7. PERANCANGAN MODEL-MODEL RANGKA BATANG RUANG
7.4. Analisa Perhitungan Gaya-Gaya Batang
Analisa perhitungan dilakukan dengan memasukkan sifat dasar bambu dengan menggunakan dua macam profil pipa dengan material bambu yaitu BAMBU1 untuk bambu berediameter 4 cm dan BAMBU2 untuk bambu berdiameter 6 cm dengan tebal dinding 0,5 cm (Gambar 7.2.).
Gambar 7.2. Pendefinisian profil yang digunakan
Dalam perhitungan analisa struktur diperhitungkan beban mati (berat sendiri), beban hujan dan beban pekerja serta alat. Mengingat beban hujan dan beban pekerja (termasuk alat) kemungkinan terjadi bersamaan sangat kecil, maka untuk analisa dibuat dua macam kombinasi pembebanan yaitu :
- Kombinasi 1 : beban mati dan beban hidup
- Kombinasi 2 : beban mati, beban hidup , beban angin depan - Kombinasi 3 : beban mati, beban hidup , beban angin belakang
Keempat bentuk struktur rangka batang ruang dianalisa dua kali; yaitu untuk penggunaan bambu berdiameter 4- 4,5 cm dan bambu berdiameter 6 – 6,5 cm.
7.4.1 Rangka Batang ST1 dan ST2
Rangka batang ST1 dan ST2 pada dasarnya adalah sebangun, sehingga penomor
joint dan penomoran batang dapat disamakan. Dengan beban yang arah dan titik kerjanya sama maka pembahasan akan digabungkan. Dalam menganalisa rangka batang ruang ST1 dan ST2 dengan program analisa struktur, digunakan penomoran joint dan penomoran batang seperti pada Gambar 7.3. dan 7.4.
Hasil analisa struktur ST1 dengan profil BAMBU1 diperoleh hasil gaya aksial yang bekerja pada masing-masing komponen seperti terlihat pada Gambar 7.5. Warna merah menunjukkan gaya tekan (negatif) dan warna biru menunjukkan gaya tarik (positif).
Gambar 7.3. Penomoran Joint pada ST1 dan ST2 (tampak atas)
Gambar 7.4. Penomoran batang pada ST1 dan ST2 (tampak atas)
Besarnya gaya batang maksimum tekan dan maksimum tarik yang bekerja pada masing-masing komponen pada struktur rangka ST1 dan ST2 sebagai hasil perhitungan dengan program analisa struktur dapat dilihat pada Tabel 7.1. Pada tabel tersebut juga ditunjukkan nomor batang dimana gaya tekan maksimum dan gaya tarik maksimum bekerja. Secara umum gaya batang maksimum terjadi pada kasus kombinasi 2 (COMB2) yaitu pada struktur dibebani berat sendiri, beban hidup dan beban angin depan.
Tabel 7.1. Besarnya gaya maksimum pada ST1 dan ST2 Bentuk
Rangka Profil
Tarik Max Tekan Max (kg) No. Batang (kg) No. Batang ST1 BAMBU 1 64,61 89 & 95 -178,57 8, 11, 38 & 41
BAMBU 2 65,59 89 & 95 -181,47 8, 11, 38 & 41
ST2 BAMBU 1 90,99 89 & 95 -251,68 8, 11, 38 & 41 BAMBU 2 92,22 89 & 95 -255,13 8, 11, 38 & 41
Jika dibandingkan dengan nilai maksimum tarik dan maksimum tekan yang dapat dipikul komponen (Tabel 6.1.), maka struktur ST1 dan ST2 dapat dibangun dengan bambu berdiameter 4 cm. Hal ini berarti bahwa struktur ini juga dapat dibuat dengan bambu berdiamter 6 cm.
Suatu struktur yang dibebani akan mengalami deformasi, hasil analisa struktur terhadap rangka batang ruang ST1 dan ST2 dapat menunjukkan deformasi yang terjadi pada struktur, seperti dapat dilihat pada Gambar 7.6. dan nilai deformasi terbesar yang terjadi pada sumbu x (U1), sumbu y (U2) dan sumbu Z (U3) dapat dilihat pada Tabel 7.2.
Tabel ini juga menunjukkan letak joint yang mengalami deformasi terbesar.
Tabel 7.2. Deformasi maksimal pada ST1 dan ST2 Bentuk
Rangka
U1 max U2 max U3 max
(m) No Joint (m) No Joint (m) No Joint
ST1B1 1,8 . 10 -5 12 1,4 .10-5 6 0 -1,8 . 10-5 9 -1,4 .10-5 15 -1,28.10-4 9 &12 ST1B2 1,1 . 10 -5 12 9,2 .10-6 6 0 -1,1 . 10-5 9 -9,2 .10-6 15 -8,3.10-5 9 &12 ST2B1 3,1 . 10 -5 12 2,5 .10-5 6 0 -3,1 . 10-5 9 -2,5 .10-5 15 -2,26.10-4 9 &12 ST2B2 2 . 10 -5 12 1,6 .10-5 6 0 -2 . 10-5 9 -1,6 .10-5 15 -1,45.10-4 9 &12 Merujuk pada Tabel 7.2., terlihat bahwa deformasi maksimal pada seluruh arah terjadi pada ST2B1, yaitu rangka batang ruang dengan panjang komponen 1,25 m yang menggunakan bambu berdiameter 4 cm; yaitu pada z dengan besar deformasi -2,26.10-
4
m atau sama dengan 0,226 mm. Hal ini berarti bahwa penurunan yang terjadi kecil.
