseimbangan bagian kanan dengan mengingat bahwa Rah = Rbh dan menjumlahkan momen terhadap titik D (sikma MD=0).

\

c) Geometri struktur diperoleh dengan lengkap, gaya-gaya internal dapat ditentukan dengan tinjauan keseimbangan.

39

d) Proses analisis alternatif adalah dengan menggambarkan diagram momen geser untuk kondisi dasar, kemudian menggunakan metode potongan untuk memperoleh komponen gaya kabel vertikal dan horizontal

e) Momen dan geser internal pada struktur pada setiap penampang harus mengimbangi momen dan geser eksternal pada penampang yang sama. Internal momen terjadi dari kopel antara reaksi horizontal dan komponen horizontal dan komponen horizontal gaya kabel. Gaya pada segmen kabel diperoleh dengan menggabungkan komponen gaya vertikal dan horizontal menjadi satu gaya resultan. Gambar 2.3.e.7.1 Analisis kabel yang memikul beban terpusat. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 214

Tinggi struktur pada titik D: Kita buat potongan vertilcal edikit d kin titik D, dan kita tinjau keseimbangan bagian kanan struktur. Sebutlah hD sebagai tinggi struktur pada titik D. Dengan demikian:

∑M

− hD (12,5) +15(6,7) = 0 D

=0

hD = 8,3 Perhatikan bahwa pada titik D hanya tinggi sebesar inilah yang memenuhi keseimbangan rotasional.

40

Gaya-gaya kabel: Gaya-gaya pada setiap segmen kabel dapat diperoleh dengan menggunakan metode keseimbangan titik hubung. Hasil proses ini diperlihatkan dalam Gambar 2.3.e.7. 1(c). Perlu diperhatikan bahwa besar gaya kabel untuk setiap segmen berbeda-beda. Kabel bukanlah struktur yang bergaya konstan. Sesudah reaksi vertikal diperoleh, kita dapat menggunakan alternatif metode analisis untuk struktur ini dengan menggambarkan dulu diagram geser dan momen untuk kondisi beban eksternal untuk kemudian kita imbangi dengan cara metode potongan. Reaksi horizontal: Reaksi horizontal dapat diperoleh dengan mengingat bahwa struktur harus dapat memberikan momen internal yang sama besar dan berlawanan arah dengan momen eksternal pada setiap titik. Momen internal ini diberikan oleh kopel antara reaksi horizontal dan komponen horizontal gaya kabel. Perhatikan titik C:

Tinggi struktur pada titik D :

Gaya kabel: Kita buat potongan-potongan sedikit di kanan titik-titik kritis, dan kita tinjau keseimbangan bagian kiri [ lihat Gambar 2.3.e.1.2 (e)]. Perhatikan bahwa pada setiap kasus, tahanan geser internalnya mengimbangi gaya geser eksternal. Gaya tahanan geser internal ini adalah komponen vertikal gaya kabel. Gaya vertikal dan horizontal merupakan komponen-komponen dan gaya aktual pada kabel. Metode kedua pada contoh di atas sangat berguna untuk meninjau secara konseptual bagaimana kabel atau pelengkung memberikan mekanisme memikul momen dan geser akibat beban eksternal. Terlihat pula bahwa reaksi dan gaya internal bergantung pada tinggi struktur. Dengan membuat tinggi maksium dua kali, misalnya reaksi horizontal akan menjadi setengahnya dan gaya kabel akan berkurang. Kombinasi tinggi kabel dan gaya-gayanya juga tetap akan memenuhi keseimbangan momen dan geser yang telah disebutkan di atas.

2.2.e.8 Pelengkung Kabel dan Funicular: Beban Terbagi Rata Kabel atau pelengkung yang memikul beban terbagi rata dapat dianalisis dengan mengunakan 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. Perhatikan kabel yang terlihat pada Gambar 2.3.e.8.1. Anggap bahwa simpangan kabel maksimum adalah hmaks. Langkah pertama adalah menghitung reaksi vertikal dengan meninjau keseimbangan seluruh struktur. Langkah berikutnya adalah menghitung reaksi horizontal, memperoleh bentuk kurva funicular, dan menentukan gaya internal pada kabel.

41

a)

Struktur kabel dan beban padanya

b) Diagram momen dan geser unuk kondisi beban tersebut

c) Peroleh reaksi. Reaksi vertikal dapat diperoleh dengan memotong titik dimana sag kabel diketahui dan meninjau keseimbangan terhadap titik tersebut. Jadi,

d) Persamaan untuk bentuk terdefleksi kabel diperoleh dengan meninjau keseimbangan potongan pada kabel. Jadi,

42

e) Kemiringan kabel pada titik sembarang dapat dievaluasikan dengan meninjau bentuk terdifleksi. Pada ujung-ujung kabel, kemiringan itu juga dapat diperoleh dari perbandingan antara komponen vertikal dan horizontal dari reaksi. Gaya kabel maksimum adalah resultan gaya-gaya tesebut. Gaya kabel ditengah bentan lebih kecil dan sama besar dengan gaya horizontal pada ujung T L/2=wL2/8h. Gambar 2.3.e.8.1 Analisis kabel yang memikul beban terdistribusi rata secara horizontal. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 217

Bentuk kabel: Bentuk kabel dapat diperoleh dengan meninjau keseimbangan potongan lain pada struktur. Perhatikan potongan sejauh x dari ujung kiri. Misalkan y adalah tinggi kabel pada titik itu. ∑M X =0 :

 wL2   8hmax

  wL  x ( y ) −  ( x ) + wx  = 0  2  2 

4hmax ( Lx − x 2 ) y= L2

Alternatif lain, dengan menyamakan momen tahanan internal dan momen eksternal:  wL2  wL  x   y =   x − ( wx )    2  2  8hmax 

4hmax ( Lx − x 2 ) y= L2

Persamaan ini jelas merupakan bentuk parabola. Nilai mutlak kemiringan pada titik- titik ujung diberikan oleh: 4h  dy  = 0 x , L = max   L  dx  x =0, x =L Kemiringan ini dapat pula diperoleh dengan meninjau perbandingan antara reaksi vertikal dan horizontal:

θ=

4h wL / 2 = max 2 L wL / 8hmax

Gaya kabel: Karena kemiringan kabel adalah nol pada titik tengah bentang di mana gaya geser internal dan eksternal juga nol, maka gaya kabel pada titik tersebut akan dengan reaksi horizontal dengan meninjau keseimbangan horizontal bagian kiri atau kanan struktur. Dengan demikian: wL2 TL / 2 = 8hmax Gaya kabel pada kedua ujung dapat dengan mudah diperoleh dengan meninjau keseimbangan titik: ∑Fx = 0 T0 , L cos θ =

wL2 8hmax

43

Dengan demikian: 2 Dimana 4h max / L dan cos θ by 1 / 1 + 16 h max L. wL2 2 T0, L = 1 + 16hmax / L2 8hmax atau juga T0, L =

=

( R Ah ) 2

+ ( R Ay )

2

R Ah 1 + ( R Ay / R Ah )

wL2 8hmax

2

1 + 16hmax / L2

=

2.2.e.9 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 simetnis atau tumpuan kabel tidak terletak pada level sama. Perhatikan kabel pada Gambar 2.3.e.9.1. Seperti sebelum ini, langkah pertama dalam proses analisis adalah memperoleh reaksi. Apabila ∑MBE adalah jumlah semua momen rotasional terhadap titik B akibat semua beban eksternal [yaitu Pn (L - xn) + Pn-1 (L - xn-1) + …] , maka ekspresi keseimbangan momen untuk seluruh kabel terhadap titik B adalah: ∑M B = 0 − R Ah ( h ) − R Ay ( L ) + ∑M BE = 0

R Ay =

∑M L

BE

−

R AH ( h ) L

Gambar 2.3.e.9.1 Kabel yang mempunyai tumpuan yang berbeda level. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 221

44

Ekspresi ini tidak dapat dipecahkan secara langsung karena RAV dan RAh belum diketahui. Langkah berikutnya adalah membuat potongan pada titik x pada struktur di mana sag (simpangan) kabel diketahui dan meninjau keseimbangan momen di bagian kiri kabel. Misalkan ∑MxE adalah jumlah momen eksternal akibat beban-beban di kiri titik x. Perhatikan bahwa lengan momen untuk gaya adalah RAh adalah ( hx/L - yx ) dimana yx adalah sag kabel dari garis yang menghubungkan kedua titik ujung kabel. Dengan demikian ekspresi momen adalah : ∑M B = 0 − R AH ( hx / L − yx ) − R Ay x + ∑M xE = 0

Dengan menyubstitusikan RAv dari atas kita peroleh : x R AH ( y x ) =  ∑ M BE − ∑ M xE L Apabila yx telah diketahui, maka Rah dapat ditentukan. Apabila RAh telah diketahui, maka dapat kita gunakan untuk mencari sag kabel pada titik-titik x lainnya. Gaya kabel dapat diperoleh dengan meninjau keseimbangan dengan cara serupa dengan yang telah disebutkan.

2.3.e.10 Panjang Pelengkung atau Kabel Kita sering kali perlu mengetahui panjang kabel atau pelengkung untuk bentang dan sag yang diketahuj. Panjang ini dapat selalu dihitung dengan meninjau ekspresi dasar bentuk kabel terdeformasi. Untuk kabel yang dibebani terbagi rata dan mempunyai titik tumpuan selevel, misalkan Ltotal adalah panjang total kabel, Lh adalah bentang dan h adalah sag makasimum. Panjang total kabel dapat dibuktikan mendekati nilai: 32 4 4   8 Ltotal = Lh 1 + h 2 / L2h − h / Lh  5  3  Untuk memperolehnya, juga untuk memperoleh ekspresi lain mengenai perpanjangan kabel, para pembaca dapat mempelajari referensi lainnya. 1

2.2.f DESAIN PELENGKUNG DAN KABEL 2.2.f .1 Sag Kabel atau Tinggi Pelengkung Salah satu dari variabel - variabel desain yang penting pada pelengkung dan kabel adalah tinggi maksimum 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. Akan tetapi, panjang kabel secara simultan bertambah. Jelas bahwa kabel yang panjangnya tak hingga memerlukan volume tak hingga juga. Sebaliknya apabila hmaks berkurang, gaya kabel dan luas penampang melintang bertambah sedangkan panjangnya berkurang. Dengan demkian, ada nilai optimum hmaks. Nilai optimum ini dapat diperoleh secara mudah dengan cara menuliskan ekspresi volume kabel yang dinyatakan dalam hmaks, dengan menggunakan ekspresi analitik yang telah dibahas pada Bab 5.2, kemudian kita minimumkan nilai ekspresi tersebut hingga kita peroleh hmaks yang optimum. 2 Secara umum, tinggi sekitar dari bentangnya membenikan nilai volume minimum. 3 Untuk struktur yang dibebani terbagi rata. Bagaimanapun, sag kabel atau tinggi pelengkung yang tepat selalu bergantung pada berbagai konteks di mana kabel atau pelengkung tersebut digunakan. Kebanyakan struktur kabel yang digunakan pada gedung mempunyai perbandingan antara 1 : 8 dan 1 : 10, bukan 1: 3. Struktur pelengkung biasanya mempunyai perbandingan tinggi : bentangsekitar 1: 5.

2.2.f .2 Desain Struktur Kabel Elemen penumpu. Selain kabel atap aktual, elemen struktural lain (tiang, penguat dan sebagainya) diperlukan untuk membentuk struktur gedung. Elemen - elemen tersebut pada umumnya memikul kabel dan merupakan sarana untuk meneruskan gaya vertikal dan horizontal ke tanah.

45

Penggunaan batang horizontal tidak banyak dilakukan karena panjangnya panjangnya tak tertumpu (unbraced) batang tersebut yang lebih memungkinkan terjadinya tekuk. Sebagai akibatnya, ukuran batang tekan menjadi sangat besar sehingga penggunaannya menjadi tidak efisien. Gambar 2.3.f .2.1 mengilustrasikan beberapa jenis elemen penumpu yang ditemukan pada gedung yang menggunakan kabel. Gambar 2.3.f .2.1 (a) memperlihatkan kabel yang ditumpu oleh pier pada ujung-ujungnya. Seluruh gaya horizontal kabel harus ditahan oleh pier vertikal yang berfungsi seperti balok kantilever. Fondasi pier juga harus didesain untuk menahan momen guling. Penggunaan elemen penumpu demikian pada dasarnya ekonomis untuk kabel yang dibebani tidak terlalu besar dan mempunyai bentang tak terlalu besar.

a) Tumpuan pier vertikal yang menumpu ujung-ujung kabel mengalami gaya aksial tekan yang berasal dari komponen vertikal reaksi kabel dan mengalami momen lentur yang berasal dari komponen horizontal reaksi kabel. Sistem ini hanya baik untuk kabel yang mempunyai bentang relatif pendek.

b) Tumpuan guyed mast komponen horizontal gaya ujung kabel diserap ole guy diagonal untuk selanjunya diteruskan ke tanah. Masts (tiang) vertikal hanya mengalami gaya aksial tekan. Sistem ini baik untuk kabel bergantung panjang.

46

c) Guyed masts memiringkan tiang akan menyebabkan sebagian ujung kabel dipikul oleh tiang akan menyebabkan sebagian gaya ujung kabel dipikul oleh tiang sehingga gaya yang dipikul oleh kabel guy berkurang. Sistem ini baik untuk kabel berbentang panjang. Gambar 2.3.f .2.1 Berbagai Jenis Sistem Penumpu Kabel. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 224

Gambar 2.3.f .2.1 (b) memperlihatkan kabel yang ditumpu oleh guyed masts (sistem penumpu berupa kabel dan tiang). Apabila masts berarah vertikal, maka gaya horizontal kabel dipikul oleh kabel guy yang meneruskan gaya itu ke tanah. Mast (tiang) itu sendiri memikul gaya aksial tekan.). Karena fondasi tiang (mast) hanya memikul beban vertikal, desain dan pelaksanaannya menjadi lebih mudah. Akan tetapi, desain fondasi untuk kabel guy lebih rumit karena harus memikul gaya lateral (horizontal) dan juga gaya uplift (vertikal). Secara umum penggunaan sistem guyed masts merupakan cara yang efisien pada sistem penumpu kabel. Cara yang lain dari yang telah disebutkan di atas terlihat pada Gambar 2.3.f .2.1 (c) dimana masts (tiang) mempunyai arah miring, bukan vertikal. Pada kasus demikian, sebagian gaya horizontal dipikul oleh tiang miring, dan sisanya dipikul oleh kabel guy. Dengan demikian, gaya aksial tekan pada tiang (masts) menjadi bertambah sehingga ukurannya bertambah. Sebaliknya, adanya kemiringan masts mengurangi gaya pada kabel guy, dan juga memudahkan desain fondasi untuk guy. Pada pembahasan di atas, penentuan sag pada kabel merupakan variabel penting karena panjang pier maupun masts berhubungan langsung dengan nilai itu. Sag semakin tinggi berarti elemen penumpu semakin penting. Sag yang mempunyai perbandingan tinggi : bentang lebih kecil daripada sepertiga biasanya memberikan hasil yang optimum. Perbandingan sag : bentang sekitar 1: 8 sampai 1 : 10 sering digunakan. Desain terhadap Efek Angin. Seperti telah disebutkan di atas, kestabilan kabel yang mengalami gaya angin sangat penting karena adanya fenornena flutter (getaran). Meskipun pembahasan fenomena getaran pada buku ini tidak mendalam, di sini ditinjau sepintas desain yang memperhitungkan efek tersebut. Pada struktur, getaran yang diakibatkan oleh angin (atau gempa bumi) berupa gerakan osilasi yang berulang pada interval waktu tertentu. Interval waktu ini disebut periode getaran. Yang disebut frekuensi getaran merupakan kebalikan dari periode. Semua struktur gantungan (dan juga struktur-struktur lain) mempunyai frekuensi alami getaran apabila mengalami gaya eksternal. Apabila gaya dinamis eksternal bekerja pada struktur pada selang frekuensi tertentu, keadaan bergetar dapat terjadi. Pada keadaan tersebut frekuensi gaya pemaksa dan frekuensi alarni struktur sama, kondisi yang disebut resonansi. Pada keadaan resonansi, struktur mengalami getaran sangat besar dan dapat menyebabkan kerusakan pada struktur liat Bab 3.2.4). Frekuensi alami kabel gantung diberikan oleh f n ( N / π / L ) T / ( w / g ) di mana L adalah panjang kabel, N adalah bilangan bulat, w adalah beban per satuan panjang, T adalah gaya tarik kabel, dan g adalah percepatan gravitasi bumi. Tiga ragam vibrasi pertama diperlihatkan pada Gambar 5-8.

