1. Struktur Bentang Lebar

Struktur bentang lebar diperlukan untuk mengakomodasi aktivitas yang memerlukan

ruang luas dan tidak terhalang oleh kolom, misalnya auditorium, bioskop, stadion, gedung

peribadatan. Keuntungan struktur bentang lebar antara lain mampu mengakomodasi ruang

yang luas tanpa halangan kolom, memungkinkan bentuk-bentuk arsitektural yang lebih

beragam. selain kelebihan bangunan bentang lebar juga mempunyai kekurangan yaitu

pengaliran beban tidak ditumpu kolom sehingga memerlukan cara-cara khusus untuk

mengatasinya baik dari segi material maupun sistem struktural.

Adapun bentang maksimum lantai slab dengan balok adalah 20m, sedangkan lantai plat

15-18m, untuk menciptakan bentang yang lebar, pemecahannya dapat dengan kualitas

material, misalnya beton prategang dengan efisiensi mencapai 40%, atau menggunakan

struktur vierendel yaitu balok dengan ruangan di dalamnya seperti gerbong kereta, selain itu

dapat menggunakan sistem struktur bentang lebar misalnya cangkang, kabel, tenda, plat

lipat, rangka ruang.

Berikut merupakan contoh bangunan bentang lebar:

2. Beban , Gaya, Tumpuan

Beban adalah sesuatu yang bekerja mempengaruhi deformasi banguan. Manifestasi

beban adalah gaya. Gaya memiliki besaran, arah, titik tangkap. Gaya terdiri dari

tarik/tension, geser/shear, tekuk/bending, tekan/compress, puntir/moment,

lentur/buckling.

Tumpuan merupakan tempat perletakan konstruksi untuk dukungan bagi konstruksi

dalam meneruskan gaya-gaya yang bekerja menuju pondasi. Ada 3 jenis tumpuan yaitu

tumpuan sendi, rol dan jepit.

Gaya tarik adalah hukum gaya ketiga dari Newton. Gaya tarik sebenarnya adalah oleh

dua bagian yang berbeda posisi.

Gaya tekan adalah gaya yang tidak memberi tekanan mendorong bagian (a) dalam satu

arah, dan bagian (b) dalam arah yang berlawanan. Ketika gaya tersebut searah satu sama

lain, maka disebut gaya kompresi.

Wembley stadium Allianz arena

Dalam ilmu, tekuk adalah ketidakstabilan

matematis, yang mengarah ke modus kegagalan.

Secara teoritis, tekuk disebabkan oleh bifurkasi

dalam solusi untuk persamaan keseimbangan

statis. Pada tahap tertentu di bawah beban

meningkat, beban lebih lanjut dapat dipertahankan

dalam salah satu dari dua state keseimbangan:

sebuah state pelat badan kaku atau state-lateral

cacat.

Momen lentur adalah sebuah reaksi yang

diinduksi dalam elemen struktural ketika kekuatan

eksternal atau pada waktu diterapkan pada elemen

bangunan terjadi penekukan. Contoh paling banyak

yang terjadi pada sebuah elemen struktural adalah

balok.

Gaya tekan adalah kapasitas dari suatu bahan

atau struktur dalam menahan beban yang akan

mengurangi ukurannya. Gaya tekan dapat diukur

dengan memasukkannya ke dalam kurva tegangan-

regangan dari data yang didapatkan dari mesin uji.

Beberapa bahan akan patah pada batas tekan,

beberapa mengalami deformasi yang tidak dapat

dikembalikan. Deformasi adalah

Torsi (memutar) adalah ukuran dari

kecenderungan untuk menyebabkan tubuh untuk

memutar tentang titik tertentu atau sumbu.

