82461096 Pengantar Struktur Bentang Lebar

PENGANTAR STRUKTUR BENTANG LEBAR

1. PENGERTIAN STRUKTUR DAN KONSTRUKSI

Sebelum mengenal lebih jauh tentang struktur bentang lebar, perlu dipahami dulu kata-kata yang suka nongkrong didepannya, yaitu struktur dan konstruksi. Dua kata ini merupakan hal sederhana, tapi sering harus diulang buat menghindari kesalahpahaman penggunaan kata. Dalam suatu bangunan:

Struktur merupakan sarana untuk menyalurkan beban akibat penggunaan dan atau kehadiran bangunan dalam tanah. Struktur juga dapat didefinisikan sebagai suatu entitas fisik yang memiliki difat keseluruhan yang dapat dipahami sebagai suatu organisasi unsur-unsur pokok yang ditempatkan dalam suatu ruangan yang didalamnya karakter keseluruhan itu mendominasi interelasi bagian-bagiannya (Shodek, 1998:3). Struktur merupakan bagian bangunan yang menyalurkan beban-beban (Macdonals, 2001:1). Struktur dianggap sebagai alat untuk mewujudkan gaya-gaya ekstren menjadi mekanisme pemikulan beban intern untuk menopang dan memperkuat suatu konsep arsitektural (Snyder & Catanese, 1989:259).

Konstruksi adalah pembuatan atau rancang bangun serta penyusunan bangunannya.

Ervianto :2009, menjelaskan bahwa konstruksi merupakan suatu kegiatan mengolah sumber daya proyek menjadi suatu hasil kegiatan yang berupa bangunan.

Dalam artian sederhananya struktur adalah susunannya dan konstruksi adalah penyusunan dari susunan-susunan, sehingga dari pengertian tersebut dapat diambil suatu kesimpulan bahwa konstruksi mencakup secara keseluruhan bangunan dan bagian terkecil atau detailnya disebut struktur. Penafsiran yang lebih luas tentang struktur adalah yang didalamnya alat-alat penopang dan metode-metode konstruksi dianggap sebagai factor intrinsic dan penentu bentuk dalam proses perancangan bangunan (Snyder & Catanese, 1989:359). Berdasarkan buku Sistem Bentuk Struktur Bangunan (Frick, 1998:28), struktur dan konstruksi dibedakan berdasarkan fungsinya sebagai berikut:

 Fungsi konstruksi, mendayagunakan konstruksi dalam hubungannya dengan daya tahan, masa pakai terhadap gaya-gaya dan tuntutan fisik lainnya.

 Struktur: menentukan aturan yang mendayagunakan hubungan antara konstruksi dan bentuk. Struktur berpengaruh pada teknik dan estetika. Pada teknik, struktur berpengaruh pada kekukuhan gedung terhadap pengaruh luar maupun bebannya sendiri yang dapat mengakibatkan perubahan bentuk atau robohnya bangunan. Sedangkan estetika dilihat dari segi keindahan gedung secara integral dan kualitas arsitektural.

Bangunan bentang lebar merupakan bangunan yang memungkinkan penggunaan ruang bebas kolom yang selebar dan sepanjang mungkin. Bangunan bentang lebar biasanya digolongkan secara umum menjadi 2, yaitu bentang lebar sederhana dan bentang lebar kompleks. Bentang lebar sederhana berarti bahwa konstruksi bentang lebar yang ada dipergunakan langsung pada bangunan berdasarkan teori dasar dan tidak dilakukan modifikasi pada bentuk yang ada. Sedangkan bentang lebar kompleks merupakan bentuk struktur bentang lebar yang melakukan modifikasi dari bentuk dasar, bahkan kadang dilakukan penggabungan terhadap beberapa system struktur bentang lebar.

3. GUNA FUNGSI BANGUNAN BENTANG LEBAR

Berdasarkan gambar-gambar diatas, bangunan bentang lebar dipergunakan untuk kegiatan-kegiatan yang membutuhkan ruang bebas kolom yang cukupp besar, seperti untuk kegiatan olahraga berupa gedung stadion, pertunjukkan berupa auditorium, dan kegiatan pameran atau gedung exhibition.

4. TINGKAT KERUMITAN, MASALAH DAN TEKNIK PEMECAHAN MASALAH DALAM BANGUNAN BENTANG LEBAR, DAN STRUKTUR YANG DIGUNAKAN PADA BANGUNAN BENTANG LEBAR.

Struktur bentang lebar memiliki tingkat kerumitan yang berbeda dengan yang lainnya. Kerumitan yang timbul dipengaruhi oleh gaya yang terjadi pada struktur tersebut dan beberapa hal lain yang berbeda. Dalam Shodek,1998, struktur bentang lebar dibagi kedalam beberapa sistem struktur yaitu:

a. Struktur Rangka Batang dan rangka Ruang b. Struktur Furnicular, yaitu kabel dan pelengkung c. Struktur Plan dan Grid

d. Struktur Membran meliputi Pneumatik dan struktur tent (tenda) dan net (jaring) e. Struktur Cangkang

Sedangkan Sutrisno, 1989, membagi ke dalam 2 bagian, yaitu:

a. Struktur ruang, yang terdiri atas Konstruksi bangunan petak (struktur rangka batang) dan struktur rangka ruang.