47

Kabel itu dapat mengalami getaran seperti pada gambar tersebut atau ragam lainnya, bergantung pada frekuensi gaya. Ada beberapa cara dasar 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 adalah dengan memberikan kabel guy sebagai angker pada titik-titik tertentu untuk mengikat struktur ke dalam tanah. Ada pula yang menggunakan kabel menyilang atau sistem kabel rangkap.

a)

Kabel – kabel cekung rangkap. Kabel pratarik dihubungkan oleh elemen struktur sekunder.

48

b) Kabel cembung rangkap. Kabel pratarik dipisahkan oleh elemen tekan. Gambar 2.3.f .2.2 Penggunaan sistem kabel rangkap untuk mencegah getaran pada atap akibat efek angin. Perhatikan gaya kabel pada kaebl atas sedikit berbeda dengan kabel bawah. Dengan demikian setiap kabel mempunyai frekuensi alami yang berbeda, sehingga merupakan mekanisme peredam diri. Kabel yang satu tidak dapat mengalami geteran bebas karena adanya kabel lain. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 226

Pada kedua struktur, beban eksterna ldan gaya pratarik menyebabkan timbulnya gaya horizontal besar pada elemen penumpu. Gaya ini dapat dipikul oleh sistem kabel seperti terlihat pada Gambar 2.3.f .2.2 (a). Cincin tekan kontinu yang pada umumnya terbuat dari baja sering digunakan untuk memikul gaya tersebut seperti terlihat pada Gambar 2.3.f .2.2 (b). Karena cincin itu memikul gaya horizontal, kolomnya hanya memikul beban vertikal. Perilaku dinamis pada jenis atap yang telah disebutkan di atas cukup menarik untuk dipelajari. Seperti telah disebutkan, frekuensi alami getaran kabel bergantung pada gaya tarik yang ada pada kabel. Karena kedua kabel mempunyai gaya tarik berbeda, jelas bahwa masing-masing mempunyai frekuensi alami getaran yang berbeda. Frekuensi alami getaran kabel bawah akan selalu berbeda dengan frekuensi alami kabel atas. Pada saat gaya eksternal akan memaksa terjadinya getaran dengan ragam dasar pada satu kabel, kabel lainnya cenderung meredamnya karena adanya perbedaan frekuensi alami tersebut sehingga osilasi dapat diredam. Sekalipun demikian, masih ada kemungkinan kedua kabel bergetar sebagai satu kesatuan dengan frekuensi sendiri, yang tidak sama dengan frekuensi setiap kabel. Frekuensi alami sistem kabel itu berkaitan dengan kombinasi setiap frekuensi kabe1, dan nilainya lebih besar dari nilai setiap frekuensi. Apabila frekuensi kombinasi ini dapat dijadikan sedemikian besar dengan desain yang benar, maka ikan timbul efek peredam yang dapat meredam getaran akibat angin tanpa terjadi bahaya sedikit pun pada sistem struktur.

2.2.f .3 Desain Struktur Pelengkung Desain terhadap Variasi Beban. Seperti telah disebutkan, salah satu dari aspek penting pada pelengkung modern adalah bahwa struktur dapat didesain untuk menahan sejumlah tertentu variasi beban tanpa teijadi perubahan bentuk yang mencolok maupun kerusakan. Hanya pelengkung yang didesain dengan material kaku, seperti baja atau beton bertulang, yang mempunyai kemampuan demikian. Semakin besar momen lentur, semakin besar pula ukuran elemen struktur yang diperlukan. momen lenturnya sangat besar, maka desain tersebut tidak layak lagi. Dengan demikian, tinjauan desain yang perlu dilakukan adalah menentukan kembali bentuk pelengkung yang dapat memberikan

49

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. Singkat kata, tidak tepat untuk menyebut pelengkung kaku sebagai funicular karena struktur demikian hanya furnicular untuk satu kondisi pembebanan.

a)

Pelengkung 3 sendi setengah lingkaran dengan beban terpusat.

b) Analisis struktur

c) Gaya reaksi pada titik-titik ujung menyebabkan terjadinya lentur. Lentur maksimum terjadi pada titik M yaitu sebesar

50

d) Apabila pelengkung dibuat sesuai dengan garis kerja gaya-gaya pada ujung, maka tidak akan ada mpmen lentur. Yang membuat struktur funikular untuk beban yang ada.

e)

Momen yang timbul pada struktur sebanding dengan deviasi struktur dari bentuk funikular.

Gambar 2.3.f .3.1 Momen lentur yang timbul pada struktur pelengkung yang tidak secara funikular dibentuk untuk beban yang diberikan. Sumber: Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 230

Perhatikan pelengkung tiga sendi yang terl.ihat pada Gambar 2.3.f .3.1 (a) (yang pada dasarnya dibentuk berdasarkan beban berarah radial ke dalam). Hasil analisis ini terlihat pada Gambar 2.3.f .3.1 (b). Dengan memperhatikan diagram benda bebas salah satu dari kedua segmen struktur kita dapat melihat bahwa gaya reaksi dan gaya pada titik hubung sendi dapat dipandang sebagai gaya eksternal terhadap elemen struktur. Dalam kasus ini gaya-gaya tersebut kolinear. Seperti terlihat pada Gambar 2.3.f .3.1 (c), gaya-gaya tersebut rnenyebabkan timbulnya momen lentur di sepanjang elemen struktur. Momen lentur terbesar akan terjadi pada titik yang disebut M. Apabila struktur tidak didesain untuk memikul momen, pada titik ini dapat terjadi retak yang kemudian dapat menyebabkan terjadinya keruntuhan. Semakin besar lengan momen gaya eksternal terhadap suatu titik pada struktur, maka semakin besar momen lentur yang timbul, begitu pula sebaliknya. Bergantung pada beban yang bekerja, struktur itu dapat didesain untuk memikul momen lentur yang timbul. Meskipun demikian, dari tinjauan desain. Apabila kita menggunakan elemen struktur yang lurus, yang berimpit dengan garis kerja gaya-gaya kolinear, maka elemen struktur itu tidak akan mengalami momen lentur. Hanya ada gaya aksial padanya karena lengan momen akibat gaya eksternal adalah nol. Karena itulah untuk beban tersebut, bentuk strukturnya seperti terlihat pada Gambar 2.3.f . 3.1 (d), tidak seperti pada Gambar 2.3.f .3.1 (a). Ukuran penampangnya dapat jauh lebih kecil. Perlu diperhatikan bahwa bentuk yang diperoleh di atas, yang memikul beban tanpa terjadi momen lentur, adalah bentuk funicular untuk beban tersebut sebagai mana diperoleh dari kabel berorientasi lawannya dan dibebani sama. Perlu diingat juga bahwa besar momen lentur yang timbul pada suatu titik struktur semula berbanding langsung dengan deviasi titik tersebut ke bentuk funicular [ lihat Gambar 2.3.f .3.1 (e)].

51

a) Anggapan bahwa lokasi tiga sendi diketahui. Desain struktur untuk memikul beban mati + hidup penuh serta beban mati penuh + beban hidup sebagian.

b) Bentuk funikular untuk kondisi beban penuh.

c)

Beban funikular untuk beban mati penuh + sebagian beban hidup (segmen kiri diberi beban hidup.

d) Bentuk funikular untuk beban mati penuh + beban hidup sebagian ( segmen kanan diberi beban hidup)

52

e)

f)

Bentuk funikular gabungan

Analisis secara kasar dapat diterapkan untuk memperolah kemiringan kritis struktur.

g) Apabila struktur didesain untuk mengandung garis-garis funikular untuk berbagai kondisi beban yang mungkin, maka lentur dapat diminimumkan. Apabila garis-garis tersebut terkandung dalam sepertiga tengah penampang melintang, maka hanya tegangan aksial yang timbul pada struktur. Gambar 2.3.f .3.2 perancangan dengan meminimumkan efek variasi beban. Jembatan salginatobel yang didesain oleh robert mailart dan dibangun antara tahun 1929 dan 1930 menunjukan cara pembuatan bentuk seperti pada G tetapi menggunakan konsep struktur yang lebih rumit. Beberapa jembatan baja, seperti yang ada di roxbary, massachussts, yang dianggap rancangan oleh perencana anonim, juga mempunyai bentuk umum yang sama. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 231

Meskipun satu bentuk struktur hanya funicular untuk satu jenis pembebanan, entur dapat diminimumkan dalam desain. Perhatikan struktur yang terlihat pada Gambar 2.3.f .3.2 di mana diinginkan desain struktur pelengkung yang mempunyai tiga sendi untuk memikul kondisi pembebanan sebagai berikut: (1) beban mati saja, (2) beban mati penuh ditambah beban hidup penuh, dan (3) beban mati penuh ditambah beban hidup pada salah satu segmen struktur. Gambar 2.3.f .3.2 (b)(d) memperlihatkan bentuk-bentuk funicular untuk kondisi-kondisi pembebanan tersebut. Sendi tengah menentukan tinggi struktur di tengah karena garis funicular harus melului sendi itu (sendi adalah titik di mana momen lentur dan rotasional akibat gaya-gaya terhadap titik tersebut adalah nol kondisi ini dipenuhi oleh semua titik pada kurva funicular). Dengan menggabungkan bentuk-bentuk

53

funicular tersebut, kita peroleh Gambar 2.3.f .3.2 (e). Apabiia efek-efek beban hidup off-balanced cukup kecil, maka kurva-kurva itu akan sangat berdekatan. Apabila kurva ini sangat berdekatan, maka struktur tersebut dapat didesain mempunyai penampang sedemikian hingga semua kumpulan kurva dikandung oleh ukuran itu. Apabila hal ini dilakukan, maka momen lentur pada struktur akan menjadi kecil untuk semua kondisi pembebanan yang mungkin. Gambar 2.3.f .3.2 (f) mengilustrasikan analisis yang lebih kuantitatif untuk struktur tersebut. Bentuk struktur yang dimaksud terli pada Gambar 2.3.f . 3.2 (g).

Pelengkung tiga sendi relatif tidak dipengaruhi oleh turunnya tumpuan karena kedua segmen pelengkung hanya saling berputar.

Pelengkung dua sendi relatif tidak dipengaruhi oleh turunnya tumpuan karena adanya sendi memungkinkan struktur mengalami perputaran sebagai satu kesatuan. Pondasi reaksi horizontal yang menimbulkan momen maksimum besar di puncak.

Pelengkung jepit paling besar dipengaruhi oleh turunya tumpuan. Tidak adanya sendi mengakibatkan struktur mengalami momen lentur yang relatif besar.

Apabila setiap struktur pada gambar dibentuk secara funikular, maka gaya internal utama yang timbul pada semua struktur akan sam. Turunnya tumpuan (support settlements). Pelengkung tiga sendi adalah jenis yang paling kecil dipengaruhi oleh turunnya tumpuan sementara pelengkung jepit adalah yang paling dipengaruhi. Gambar 2.3.f .3.3 efek – efek berbagai kondisi tumpuan ujung pelengkung. Karena ada keuntungan dan kerugian relatif, maka pemilikan jenis kondisi ujung harus memperhiungkan konteks desain masing-masing. Pelengkung dua sendi sering digunakan karena jenis struktur ini menggabungkan keuntungan pelengkung tiga sendi dan pelengkung jepit, tanpa menggabungkan kerugiannya. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 233

Kontrol Kondisi Tumpuan 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 pclengkung jepit (lihat Gambar 2.3.f .3.3). Pembahasan kita lebih banyak terpusat pada pelengkung tiga sendi karena jenis pelengkung inilah yang tertentu. Reaksi, gaya-gaya pada titik hubung, rnomen, serta gaya internal pula pelengkung tiga sendi dapat diperoleh dengan menerapkan secara langsung persamaan keseimbangan. Sedangkan analisis pelengkung dua sendi serta pelengkung jepit tidak dapat hanya didasarkan atas keseimbangan statis. Analisnya diluar lingkupan buku ini.

54

c)

Ekspansi dan kontraksi karena perubahan temperatur. Pelengkun tiga sendi paling sedikit dipengaruhi sementara pelengkung jepit paling dipengaruhi

55

d) Kekakuan pelengkung jepit lebih diinginkan untuk kontrol defleksi, kemudian pelengkung dua sendi adalah yang paling tidak baik untuk masalah defleksi. Untuk beban dan struktur pelengkung yang sama dalam segala hal kecuali kondisi ujungnya. Gambar 2.3.f .3.3 Sambungan. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 234

Apabila didesain 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 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. Gambar 2.3.f .3.2 mengilustrasikan bagaimana jenis-jenis pelengkung itu berperilaku terhadap faktor - faktor tersebut.. 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 rnenggabungkan keuntungan yang ada pada kedua jenis pelengkung lainnya tanpa menggabungkan kerugian kedua-duanya.

a)

Kestabilan lateral dapat menjadi masalah

b) Tekuk lateral akibat gaya internal yang besar dapat merupakan masalah

56

c)

Masalah tekuk lateral dapat dipecahkan dengan menggunakan pengaku lateral. Pengaku ini dapat berbentuk silang atau bentuk lain, dan berfungsi menjamin kestabilan lateral. Gambar 2.3.f .3.4 Tinjauan Desain Pelengkung. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 235

Perilaku Lateral pada Pelengkung. Ada dua mekanisme yang umum dipakai untuk mencegah hal ini. Salah satunya adalah dengan menggunakan tumpuan jepit. Akan tetapi, seperti telah disebutkan, ada kerugian tertentu pada penggunaan tumpuan jepit, yang lebih berhubungan dengan perilaku pelengkung di dalarn bidang daripada di luar bidang. Untuk struktur yang sangat besar, penggunaan tumpuan jepit untuk mencegah ketidakstabilan lateral juga memerlukan pondasi masif 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. Masalah kedua yang penting pada perilaku lateral pelengkung ialah masalah tekuk lateral. Karena gaya internal yang timbul pada pelengkung biasanya tidak terlalu besar, desain pelengkung dengan menggunakan material bermutu tinggi (misalnya baja) akan menghasilkan elemen yang relatif langsing. Karena langsingnya, ada kemungkinan terjadi tekuk ke luar bidang dengan ragam seperti terlihat pada Gambar 2.3.f .3.4 (b). Seperti pada rangka batang, salah satu pemecahan masalah tekuk lateral ialah untuk mernperbesar kekakuan pelengkung pada arah lateral dengan memperbesar dimensi lateral. Pemecahan lainnya ialah dengan menggunakan pengaku yang diletakkan pada jarak-jarak tertentu (Gambar 2.3.f .3.5). Dengan menggunakan elemen-elemen pengaku lateral, struktur pelengkung yang digunakan dapat yang langsing. Perlu diperhatikan bahwa sistem yang digunakan untuk pelengkung terhadap guling secara lateral juga memberikan pengaku lateral padanya dan dapat mencegah terjadinya tekuk lateral.

57

a)

Pelengkung kaku digunakan pada jembatan. Dek jembatan digantung pada pelengkung.elemen struktur transversal menstabilkan pelengkung terhadap gaya lateral.

b) Kekakuan pelengkung membuatnya mampu memikul beban terpusat pada dek jembatan. Pada gambar ini, kekakuan diperoleh dengan triangulasi elemen-elemen diskret.

c) Pelengkung jepit digunakan pada gedung. Dek atap biasanya diletakkan langsung pada elemen struktur transversal yang pada gilirannya ditumpu oleh pelengkung. Kekakuan lateral diberikan oleh elemen bracing.

58

d) Kekakuan pelengkung membuatnya mampu memikul beban atap tak merata. Kedua elemen kaku dapat digunakan pada gedung besar atau susunan segitiga pada (b).