gambar: gaya geser

sumber: psas.pdx.edu

gambar: gaya tarik

sumber: blajarpintar.blogspot.com

gambar: bidang momen sumber: engineerri.blogspot.com

gambar: gaya tekuk pada sebuah balok sumber: rumahdangriya.blogspot.com

gambar: perbedaan gaya tekan dan gaya tarik sumber: www2.mcdaniel.edu

gambar: gaya puntir sumber: engineerri.blogspot.com

a. Tumpuan sendi

tumpuan sendi sering disebut dengan engsel karena cara

bekerja mirip dengan cara kerja engsel. Tumpuan sendi

mampu memberikan reaksi arah vertikal dan horizontal,

artinya tumpuan sendi dapat menahan gaya vertikal dan

horizontal. Tumpuan sendi ini tidak dapat menahan

momen.

b. tumpuan rol

Tumpuan rol adalah tumpuan yang dapat bergeser ke arah

horizontal. Tidak bisa menahan gaya horizontal. Pada

tumpuan terdapat roda untuk mengakomodasi pemuaian

pada konstruksi agar tidak rusak. Tumpuan rol hanya bisa

memberikan reaksi arah vertikal.

c. Tumpuan jepit

Tumpuan jepit bisa disebut seperti misalnya balok yang

ditanam dalam tembok, sebagai tumpuan pada balok

menerus. Tumpuan jepi dapat memberikan reaksi atau

tahan terhadap gaya horizontal, vertikal dan mampu

memberikan reaksi terhadap putaran momen.

3. Post and Lintel

Struktur post and lintel atau post and beam adalah struktur yang terdiri atas elemen-

elemen linear, umumnya balok dan kolom, yang saling dihubungkan pada ujung-ujungnya

oleh joints (titik hubung) hanya saja tidak terjadi kekakuan antar setiap elemen pada titik

hubungnya.

Gambar : Struktur post and beam

Sumber : Struktur (Schodek, 1991)

gambar : tumpuan sendi sumber: belajarilmubangunan.com

gambar : tumpuan rol sumber: belajarilmubangunan.com

gambar : tumpuan jepit sumber: belajarilmubangunan.com

RANGKA BATANG (Truss)

Pengertian

Susunan elemenelemen linear yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga, sehingga

menjadi bentuk rangka yang stabil.

Macam struktur rangka batang :

-Plane truss (rangka batang bidang) :

Susunan elemen-elemen linear yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga

yang secara keseluruhan berada di dalam satu bidang tunggal

-Space truss (rangka batang ruang) :

Susunan elemen-elemen linear yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga

yang secara keseluruhan membentuk volume 3 dimensi (ruang).Sering disebut juga sebagai

space frame.

IDEALISASI DAN ASUMSI

Dalam analisis sebuah struktur rangka batang digunakan anggapan2 sbb.:

1. Batang-2 (members) saling terhubung pada titik buhul (joint) dengan hubungan sendi (pin

jointed)

2. Sumbu-dalam batang bertemu dalam satu titik joint.

3. Beban-beban yang bekerja dan reaksi-reaksi tumpuan berupa gayagaya terpusat yang

bekerja pada titik-2 buhul (joint)

STABILITAS RANGKA BATANG

Dari contoh2 bangunan rangka batang, tampak bahwa struktur tsb berupa rangkaian

bentuk2 segitiga.Sebuah rangka segitiga, meskipun ujung2nya terhubung dengan sendi,

merupakan struktur yang stabil.Struktur ini tetap stabil jika dibebani pada jointnya dg gaya

yang terletak pada bidang segitiga tsb.

KEUNTUNGAN

Dibandingkan dengan struktur masif (balok penampang penuh), penggunaan struktur

rangka batang memberikan keuntungan2 sbb.:

1. Elemen/batang2 yang diperlukan dapat disesuaikan (jenis bahannya maupun besar

penampangnya ) dengan sifat dan besar gaya yang harus didukung.

2. Pada umumnya diperoleh struktur yang lebih ringan, lebih kuat dan lebih kaku. Namun

demikian struktur rangka biasanya memerlukan ruang yang lebih besar dan proses

pembuatannya lebih mahal.

