Struktur Kabel & Jaringan Pengertian Struktur Kabel
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. (Makowski, 1988). 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. (Sutrisno, 1983).
Prinsip konstruksi kabel sudah dikenal sejak zaman dahulu pada jembatan gantung, di mana gaya-gaya tarik digunakan tali. Contoh lainnya adalah tenda-tenda yang dipakai para musafir yang menempuh perjalanan jarak jauh lewat padang pasir.
Setelah orang mengenal baja, maka baja digunakan sebagai gantungan pada jembatan. Pada taraf permulaan baja itu dapat berkarat. Pada zaman setengah abad sebelum sekarang, ditemukanlah baja dengan tegangan tinggi yang tahan terhadap karat. Pada jembatan gantung, kabel-kabel letak dalam bidang datar (dua dimensi), sedangkan pada struktur kabel dan jaringan rangkaian kabel yang
berjumlah banyak, disusun ortogonal dalam bidang lengkung, masing-masing kearah yang berkebalikan untuk kepentingan bersama, sehingga menghasilkan sistem yang stabil dalam tiga dimensi.
Pemakaian struktur tersebut berkembang menjadi struktur atap gantung ruang, memakai bahan yang ringan, kuat dan tahan cuaca, di antaranya adalah fiberglass dan acrylic yang dipasang di antara jala-jala dari kabel baja mutu tinggi. Jaringan laba-laba adalah suatu contoh di alam yang merupakan jaringan dalam bidang (dua dimensi) dan mempunyai perubahan bentuk (deformasi) yang elastis.
Pada zaman sekarang sesuai dengan pesatnya kemajuan ilmu pengetahuan, struktur kabel juga berkembang. Pemakaian struktur tersebut tidak terbatas pada bangunan untuk pameran atau pertunjukan, tetapi telah digunakan untuk stadion dengan bentangan ruang yang besar.
Sejarah struktur kabel
a. Sejarah perkembangan struktur kabel Asal mula struktur kabel
Struktur kabel merupakan salah satu struktur tradisional yang awalnya berupa jembatan dan tenda. Jembatan dengan sistem kabel tarik awalnya diterapkan pada daerah pegunungan seperti Himalaya atau di daerah hutan hujan seperti Peru. Kemudian berkembang hingga Eropa yang diprakarsai oleh Faustus Verantinus pada tahun 1616 yang menggunakan rantai sebagai pengganti kabel yang dingkurkan pada menara. Pada saat itu hingga menjelang abad ke-20, kabel hanya menjadi sistem yang
membantu perkuatan karena belum dapat mengatasi factor beban angin. Bentuk tenda sering digunakan oleh suku nomaden di Eropa Utara, Asia dan Timur Tengah
b. Struktur kabel pada abad ke-19
Prinsip struktur kabel mengadaptasi bentuk tenda dan jembatan, hanya saja diterapkan pada bentang yang lebih luas. Dipicu oleh revolusi industri dimana terjadi pertambahan penduduk yang cepat dan pertumbuhan di bidang industri, mengakibatkan munculnya kebutuhan akan bangunan dengan bentang lebar untuk pabrik, stasiun kereta api dan fasilitas umum lainnya. Namun terdapat beberapa contoh yang dapat diklasifikasikan menjadi :
- Perpaduan struktur kabel dengan elemen jembatan
Bangunan pertama adalah sebuah pabrik di pelabuhan Perancis yang dibangun tahun 1839. Terdiri atas dua gedung memanjang dengan ruang diantaranya sepanjang 40 m yang tertutup atap tanpa dinding. Atap didikat oleh sistem kabel catenary yang diangkurkan pada tower bangunan.
- Atap dengan rantai dan kabel tarik
Jaringan rantai besi atau kabel digunakan sebagai penutup atap, sebagai alternatif atap yang tahan api.
- Jaringan kabel dua arah pada lantai
Jaringan kabel dan batang besi digabung membentuk suatu plat lantai yang pre-tension
- Masted Structure
Diilhami oleh tuntutan bangunan berbentang lebar yang ringan, biaya rendah dan konstruksi yang tahan api, maka digunakan prinsip jembatan dengan mengikat rantai atau kabel (sebagai rangka atap) pada kolom yang diteruska ke atas
Dasar-Dasar Struktur Kabel
Daya Tarik yang tinggi dari baja dengan efisiensi tarik murni memungkinkan kabel baja sebagai elemen struktur yang dapat membentangi jarak besar. Kabel adalah fleksibel karena ukurannya dari sisi kecil dibandingkan dengan panjangnya. Fleksibel menunjukan daya lengkung yang terbatas. Karena tegangan-tegangan lengkung tidak sama, dapat diatasi oleh fleksibelnya kabel. Beban-beban yang dipikul oleh batang-batang tarik terbagi di antara kabel-kabel. Masing-masing kabel memikul beban dengan tegangan yang sama dan di bawah tegangan yang diperkenankan.