Gambar 2.3.f .3.5 Penggunaan pelengkung kaku pada jembatan dan gedung. Sumber : Daniel L. Schodek. STUKTUR. Hal 236

2.2.g MATERIAL Kabel yang digunakan biasanya berdasarkan keperluan atau beban yang dipikulnya. Macam tipe kabel menurut standar DIN 18 800 seluruh kabel yang digunakan untuk struktur bangunan dikategorikan sebagai high tensile members. Secara struktur kabel-kabel tersebut mempunyai kekuatan rencana yang lebih tinggi dari pada batang tarik baja, sehingga luas penampang yang sama dapat memikul beban yang lebih besar berdasarkan standar dan kegunaannya. Untuk keprluan konstruksi bangunan, dikenal dengan tiga type penampang kabel, yaitu spiral stands, full locked cables dan structur wire ropes untuk konstruksi khusus.

1.

Spiral strands

59

2.

3.

Full locked coil pic

Structural wire ropes

Gambar 2.3.g.1 jenis-jenis kabel konstruksi. Sumber: Harianto Hardjasaputra.STRUKUR TRANSPARAN. Hal 38

Spiral strands terutama digunakan untuk membangun dimana bebannya relatif kecil seperti untuk pendukung antena telekomunikasi, cerobong asap, ikatan angin (bracing) pada jaringan kabel, struktur kayu dan baja. Spriral strands diproduksi dengan diameter antar 5 mm sampai dengan 40 mm. Spriral strands hanya terdiri dari dari susunan kawat-kawat yang berpenampang lingkaran, akibatnya terdapat celah-celah antara spiral strand, sehingga tipe ini dikelompokkan pada material yang kuran tahan terhadap bahaya korosi. Sifat-sifat khusus dari full locked coil cables, adalah : 1. Mempunyai E modulus yang tinggi dan permukaan kabel mempunyai daya tahan tinggi 2. Permukaan kabel tertutup, sehingga tahan terhadap korosi 3. Penampang kabel bagian dalam atau bagian intinya terdiri dari kawat-kawat dengan penampang lingkaran, sedangkan bagian berpenampang dengan bentuk Z. Structural wire ropes, terutama dipasang sebagai kabel tepi pada struktur membran ( textile structure ). Memilki sifat yang fleksibel berdasarkan standart yang telah di ataur dalam produksinya. Perlu diperhatikan pada penggunaan kabel adalah tegangan batas yang dimilki dari setiap tipe kabel yang berlainan. Modulus elastisitas kabel tipe spiral stands terdiri dari tipe dengan 130.000 N/mm2 dan 160.000 N/mm2. Sedangkan modulus elastisitas full locked cable 160.00 N/mm2.

60

Tabel 2.3.g.1 Standart tegangan pada kabel

Tipe kabel Spiral strand Full locked

Modulus elastisitas (N/mm2) 130.000 ±10 160.000 ±10 160.000 ±10

Tegangan tarik batas (N/mm2) 730 923 871

Standar umur dan keamanan dari struktur kabel baja sangat ditentukan oleh teknik perlindungn terhadap korosi. Sistem anti karat harus menjamin keamanan dan umur dari konstruksi. Sistem anti karat kabel dapat dibagi dalam beberapa langkah : 1. Anti karat secara konstruktip, yaitu mengusahakan agar air hujan jangan sampai terperangkap pada sambungan-sambungan kabel. 2. Anti karat pada setiap kawat. 3. Anti karat bagian dalam kabel. 4. Anti karat pada permukaan kabel. Lapisan anti karat yang umum digunakan adalah lapisan ZINK.

2.3

STRUKTUR PNEUMATIK

2.3.a Pengertian Membran adalah struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban dengan mengalami terutama tegangan tarik. Membran adalah suatu lembaran bahan tipis sekali dan hanya dapat menahan gaya tarik murni. Soap film adalah membran yang paling tipis, setipis kira – kira 0,25 milimeter yang dapat membentang lebar. Gelembung sabun adalah contoh klasik yang dapat dipakai untuk mengilustrasikan apakah struktur membran itu dan bagaimanakah prilakunya. Struktur membran cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur tersebut dibebani. Selain itu, struktur ini sangat peka terhdap efek aero dinamika dari angin, efek ini dapat menyebabkan terjadinya flittering (getaran). Dengan demikian, membran 61

yang digunakan pada gedung harus di stabilkan dengan cara tertentu hingga bentuknya dapat tetap dipertahankan pada saat memikul berbagai kondisi pembebanan. Penstabilan dengan menggunakan prategang pada permukaan membran

dapat dilakukan baik dengan

memberikan gaya eksternal yang menarik membran maupun dengan nenggunakan tekanan internal apabila membrannya berbentuk volume tertutup. 2.3.b Sejarah Struktur Membran Insinyur Rusia Vladmir Sukhov adalah salah seorang yang pertama yang mengembangkan perhitungan praktis mengenai tegangan dan lendutan pada struktur lentur, shell dan membran. Shukkhov mendesain dan merancang 8 struktur lentur dan aula pameran berstruktur cangkang tipis pada Nizhny Novogorod untuk gereja Colonia Guell. Dia menciptakan sebuah model lentur menggantung untuk menghitung kekuatan tekan dan untuk menentukan kolom dan geometri. 2.3.c Konsep Dipelopori oleh arsitek sekaligus insinyur Jerman, Frei Otto, yang pertama kali menggunakan ide konstruksi tensil itu pada aula jerman saat Expo 67 di Montreal. Otto kemudian menggunakan ide itu untuk asap stadium Olympiade Munich tahun 1972. Antonio Gaudi menggunakan konsep kebalikannya popularitas struktur atap fabrikasi. 2.3.d Jenis-Jenis Menstabilkan membran dengan menggunakan tekanan internal dapat dilakukan apabila membran mempunyai volume tertutup. Ada beberapa jenis struktur membran berdasarkan yang mendapat kestabilannya dari tekanan internal, antara lain:

62

Gambar 2.3.d. 1 Struktur membran Sumber: Daniel Schodeck. 1998. Hal 432

• Struktur Tenda Untuk struktur-struktur yang mendapat kestabilannya dari gaya-gaya prategang eksternal, penerapan primsip desain yang mengharuskan tarik permikaan harus dipertahankan luas terdebut apabila beban normal bekerja padanya. Besar gaya prategang yang diberikan untuk menstabilkan tigak boleh menyebabkan tegangan membran melebihi kapasitas material yang digunakan. Untuk struktur berbentang besar, biasanya membran terdiri atas jaring kabel baja berjarak dekat yang mampu memikul gaya prategang relatif besar. • Struktur Pneumatis Struktur pneumatis biasanya digunakan untuk konstruksi pneumatis khusus yang digunakan pada gedung. Banyak di antara struktur ini yang menggunakan udara sebagai medium tekanan. Ada dua kelompok utama pada struktur pneumatis: struktur yang ditumpu udara (airsuported 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 digelembunhkan udara di tumpu oleh kandungan udara bertekanan yang menggelembungkan elemen-elemen gedung. Volume internal udara gedung tetap sebesar tekanan udara Struktur yang digelembunhkan udara mepunyai mekanisme pikul beban yang lain. Udara yang ditekan digunakan untuk menggelembungkan bentuk-bentuk (misalmya pelengkung, dinding, atau kolom) 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.

63

Gambar 2.3.d.2 Struktur yang digelembungkan oleh udara Sumber: Daniel Schodeck.1998. Hal 435

Untuk mendapat kestabilan, struktur yang digelembungkan udara biasanya memerlukan tekanan tekanan yang lebih besar dari pada yang dbutukkan oleh struktur yang di tumpu udara. Hal ini karena karena tekanan internal tidak dapat langsung digunakan untuk mengimbangi beban eksternal, tetapi harus digunakan untuk memberi bentuk pada struktur.

64

Gambar 2.3.d.3 Struktur yang digelembungkan udara dan struktur yang ditumpu oleh udara Sumber: Daniel Schodeck. 1980. Hal 435

Pada gambar di atas menunjukkan bahwa struktur plat yang digelembungkan udara jauh lebih mudah runtuh karena tekuk atau karena lipat pada permukaan atas apabila tekanannya kecil dibandingkan dengan struktur yang ditumpu udara. Pada umumnya, sistem struktur yang ditumpu udara dapat mempunyai bentang lebih besar daripada struktur yang digelembungkan. 2.3.e Sistem Pembebanan dan Gaya Sistem membran pada bangunan bentang lebar biasanya masih harus dibantu oleh struktur lainnya seperti kabel atau space frame, karena sistem membran bila terkena gaya dari angin maka harus ada daya tarik menuju tumpuan (pondasinya). Sistem membran yang dipakai kebanyakan untuk bangunan skala besar harus mempertimbangkan bahan tenda dan arah angin. Tiang – tiang penyangga fleksibel terhadap gaya tekan oleh angin, hal ini menyebabkan tenda dapat terus berdiri. Suatu struktur membran dapat bertahan dalam dua dimensi, tidak dapat menerima tekan dan geser karena tipisnya terhadap bentangan yang besar. Beban – beban yang dipikul mengakibatkan lendutan, karena membran adalah bidang dua dimensi dan karena merupakan jala – jala yang saling membantu, maka bertambahlah kapasitasnya. Pada gambar di bawah terlihat sepotong membran yang memikul beban sebagai gaya normal.

65

Gambar 2.3.e.1 Gaya tegak dan geser pada membran Sumber: Sutrisno. 1983. Hal 198

Element melendut dan mengadakan lengkungan pada bidang itu dalam dua arah, yang satu tegak lurus terhadap lainnya seperti dua kabel yang masing – masing menahan beban. Bentuk lengkungan adalah karakteristik geometris dan dalam penahan beban dalam dua dimensi, timbul mekanisme pendukung dengan timbulnya geser tangensial yang bekerja di dalam permukaan bidang. Dapat dibuktikan bahwa sepotong bahan kertas yang tipis dapat menahan gaya geser dengan cara dibebani oleh gaya disisi tepi yang tidak terapit.

Gambar 2.3.e.2 Gaya tegak dan geser pada membran Sumber: Sutrisno. 1983. Hal 198

Pada gambar di atas menunjukkan bahwa pada bidang itu timbul gaya –gaya geser tangensial. Beban tegak lurus pada bidang kertas tadi tidak dapat dipikul, seperti halnya kabel bila dibebani tegak pada arah memanjang. Daya pikul dari membran mengenai geser tangensial ada hubungannya dengan karakteristik. (Gambar lembar a.1 4,5)adalah sepotong membran bujur sangkar yang miring ke arah satu sudut. Sisi a – d’ miring terhadap sisi a – d, dan sisi c – d’ miring terhadap sisi c – d; selisih d – d’ ini disebut kemiringan geometri dari permukaan membran. Kemiringan disertai lengkungan mempunyai tingkah laku geometri daripada permukaan membran. Dalam membran yang miring, kemiringan antara dua gaya geser perbuatan luar biasa dengan mengadakan gaya keatas. Dalam hal ini keadaan seimbang diperoleh sebagian dari beban – beban yang memberi membran kapasitas geser pada permukaan bidang. Selama gaya geser equivalen dengan tarik dan tekan, kapasitas pendukung beban dapat ditimbulkan oleh membran apabila besarnya gaya tekan yang ekuivalen dengan geser lebih kecil dari pada aksi tarikan kabel. Bila tidak demikian halnya, membran berubah bentuk dan hanya dapat menerima gaya tarik saja. Membran yang tidak melekuk dapat dipandang sebagai pemikul gaya normal tanpa berubah bentuk oleh sebab tiga mekanisme, yaitu: aksi kabel oleh karena lengkungan ke satu arah, aksi kabel dalam arah tegak lurus pada yang kesatu tadi, dan aksi geser terhadap pemutaran. Ketiga mekanisme itu tidak dapat terjadi, bilamana lengkungan dan pemutaran tidak ada.

66

Lengkungan dan tekanan membran prinsipial Uraian di muka memperlihatkan bahwa ada dua karakter dasar dari kemampuan membran. Tegangan membran terdiri atas tarik dan geser, yang selalu ada dalam permukaan bidang membran dan tidak tegak lurus diatas bidang itu. Aksi membran pada dasarnya tergantung dari karakteristik bentuk geometrinya, yaitu dari lengkungan dari miringnya bidang membran.Untuk mendapat gambaran dari lengkungan – lengkungan dari permukaan bidang dapat dikerjakan dengan menggunting kertas dan meletakkannya diatas bentuk lengkungan.

Gambar 2.3.e.3 Lengkungan searah dari silinder Sumber: R. Sutrisno. 1983. Hal 198

Pada gambar di atas menunjukkan bahwa tampak bahwa pada sumbu memanjang tidak ada pemotongan lengkungan dari garis lurus. Tegak lurus pada pemotongan lengkungan itu adalah minimum dan pemotongan – pemotongan lainnya lebih panjang.

Gambar 2.3.e.4 Lengkungan searah dari silinder Sumber: R. Sutrisno. 1983. Hal 198

Pada gambar di atas berikut, menujukkan bentuknya setengah silinder membelok. Gambar (1) memperlihatkan bahwa pemotongannya mendatar, tidak ada pemutaran dan garis lainnya tegak lurus padanya. Gambar (2) memperlihatkan adanya pemutaran garis – garis sehingga menjadi jajaran

67

genjang. Kita dapat mengadakan pemotongan – pemotongan dengan jarak pendek pada suatu bentuk permukaan bidang untuk mendapatkan garis – garis dan prinsip lengkungan.

Gambar 2.3.e.5 Lengkungan searah dari silinder Sumber: R. Sutrisno. 1983. Hal 198

Pada gambar di atas menunjukkan bahwa tampak garis – garis dari prinsip lengkungan secara garis besar. Tegangan tarik pada suatu titik dari membran tidak sama besar, tetapi tergantung kepada arah masing – masing lengkungan. Bilamana orientasi dari tegangan memutar terhadap suatu titik, tegangan dapat mencapai maksimum pada suatu kedudukan dand apat minimum pada kedudukan lain yang tegak lurus. Ini disebut arah –arah prinsip tegangan. Elemen – elemen yang berorientasi pada arah – arah itu tidak menimbulkan 1geser. Geser maksimal ada pada arah 45o dari arah arah tegangan maksimum dan minimum tadi. Arah prinsip tegangan dapat dianggap sebagai dua kabel yang tegak lurus yang satu dengan lainnya, sedangkan gaya geser ada diantaranya dengan arah lain. Garis – garis prinsip untuk tegangan disebut garis – garis trayektori tegangan pada bentuk permukaan geometri suatu membran dan tergantung dari sifat bentuk permukaan dan cara pembebanan beserta kondisi dari peletakkan atau landasam. Analisa kekakuan konstruksi kabel memperlihatkan bahwa tegangan – tegangan yang terjadi didalamnya berhubungan erat dengan pembandingan antara bentangan dan lendutan. Sebaliknya apabila tegangan yang diperkenankan ditentukan, maka semakin besar lendutan, bertambahlah beban yang dapat dipikul. Dalam membran yang dapat dianggap sebagai sitem kabel, lebih besar lengkungan makin besar daya pikulnya terhadap beban dari pada lengkungan yang kecil. Membran yang bentuk setengah bola dengan semua lengkungan yang sama dan pembebanan yang terbagi rata, dalam kedua arah berdaya sama. Bila bentuk silinder yang dibebani dengan tekanan terbagi rata dari sebelah dalam, maka garis lurus sejajar dengan sumbu memanjang tidak memikul beban karena tidak ada lengkungan. Semua beban dipikul oleh seluruh panjang busur lingkaran yang tegak lurus pada sumbu memanjang. Ini disebut tumpukan tegangan, yang besarnya sama dengan dua kali pada bentuk setengah lingkaran. Apabila pada membran distribusi beban berubah, maka tegangan

1

68

– tegangan berubah pula. Tetapi bilamana beban baru itu mencoba mengadakan lekuk, membran tidak punya kesempatan untuk mengubah bentuk untuk memikul beban itu. Pada sistem kabel hanya dapat diterima satu set beban, sedangkan membran dapat menerima variasi pembebanan, diantaranya gaya tarik dalam dua dimensi ditambah dengan mekanisme geser dalam beberapa macam jalan. Jadi membran sebetulnya lebih stabil, wlaupun tidak stabil terhadap beban yang mengakibatkan lekuk. dalam hal itu membran mengubah bentuk sebagai pendukung daya tarik. pada umumnya membran harus distabilkan, kebanyakan karena bentuk yang funikuler (funikuler = batang – batang segi banyak beban – beban yang hampir berimpitan dengan sumbu lengkungan membran) untuk beban mendatar yang keadaannya lain daripada beban vertikaCara membuat stabil ialah dengan mengadakan rangka didalam membran atau dengan memberi prategang yang didapat dari tenaga luar atau tekanan dari dalam. Dengan cara prategang maka daya tariknya yang terutama dalam membran naik. Hal itu menambah banyak stabilitas terhadap aerodinamika dan sedikit kapasitas untuk mekanisme geser.