STRUKTUR RANGKA RUANG

Sistem rangka ruang dikembangkan dari system struktur rangka batang denga

penambahanrangka batang kearah tiga dimensinya Struktur rangka ruang adalah komposisi

dari batang-batang yang masing-masing berdiri sendiri, memikul gaya tekan atau gaya tarik

yang sentris dan dikaitkan satu sama lain dengan system tiga dimensi atau ruang. Bentuk

rangka ruang dikembangkan dari pola grid dualapis (doubel-layer grids), dengan

batang‐batang yang menghubungkan titik‐titik grid secara tiga dimensional. Elemen dasar

pembentuk struktur rangka ini adalah:

- Rangka batang bidang

- Piramid dengan dasarsegi empatmembentuk oktahedron

- Piramid dengan dasar segitiga membentuk tetrahedron

Beberapa sistem selanjutnya dikembangkan model rangka ruang berdasarkan

pengembangan system konstruksi sambungannya, antara lain:

‐ Sistem Mero

‐ Sistem space deek

‐ Sistem Triodetic

‐ Sistem Unistrut

‐ Sistem Oktaplatte

‐ Sistem Unibat

‐ Sistem Nodus

‐ Sistem NS Space Truss

Analisis Struktur Rangka Ruang

Beberapa faktor yang akan diuraikan berikut merupakan tinjauan desain pada struktur

rangka ruang.

Faktor-faktor itu antara lain :

(1) Gaya-gayaelemenstruktur

(2) DesainbatangdanbentukBanyaksekaliunitgeometrisyangdapatdigunakanuntukmemb

entukunitberulangmulaidaritetrahedronsederhana,sampaibentuk-bentuk polyhedral

lai. Rangkaruangtidakharusatas modul-modulindividual,tapidapatpulaterdiriatas

bidang-bidangyangdibentukolehbatangmenyilangdenganjarakseragam.

Struktur Kabel

Kabel adalah elemen struktur fleksibel.Bentuknya sangat bergantung pada besar dan

perilaku beban yang bekerja padanya.Apabila kabel ditarik pada kedua ujungnya saja, maka

bentuknya lurus.Jenis kabel demikian disebut tie-rod. Jika kabel digunakan pada bentang

antara dua titik dan memikul beban titik eksternal maka bentuk kabel akan berupa segmen-

segmen garis. Jika yang dipikul beban

terbagi maka kabel akan mempunyai bentuk lengkungan. Berat sendiri kabel dapat

menyebabkan bentuk lengkung tersebut, biasanya berbentuk catenary-curve.

Ada hubungan yang cukup erat antara bentuk kabel dan bentuk pelengkung. Jika

bebannya sama, bentuk kabel akibat beban tersebut akan sama dengan bentuk pelengkung.

Bentuk yang satu merupakan inversi bentuk yang lain. Apabila terjadi tarik pada kabel maka

pada pelengkung terjadi tekan.Kabel dapatdigunakan pada bentang yang panjang.Biasanya

kabel digunakan pada jembatan yang memikul dek jalan raya beserta lalulintas diatasnya.

Karena beban lalu lintas selalu menyebabkan kabel utama mengalami perubahan bentuk

karena berubahubahnya posisi beban maka dek jembatan dibuat kaku sehingga permukaan

jalan pada dasarnya tetap datar dan beban yang diterima oleh kabel pada dasarnya

konstan. Kabel juga dipakai untuk memikul permukaan atap pada gedung, khususnya pada

situasi bentang yang besar. Akan tetapi pada kasus ini perlu diperhatikan bahwa harus

diusahakan agar permukaan atap tidak bergetar sebagai akibat berganti-gantinya angin

yaitu tekanan berubah jadi isapan .