Untuk mendapat gambaran mengenai mekanisme kabel yang memikul beban vertikal, dapat dilihat pada gambar dibawah ini, terlihat suatu kabel yang ujung-ujungnya dipegang kuat oleh angkur pada tembok dan dibebani beban P ditengahnya. Karena beban P, kedua bagian kabel tertarik dan membentuk segitiga, tiap bagian kabel memikul ½ p. Bentuk segitiga yang terbentuk oleh kabel memilki
ciri khas lenturan, yaitu jarak vertikal antara landasan gantung sampai dengan titik terendah pada kabel. Kabel tanpa lenturan tak dapat memikul beban karena gaya tarik yang terdapat dalam kabel yang mendatar tidak dapat mengadakan keseimbangan dengan gaya atau beban vertikal. Gaya tarik arah kedalam pada kedua landasan akibat melenturnya kabel dapat dibagi menjadi dua bagian yang sama karena pembebanan simetri. Bilamana landasan perletakan tidak cukup kuat, maka kedua bagian kabel akan berimpit menjadi satu. Untuk mengatasi hal tersebut, perlu dipasang batang penunjang mendatar antara kedua landasan.
Klasifikasi struktur kabel
Struktur Kabel Tunggal (Single Layer) – Sistem Pelana (Saddle Shape)
Memiliki struktur pengikat,(umumnya berupa rangka) di sekitar kabel net dan dua tumpuan yang menyalurkan beban ke pondasi
– Sistem Lengkung (Arch Type)
Terdiri dari struktur lengkung (umumnya berupa rangka) yang menjadi elemen stabilitas dengan kabel net di antaranya. Masing2 elemen lengkung mempunyai dua tumpuan yang menghubungkan ke pondasi.
– Sistem Tiang Penunjang (Masted Type)
Terdiri dari struktur tiang (umumnya berupa rangka) yang menunjang kabel di antaranya, kemudian ditarik ke tanah untuk mencapai kestabilan. Tumpuan tiang (sendi/kaku) yang menyalurkan beban ke pondasi.
– Sistem Roda Sepeda Tunggal
Merupakan struktur atap yang biasanya dipakai di denah berbentuk lingkaran. Terdiri dari 2 elemen cincin: bagian cincin luar yang mengikat satu lapis jaringan kabel di bagian tepi, dan disatukan dengan cincin dalam pada bagian tengah.
Struktur Kabel Ganda (Double Layer) – Sistem Batang Tekan (Spreader)
Compress Ring
Merupakan struktur yang terdiri dari lapisan kabel atas dan bawah, diantaranya terdapat batang tekan dalam posisi vertikal yang membuat kabel makin menegang sehingga lebih stabil.
– Sistem Batang Tepi
Merupakan struktur kabel yang juga menggunakan spreader, namun juga diapit oleh struktur tepi, bisa berupa batang kaku maupun rangka sebagai struktur pendukungnya.
– Sistem Gantung
Terdiri dari kabel atas dan kabel penggantung sebagai lapisan ganda. Kabel atas digantung oleh tiang yang meneruskan beban ke pondasi. Terdapat kabel penyeimbang di sisi berlawanan yang diangkurkan ke tanah.
Mengcover denah berbentuk lingkaran dengan pemanfaatan cincin luar dan dalam sebagai pengikat struktur. Juga memanfaatkan spreader sebagai elemen stabilitas yang menghindari flutter effect.
Penerapan struktur kabel dalam arsitektur
Struktur kabel merupakan suatu generalisasi terhadap beberapa struktur yang menggunakan elemen tarik berupa kabel sebagai ciri khasnya. Struktur ini bekerja terhadap gaya tarik sehingga lebih mudah berubah bentuk jika terjadi perubahan besar atau arah gaya. Struktur kabel merupakan struktur funicular dimana beban pada struktur diteruskan dalam bentuk gaya tarik searah dengan material konstruksinya, sehingga memungkinkan peniadaan momen.