Ada jenis-jenis pembebanan eksternal pada struktur pneumatis, antara lain: • Struktrur yang ditumpu udara Beberapa jenis beban dapat bekerja pada struktur yang ditumpu udara. Salju adalah salah satu beban yang berarah ke bawah.pada segmen-segmen bola yang berprofil relatif rendah, salju dapat menutupi seluruh atap.beban angin adalah masalah utama. Beban beban yang ditimbulkan oleh angin biasanya kompleks dan terdiri atas tekanan dan isapan. Tegangan membran akibat Tegangan Internal. Gaya-gaya dalam bidang-bidang (ln plane) pada suatu membran yang ditimbulkan olek tekanan internal bergantung pada dimensi dan bentuk geometris mebran selain juga pada besar tekanan internal yang ada.

Gambar 2.3.e.6 Beban angin pada struktur dan Efek angin pada struktur Pneumatis bola Sumber: Daniel Schodeck. 1998. Hal 437

Gaya – gaya pada bentuk membran sederhana biasanya mudah ditentukan. Mula – mula tinjaulah cincin planar yang mengalami tekanan internal persatuan luas pr berarah radial keluar seperti terlihat pada gambar 11 – 7. gaya tarik yang timbul pada cincin itu dapat

69

diperoleh dengan membuat potongan melalui garis tengah cincin dan meninjau keseimbangan translasinya. Efek translasional total dari tekanan pr adalah jumlah dari komponen gaya yang bekerja dalam arah yang ditinjau. Efek normal ini sama dengan tekanan internal yang bekerja pada luas terproyeksi dari cincin. Gaya internal total dari tahanan adalah 2T dimana T adalah gaya yang terjadi pada ring. Tekanan Internal yang dibutuhkan. Ada tekanan internal yang dibutuhkan untuk mencegah membran dari terlipat untuk segala kondisi pembebanan yang mungkin terjadi padanya. Pada umumnya, tekanan internal yang diperlikan itu kecil. Tekanan internal sekitar 100 mm ( tekanan air ) adalah tekanan yang umumnya terjadi.Kondisi tumpuan. Bagaimana struktur yang ditumpu udara bertemu dengan tanah merupakan masalah desain kritis. Gaya keatas (upfit) yang besar, bergantung pada bentuk struktur dan gaya horizontal pada tumpuannya. Untuk struktur besar, cara yang sering di[akai untuk menahan gaya – gaya tersebut adalah menggunakan cincin containment di dasarnya. Pada struktur berprofil rendah, komponen horizontak reaksi membran mempunyai arah kedalam sehingga cincin containment akan mengalami tekanan.Cincin kontainment untuk struktur yang merupakan segmen bola adalah cincin lingkaran. Propil salah satu masalah desain yang berkaitan dengan struktur yang di tumpu udara adalah menentukan profil struktur. Untuk p yang sama, membran bola berprofil rendah akan mengalami tegangan lebih besar daripada yang berprofil tinggi. Selain itu pada struktur berprofik rendah terjadi reaksi horizontal yang besar, jadi membutuhkan cincin tekan yang besar. Volume gedung hesar dan ditutupi oleh struktur berprofil tinggi tentu saja memebutuhkan sisitem mekanis lebih banyak yang dibutuhkan untuk menjamin kondisi kondisi keamanan penggna gedung. Gaya eksternal akibat efek angin dapat menjadikan strultur berprofil rendah menjadi menguntungkan. Dengan memotong segmen bola kita dapat memperoleh kondisi dimana efek angin hanya isapan.gaya angina isap mempinyai kecenderungan mengangkat atap, bukan menekan ke bawah. Dengan demikian, pemberian tekanan internal juga akan terpengaruh. • Struktur yang digelembungkan oleh udara (Air-Inflated-Structures) Perhatikan balok yang digelembungkan udara di mana tekanan pemggelembung adalah sebesar Pr. Tegangan tarik membran longitudinal merata akibat tekanan tersebut akan terjadi pada seluruh panjangnya apabila struktur tidak dibebani. Pemberian beban eksternal 70

cenderung menyebabkan terjadinya tegangan disepanjang permukaan atas dan tegangan tarik di sepanjang permukaan bawah seperti pada balok yang dibuat pada materiak kaku. Sebab akibatnya, tegangan tarik yang semula ada disepanjang permikaan atas akan berkurang dan dipermukaan bawah bertambah.

Gambar 2.3.e.7 Tusukan(lubang) yang dikembangkan (digelembungkan)oleh udara. Sumber: Daniel Schodeck. 1998. Hal 445

Tegangan tarik dalam membran terbagi rata melalui ketebalannya, maka penggunaannya optimal. Lagipula tegangan tarik pada umumnya lebih kecil daripada tegangan lengkung, sehingga lendutan membran terhadap beban adalah kecil. Membran pada umumnya ringan dan kaku pada pembebanan yang tetap dan tidak berubah – ubah.Teknik yang dilaksanakan oleh Bini untuk pembuatan Bini shells adalah perkembangan dari ilham Neff.

71

Penulangan sebagai penguat istimewa yang dapat bergeser, diletakkan di atas balon yang dikempiskan, lemudian di isi dengan cairan beton.Balon diggembungkan dan mengangkat penulangan beserta betonnya yang ditempatkan oleh suatu rangka per baja dan digetarkan setelah berhenti menggembung. Bini shell dengan bentangan 40m meter telah dibangun dengan sukses dan biayanya murah.Apabila bentangan balon untuk atap yang ditunjang udara menjadi besar, maka tegangan dalam membran akan terlampaui batasnya. Jadi untuk memperkuat perlu diadakan penulangan.Dengan dipasangkan kanel gradiasi tinggi, bentangan membran hanya mempunyai jarak – jarak di antara kabel – kabel, sehingga cukup dengan yang tipis dan ringan, menjadi ekonomis.Kubah birdair yang dapat menutup bentangan 300 meter, kabel – kabelnya diletakkan pada anyaman segi tiga dengan jarak 3 meter. Dalam world fair di osaka pada tahun 1970 perencana geiger telah membuat pavilyun dengan kabel – kabel yang miring dengan jarak 6,75 meter.struktur diangkut pada cincin yang tertekan dari beton prismatis dengan sudut – sudut yang dibulatkan. Bentangan kira – kira 150 meter kali 85 meter dengan ketinggian 7,5 meter. Tekanan lebih dari udara dalam ruang adalah 0,0021 kg/cm 2. Penyelidikan oleh weidinger & associates mengembangkan struktur atap dengan tulangan kabel dan di tunjang oleh udara, dapat membentangi ruangan lebih dari 2000 meter.Balon plastik sebagai atap untuk menutupi kolom ruang – ruang atsa instalasi darurat lain dapat dipompa dengan tekanan udara kecil untuk membentuk kubah yang stabil. Tekanan lebih dari udara hanya 0,0095 kg/cm 2 sudah cukup untuk menahan struktur itu. Pintu untuk masuk orang mengurangi tekanan udara bila terbuka, tetapi tidak berpengaruh karena volume udara dalam ruang jauh lebih besar daripada lubang pintu. Cetakan beton dari balon telah digunakan untuk perkembangan rumah iglo, ilham dari Neff dan direncanakan oleh Noyes dan M. Salvadori, Balon yang semula mengembung mendukung tulangan anyaman baja.Beton gunine setebal 2,5 sentimeter disemprotkan dengan pistol untuk beton. Apabila betonnya sudah mengeras, balon dikempiskan, digulung dan dikeluarkan melalui pintu. Suatu proyek pembangunan industri yang telah direncanakan oleh Dr. Frei Otto pada tahun 1958, terdiri dari tiga kubah rendah yang berkelompok .Ketiga bangunan kubah masing – masing mempunyai garis tengah 750 meter dan ketinggian 120 meter. Struktur pneumatik ini diberi kulit atap dari anyaman kawat baja yang dibungkus dengan plastik dan dicat dengan film tipis dari alumminium untuk penyerapan dan emisi akibat radiasi panas matahari. Tekanan angin dari sebelah dalam kubah dengan kecepatan 4 meter tiap detik sudah cukup untuk mempertahankan bentuk dari kubah – kubah yang pendek.Tekanan dinamis dari angin yang berkembang, dimasukkan ke dalam bangunan kubah, disalurkan melalui pipa – pipa yang berakhir pada lubang pada lubang – lubang datar untul mengatur perbedaan – perbedaan tekanan udara. Atap membran dapat dibuat dari kain, plastik, baja, alumminium dan beton tulang. Dari membran metal dapat dibuat atap bulat yang memikul beban dengan daya tarik cukup kaku dan sifatnya permanen. Beton bertulang dengan tulangan baja gradasi tinggi atau beton prategang dapat

72

menahan gaya tarik yang besar. Metal ringan cenderung akan melekuk, sedangkan beton tidak, maka tebalnya beton perlu ditingkatkan. Tetapi bilamana terlalu tebal, akan mempunyai ciri khas dari pelat. Jadi tebal beton sebagai membran harus dibatasi ketebalannya seminimal mungkin.

Aksi membran dalam kubah bulat Kubah bulat terbentuk dari bidang rotasi yang keseluruh tepi bawah didukung landasan dan dibebani tegak lurus secara simetris. Dari segi struktural, kubah itu mempunyai karakter geometri. Pada cangkang kubah aksi simetri potongan – potongan yang melalui garis meridian dan potongan – potongan tegak lurus kepadanya merupakan lengkungan prinsip dan juga menjadi potongan – potongan tegangan utama. Gaya pada potongan – potongan tersebut adalah tekan dan tarik murni, terbagi rata melalui tebalnya cangkang yang tipis.Pada gambar lembar 4 no. 4 tampak gaya tekan dalam arah meridian dan konstan sepanjang paralel karena kubah berikut beban – bebannya adalah simetris terhadap sumbu. Tiap meridian berlaku seolah – olah kabel dari batang – batang segi banyak gaya suatu lengkungan untuk memikul beban – beban, sehingga tidak terjadi tegangan lengkung. Busur lengkungan mempunyai sifat funikuler atau sifat seperti batang – batang segi banyak gaya pada lengkungan untuk satu pasang beban – beban. Tetapi meridian – meridian kubah mempunyai sifat untuk tiap pasangan beban – beban yang simetris. Hal ini disebabkan oleh karena tingkah laku lengkungan tertutup tidak mendapat dukungan dari sisi samping. Meridian kubah disukung oleh lengkungan lingkaran paralel yang menahan goyangan sisi samping dengan mengadakan kumpulan tegangan. Maka tingkah laku yang menyerupai batang – batang segi banyak gaya pada lengkungan pada dan tetap stabil. Bantuan dari paralel terhadap tingkah laku sifat funikuler dari kubah yang menerima beban, terlihat pada deformasi – deformasi meridian. Pada kubah – kubah yang pendek, meridian – meridian yang dibebani akan melendut dan menciut ke arah dalam. Pada lengkungan kubah dalam dua dimensi, lendutan garis – garis paralel menampilkan radius yang mengecil. Paralel – paralel dan meridian – meridian. Menimbulkan tegangan – tegangan tekan pada paralel – paralel dan meridian – meridian. Maka kubah bulat dapat dibangun dengan bahan yang hanya tahan tekan tanpa daya tahan terhadap tarik. Bahan – bahan yang dimaksud adalah batu alam dan bata buatan. Pada kubah yang tinggi, bagian atas akan melendut bilamana dibebani dan bagian bawah akan tergerak keluar dari lingkaran alas kubah. Paralel – paralel bagian atas memendek, sedangkan yang di bagian bawah memanjang, mengakibatkan tegangan tarik dan membebani meridian – meridian.

73

Di antara bagian atas dan bagian bawah ada paralel yang tetap pada tempatnya. Letak paralel itu bergantung kepada cara pembebanan. Pada lubah bulat dengan beban mati yang terbagi rata kedudukan paralel tadi ada pada sudut 45o. Gaya – gaya yang terpikul oleh kubah adalah tekan dan tarik murni. Tegangan – tegangan lain yang berhubungan hanya kecil., sehingga kekakuan kubah bulat menjadi besar.Puncak suatu kubah setengah bola dengan radius tegak 30 meter dapat setebal 7,5 sentimeter dengan dibebani salju dan beratnya sendiri hanya melendut 2,5 sentimeter. Membran dapat berubah bentuk bilamana memikul beban. Perubahan bentuk itu akibat dari timbulnya tegangan tekan. Tetapi cangkang kubah dapat menahan tekan; beban langsung pada paralel dan meridian tidak dapat seluruhnya dipikul.Tentunya ada mekanisme ketiga yang ditimbulkan untuk keseimbangan, yaitu mekanisme yang menahan geser. Tegangan – tegangan tidak akan terlampaui karena tekan dan tarik murni. Geser dalam permukaan bidang mengadakan keseimbangan antara beban luar dan cangkang kubah bulat, tanpa mengubah bentuk. Dengan mengadakan mekanisme geser maka kubah dapat dikatakan tahan terhadap semua beban. Dalam keadaan tertentu struktur kubah adalah stabil, termasuk juga tahan beban tekanan angin dari sisi samping. (gambar lembar 4 no. 4)

Gambar 2.3.e.8 Membran dalam kubah bulat Sumber: R. Sutrisno. 1983. Hal 204

Aksi membran dalam silinder

74

Cangkang berbentuk setengah silinder atau “barrel” dipakai untuk atap suatu ruang yang persegi panjang. Biasanya didukung oleh rangka yang kaku pada bidangnya di ujung – ujung dan tegak lurus ke arah memanjang barrel yang membengkok. Cangkang itu dapat dianggap sebagai kombinasi balokbalokdalam arah memanjang dan dalam arah melintang sebagaim lengkungan busur furnikuler yang istimewa. Tegangan membran arah memanjang terbagi rata dalam potongan lengkungan pada seluruh panjang. Serat – serat bagian atas tertekan dan serat – serat bagian bawah tertarik. Cangkang sebagai balok itu menyalurkan beban ke rangka pengaku di ujung – ujung. Karena cangkang fleksibel dalam arah memanjang dan tidak dapat bekerja langsung, maka yang menyalurkan adalah aksi mekanisme geser daripada cangkang. Pada ujung cangkang timbul geser tangensial dengan komponen ke bawah, ditambah berat beban pengaku rangka ujung yang kemudian disalurkan ke tanah.

Sebetulnya aksi barrel tidak sama dengan aksi balok karena potongan balok adalah solid dan tidak melengkung; sedangkan pada cangkang tipis potongan lintang mengakibatkan simpangan dan dapat mengecil ke arah dalam.Pada barrel yang pendek pengaruh deformasi pada potongan lintang lebih kecil. Tegangan arah memanjang lain daripada distribusi balok lurus. Pada potongan melintang ada titik – titik yang pembagian tegangannya merupakan lengkungan. Di bagian atas dan bawah serat – serat tertarik, sedangkan di bagian tengah tertekan. Apabila pada potongan melintang ada penjagaan terhadap deformasi dengan mengadakan pengaku-antara di sepanjang barrel atau ditiadakan sambungan menerus untuk barrel lainnya, maka distribusi tegangan menjadi linier. 2.3.f Sistem Stabilisasi Stabilitas bentuk konstruksi ini dikendalikan oleh 2 faktor. Kesatu, tekanan pada tiap titik dari membran yang menyebabkan tegangan tarik harus cukup untuk menahan semua kondisi pembebanan dan untuk menjaga agar tidak terdapat tegangan tekan pada membrane. Kedua, tegangan membrane pada setiap titik dengan kondisi pembebanan harus lebih kecil daripada tegangan yang diperkenankan pada bahan. Ada beberapa masalah dalam desain struktur tenda dan jaring, antara lain: • Kelengkungan Sebaikmya menghindari penggunaan luasan datar pada permukaan membran karena, apabila digunakan, akan membutuhkan gaya prategang besar untuk mempertahankan bentuknya pada saat dibebani. Jadi diperlukan struktur yang mempunyai kelengkungan besar. Kelengkungan harus dijamin besarnya dengan mengontrol titik-titik tinggi dan rendah. Dua titik tinggi harus dipisah oleh satu titik rendah, behitupula sebaliknya. dua titik tinggi (A dan C ) dipisahkan oleh satu titik yang relatif rendah (B). sedangkan titik b ini relatif lebih tinggi 75

daripada dua titik lainhya (D dan E). dengan demikian, permikaan yang menghubungkan titiktitik A,C,D,dan E adalah permikaan berkelengkungan ganda.apabila perbedaan tinggi cukup besar, maka permukaan tersebut mempunyai kelengkungan relatif tajam.