Banyak bangunan yang menggunakan struktur funicular.Sebagai contohjembatan

gantung yang semula dikembangkan di Cina, India dan Amerika Selatan adalah struktur

funicular tarik.Ada struktur jembatan kuno yang menggunakan tali ada juga yang

menggunakan bambu.Di Cina ada yang menggunakan rantai yang dibangun sekitar abad

pertama SM. Struktur kabel juga banyak digunakan pada gedung misalnya struktur kabel

yang menggunakan tali.Sekalipun kabel telah lama digunakan pengertian teoritisya masih

belum lama dikembangkan. Di Eropa, jembatan gantung masih belum lama digunakan

meskipun struktur rantai-tergantung telah pernah dibangun di Alpen Swis tahun 1595 yaitu

sejak Fausto Veranzio menerbitkan gambar jembatan gantung.

Membran, Tents dan Jaring

Membran adalah lembaran tipis dan fleksibel dan Tents biasanya dibuat dari

permukaan membran.Bentuk sederhana maupun kompleks dapat dibuat dengan

menggunakan membran-membran. Untuk membran berkelengkungan ganda seperti

permukaan bola, permukaan aktual harus dibuat sebagai susunan segmen yang jauh lebih

kecil karena kebanyakan membran hanya tersedia dalam

bentuk lembaran datar. Penggunaan membran fleksibel yang dipakai pada permukaan

adalah menggantungnya dengan sisi cembung berarah keatas, ditambah dengan mekanisme

tertentu agar dapat mempertahankan bentuknya.Jenis ini misalnya adalah struktur yang

dikembangkan dengan udara (air-inflated).

Bentuk membran dipertahankan oleh tekanan udara internal didalam

struktur.Mekanisme lain adalah dengan menggunakan gayajacking eksternal yang menarik

membran agar mempunyai bentuk tertentu. Berbagai struktur kulitbertegangan (skin-

tressed) adalah jenis tersebut. Sekalipun demikian pra-tarik pada kulit mempunyai banyak

pembatasan pada bentuk yang akan dibuat. Sebagai contoh untuk permukaan bola sangat

sulit dilakukan pra-tarik oleh gayajackingeksternal, sedangkan bentuk hiperbolik-paraboloid

cukup mudah.

Jaring adalah permukaan tiga dimensi yang terbuat dari sekumpulan kabel lengkung

yang melintang.Jaring mempunyai analogi dengan kulit membran.Dengan memperbolehkan

suatu bukaan jaring divariasikan sesuai dengan keperluan,sangat banyak bentuk permukaan

yan dapat diperoleh. Keuntungan penggunaan kabel melintang adalah bahwa penempatan

kabel tersebut dapat mencegah atap dari getaran akibat tekanan dan isapan angin. Selain

itu gaya tarik umumnya dapat diberikan pada kabel dengan alat-alat jacking sehingga

seluruh permukaan dapat mempunyai bentuk seperti kulit-tertarik. Hal ini juga dapat

memberikan stabilitas dan tahanan terhadap getaran pada atap.

Membran adalah struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban dengan

mengalami tegangan tarik.Gelembung sabun adalah contoh klasik yang dapat dipakai untuk

mengilustrasikan apakah struktur membran itu dan bagaimanakah perilakunya. Struktur

membran cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur tersebut dibebani.

Selain itu struktur tersebut sangat peka terhadap efek aerodinamika dari angin.Efek ini

dapat menyebabkan terjadinya fluttering (getaran). Ada beberapa cara dasar untuk

menstabilkan membran. Misalnya dengan menggunakan rangka penumpu dalam yang kaku

dan dengan menggunakan sistem prategang pada permukaan membran. Sistem prategang

dapat dilakukan dengan memberikan gaya eksternal yang menarik membrane maupun

dengan menggunakan tekanan internal apabila membrannya berbentuk volume tertutup.

Contoh pemberian prategang yang menggunakan gaya eksternal adalah struktur tenda.

Akan tetapi, adapula tenda yang tidak mempunyai permukaan yang benar-benar ditarik oleh

kabel sehingga dapat bergerak apabila dibebani.Sekalipun dapat memikul beban angin

normal, banyak permukaan tenda yang dapat bergetar sebagai akibat dari efek

aerodinamika dari angin kencang.Karena itulah tenda lebih banyak digunakan sebagai

struktur sementara bukan sebagai struktur permanen. Sekalipun demikian, kita dapat

memberi prategang pada membran dengan memberikan gayajacking yang cukup untuk

tetap menegangkan membran pada berbagai kondisi pembebanan yang mungkin terjadi.