7.4.2. Rangka Batang ST3
Rangka batang ST3 adalah rangka berbentuk bujur sangkar berukuran 4m x 4m yang disusun dari komponen bambu sepanjang 1m. Dalam menganalisa rangka batang ruang ST3 dengan program analisa struktur, digunakan penomoran joint dan penomoran batang seperti pada Gambar 7.7. dan Gambar 7.8.
Gambar 7.8. Penomoran batang ST3 (tampak atas)
Hasil analisa struktur ST3 dengan profil BAMBU1 diperoleh hasil gaya aksial yang bekerja pada masing-masing komponen seperti terlihat pada Gambar 7.9. Warna merah menunjukkan gaya tekan (negatif) dan warna biru menunjukkan gaya tarik (positif).
Gambar 7.9. Output gaya-gaya aksial batang pada ST3 (isometri)
Besarnya gaya batang maksimum tekan dan maksimum tarik yang bekerja pada masing-masing komponen pada struktur rangka ST3 sebagai hasil perhitungan dengan program analisa struktur dapat dilihat pada Tabel 7.3. Pada tabel tersebut juga ditunjukkan nomor batang dimana gaya tekan maksimum dan gaya tarik maksimum
bekerja. Secara umum gaya batang maksimum terjadi pada kasus kombinasi 2 (COMB2) yaitu pada struktur dibebani berat sendiri, beban hidup dan beban angin depan.
Tabel 7.3. Besarnya gaya maksimum pada ST3 Bentuk
Rangka Profil
Tarik Max Tekan Max
(kg) No. Batang (kg) No. Batang ST3 BAMBU 1 76,24 106, 115, 118 & 127 -238,44 50 & 55
BAMBU 2 77,47 106, 115, 118 & 127 -242,37 50 &55
Jika dibandingkan dengan nilai maksimum tarik dan maksimum tekan yang dapat dipikul komponen (Tabel 6.1.), maka struktur ST3 dapat dibangun dengan bambu berdiameter 4 cm. Hal ini berarti bahwa struktur ini juga dapat dibuat dengan bambu berdiamter 6 cm.
Hasil analisa struktur terhadap rangka batang ruang ST3 dapat menunjukkan deformasi yang terjadi pada struktur, seperti dapat dilihat pada Gambar 7.10. dan nilai deformasi terbesar yang terjadi pada sumbu x (U1), sumbu y (U2) dan sumbu Z (U3)
dapat dilihat pada Tabel 7.4. Tabel ini juga menunjukkan letak joint yang mengalami deformasi terbesar.
Tabel 7.4. Deformasi maksimum pada ST3 Bentuk
Rangka
U1 max U2 max U3 max
(m) No Joint (m) No Joint (m) No Joint
ST3B1 1,2 . 10 -5 7 & 17 1,2 .10-5 7 & 9 0 -1,2 . 10-5 9 & 19 -1,2 .10-5 17 & 19 -1,1.10-4 13 ST3B2 7,9 . 10 -6 7 & 17 7,9 .10-6 7 & 9 0 -7,9 . 10-6 9 & 19 -7,9.10-6 17 & 19 -7,1.10-5 13 Gambar 7.10. Pola deformasi rangka ST3
Merujuk pada Tabel 7.4., terlihat bahwa deformasi yang terjadi pada ST3 , yaitu dalam arah sumbu x dan sumbu y simetris, sedangkan pada sumbu z deformasi maksimal terjadi pada bagian tengah struktur yaitu joint nomor 13. Deformasi maksimal secara keseluruhan terjadi pada arah sumbu y; yaitu pada struktur rangka batang ruang yang menggunakan bambu berdiameter 4 cm dengan besar deformasi -1,1.10-4m atau sama dengan 0,109 mm. Hal ini berarti bahwa penurunan yang terjadi kecil.
7.4.3. Rangka Batang ST4
Rangka batang ST4 pada dasarnya adalah sebangun dengan ST1. Perbedaan terletak pada tumpuannya. Pada ST1 terdapat empat tumpuan ke bawah, sementara pada ST4 terdapat 9 tumpuan pada satu bidang. Dalam menganalisa rangka batang ruang ST4 dengan program analisa struktur, digunakan penomoran joint dan penomoran batang seperti pada Gambar 7.11. dan 7.12.
Hasil analisa struktur ST4 dengan profil BAMBU1 diperoleh hasil gaya aksial yang bekerja pada masing-masing komponen seperti terlihat pada Gambar 7.13. Warna merah menunjukkan gaya tekan (negatif) dan warna biru menunjukkan gaya tarik (positif).