Gambar 2.3.f.1 Kelengkungan pada membran pratarik Sumber: Daniel Schodeck. 1998. Hal 446

• Kondisi Tumpuan Banyak struktur membran yang ditumpu oleh sederetan titik tumpu diskret. Titik tingi utama biasanya dibentuk dengan menggunakan kepala (masts) tekan yang cukup besar. Masts seperti ini didesain sebagai kolom besar yang hampir selalu berujung sendi. Titik rendah utama biasanya dihubungkan ke tanah. Gaya vertikal ke atas dan horizontal yang besar biasanya terjadi pada pondasinya karena gaya prategang pada membran diperoleh dengan menaqrik membran, dengan menggunakan cara jacking, di antara titik timhhi dan titik pengikat ke bawah. Karena ada gaya terpusat yang sangat besar, maka hubungan pada titk pengikat ke bawah merupakan masalah utama dalam desain.

76

Banyak dan penentuan letak titik tumpuan umunya menentukan besar gaya yang ada pada titik hubung ditanah atau pada mast, bagaimanapun, kita tidak perlu membuat tumpuan terlalu banyak agar kita dapat memeperoleh kelengkungan membran yang cukup. Kekecualian mengenai kondisi tumpuan titik utama untuk struktur membran adalah ditepi bebas dari membrab prategang. Pada gambar di bawah menunjukkan bahwa karena tegangan membran lokal yang akan terjadi di permukaan yang di atas titik tinggi akan sangat besar, maka digunakan celah untuk mengurangi tegangan membran.membran itu terikat pada cincin yang akan mendistribusikan gaya internalsecara lebih rata ke tumpuan-tumpuan titik. Cincin tersebut, pada gilirannya, dihubungkan dengan mast.

77

Gambar 2.3.f.2 Kondisi tumpuan pada membran pratarik Sumber: Daniel Schodeck. 1998. Hal 447

• Tinjauan lainnya Permukaan berkelengkungan ganda bukan saja menimbulkan kesulitan teoritis, malainkan juga kesulitan pelaksanaan. Biasanya permukaan demikian dibuat dari jalut-jalur berbentuk tidak merata yang dipotong secara khusus. Penentuan bentuk jalur ini merupakan masalah tersendiri. Masalah analog juga timbul apabila suatu jaring kabel digumakan untuk struktur berbentang panjang. Bentuk grid kecil yang dibentuk, tentu saja, tidak selalu berbentuk bujur sangkar atau segi empat, tetapi bentuk-brntuk yang sangat bervariasi. Karena itulah penentuan panjang kabel dan lokasi titik persilangan merupakan masalah yang perlu di perhatikan.

2.3.g Material Terbuat dari bahan sintetil, thermoplastik alami dan memiliki titik lebur yang rendah. Semua bahan tersebut mudah terbakar. 2 2.3.8 Kelebihan Kekurangan Struktur Membran Kelemahan pada struktur membran antara lain sangat peka terhadap efek aerodinamika sehingga mudah mengalami getaran dan tidak dapat menahan beban vertikal. Tapi struktur membran juga banyak memiliki kelebihan antara lain 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, contoh: tenda dan sangat cocok untuk bangunan yang tidak permanen atau semi permanen serta bisa untuk bentang yang lebar. 3

2.4

Struktur Plat Lipat

2.4.a Pengertian

2

http://eprints.undip.ac.id/32373/1/4.struktur_membran-sukawi.pdf

3

2http://campuraduk-gadogado.blogspot.com/2011/03/struktur-membran-struktur-teskstil.html

78

Plat adalah struktur planar kaku yang secara khas terbuat dari material monolit yang tingginya lebih kecil dibandingkan dengan dimensi-dimensi lainnya. Struktur plat lipat yaitu bentuk yang terjadi dari lipatan bidang-bidang datar dimana kekakuan dan kekuatannya terletak pada keseluruhan bentuk itu sendiri. Beban yang umum pada pelat mempunyai sifat banyak arah. Bentuk lipatan mempunyai kekuatan yang lebih dibandingkan dengan bentukbentuk yang datar dengan luas yang sama dan dari bahan yang sama pula. Pelat dapat ditumpu di seluruh tepinya atau hanya pada titik-titik tertentu (misalnya oleh kolom atau campuran antara tumpuan menerus dan titik). Kondisi tumpuan dapat sederhana atau jepit. Karakteristik suatu

struktur bidang lipat adalah masing-masing elemen plat berukuran relatif rata (merupakan sederetan elemen tipis yang saling dihubungkan sepanjang tepinya). Dengan membentuk lipatan-lipatan kaku pada suatu sistem struktur yang bekerja secara efisien untuk menyalurkan beban sehingga memungkinkan dicapainya bentang-bentang lebar di antara tumpuan-tumpuan yang direncanakan. Efisiensi dari struktur bidang lipat dicapai karena struktur tersebut bekerja sekaligus sebagai pelat datar (slab), balok (beam), dan rangka kaku (truss). 2.4.b Sejarah Kubah lipat rangka kompleks telah dibangun oleh para desainer Gothic-an, terutama di sepanjang pantai Baltik, Bohemia, dan Saxony. Para arsitek Muslim dari abad kelima belas yang digunakan juga prinsip kubah lipat. Aplikasi pertama dari pelat diprakarsai oleh Ehlers di Jerman. Di antara bangunan modern, pertama struktur plat lipat digunakan pada hanggar beton Freyssinent di Orly dan bunker batubara Jerman awal 1920-an. 2.5.c Konsep Selembar kertas tipis dan datar tidak dapat menahan beban sendiri.

Gambar 2.5.c.1 Dasar-dasar struktur lipatan Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 186

79

Gambar 2.5.c.2 Dasar-dasar struktur lipatan Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 186

Ketika selembar kertas tipis terletak di antara dua benda, kertas tersebut akan membungkuk karena ia memiliki kekuatan yang cukup untuk membawa beratnya sendiri.

Gambar 2.5.c.3 Analogi kertas Sumber: archipress-ub.blogspot.com

Bentuk lipatan mempunyai kekakuan yang lebih dibandingkan dengan bentuk-bentuk yang datar dengan luas yang sama dan dari bahan yang sama pula. Hal ini karena momen energia yang didapat dari bentuk lipatan akan jauh lebih besar daripada momen energia yang didapat dari bidang datar. Jika sepotong kertas yang sama dilipat berkali kali, maka lipatan kertas tersebut mampu menumpu seratus kali lipat dari beratnya sendiri. Dengan terbentuknya lipatan ini, gaya-gaya akibat berat sendiri dan gaya-gaya luar dapat ditahan oleh bentuk itu sendiri.

Gambar 2.5.c.4 Lipatan Sumber: archipress-ub.blogspot.com

Jika beban meningkat melewati titik ini maka struktur akan gagal dan lipatan akan meratakan keluar.

Gambar 2.5.c.5 Lipatan Sumber: archipress-ub.blogspot.com

80

Bentuk yang terjadi dari lipatan bidang-bidang datar dimana kekakuan dan kekuatannya terletak pada keseluruhan bentuk itu sendiri. Kekuatan dan kekakuan lebih besar jika dilipat atau dibentangkan sehingga dapat meningkatkan kedalaman dan momen inersia. 2.5.d Jenis-Jenis a.

Menurut jenisnya, struktur plat lipat dapat dibedakan menjadi 3 jenis yang

dikembangkan dari bentuk dasar, antara lain: • Bentuk prismatis ialah bentuk yang terdiri dari bidang-bidang datar bersudut siku-siku dan bidang-bidang yang melintang tegak lurus pada kedua belah sisi ujung bidang datar bersudut siku-siku tersebut.

Gambar 2.5.d.a.1 Bentuk dasar struktur lipatan prismatis Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 193

• Bentuk piramidal ialah bentuk yang terdiri dari bidang-bidang datar berbentuk segi tiga.

Gambar 2.5.d.a.2 Bentuk dasar struktur lipatan piramidal Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 193

• Bentuk semiprismatis ialah bentuk yang terjadi dari gabungan kedua bentuk di atas.

Gambar 2.5.d.a.3 Bentuk dasar struktur lipatan semiprismatis Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 193

81

Keuntungan dan kerugian dari bentuk konstruksi lipatan adalah sebagai berikut: Segi konstruksinya adalah sebagai bidang vertikal, yang dapat menggantikan kolom-kolom dan sekaligus menjadi bearing wall. b. Jenis struktur plat lipat berdasarkan konstruksinya, antara lain: • Plat lipat dua segmen Komponen dasar dari struktur plat lipat terdiri dari: plat miring, plat tepi yang digunakan untuk menguatkan plat yang lebar, pengaku untuk membawa beban ke penyangga dan menyatukan plat, serta kolom untuk menyangga struktur.

Gambar 2.5.d.b.1 Plat lipat dua segmen Sumber: Benjamin, B.S, Structures for Architect,

• Plat lipat tiga segmen Pengaku terakhirnya berupa rangka yang lebih kaku daripada balok penopang bagian dalam. Kekuatan dari reaksi plat di atas rangka kaku tersebut akan cukup besar dan di kolom luar tidak akan diseimbangkan oleh daya tolak dari plat yang berdekatan. Ukuran rangka dapat dikurangi dengan menggunakan tali baja antara ujung kolom.

Gambar 2.5.d.b.2 Plat lipat tiga segmen Sumber: Structures for Architect, Benjamin, B. S

82

• Plat lipat kubah Plat lipat kubah merupakan jenis plat lipat yang memiliki bentuk kubah.

Gambar 2.5.d.b.3 Folded Plate Dome Sumber: Structures for Architect, Benjamin, B. S

Gambar 2.5.d.b.4 Folded Plate Dome Sumber: Structures for Architect, Benjamin, B. S

• Folded Plate Arch Folded plate Arch merupakan folded plate dengan bentuk yang melengkung seperti busur.

83

Gambar. 2.5.d.b.5 Folded Plate Arch Sumber: Structures for Architect, Benjamin, B. S

Gambar 2.5.d.b.6 Folded Plate Arch Structures Sumber: Structures for Architect, Benjamin, B. S

• Bentuk Z Masing-masing unit di atas mempunyai satu plat miring yang lebar dan dua plat tepi yang diatur dengan jarak antar unit dengan jendela. Bentuk ini disebut Z shell dan sama dengan louver yang digunakan untuk ventilasi jendela. Bentuk Z ini adalah bentuk struktur yang kurang efisien karena tidak menerus dan kedalaman efektifnya lebih kecil daripada kedalaman vertikalnya.

84

Gambar 2.5.d.b.7 Bentuk Z Sumber: www.ketchum.org

• Dinding yang menerus dengan Plat Pada struktur ini , dinding merupakan konstruksi beton yang miring. Dinding didesain menerus dengan plat atap. Kolom tidak dibutuhkan di pertemuan tiap-tiap panel dinding karena dinding ditahan di ujung atas.

Gambar 2.5.d.b.8 Dinding yang menerus dengan plat Sumber: www.ketchum.org

• Kanopi Bentuk ini digunakan untuk kanopi kecil di main entrance bangunan. Struktur ini mempunyai empat segmen. Pengaku struktur diletakkan tersembunyi di permukaan atas sehingga tidak terlihat dan plat (shell) akan muncul untuk menutup kolom vertikal. Di dinding bangunan harus terdapat pengaku struktur tersembunyi di konstruksi dinding.

Gambar 2.5.d.b.9 Kanopi Sumber: www.ketchum.org

85

• Plat lipat yang meruncing ke ujung (Tapered Folded Plate) Struktur ini dibentuk oleh elemen-elemen runcing. Berat plat di tengah bentang merupakan dimensi kritis untuk kekuatan tekukan. Struktur ini tidak efisien dan tidak cocok untuk bentang lebar karena memiliki kelebihan beban untuk bentang lebar.

Gambar 2.5.d.b.10 Tapered Folded Plate Sumber: www.ketchum.org

• Plat lipat penyangga tepi (Edge Supported Folded Plate) Plat tepi dapat dikurangi dan struktur atap dapat dibuat terlihat sangat tipis jika plat tepi ditopang oleh rangkaian kolom. Struktur ini cocok digunakan untuk bangunan dengan estetika tinggi dengan desain atap yang tipis.

Gambar 2.5.d.b.11 Edge Supported Folded Plate Sumber: www.ketchum.org

• Plat lipat kuda-kuda Terdapat ikatan horizontal melintang di sisi lebar, di tepi bangunan. Hal ini memungkinkan folded plate digunakan pada bentang lebar dengan pertimbangan struktural yang matang.

Gambar 2.5.d.b.12 Folded Plate Truss Sumber: www.ketchum.org

86

• Rangka kaku folded plate Sebuah lengkung dengan segmen lurus biasanya disebut rangka kaku. Struktur ini tidak efisien untuk bentuk kurva lengkung karena momen tekuk lebih besar.

Gambar 2.5.d.b.13 Rangka kaku folded plate Sumber: www.ketchum.org

c.

Apabila meninjau plat dengan memperhatikan berbagai jenis plat memberikan

momen dan gaya geser internal yang mengimbangi momen dan geser eksternal, dapat dibedakan menjadi antara lain: • Plat di atas kolom Plat dapat dianalisis sebagai grid-grid menerus.

87

Gambar2.5.d.c.1 Plat bujursangkar yang ditumpu sederhana pada empat kolom. Sumber : Daniel L. Schodek. Struktur. 1998. Hal 403

Pada gambar di atas, plat ditumpu sederhana yang terletak di atas kolom-kolom dan dapat dilihat bentuk terdefleksinya bahwa kelengkungan plat akan lebih besar di jalur plat yang semakin dekat dengan tepi-tepi bebas plat. Hal ini menunjukkan bahwa momen internal yang timbul pada plat untuk mengimbangi momen eksternal akibat beban akan lebih besar di tepitepi plat dibandingkan dengan yang di tengah. Karena plat tersebut berubah bentuk dengan kelengkungan ganda akibat beban, maka jelas bahwa momen yang timbul mempunyai banyak arah, bukan hanya satu arah seperti yang biasanya terjadi pada elemen berlengkungan tunggal (balok). Plat harus memberikan momen tahanan total yang sama dengn balok analogi. Apabila plat didesain, jelas bahwa penggunaan plat tidak selalu memberikan penghematan material dibandingkan dengan balok analogi. Bagaimana pun, balok analogi pada umumnya lebih tinggi daripada plat. Keuntungan nyata dari penggunaan plat dua arah dalam hal penghematan material, juga keuntungan kondisi tumpuan. • Plat yang Ditumpu Sederhana di Tepi-tepi Menerus Mencari reaksi plat tidak mudah dilakukan, dengan meninjau bagaimana plat itu berdefleksi, dapat dilihat bahwa reaksi tidak terdistribusi secara merata, tetapi maksimum di tengah masing-masing tumpuan, dan semakin kecil pada bagian pojoknya.