Menstabilkan membran dengan menggunakan tekanan internal dapat dilakukan apabila

membran mempunyai volume tertutup. Kelompok membrane demikian biasa disebut

struktur pneumatis, sebutan yang sesuai dengan carastruktur itu mendapat kestabilan.

Meskipun struktur pneumatis telah lama diketahui tetapi struktur seperti ini masih terbilang

baru digunakan oleh manusia.Seorang ahli dari Inggris yang bernama William Lanchester

pernah mengajukan patennya dalam menerapkan prinsip balon kedalam bangunan rumah

sakit pada tahun 1917.Pada tahun 1922 dibangun pula Oasis Theatre di Paris yang

menggunakan struktur atap berlubang pneumatis.Banyak penelitian yang digunakan pada

masa Perang Dunia II karena adanya nilai militer pada struktur pneumatis.Penggunaan

struktur yang ditumpu udara (air supported structures)dimulai pada tahun 1946 yaitu pada

bangunan radomes yang di dalamnya terdapatantena radar yang sangat besar.Pada saat ini,

pneumatika adalah sebutan yang biasa/umum pada konteks gedung.

Cangkang

Pada waktu sekarang ini, banyak macam-macam permukaanberkelengkungan-ganda

digunakan.Termasuk kedalamnya bentuk permukaan terpilin misalnya hiperbolik-

paraboloid, sehingga banyaknya bentuk mungkin tidak terbatas.Mungkin permukaan-

berkelengkungan-ganda yang paling umum digunakan adalah cangkang bola (atau cangkang

belahan bola) yang terbuat dari beton bertulang (material kaku).Akan memudahkan jika

dipandang sebagai lengkung yang diputar.Tetapi kadang kurang tepat jika beban yang

bekerja pada struktur mencakup juga yang berarah melingkar seperti pada cangkang bola

yang tidak terdapat pada pelengkung.

Cangkang adalah bentuk struktural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang

mempunyai permukaan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai sembarang

bentuk . Bentuk yang umum adalah permukaan yang berasal dari kurva yang diputar

terhadap satu sumbu misalnya permukaan bola, elips, kerucut dan parabola, permukaan

translasional yang dibentuk dengan menggeserkan kurva bidang diatas kurva bidang lainnya

misalnya permukaan parabola eliptik dan silindris, permukaan yang dibentuk dengan

menggeser dua ujung segmen garis pada dua kurva bidang misalnya permukaan hiperbolik

paraboloid dan konoid dan berbagai bentuk yang merupakan kobinasi dari yang telah

disebutkan diatas.

Beban yang bekerja pada permukaan cangkang diteruskan ke tanah dengan

menimbulkan tegangan geser, tarik dan tekan pada arah dalam bidang (in-plane)

permukaan tersebut.Tipisnya permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahanan

momenyang berarti.Struktur cangkang tipis khususnya cocok digunakan untuk memikul

beban terbagi rata pada atap gedung dan struktur ini tidak cocok untuk menahan beban

terpusat.

Sebagai akibat dari cara elemen ini memikul beban dalam-bidang terutama dalam

cara tarik dan tekan, struktur cangkang dapat sangat tipis dan mempunyai bentang yang

relatif besar. *Perbandingan bentang-tebal sebesar 400 atau 500 dapat saja digunakan

misalnya tebal 3 inc (8 cm) mungkin saja digunakan untuk kubah yang berbentang 100

sampai 125 ft (30 sampai 38 m). Cangkang setipis ini menggunakan material yang relatif

baru dikembangkan, misalnya beton bertulang dimensional lain, misalnya kubah pasangan

(bata) mempunyai ketebalan lebih besar dan tidak dapat dikelompokkan sebagai struktur

yang hanya memikul tegangan dalam-bidang karena pada struktur tebal seperti itu momen

lentur sudah mulai dominan.