Bahan atap terdiri dari pelat metal prefabrikasi. Atap bebas dari bahaya flutter effect karena gaya tarik dalam kabel yang cukup besar membuat susunan keseluruhan lebih kaku daripada kabel-kabel yang digantungkan.
a. Deformasi Struktur Kabel
Beban merata pada struktur kabel menyebabkan terbentuknya 2 macam kurva, yaitu :
• Kurva parabola, terjadi akibat beban horizontal yang merata • Kurva katenari, terjadi akibat beban merata searah kabel b. Sistem Stabilisasi
Beberapa sistem stabilisasi yang dapat digunakan untuk mengantisipasi deformasi pada struktur kabel antara lain : 1. Peningkatan beban mati
Stabilisasi ini dilakukan dengan penerapan material dengan berat yang memadai dan merupakan material yang homogen sehingga diperoleh beban yang terdistribusi merata.
2. Pengaku busur dengan arah berlawanan (inverted arch) Stabilisasi dengan pengaku bususr atau kabel ini berusaha mencapai bentuk yang kaku dengan menambah jumlah kabel sehingga kemudian menghasilkan suatu jaring-jaring (cable net structure).
Stabilisasi ini menggunakan batang-batang tekan sebagai pemisah antara dua kabel sehingga menambah tarikan internal didalam kabel.
4. Penambatan/pengangkuran ke pondasi (ground anchorage)
Sistem ini hanya berlaku bagi kabel karena adanya gaya-gaya taik yang dinetralisir oleh pondasi sehingga menghasilkan
stabilisasi.Pada pondasi terjadi tumpuan tarik akibat perlawanan gaya tarik kabel.
5. Metoda prategang searah kabel (masted structure) Ciri utamanya adalah tiang-tiang dan kabel yang secara keseluruhan membentuk suatu struktur kaku. Kabel ditempatkan pada keadaan tertegang dengan jalan memberikan beban yang dialirkan searah kabel.
Keuntungan struktur kabel :
1. Elemen kabel merupakan elemen konstruksi paling ekonomis untuk menutup permukaan yang luas
2. Ringan, meminimalisasi beban sendiri sebuah konstruksi
3. Memiliki daya tahan yang besar terhadap gaya tarik, untuk bentangan ratusan meter mengungguli semua sistem lain
4. Memberikan efisiensi ruang lebih besar
5. Memiliki faktor keamanan terhadap api lebih baik dibandingkan struktur tradisonal yang sering runtuh oleh pembengkokan elemen tekan di bawah temperatur tinggi. Kabel baja lebih dapat menjaga konstruksi dari temperatur tinggi dalam jangka waktu lebih panjang, sehingga mengurangi resiko
kehancuran
6. Dari segi teknik, pada saat terjadi penurunan penopang, kabel segera menyesuaikan diri pada kondisi keseimbangan yang baru, tanpa adanya perubahan yang berarti dari tegangan
7. Cocok untuk bangunan bersifat permanen. Kelemahan struktur kabel :
Pembebanan yang berbahaya untuk struktur kabel adalah getaran. Struktur ini dapat bertahan dengan sempuna terhadap gaya tarik dan tidak mempunyai kemantapan yang disebabkan oleh pembengkokan, tetapi struktur dapat bergetar. Dalam hal gejala resonansi yang umum dikenal dapat timbul dan mengakibatkan robohnya bangunan.
Contoh bangunan
Lokasi alamat : Venafro
Lokasi Negara : Italia
Nama Guido klien / pemilik gedung : Ghisolfi, Sinco Teknik SPA, Tartona Fungsi Laboratorium : membangun & pusat penelitian Derajat struktur kandang : tertutup Sepenuhnya
Iklim zona : musim dingin dan musim panas yang ringan
Jumlah lapisan : lapisan mono
Pertimbangan yang berkaitan dengan bentuk optimal dari aula menyebabkan rencana elips, sebuah, ringan tenda-seperti bentuk yang sudah muncul pada sketsa pertama dan dikembangkan untuk bentuk oval (85 x 32 m) sebagai salah satu volume besar, ditutupi oleh ringan struktur dengan ketinggian 15 m, didukung oleh kisi simetris lengkungan dan bersiap dengan enam kabel menstabilkan longitudinal. Garis besar instalasi layanan dan tanaman percontohan menyebabkan pilihan dari bentuk lengkungan sebagai keranjang datar (tiga pusat) arch. Ketinggian maksimum tanaman percontohan dan tinggi puncak bangunan pujian satu sama lain. Rentang optimal untuk atap membran terletak antara 12 m dan 15 m dan ini menentukan jumlah lengkungan.Aspek seperti perkuatan lengkungan, transfer kekuatan membran dan pencarian desain yang seimbang menyebabkan arsitek untuk mengatur pesawat lengkung sehingga mereka berpotongan pada titik yang pada saat yang sama adalah pusat dari lingkaran yang menghubungkan apexes dari lengkungan.