Gambar 2.5.d.c.2 Reaksi Plat. Sumber : Daniel L. Schodek. Struktur. 1998. Hal 406

88

Ada hal yang perlu diperhatikan yaitu pojok plat cenderung terangkat ke atas apabila plat dibebani vertikal ke bawah. Apabila plat ditahan dari aksi ke atas, tentu harus ada gaya reaksi terpusat di pojok-pojok. Jumlah total reaksi ke atas tidak merata dan reaksi terpusat ke bawah di pojok-pojok harus sama dengan beban vertikal total pada plat – fakta yang jelas harus terpenuhi berdasarkan tinjauan keseimbangan. Pada plat yang terletak di atas tumpuan menerus, momen yang diasosiasikan dengan reaksi harus lebih kecil daripada yang diasosiakan dengan reaksi terpusat karena persentase reaksi yang lebih besar terdapat di bagian yang semakin dekat dengan pusat momen. Plat yang ditumpu menerus jauh lebih dikehendaki dibandingkan dengan plat yang ditumpu hanya di keempat pojoknya. Apabila tumpuan gabungan tersebut digunakan, maka aksi dua arah akan semakin jelas terjadi. • Plat dengan Tumpuan Tepi Jepit Menerus

Gambar 2.5.d.c.3 Plat yang Ditumpu Jepit secara Menerus Sumber : Daniel L. Schodek. Struktur. 1998. Hal 407

Dengan tumpuan tepi berupa jepit, momen-momen pada plat menjadi lebih berkurang. Hal inilah yang menguntungkan dari penggunaan tumpuan jepit pada plat. Variasi dari plat yang telah dibahas di atas, tetapi sekarang ditumpu oleh balok menerus di mana balok-balok itu ditumpu oleh kolom-kolom. Ini adalah jenis struktur yang banyak digunakan pada gedung. Apabila balok itu sangat kaku, kondisi tumpuan plat semakin mendekati situasi tumpuan tepi menerus, termasuk juga momen-momen yang terjadi pada plat. Sebaliknya, apabila balok itu sangat fleksibel, perilaku plat lebih mendekati perilaku yang ditunjukkan oleh kolom-kolom di keempat pojoknya. Pada keadaan demikian, momen plat akan lebih besar dibandingkan dengan keadaan sebelumnya. Jadi, jelas bahwa kekakuan relatif balok tepi sangat mempengaruhi besar momen yang timbul pada plat. • Proporsi Bentang (Bay): Efek terhadap Momen

89

Gambar: Deformasi pada Plat Segiempat yang Ditumpu Menerus di Seluruh Tepinya Sumber : Daniel L. Schodek. Struktur. 1998. Hal 409

Pada kurva defleksi plat tersebut, hanya jalur plat dalam arah pendek saja yang mengalami kelengkungan besar. Jalur longitudinal hampir tidak berdeformasi, dan hanya bertranslasi ke bawah sebagai satu kesatuan. Implikasinya, hanya jalur pada arah pendek yang memberikan tahanan momen internal dan berpartisipasi dalam memikul beban. Jalur pada bentang panjang hampir tidak memikul beban sama sekali. Semakin persegi panjang ukuran plat, akan semakin bersifat satu arah, bukan dua arah. Dalam keadaan demikian, plat itu seolah-olah hanya ditumpu di sepanjang tepi-tepi panjang sejajar. Sebagai akibatnya, keuntungan dari aksi dua arah tidak dapat diperoleh. • Efek Gaya Geser Daerah pada plat yang menahan gaya geser eksternal dapat diperoleh dengan meninjau garis keruntuhan geser potensial. Suatu plat beton bertulang, misalnya, cenderung untuk gagal seperti berikut:

Gambar Gaya Geser pada Plat Sumber : Daniel Schodek. Struktur. 1998. Hal 411

90

Dengan demikian, daerah pada plat yang dapat memberikan tahanan terhadap keruntuhan pons adalah permukaan retak. Kerutuhan pons merupakan hal yang sangat penting untuk diperhatikan, terutama pada plat tipis, juga plat yang ditumpu di atas kolom kecil. Penggunaan plat tebal dan atau kolom berukuran besar [atau kolom dengan kepala kolom (kapital)] dapat mengurangi tegangan geser yang terjadi pada plat. 2.5.e Sistem Pembebanan dan Gaya Pada bidang lipat, beban akan disalurkan melewati bidang sehingga beban akan jatuh pada titik lipatan kebawah. Maka dari itu akan lebih efektif bila tumpuan diletakan pada bagian lipatan bawah.

Dalam satu bidang datar semua gaya yang bekerja diuraikan menjadi: Gaya sejajar bidang dan gaya tegak lurus bidang. Gaya sejajar bidang akan lebih kuat untuk dipikul bidang tersebut daripada jika gaya dengan besar yang sama tersebut bekerja tegak lurus.

Gambar 2.5.f.1 Struktur lipatan sederhana dan pembebanan bidang dengan gaya tegak lurus Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 188

Selain itu bidang datar lebih mudah jatuh dibanding dengan bentuk lipatan. Hal ini disebutkan tidak adanya titik kumpul penahan gaya dan setiap titik menjadi penahan gaya dan momen.

91

Gambar 2.5.f.2 Struktur lipatan sederhana dan pembebanan bidang dengan titik kumpul Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 188

Jika gaya tersebut bekerja pada lipatan, maka akan terjadi sebagai berikut: Gaya dengan arah memanjang akan dipikul oleh bidang datar dari lipatan: Gaya dengan arah melintang, yang diuraikan menjadi dua gaya di mana masing-masing besarnya lebih kecil daripada gaya arah melintang tersebut.

Gambar 2.5.f.3 Pembebanan struktur lipatan dengan gaya melintang dan memanjang Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 189

Untuk gaya P yang bekerja pada tengah-tengah bidang, gaya diuraikan menjadi: gaya sejajar bidang dan gaya tegak lurus. Sedangkan untuk gaya P yang bekerja pada rusuk-rusuk lipatan (garis lipatan) akan diuraikan sejajar pada masing-masing bidang datar yang berselisihan itu.

92

Gambar 2.5.f.4 Pembebanan struktur lipatan Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 189

Besarnya kemiringan bidang datar dari lipatan ini menentukan pula besarnya uraian dari gaya yang bekerja. Dari uraian gaya P tersebut ternyata bidang lipatan akan lebih kuat memikul gaya-gaya, baik yang arah melintang maupun memanjang daripada bidang datar. Karena gaya P yang diuraikan dengan arah sejajar bidang akan dipikul bidang itu sendiri, maka beban P yang harus dipikul oleh konstruksi jadi kecil. Untuk menjaga perubahan bentuk lipatan, maka perlu untuk mempertahankan jarak h dan b serta tebal d.

93

Gambar 2.5.f.5 Pembebanan struktur lipatan Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 190

Gaya P yang bekerja pada perubahan besar pada jarak b dan h. Karena itu rusuk-rusuk (A), (B), (C), harus dipegang dan ditahan dengan jalan: tumpuan dipegang teguh, atau rusuk merupakan sesuatu yang kaku. Jadi di sini dapat diterangkan, bahwa yang sebenarnya menahan gaya-gaya adalah tiap-tiap bidang, sedangkan rusuk-rusuk berfungsi sebagai pemegang dan pengaku bidang. Bidang lipatan ini ada kemungkinan akan dapat melentur, tergantung kepada panjang L.

Gambar 2.5.f.6 Pembebanan struktur lipatan Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 190

94

Gambar 2.5.f.7 Gaya dan momen pada struktur lipatan Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 191

95

Pada gambar di atas, untuk harga h dan b panjang L harus ditentukan supaya tak terjadi lenturan tersebut. Pada tempat-tempat mencapai panjang L tersebut, diadakan bidang pengaku yang menahan terjadinya lenturan.

Gambar 2.5.f.8 Pembebanan struktur lipatan Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 190

Pada gambar di atas, momen lentur yang terjadi ini adalah akibat beban merata pada lipatan atau akibat berat sendiri. Besarnya momen yang terjadi tergantung dari besarnya sudut. Makin besar sudutnya makin besar momen yang terjadi. Menurut pengalaman, sudut yang paling efektif adalah sudut 45°.

96

Gambar 2.5.f.9 Gaya dan momen pada struktur lipatan Sumber: R. Sutrisno. Bentuk Struktur Bangunan dalam Arsitektur Modern. 1982. Hal 191

2.5.f Sistem Stabilisasi Pada dasarnya ada dua jenis sistem permukaan lipat, antara lain: •

Permukaan polyhedral: mereka membentuk permukaan unit spasial dasar dua dimensi.

•

Benar permukaan terlipat: mereka membentuk unit permukaan dasar tiga dimensi. Struktur plat lipat dapat diatur dari titik pandang sebagai berikut juga menunjukkan.

97

Gambar 2.5.f.1 Sistem Struktur Plat Lipat Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 368 •

Geometri Jenis lipatan: pesawat atau melengkung, persegi panjang, segitiga, pentagonal, dll dengan tepi lurus atau lengkung. Pengaturan Fold: paralel, dua arah, tiga arah, radial, melingkar, atau kombinasi. Lipat penampang: V, W, M, Z, tipe U, bentuk Northlight (atap melihat-gigi), seluler, simulasi shell (polyhedral) dan jauh lebih modifikasi.

•

Konstruksi Struktur plat: padat, bingkai, datar, lengkung, segitiga, terikat, bergelombang, komposit, dan lain-lain. Susunan lipatan: parallel, circumferential, komponen cetakan, dan operasi lipat.

•

Perilaku struktural: balok, lengkungan, bingkai, permukaan, kubah, kerang berbagai bentuk (misalnya, kubah, paraboloids hiperbolik), berpotongan bentuk, dan lain-lain. Beberapa contoh struktur plat lipat dalam mengekspresikan potensial formal tak terbatas

prinsip. Berbagai bentuk plat lipat merupakan salah balok, lempeng, atau seluruh ruang.

98

Gambar 2.5.f.2 Struktur Plat Lipat Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 368 Ada hal yang menarik untuk mencatat perubahan perilaku struktural dalam sistem dilipat-piring yang diberikan, karena jumlah lipatan meningkat ke titik di mana struktur menjadi setara dengan balok shell tunggal-kelengkungan. Di sini hanya lebih umum permukaan lipat prismatik dengan segitiga dan trapesium penampang yang ditelusuri. Karakteristik khas plat lipat diidentifikasi dan harus dirujuk ke dalam pembahasan berikut.

99

Gambar 2.5.f.3 Perilaku struktural permukaan dengan lipat paralel Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 372 Sebuah struktur atap pelat lipat dapat dibentuk dengan hanya satu Unit tunggal pelat lipat , atau dapat terdiri dari sistem multi - bay . Memvisualisasikan struktur pelat lipat sebagai sistem balok miring bersandar satu sama lain. Balok ini miring yang dibawa oleh dukungan melintang seperti ruang, dinding, dan sebagainya, di lokasi yang dekat dengan tujuan mereka . Untuk mengembangkan pemahaman tentang perilaku struktural pelat dilipat , aksi beban contoh dipecahkan menjadi komponen tegak lurus dan sejajar dengan piring . Komponen gaya normal menyebabkan piring untuk menanggapi sebagai satu arah slab dengan dukungan sepanjang garis lipat . Interaksi slab dan tindakan balok diselidiki , dari sudut pandang geometris . Tulang rusuk di kayu palang beton sangat erat spasi bahwa perilaku utamanya adalah tindakan berkasnya, lempengan perilaku tegak lurus terhadap joistsis begitu kecil yang biasanya hanya suhu memperkuat diperlukan. 2.5.g Material Struktur pelat lipat dapat dibuat dari hampir semua jenis material. Salah satu material yang banyak digunakan untuk plat lipat adalah beton bertulang. Material ini paling baik digunakan karena dapat dengan mudah dibuat. Material lain yang sering digunakan adalah baja, plastik, dan kayu, dan karton. 2.5.h Kelemahan dan Kelebihan Kelemahan struktur plat lipat antara lain:

• Jika bentang terlalu lebar maka akan melendut. 100

• Memungkinkan talang kantong bila terdapat salah perancangan. • Penggunaan material lebih banyak. • Mampu menahan bentuk sendiri. • Mampu menahan beban luar. Kekurangan struktur plat lipat, yaitu: • Bidang lipat sekaligus dapat menjadi kolom dan bearing wall.

101

2.5. STRUKTUR CANGKANG ATAU SHELL 2.5.a Pengertian Struktur Cangkang Pada dasarnya shell diambil dari beberapa bentuk yang ada di alam seperti kulit telur, tempurung buah kelapa, cangkang kepiting, cangkang keong, dan sebagainya (Curt Siegel). Shell atau cangkang adalah bentuk structural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang mempunyai permukaan lengkung. Struktur cangkang yaitu bentuk struktural 3 dimensional yang kaku dan tipis, berupa permukaan bidang lengkung dimana kekakuan dan kekuatannya terletak pada keseluruhan bentuk itu sendiri (form resistance structure). Sebuah kulit kerang tipis merupakan suatu membran melengkung yang cukup tipis untuk mengerahkan tegangantegangan lentur yang dapat diabaikan pada sebagian besar permukaannya, akan tetapi cukup tebal sehingga tidak akan menekuk di bawah tegangan tekan kecil, seperti yang akan terjadi pada suatu membrane ideal. Di bawah beban, suatu kulit kerang tipis adalah stabil di setiap beban lembut yang tidak menegangkan pelat secara berlebihan, karena kulit kerang tidak perlu merubah bentuk untuk menghindari timbulnya tegangan-tegangan tekan. Dalam usaha untuk memperoleh suatu pengertian yang sempurna mengenai perilaku struktural dari struktur-struktur lengkung dua dimensi, seperti membran dan kulit kerang adalah penting untuk pertama kalinya mengenai sifat-sifat geometris dari permukaan mereka. Sifat-sifat ini dapat dibagi dalam dua kategori, yaitu : a) Sifat-sifat lokal, yang menentukan geometri dari permukaan segera sekitas suatu titik. b) Sifat-sifat umum, yang menerangkan bentuk dari permukaan sebagai suatu keseluruhan. Permukaan-permukaan dibagi kedalam tiga kategori yang berbeda tergantung kepada variasi dari kelengkungan mereka disekitar satu titik : Kalau kelengkungan pada suatu titik dalam semua arah mempunyai tanda sama, maka permukan disebut sinklastik pada titik tersebut. Struktur shell biasanya digunakan hanya dalam keadaan dimana persyaratan struktur khusus diperlukan untuk mencapai tingkat efisiensi struktur yang tinggi, baik karena diperlukan bentang yang sangat panjang atau karena diperlukan berat struktur yang sangat ringan. Persyaratan Struktur Shell Suatu struktur shell harus mempunyai tiga syarat, yaitu sebagai berikut :

102

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. 2.5.b Sejarah Struktur bentuk tiga dimensional, misalnya kubah pasangan (bata) 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 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 bentang 132 ft (48m). Untuk menghindari kesulitan konstruksi yang ditimbulkan dari penggunaan batangbatang yang berbeda dalam membentuk permukan cangkang, dapat menggunakan cara-cara lain yang menggunakan batang-batang yang panjangnya sama. Salah satu di antaranya adalah kubah geodesik yang diperkenalkan oleh Buckminster Fuller. Karena permukaan bola tidak dapat dibuat, maka banyaknya pola berulang identik yang akan dipakai untuk membuat bagian dari permukaan bola itu terbatas. Icosohedron bola, misalnya, terdiri atas 20 segitiga yang dibentuk dengan menghubungkan lingkaran-lingkaran besar yang mengelilingi bola. Tinjauan geometris demikian inilah yang digunakan oleh Fuhler. 2.5.c Konsep Cangkang umumnya menerima beban yang merata yang dan dapat menutup ruangan besar dibandingkan dengan tipisnya pelat cangkang. Oleh karena itu, pelat cangkang paling baik digunakan pada bentang besar tanpa pembagian interior seperti stadion, stasiun, masjid, exhibition hall dan bangunan bentang besar lainnya. Bentuk cangkang tidak harus selalu memenuhi persamaan matematis sederhana. Segala bentuk cangkang mungkin saja digunakan untuk suatu struktur. Kekuatan dan kekakuan lebih besar jika dibuat melengkung dapat meningkatkan kedalaman dan momen inertia, dengan ciri: -

Geometri permukaan bidang.

-

Dimensi P, L >>>> T.

-

Melengkung dan kaku.

-

Mampu menahan bentuk sendiri.

103

-

Mampu menahan beban luar.

Gambar 2.5.c.1 Kondisi tumpuan cangkang bola Sumber: Daniel L. Schodek. Struktur. 1998. Hal 467

Pada gambar di atas, gambar pertama menunjukkan apabila cincin tarik digunakan, cincin itu harus menerus di sekeliling cangkang. Apabila tidak demikian, maka cincin tersebut tidak bermanfaat dan akan ada tegangan berlebihan pada cangkang. Sedangkan, gambar kedua menunjukkan cangkang yang menggunakan cincin tarik dapat ditumpu oleh kolom-kolom karena di bawah cincin hanya ada gaya vertikal yang harus disalurkan ke tanah. Cangkang tanpa cincin tarik memerlukan sistem penyokong. Struktur cangkang selalu memerlukan penggunaan cincin tarik pada tumpuannya.