Gambar 7.12. Penomoran batang ST4 (tampak atas)
Gambar 7.13. Output gaya-gaya aksial batang pada ST4 (isometri)
Besarnya gaya batang maksimum tekan dan maksimum tarik yang bekerja pada masing-masing komponen pada struktur rangka ST4 sebagai hasil perhitungan dengan program analisa struktur dapat dilihat pada Tabel 7.5. Pada tabel tersebut juga ditunjukkan nomor batang dimana gaya tekan maksimum dan gaya tarik maksimum bekerja. Secara umum gaya batang maksimum terjadi pada kasus kombinasi 2 (COMB2) yaitu pada struktur dibebani berat sendiri, beban hidup dan beban angin depan.
Tabel 7.5. Besarnya gaya maksimum pada ST4 Bentuk
Rangka
Profil Tarik Max Tekan Max
(kg) No. Batang (kg) No. Batang ST4 BAMBU 1 546,28 55 -867,23 80 & 89
BAMBU 2 553,58 55 -878,76 80 &89
Jika dibandingkan dengan nilai maksimum tarik dan maksimum tekan yang dapat dipikul komponen (Tabel 6.1.), maka struktur ST4 tidak dapat dibangun dengan bambu berdiameter 4 cm, karena pada beberapa batang selain pada beban maksimum besarnya tekan yang terjadi melebihi beban maksimum tekan yang dapat dipikul. Walaupun begitu struktur ini dapat dibuat dengan bambu berdiamter 6 cm.
Untuk mengatasi masalah dalam penggunaan bambu berdiameter 4 cm, maka untuk rangka ruang ST4 dirancang menggunakan campuran bambu berdiameter 6 cm dan bambu berdiameter 4 cm. Secara umum komponen dibuat dari bambu berdiameter 4 cm, bambu berdiameter 6 cm digunakan hanya pada batang yang berdasarkan hasil analisa struktur menerima beban tekan yang cukup besar. Untuk itu, bambu berdiameter 6 cm digunakan pada batang-batang nomor 80, 81, 83, 84, 85, 86, 87, 89 dan 90. Struktur gabungan (Gambar 7.14.) yang menggambarkan kombinasi penggunaan profil batang; yaitu berdiameter 4 cm dan bambu berdiameter 6 cm.
Gambar 7.14. Kombinasi penggunaan bambu berdiameter 4 cm (warna hijau) dan 6 cm (warna biru) pada ST4
Hasil analisa struktur ST4 terhadap penggunaan variasi profil, menunjukkan struktur cukup kuat untuk dapat memikul gaya-gaya batang yang timbul. Penggunaan
variasi bambu berdiameter 6 cm untuk batang yang menerima gaya tekan besar selain untuk memperkuat struktur juga dapat memberikan nilai estika lebih.
Hasil analisa struktur terhadap rangka batang ruang ST4 dapat menunjukkan deformasi yang terjadi pada struktur, seperti dapat dilihat pada Gambar 7.15. dan nilai deformasi terbesar yang terjadi pada sumbu x (U1), sumbu y (U2) dan sumbu Z (U3)
dapat dilihat pada Tabel 7.6. Tabel ini juga menunjukkan letak joint yang mengalami deformasi terbesar.
Tabel 7.6. Deformasi maksimum pada ST4
Rangka Profil
U1 max U2 max U3 max
(m) No Joint (m) No Joint (m) No Joint ST4 Bambu 2 1,2 .10 -4 -1,4 .10-4 12 32 1,8 .10-5 -1,8 .10-5 20 4 0 -1,4.10-3 4 &20 Gabungan 1,8 .10 -4 -1,5 .10-4 12 32 2,8 .10-5 -2,8 .10-5 20 4 0 -1,2.10-3 4 &20
Merujuk pada Tabel 7.6., terlihat bahwa deformasi maksimal pada 3 arah yang terjadi pada arah z sebesar 1,4 mm pada ST4 yang dibuat dengan profil bambu seragam berdiameter 6 cm. Pada arah x dan y terlihat bahwa deformasi yang terjadi pada struktur gabungan lebih besar dari struktur dengan profil seragam bambu berdiameter 6 cm. Walaupun begitu pada struktur gabungan deformasi arah z lebih kecil yaitu 1,2 mm.
7.5. Kesimpulan
Dengan memperhatikan beban maksimum yang timbul dengan besar beban yang dapat dipikul berdasarkan hasil perhitungan teoritis, maka dapat disimpulkan :
1. Bambu tali dengan diameter 4 cm dengan bentuk sambungan yang direncanakan dapat dipergunakan untuk struktur atap sederhana berukuran 3 m x 4 m, 4 m x 4 m dan 3,75 m x 5 m dengan 4 tumpuan.
2. Untuk bentuk struktur atap dengan tumpuan overstek akan menimbulkan gaya tekan dan tarik maksimum yang lebih besar, sehingga jika akan menggunakan bambu berdiameter 4 cm harus digabungkan dengan bambu berdiameter 6 cm pada batang- batang yang menerima tekan besar.
8. PEMBAHASAN UMUM DAN REKOMENDASI