Fungsi
Ruang ini diterangi oleh penembusan membran atap dan melalui bukaan rumah kaca tepi daerah penelitian. Ruang di atap pelana ujung antara sisi membran dan penelitian ruang berfungsi sebagai ruang umum dan area penerimaan bagi pengunjung. Ruang lantai total 2700m ².
Enam lengkungan membawa membran atap, mereka lengkungan kisi tiga akord dalam bentuk keranjang (tiga pusat) arch. Penampang segitiga mereka bervariasi dari panjang lengkung, dengan ukuran maksimal di puncak, dan meruncing ke arah dukungan arch. Mereka terdiri dari 1764 tabung tunggal di 441 panjang yang berbeda dan konfigurasi. Lengkungan bergabung dengan enam kabel prategang di bawah membran. Kabel ini terhubung ke menstabilkan lengkungan melalui berbentuk piramida Outriggers untuk menjauhi kelengkungan membran.
Substruktur, pondasi
Para diperkuat terus menerus tanah beton dengan bantalan dasar dan strip bawah dinding gedung laboratorium dan di bawah lengkungan dirancang untuk beban hidup 20 / m² kN. Kaki lengkung didukung di dataran tinggi air di atas fondasi beton bertulang, yang dipisahkan struktural dan visual dari lempengan tanah.
Selaput
Bahan membran atap adalah PVC dilapisi kain poliester dengan kekuatan tarik 150 kN / m di warp dan pakan (isi) arah, yang setara dengan membran jenis-4
dalam klasifikasi Jerman.
Membran ini pratekan antara lengkungan dan kabel yang menghubungkan ujung kaki lengkung. Kabel tepi dijalankan di lengan membran diperkuat oleh anyaman. Pada lengkungan mendukung mereka terhubung dengan koneksi disesuaikan yang terbuat dari pelat baja berlubang datar. Sepanjang lengkungan membran terhubung adjustably Melalui kabel karangan bunga dengan cornerplates atas dan bawah dan U-baut berulir.Untuk waterproofing membran celemek terhubung ke membran atap di luar dengan ritsleting di sepanjang tabung akord bawah. Lengkungan ditutupi oleh lembaran, plastik transparan pratekan, sehingga cuaca melindungi mereka secara ekonomi dan sekaligus menjaga membran lengkungan terlihat dan
transparan dikencangkan antara membran atap
Deskripsi dari situs Bangunan kondisi lingkungan – situasi Bangunan ini terletak seperti sebuah pulau di tengah kolam persegi panjang dan mengikuti garis besar dasar-dasar sebuah biara yang pernah diduduki situs ini, dari bangunan asli di situs sebuah kapel dan batu-batu kering gorong-gorong masih ada.Danau buatan berfungsi sebagai api baik dan mendinginkan dan menjiwai lingkungan melalui penguapan alami dan refleksi. Danau, garis-garis di sekitar dengan pohon zaitun tua, dijembatani di sisi longitudinal bangunan dengan dua cara akses, yang membentuk pintu masuk utama ke bangunan.
Layanan Penerangan
Lengkungan rangka ditutupi dengan transparan yang jelas PVC-membran, memberikan pencahayaan alami tambahan dari atas dan menjaga struktur lengkung terlihat pada saat yang sama. Tutup strip dan celemek juga terbuat dari PVC transparan lembar.Karena pekerjaan membran tembus dimungkinkan dengan hari tanpa pencahayaan buatan. Pada malam hari gedung ini diterangi oleh lampu halogen tidak langsung terhadap membran atap memancar dari langkan gedung laboratorium.
Ventilasi, AC
Untuk alasan fungsional dan keamanan, volume udara yang besar di bawah atap membran harus kedap udara. Dengan menggunakan sistem ventilasi sederhana (di satu sisi membujur pasokan udara masuk dan di sisi lain pembuangan udara diekstrak), melalui naungan oleh membran atap dan karena danau, sebuah AC tidak dibutuhkan meskipun tinggi di luar suhu. Suhu di dalam sesuai dengan yang di bawah staning gratis, tenda ventilasi alami, Ie suhu udara luar di tempat teduh. Kantor dan ruang laboratorium memiliki AC-independen.