104

Gambar 2.5.c.2Kondisi tumpuan cangkang bola Sumber: Daniel L. Schodek. Struktur. 1998. Hal 467

Pada gambar di atas, gambar pertama menunjukkan penyokong (buttresses) dimana komponen vertikal dan horizontal dari gaya meridional dapat dipikul oleh penyokong. Penyokong ini harus dapat menahan gaya dorong ke luar yang terjadi. Gambar kedua menunjukkan cincin tarik dimana cincin tarik menerus dapat digunakan untuk menahan dorongan horizontal. Hanya gaya ke bawah yang disalurkan ke tanah. 2.5.d Jenis-Jenis Variasi bentuk cangkang yang tak terhingga banyaknya dapat digolongkan menurut berbagai cara (metoda) penggolongan. Prinsip dari tiap metode tersebut adalah merupakan penyederhanaan dalam bidang kerjanya, sesuai dengan penggunaanya. Konstruktor membuat penggolongan atas struktur sesuai bentuk yang sama. Dalam analisa geometric pembagian bentuk didasarkan atas hukum aljabar dan trancedental surface. Arsitektur dapat lebih bertolak pada bentuk-bentuk luar dan menggolongkannya ke dalam bentuk-bentuk dasar tanpa mengabaikan hal-hal diluarnya. a.

Atas dasar ini, bentuk-bentuk cangkang di sini dibagi menurut tipe

kelengkungan permukaannya sebagai berikut : 1. Cangkang melengkung ke satu arah. 2. Cangkang melengkung ke dua arah. 3. Cangkang dengan bentuk bebas (free form). b. Jenis-jenis struktur cangkang sesuai dengan bentuk terjadinya, antara lain: •Rotational Surface adalah bentuk shell yang terjadi apabila sebuah garis lurus/ lengkung diputar terhadap satu sumbu. Shell dengan permukaan rotasional dapat dibagi tiga yaitu Permukaan Bola, Permukaan Eliptik, Permukaan Parabolik.

105

Gambar 2.5.d.b.1Jenis-jenis Rotasional Surface Sumber : Daniel L.Schodek 1998. Hal 451

•Translational Surface adalah bentuk shell yang terjadi apabila sebuah garis lengkung digeser terhadap dirinya sendiri pada garis lurus atau lengkung yang lain atau sebuah garis lurus digeser terhadap dirinya sendiri pada garis lengkung. Shell dengan permukaan translational surface dapat dibagi dua yaitu Permukaan Silindris dan Eliptik Paraboloid

Gambar 2.5.d.b.2 Jenis-jenis Translational Surface Sumber : Daniel L.Schodek 1998. Hal 451

•Ruled Surface adalah bentuk shell yang terjadi apabila sebuah garis lengkung/ lurus digeser terhadap dua garis lurus atau lengkung yang saling bersilangan. Shell dengan permukaan rules dapat dibagi dua yaitu Hiperbolik Paraboloid dan Konoid.

Gambar 2.5.d.b.3 Jenis-Jenis Ruled Surface Sumber : Daniel L.Schodek 1998. Hal 451

ROTATIONAL, TRANSLATIONAL and RULED SURFACE

106

Ruled surface

Rotational surface

Translational surface Gambar 2.5.d.b.4 Proses Terjadinya Rotational, Translational, dan Rules Surface Sumber : Materi Presentasi (Format PPT ) Kelas. Slide 11

c. Jenis-jenis struktur cangkang sesuai lengkungan permukaan, antara lain: • Lengkung Tunggal (single curved) 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 Barre

Garis melengkung sama menghadap ke bawah

107

Terjadi lembaran datar ketika lengkung dibuka Potongan yang terjadi dalam irisan melingkar 360 0 Gambar 2.5.d.c.1 Proses Terjadinya Single Curved Sumber : Materi Presentasi (Format PPT) Kelas. Slide 12

• Lengkung Ganda (double curved) Shell dengan double curvature yang arah lengkungannya dalam dua arah. Terdiri dari 2 macam, yaitu: -

Double Curved Shells yang arah lengkungnya ke satu arah (Synclastic shells). Contoh: Spherical Dome Shell

Kurva-kurva membuka kearah yang sama

108

Garis melengkung sama menghadap ke bawah

Potongan yang terjadi dalam irisan melingkar vertikal 360 0 dan horisontal Terjadi lembaran robek-robek ketika lengkung dibuka Gambar 2.5.d.c.2 Proses Terjadinya Double Curved Synclastic Shells Sumber : Materi Presntasi ( Format PPT ) Kelas. Slide 13

-

Double Curved Shells yang arah lengkungnya ke arah yang berbeda (Anticlastic). Contoh : Conoid

Kurva-kurva yang saling berlawanan

109

Terdapat 2 Garis melengkung, yaitu ke atas dan ke bawah

Terjadi Lembaran robek-robek ketika lengkung dibuka

Potongan yang terjadi dalam irisan melingkar 360 0

Gambar 2.5.d.c.3 Proses Terjadinya Double Curved Anticlastic Shells Sumber : Materi Presntasi ( Format PPT ) Kelas. Slide 14

d. Jenis berdasarkan bentuk-bentuk tiga dimensional, antara lain: • Struktur cangkang silindris Cangkang silindrikal dan merupakan jenis struktur pelat-satu-kelengkungan. Shell silindris dengan lengkungan tunggal dapat tersusun dari berbagai tipe kurva yang berbeda. Struktur cangkang memiliki bentang longitudinal dan kelengkungannya tegak lurus terhadap diameter bentang. Struktur cangkang yang cukup panjang akan berperilaku sebagai balok dengan penampang melintang adalah kelengkungannya. 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.

110

Gambar 2.5.d.d.1 Struktur silindris dengan lengkungaan tunggal tersusun berbagai tipe kurva Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 432

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, dinding-dinding 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 betulbetul dipertimbangkan sebagai shell, karena respon structural dasar mereka bukan merupakan 111

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.

Gambar 2.5.d.d.2 Contoh bangunan yang menggunakan struktur silindris Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 436

112

Gambar 2.5.d.d.3 Pengabungan balok pada sambungan struktur shell Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Halaman 439

Gambar 2.5.d.d.4 Beberapa contoh yang mengekspresikan konsep shell silindris Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 437

113

Gambar 2.5.d.d.5 Struktur Jaringan Silindris Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 446

• Struktur cangkang kubah Kubah adalah elemen arsitektur yang menyerupai bagian atas rongga bola . Struktur kubah yang terbuat dari berbagai bahan memiliki garis keturunan arsitektur lama memperluas ke prasejarah. Kubah yang benar telah ditemukan di Timur Tengah kuno di bangunan sederhana dan makam. Pembangunan pertama teknis canggih kubah benar dimulai pada Revolusi Arsitektur Romawi, ketika mereka sering digunakan oleh orang Romawi untuk membentuk ruang interior besar kuil dan bangunan umum, seperti Pantheon. Tradisi ini terus berlanjut setelah adopsi kekristenan di Romawi Selatan sebagai arsitektur religius, yang berpuncak pada kubah pendentive revolusioner pada abad ke-6 Gereja Hagia Sophia. Squinches, teknik membuat transisi dari ruang berbentuk persegi dengan kubah melingkar, kemungkinan besar diciptakan oleh Persia kuno. Kekaisaran Sassanid memprakarsai pembangunan pertama kubah besar - besaran di Persia, dengan bangunan kerajaan seperti Istana Ardashir, Sarvestan dan Ghal'eh Dokhtar. Dengan penaklukan Muslim Suriah Yunani- Romawi, gaya arsitektur Bizantium menjadi pengaruh besar terhadap masyarakat Muslim. Memang penggunaan kubah

114

sebagai fitur arsitektur Islam yang sudah berakar dari Romawi Wilayah - Suriah (lihat Dome of the Rock ) . Sebuah tradisi asli menggunakan beberapa kubah dikembangkan dalam arsitektur gereja di Rusia, yang telah diadopsi Kristen Ortodoks dari Byzantium. Kubah Rusia sering disepuh atau dicat cerah, dan biasanya memiliki karkas dan kulit terluar terbuat dari kayu atau logam. Bawang kubah menjadi fitur lain yang khas dalam arsitektur Rusia, sering dikombinasikan dengan atap tenda . Kubah di Eropa Barat menjadi populer lagi selama masa Renaissance, mencapai puncaknya dalam popularitas selama awal abad ke-18 periode Baroque. Mengingatkan senat Romawi, selama abad ke-19 mereka menjadi fitur arsitektur megah sipil. Sebagai fitur domestik kubah adalah kurang umum, cenderung hanya menjadi fitur dari rumah-rumah dan istana termegah selama periode Baroque. Pembangunan kubah di dunia Muslim mencapai puncaknya selama abad 16 - abad ke-18, ketika Ottoman, Safawi, dan Mughal Empires, memerintah wilayah dunia mengorbankan Afrika Utara, Timur Tengah dan Selatan - dan Asia Tengah, diterapkan kubah luhur untuk bangunan keagamaan mereka untuk menciptakan rasa transendensi surgawi. The Ahmed Masjid Sultan, Masjid Shah dan Masjid Badshahi adalah contoh utama dari gaya arsitektur . Banyak kubah, terutama dari Renaissance dan Baroque periode arsitektur, yang dinobatkan oleh lentera atau kubah, inovasi Medieval yang tidak hanya berfungsi untuk mengakui cahaya dan ventilasi udara, tetapi memberikan dimensi ekstra untuk interior dihiasi kubah

115

Gambar 2.5.d.d.6 Struktur pendukung kubah Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 456

a. Tipe Utama Struktur Shell Kubah 1. Braced Domes Ribbed Domes, termasuk plygonal domes. Schwedler Domes. Polyhedral Domes. Lamella Domes, termasuk Lattice Domes (curve lamellas). Grid Domes termasuk two-way grid domes dan three way grid domes. Geodesic Domes termasuk single-layer framing, double-layer space trusses, and stressedskin construction. b. Thin Shell Domes Ribbed Shell Domes. Polygonal Domes. Corrugated Shell Domes. Double (cellular) Shell Domes.

116

Gambar 2.5.d.d.b.1 Menunjukan variasi pola braced domes Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 457

Gambar 2.5.d.d.b.2 Sistem braced domes Sumber: Wolfgang Schuller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 458

117

Gambar 2.5.d.d.b.3 Tipe struktur kubah Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 460

c. Perilaku Struktur Shell Kubah Geometri kubah hemispherical hanya membutuhkan struktur dasar untuk bereaksi secara vertikal karena tidak ada kekuatan dorong utama di tepi shell, namun ada yang sekunder. Dalam tindakan kekuatan eksternal, susut, rangkak, dan perubahan suhu, kubah cenderung untuk menggantikan lateral, tetapi tidak diizinkan untuk melakukannya karena keterikatan tetap dengan struktur dukungan batas.

118

Gambar 2.5.d.d.c.1 Hemispherical dome dan shallow dome Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 466

Geomertri kubah Shallow Dome juga dapat didukung oleh struktur yang cenderung memiliki kemiringan sama dengan bersinggungan dengan kelengkungan ke batas shell. Sehingga bentuk ring balok dan lokasi yang sehubungan dengan shell dapat menentukan besarnya gangguan batas 2.5.e Sistem Pembebanan dan Gaya Beban terdistribusi karena tekanan internal di tangki penyimpanan, pembuluh tekanan atau silo, atau untuk tekanan eksternal dari angin, arus laut dan tekanan hidrostatik sangat baik ditentang oleh pesawat perilaku dalam kerang. struktur Shell seringkali perlu diperkuat di daerah-daerah masalah tertentu dengan tulangan lokal. penguatan lokal juga sering diperlukan pada hubungan antara struktur shell, seperti umumnya terjadi dalam pekerjaan perpipaan umumnya dan industri lepas pantai.Berbeda dengan penguatan lokal, tulangan global umumnya digunakan untuk memperbaiki perilaku shell secara keseluruhan. Dalam kerang axisymmetric, lokasi yang jelas untuk pengaku adalah sepanjang dipilih meridian dan garis paralel, menciptakan dengan cara ini mesh benar yang memperkuat struktur shell murni. •Gaya meridional merupakan gaya internal pada cangkang aksimetris yang terbagi rata dan dinyatakan dalam gaya per satuan luas.

Gaya P yang dipikul konstruksi > kecil karena gaya P ini sudah diuraikan dengan arah sejajar bidang dan dipikul bidang itu sendiri.

119

Gaya meridional selalu tekan. setiap bidang – menahan gaya setiap rusuk – mengkakukan bidang Gambar 2.5.e.1 Gaya meridional pada cangkang bola Sumber : Daniel L. Schodek. Struktur. 1998. Hal 455 dan Materi Presntasi (Format PPT) Kelas. Slide 6 dan 7

•Gaya melingkar dinyatakan sebagai gaya persatuan panjang yang dapat diperoleh dengan meninjau keseimbangan dalam arah transversal.

Gaya melingkar adalah tekan pada bagian atas segmen bola dan tarik di bagian bawah. Gambar 2.5.e.2 Gaya melingkar pada cangkang bola Sumber : Daniel L. Schodek. Struktur. 1998. Hal 455 dan Materi Presntasi (Format PPT) Kelas. Slide 6 dan 7

• Gaya Terpusat Alasan mengapa beban tersebut harus dihindari pada struktur cangkang dapat terlihat jelas dengan menganalisis gaya-gaya mridional yang ditimbulkan oleh beban terpusat. Ekspresi umum yang telah kita peroleh sebelum ini adalah N = W/2 R sin 2dimana W adalah beban total berarah ke bawah. Untuk cangkang yang memikul beban terpusat P, ekspresi ini menjadi N = P/2 R sin2. Apabila beban terpusat tersebut bekerja pada = 0 (puncak cangkang), maka tegangan tepat dibawah beban tersebut menjadi tak hingga. Jelas hal ini dapat menyebabkan keruntuhan apabila permukaan cangkang tidak dapat memberikan tahanan momen dan beban tersebut memeng benar-benar tidak dapat memberikan tahanan momen dan beban tersebut memang benar-benar terpusat. Dalam hal ini, sebaiknya beban terpusat dihindari pada struktur cangkang. • Kondisi Tumpuan : Cincin Tarik dan Tekan Tinjauan desain yang utama pada cangkang putar adalah masalah di tumpuannya atau tepi-tepinya. Sama halnya dengan penggunaan batang pengikat pada pelengkung (untuk menahan gaya horizontal), kita juga harus melakukan cara-cara khusus untuk mengatasi gaya tendangan horizontal yang diasosiasikan dengan gaya dalam bidang di tepi bawah cangkang. Pada kubah, misalnya, sistem penyokong melingkar perlu dilakukan. Alternatif lain adalah menggunakan cincin lingkaran, yang disebut cincin tarik, di dasar kubah sehingga dapat

120

menahan komponen keluar dari gaya meridional. Karena gaya yang disebut terakhir ini selalu tekan, maka komponen horizontal selalu bearrah ke luar. Karena itulah cincin containment selalu mengalami gaya tarik. Seandainya pada puncak cangkang terdapat lubang, maka komponen gaya meridional di dasar cangkang akan berarah ke dalam sehingga gaya padacincin adalah gaya tekan.

Gambar 2.5.e.3 Perilaku cangkang dasar Sumber: Daniel L.Schodek. Struktur. 1998. Hal 465

2.5.f Sistem Stabilisasi Beban-beban yang bekerja pada permukaan cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik, dan tekan pada arah dalam bidang (in-plane) permukaan tersebut. Tipisnya permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahanan momen yang beraarti. Struktur cangkang tipis khususnya cocok digunakan untuk memikul beban terbagi rata pada atap gedung. Struktur ini tidak cocok untuk memikul beban terpusat.