Bentuk tiga dimensional juga dapat dibuat dari batang-batang kaku dan pendek

seperti yang terlihat dalam gambar 2.2.11. Struktur seperti itu pada hakikatnya adalah

struktur cangkang karena perilaku strukturnya dapat dikatakan sama dengan permukaan

cangkang menerus hanya saja tegangannya tidak lagi menerus seperti pada permukaan

cangkang tetapi terpusat pada setiap batang. Struktur demikian baru pertama kali

digunakan pada awal abad XIX.KubahSchwedler yang terdiri atas jaring-jaring batang

bersendi tak teratur, pertama kal diperkenalkan oleh Schwedler di berlin pada tahun 1863,

pada saat ia mendesain kubah dengan bentang 132 ft (48 m). Struktur baru yang lain adalah

yang menggunakan batang-batang yang diletakkan pada kurva yang dibentuk oleh garis

membujur dan melintang dari suatu permukaan putar. Banyak kubah di dunia iniyang

menggunakan cara yang demikian.

STRUKTUR PLAT DAN GRID

PLAT

Platadalah struktur planar kaku yang secara khas terbuat

dari material monolit yang tingginya kecil dibandingkan

dengan dimensi-dimensi lainnya. Bahan yang umum

bekerja pada plat mempunyai sifat banyak arah dan

tersebar. Sejak digunakannya beton bertulang modern

untuk plat, hampir semua Sejak mengunakan material ini

sebagai ekmen plat

Plat dapat ditumpu di seluruh .tepinya, sun hanya pads titik-titik tertentu misalnya oleh

kolom-kolom), atau campuran antara tumpuan menerus dan titik. Kondisi tumpuan dapat

sederhana emu jepit. Adanya kemungkinan variasi kondisi tumpuan menyebabkan plat

dapat digunakan untuk berbagai keadaan.

GRID

Struktur balok grid terdiri atas balok-balok yang saling

bersilangan, dengan jarak yang relatif rapat, yang

menumpu pelat atas yang tipis.Sistem ini dimaksudkan

untuk mengurangi berat sendiri pelat, sehingga lendutan

dari pelat yang besar dapat dikurangi.Sistem ini dinilai

efisien untuk bentangan besar dan juga dapat didesain

sesuai selera.

DESAIN PLAT DAN GRID

Sistem satu arah

Plat Ber-Rib

Plat Ber-rib. Plat ber-rib merupakan salah satu

coated penerapan prinsip-prinsip. Apabila slab

relatif lebih kaku,, maka seluruh susunan akan

berfungsi sebagai plat satu arah, bukan sebagai

balok-balok sejajar. Akan tetapi untuk maksud

desain, biasa untuk memandang struktur itu

Struktur Plat

Struktur Grid

sebagai sederetan balok T sejajar dalam arah longitudinal Slab transversal dianggap sebagai

plat menerus satu nab di atas balok-balok.

Plat Lipat

Kekakuan struktur palat satu arah dapat sangat

debesarkan dengan menghilangkan permukaan planar sama

sekali, dan membuat deformasi besar pada plat sedemikian rupa

sehingga tinggi structural plat semakin besar. Dengan demikian,

plat mempunyai potongan yang unik yang terdiri atas sederetan

elemen tipis yang saling dihubungkan di sepanjang tepinya.

Struktur seperti ini umumnya disebut plat lipat. Karakteristik plat

lipat adalah masing-masing elemen plat berukuran relative panjang.

Struktur Plat Dua Arah

Bahasan atas struktur plat dua arah akan dijelaskan

berdasarkan kondisi tumpuan yang ada, yaitu sebagai

berikut:

- Plat sederhana di atas kolom

- Plat yang ditumpu sederhana di tepi-tepi menerus

- Plat dengan tumpuan tepi jepit menerus

- Plat di atas balok yang ditumpu kolom

Plat ditumpu sederhana

Plat menerus