121

2.5.g Material • Struktur cangkang dengan material beton bertulang Untuk desain struktur shell dengan material beton bertulang, sesuai dengan code ACI beton bertulang dapat dianggap elastis, homogeny dan isotropic dengan sifat teganganregangan identik dalam segala arah. • Struktur Shell Dengan Material Kayu

Gambar 2.5.g.1 Permukaan shell kayu Sumber : Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. Hal 424

• Struktur Shell Dengan Material Baja

\ 122

Gambar 2.5.g.2 Struktur shell yang menggunakan baja Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 427

• Struktur Shell Dengan Material Plastik

Gambar 2.5.g.3 Permukaan struktur shell plastik Sumber: Wolfgang Schueller. Horizontal Span Building. 1983. Hal 428

123

BAB III PENERAPAN DAN ANALISIS STRUKTUR BENTANG LEBAR

3.3. APLIKASI STRUKTUR KABEL Awalnya struktur kabel digunakan untuk berbagai jembatan seperti suspension bridge, cable stayed bridge,dan lain-lain. Struktur kabel untuk mewujudkan sebuah ruangan yang memiliki bentang yang lebar tanpa harus ada kolom yang mengganggu pandangan pada bagian interior bangunan. Tetapi tetap memberikan kesan ringan, anggun, transparan dan dengan bentuk yang unik sesuai dengan konsep yang telah dirancang oleh arsiteknya ataupun yang lainnya. Struktur kabel jauh lebih murah dan sederhana, juga dapat menghasilkan arsitektur yang transparan dan ramping. Penggunaan struktur kabel yang indah dibagi sesuai dengan tipe bangunannya, yaitu : 1. Kulit bangunan(fassade, screen wall) 2. Konstruksi atap stadion olahraga 3. Jembatan termasuk jembatan pejalan kaki 4. Konstruksi bentang lebar, terutama untuk konstruksi ruang pameran 5. Menara

Gambar 2.3.h.a screen wall pada bandara internasional sultan hasanudin makasar (2010), masih menggunakan sistim sruktur rangka aluminium, yang menggunakan segi transparansi. Sumber : www. Google.com

124

Gambar 2.3.h.b Hotel Kempinsiki Munich (jerman). Screen wall (40X25)m dengan menggunakan teknik kabel baja prategang dengan diameter 22m. Engineer, joerg schlaich. Sumber : www.google.com

2.3.h.1 Fassade Dinding fassade selalu dirancang dengan menggunakan aluminium sebagai rangka pemikul beban sendiri kaca. Jika fassade sangat luas beban angin lebih menentukan dari beban kaca sendiri. Memikul momen lentur akibat beban angin, bingkai aluminium atau baja sebagai strukturnya. Penggunaan kaca sebagai material yang transparan dan ringan dapat mengurangi estetika bila dipadukan oleh rangka baja atau aluminium yang sifatnya masif.( gambar 2.3.h.a )

Joerg schlaich seseorang yang sangat berpengalaman di bidang struktur kabel, salah satu karyanya adalah stadion olympic munich yang melahirkan fasade modern yang diberinama struktur minimalis, yang terdiri dari jaringan kabel prategang horizontal dan vertikal sebagai struktur pemikul beban sendiri dan beban angin.

Gambar 2.3.h.1.a stadion olympic munich. Sumber : www.google.com 125

Struktur fasade terdiri dari jaringan kabel dengan jarak 1,50 mX 1,50 m, kabel mutu tinggi dengan diameter 22mm. Setiap kabel horizontal diberi gaya prategang, diangkur pada struktur bangunan kiri dan kanan.kabel vertikal diberi gaya prategang yang diangkur pada girder yang terletak pada atap dan lantai. Pada sistem konvensional, panel kaca menumpu pada jaringan kabel pada keempat sudutnya menggunakan sistem jepit, menyalurkan beban kaca pada kabel prategang.

Gambar 2.3.1.b hotel gumaya semarang. Screen wall dengan teknik kabel baja prategang suspendend linear. Sumber : Harianto Hardjasaputra. STRUKTUR TRANSPARAN. 2012. Hal 43

Gambar 2.3.1.c A. Detail dari pemegang panel kaca, B. Detail penjepit kabel horizontal dan vertikal dengan pemegang kaca. Sumber :Harianto Hardjasaputra. STRUKTUR TRANSPARAN. 2012. Hal 43

Perancangan struktur kabel, yang menentukan perancangan adalah bukan beban sendiri melainkan akibat beban angin, terutama masalah deformasi. Kecepatan angin 100 km/jam yang dapat mengakibatkan deformasi sebesar 60 cm pada daerah pusat. Contohnya terminal 3 bandara changi-

126

singapore. Sama halnya seperti gambar 2.3.h.1.b dan Gambar 2.3.h.b. sistem kabel ini dikelompokan sebagai sistem linear, sebagai sistem struktur fasade yang paling sederhana. Perancangan struktur kabel harus mempertimbangkan antara besarnya gaya prategang dan deformasi jaringan kabel. Pada sistem linear untuk memperkecil deformasi pada jaringan kabel, dilakukan dengan cara memperbesar gaya prategangnya. Tetapi hal ini akan meningkatkan biaya konstruksi, karena harus mempebesar dimensi balok dan baja untuk dudukan ankur. Alternatif sistem ini dikelompokan sebagai sistem cabel truss, yang dapat memperkecil deformasi yang terjadi tanpa harus mempebesar gaya prategang.

Gambar 2.3.1.d screen wall pada changi airport singapore. A. Pemegang panel kaca dan persilangan kabel baja. Sumber :Harianto Hardjasaputra. STRUKTUR TRANSPARAN. 2012. Hal 45

Gambar 2.3.1.e spike truss yang dipasang horizontal untuk penyangga fasade kaca. Sumber :Harianto Hardjasaputra. STRUKTUR TRANSPARAN. 2012. Hal 45

127

Gambar 2.3.1.f beberapa tipe sistem cable truss (a,b,c) kekakuannya jauh lebih besar dibandingkan cable linear (d). Sumber : Harianto Hardjasaputra. STRUKTUR TRANSPARAN. 2012. Hal 46 KONSTRUKSI ATAP STADION OLAHRAGA

Struktur atap jaringan kabel pada Olympic stadium munich terkenal sangat mahal, karena menggunakan penutup terbuat dari glass-arcrylic, selain itu memerlukan ratusan macam detail pertemuan untuk mentranfer gaya-gaya prategang dengan baik. Ikatan dan lintasan kabel juga beragam. Terlihat pada gambar

Gambar 2.3.1.g Gottlieb Daimler Stadium Stuttgart. 1. Cincin tekan. 2. Cincin tarik Sumber : Harianto Hardjasaputra. STRUKTUR TRANSPARAN. 2012. Hal 47

128

Schlaich dan bergemann mengembangkan penggunaan struktur hibrid pada atap stadion. Struktur hibrid adalah gabungan antara struktur kabel dan tekstil (membran). tahun 2002 atap stadion gottlieb daimler stadium di stuttgart. Struktur ini sederhana namun mampu tampil menawan. Pada konstruksi atap stadion memperkenalkan sistem struktur yang diberi nama struktur jarijari dan roda sepeda, konstruksi atap dibuat dengan merentangkan kabel baja prategang di antara cincin luar dan cincin dalam. Akibat gaya prategang pada kabel maka cincin kuar akan bekerja sebagai cincin tekan (compression ring) dan cincin dalam sebagai cincin tarik (tension ring). Dengan sistem struktur jari-jari roda sepeda paada kedua cincin atap stadion tersebut, maka cincin elips bagian luar yang bekerja sebagai cincin tekan, dengan ketinggian yang berfariasi menghasilkan gelombang dari struktur cincin luar, cincin elips bekerja sebagai cincin tarik pada bagian struktur kabel. Pondasi atap stadion dirancang untuk beban gravitasi, untuk menunjang yang harus ditarik dan pengankuran.

Gambar 2.3.1.h potongan struktur atap stadion Gottlieb Daimler Stadium Stuttgart. 1. Atap membran, 2. Cincin tarik, 3. Jari-jari atap, 4. Cincin tekan (kotak baja) Sumber : Schlaich bergermann und partner

129

Gambar 2.3.1.i tampak atas sistem struktur atas Stadion. Pengaplikasian struktur jari-jari roda. 1. Atap membran ( baja kotak ), 2. Cincin tarik ( kabel baja prategang ), 3. Jari-jari atap ( kabel baja prategang ), 4. Struktur kedua untuk pengikatan tekstil, 5. Membran tekstil bahan Polyester lapisan PVC. Sumber : Schlaich bergermann und partner Menara pengamat Killesberg (1993) Secara struktur dan dimensi menara pengamatt di killesberg stuttgart lebih kecil dibandingkan dengan menara pendingin PLTN Schemehusen, menara ini menjadi ikon bunga internasional pada daerah perbukitan killerg-stuttgart jerman, menara untuk pengunjung terletak pada bagian puncak tertinggi agar dapat menikmati pemandangan lepas ke kota stuttgart dan sekelilingnya. Schlaich merancang menara ini dengan prinsip se transparan mungkin dengan prinsip struktur kabel. Struktur kabel di gantung pada puncak penopang baja utama yang ditempatkan sentris, lalu bagian bawahnya diankur dan diberi pondasi, sehingga kabel pada bagian atas di kencangkan sehingga terjadi gaya prategang lalu diankur dan pada ankur tersebut diberi pondasi untuk melawan gaya gravitasi yang terjadi. Lengkung antiklastis dostabilkan oleh struktur jari-jari roda yang diletakkan pada 4 level pada ketinggian +8, 16, 24, dan 31 m. Mereka berfungsi sebagai plafon untuk pengunjung, yang menumpu pada penopang dan struktur kabel. Tangga sepiral yang menghubngkan platfrorm juga berfungsi untuk memperkaku S menara secara keseluruhan beban hidup.

130

Gambar 2.3.1.j menara pengamat killesberg – stuttgart 1993. Yang dilingkar tersebut adalah plate form yang berfungsi sebagai tempat berjalannya pengunjung dan juga berfungsi sebagai cincin tekan. Sumber : Harianto Hardjasaputra. STRUKTUR TRANSPARAN. 2012. Hal 53

131

Gambar 2.3.1.k detail struktur . A. Sistem penyangga ( strut ), B. Sistem pengikat kabel pada pondasi ( tie ) Sumber : Harianto Hardjasaputra. STRUKTUR TRANSPARAN. 2012. Hal 53

132

3.3 1.

Contoh Kasus Struktur Tenda (Tensile Structure) Carlos Moseley Music Pavilion, New York, 1991 Bangunan ini berfungsi sebagai wadah pertunjukan musik yang dapat dipindahkan dan

dibongkar pasang dalam beberapa jam. Proses pemindahannya saja akan memerlukan tujuh buah truk: tiga di antaranya membawa tiga buah rangka truss sepanjang 20 meter dan empat truk lain membawa membran beserta perlengkapan lainnya. Proses konstruksi pavilion ini dimulai dengan pemasangan rangka truss membentuk semacam tripod untuk menopang tenda. Pemasangan truss tersebut dimulai dengan meletakkan ujung dari dua truss pertama di titik-titik yang ditentukan, kemudian dibangun panggung berukuran 12 x 24 meter di antara kedua titik tersebut. Lalu dibangun pula bantalan pondasi berukuran besar untuk menopang pompa hidrolik yang mendongkrak kedua truss melintasi panggung dan menempelkan kedua ujungnya satu sama lain. Kedua ujung truss ini ditempelkan, dikunci menjadi satu, dan digabungkan dengan rangka truss ketiga yang masih terlipat. Truss ketiga ini kemudian ikut mendongkrak kedua batang truss lain perlahan-lahan menjadi tegak. Saat posisi struktur setengah tegak, membran dipasang pada kabel-kabel. Terakhir, struktur tuss dinaikkan kembali sehingga menarik dan menegangkan membran penutup sesuai rancangan.

Gambar 2.3.15 Interior Pavilion Sumber: google.com

133

Gambar 2.3.16 Proses instalasi struktur Carlos Moseley Music Pavillion Sumber: arquiteturaefemera.blogspot.com

134

3.4

Struktur Plat Lipat Mesjid Raya di Kuala Lumpur, Malaysia direncanakan oleh Tiga Juru Bina setempat.

3.4.a Analisis Bentuk Atap menggunakan struktur lipat. Bentuk pada atap seperti payung segitiga berulang dan banyak.

3.4.b Analisis Fungsional Masjid ini digunakan untuk beribadah para umat Islam yang berada di Kuala Lumpur, Malaysia. Adapun Makam Pahlawan di tempat ini dimana para pahlawan Malaysia dimakamkan di sini agar masyarakat dan pengunjung masjid dapat mengenal dan mengenang jasa-jasa mereka.

3.4.c Analisis Estetika Dinding-dinding kerawang pada masjid bermotif arsitektur Islam modern dan di sana terdapat kolam-kolam yang dapat memberikan kesan tenang. Pada serambi-serambi diberi

135

atap datar yang diselingi lubang-lubang bujur sangkar yang berguna untuk penerangan atas dan ventilasi. Di tempat Makam Pahlawan Nasional atap berbentuk payung segi banyak didukung oleh umpak-umpak, sedangkan di atas ruang ibadah mempunyai bentuk yang sama yang didukung oleh kolom-kolom.

http://www.scribd.com/doc/138711944/Struktur-Dan-Konstruksi-Bangunan-IV#download

136

3.5. STRUKTUR CANGKANG ATAU SHELL SHELL HOUSE Architect: Kotaro Ide/ ARTechnic Architects Location

: Karuizawa, Nagano, Jepang

Date: 2008 Building Type: Villa Site Area: 1,711 sqm Constructed Area 3.5.1. A

: 329 sqm

nalisis Bentuk

Shell House merupakan rancangan struktur cangkang dengan dua dimensi permukaan melengkung. J merupakan bentuk struktur yang terbuat dari dua ukuran massa silinder oval yang berbeda yang dipotong dengan kurva. Bagian lurus dari J merupakan massa yang lebih kecil dimana terhubung dengan bagian melengkung dari J yang merupakan massa yang lebih besar.

Gambar Situasi Shell House Sumber : http://www.dezeen.com/2009/01/04/shell-by-artechnic-architects/

137

Gambar Denah Shell House Sumber : http://www.dezeen.com/2009/01/04/shell-by-artechnic-architects/

Gambar Tampak Depan, Tampak Belakang, Tampak Kanan, Tampak Kiri Sumber : http://www.dezeen.com/2009/01/04/shell-by-artechnic-architects/

138

Gambar Bentuk struktur cangkang dengan dua dimensi permukaan melengkung Sumber : http://www.dezeen.com/2009/01/04/shell-by-artechnic-architects/

Gambar J Merupakan Bentuk Struktur Yang Terbuat Dari Dua Ukuran Massa Silinder Oval Yang Berbeda Yang Dipotong Dengan Kurva Sumber : http://www.dezeen.com/2009/01/04/shell-by-artechnic-architects/

3.5.1. Analisis Fungsional Keberadaan struktur cangkang merupakan tanggapan terhadap alam sekitar

139

Gambar Lantai Dibangun 1400 Milimeter Diatas Tanah, Dengan Bagian Struktur Cangkang Sangat Menonjol Ke Arah Luar Yang Dapat Mendukung Teras Dengan Ketinggian Yang Sama Sumber : http://www.dezeen.com/2009/01/04/shell-by-artechnic-architects/

Gambar Bagian Atas Bangunan Berbentuk Oval Dinding Adalah 350 Milimeter Dan Lebar Terus Meningkat Menjadi 750 Milimeter Karena Turun Menuju Tanah Yang Kedua Sisi Memenuhi Persyataran Struktural Sumber : http://www.dezeen.com/2009/01/04/shell-by-artechnic-architects/

140

Gambar Sistem Pemanas Lantai Kustom Meminimalkan Penggunaan Energi Panas Untuk Menghindari Kesulitan Mengosongkan Drainase Di Daerah Dingin. Sumber : http://www.dezeen.com/2009/01/04/shell-by-artechnic-architects/ 3.5.3. Analisis Estetika

Detail struktur berbentuk j dengan permukaan melengkung dua dimensi, yang dikembangkan pada dua tingkat dapat memberikan daya tarik terhadap alam sekitar seperti pengunaan material kayu yang dipotong pipih yang di susun sejajar dapat mengikutin bentuk bangunan sehingga memberikan estetika tehadap fasad bangunan serta desain pola lantai teras yang mengikuti eksisting vegetasi pohon cemara

Gambar Penggunaan Material Kayu Yang Dapat Memberikan Estetikan Pada Fasad Bangunan Sumber : http://www.dezeen.com/2009/01/04/shell-by-artechnic-architects/

Gambar Desain Pola Lantai Teras Yang Mengikuti Eksisting Vegetasi Pohon Cemara Sumber : http://www.dezeen.com/2009/01/04/shell-by-artechnic-architects /

141

142