b. Struktur permukaan bidang, terdiri atas:  Struktur Lipatan

 Struktur Cangkang

 Membran dan Struktur Membran  Struktur Pneumatik

c. Struktur kabel dan jaringan

Struktur dan konstruksi merupakan suatu bagian dari ilmu arsitektur dengan fungsi seperti yang dikemukakan sebelumnya sebagai pendukung pencapaian bentuk dalam arsitektur. Sebagai sebuah ilmu, merupakan suatu hal yang penting untuk mempelajari dan mendalaminya. Dalam Al-Alaq ayat 1, Allah memerintahkan kita untuk membaca. Ayat ini sudah ditafsirkan dengan berbagai versi yang intinya satu, untuk terus belajar di dalam hidup. Penguasaan struktur dan konstruksi sangat penting, mengingat peranannya sebagai penentu kekuatan bangunan. Bangunan yang lemah, dapat menjadi musibah bagi penghuni yang ada di dalamnya. Apalagi mengingat bentang lebar dengan perkiraan minimal orang yang diwadahi sekitar 2000 orang. Belajar ilmu struktur bentang lebar berarti belajar untuk menghargai hidup orang lain. Bangunan yang kokoh akan memberikan ketenangan bagi orang yang berada di dalamnya.

Dengan penguasaan ilmu struktur dan konstruksi, manusia bisa lebih berhemat dan tidak menjadi mubatsir dalam pengaplikasian system struktur dan konstruksinya, guna pemenuhan target kearsitekturalannya. Penguasaan struktur dan konstruksi akan sangat menduukung surat Asy-Syu’araa ayat 128 untuk tidak bermain-main (bermewah-mewah) mendirikan bangunan di tanah tinggi. Selain itu, menjadikan orang untuk tidak takabur. Dalam bentuk struktur, ada strukturu kabel yang dapat membuat rumah seperti rumah laba-laba. Perumpamaan orang-orang mengambil pelindung-pelindung selain Allah adalah seperti laba-laba yang membuat rumah. Dan sesungguhnya yang paling lemah adalah rumah laba-laba kalai mereka mengetahui (Al-Ankabuut 41). Adanya peringatan ini membuat manusia, atau si arsitek tetap sadar bahwa bagaimanapun kuatnya struktur yang dibuat, semua tetap bergantung pada kekuasaan Allah SWT.

STRUKTUR RANGKA BATANG

A. PRINSIP UMUM RANGKA BATANG a. Prinsip Dasar Triangulasi

Prinsip utama yang mendasari penggunaan rangka batangs ebagai struktur pemikul beban adalah penyusunan elemen menjadi konfigurasi segitiga yang menghasilkan bentuk stabil. Pada bentuk segiempat atau bujursangkar, bila struktur tersebut diberi beban, makaa akan terjadi deformasi massif dan menjadikan struktur stabil. Bila struktur ini diberi beban, maka akan membentuk suatu mekanisme runtuh (collapse). Struktur yang demikian dapat berubah bentuk dengan mudah tanpa adanya perubahan pada panjang setiap batang. Sebaliknya, konfigurasi segitiga tidak dapat berubah bentuk atau runtuh, sehingga dapat dikatakan bahwa bentuk ini stabil.

Pada struktur stabil.. setiap deformasi yang terjadi relative kecil dan dikaitkan dengan perubahan panjang batang yang diakibatkan oleh gaya yang timbul di dalam batang sebagai akibat dari beban eksternal. Selain itu, sudut yang terbentuk antara dua batang tidak akan berubah apabila struktur stabil tersebut dibebani. Hal ini sangat berbeda dengan mekanisme yang terjadi pada bentuk tak stabil, dimana sudut antara sua batangnya berubah sangat besar.

Pada struktur stabil, gaya eksternal menyebabkan timbulnya gaya pada batang-batangnya, gaya-gaya tersebut adalah gaya tarik dan tekan murni. Lentur (bending) tidak akan terjadi selama gaya eksternal berada pada titik nodal (titik simpul). Bila susunan segitiga dari batang-batang adalah bentuk stabil, maka sembarang susunan segitiga juga membentuk struktur stabil dan kukuh. Hal ini merupakan prinsip dasar penggunaan rangka batang pada gedung. Bentuk kaku yang lebih besar untuk sembarang geometri dapat dibuat dengan memperbesar segitiga-segitiga itu. Untuk rangka batang yang hanya memikul beban vertical, pada batang tepi atas umumnya timbul gaya tekan, dan pada teppi bawah umumnya tibul gaya tarik. Gaya tarik atau tekan ini dapat timbul pada setiap batang dan mungkin terjadi pola berganti-ganti antara tarik dan tekan.

Penekanan pada prinsip struktur rangka batang adalah bahwa struktur hanya dibebani beban-beban terpusat pada titik-titik hubung agar batang-batangnya mengalami gaya tarik atau tekan. Bila beban bekerja langsung pada batang, maka timbul pula tegangan lentur pada batang itu sehingga desain batang sangat rumit dan tingkat efisiensi menyeluruh pada batang menurun.

b. Analisa Kualitatif Gaya Batang

mungkin terjadi. Metode untuk menggambarkan gaya-gaya pada rangka batang kompleks memang garus dianalisis secara matematis agar diperoleh hasil yang benar.

B. ANALISA RANGKA BATANG a. Stabilitas

Langkah pertama pada alnalisis rangka batang adalah menentukan apakah rangka batang mempunyai konfigurasi yang stabil atau tidak. Secara umum, setiap rangka batang yang merupakan susunan bentuk dasar segitiga merupakan struktur yang stabil. Pola susunan batang yang tidak segitiga umumnya kurang stabil. Rangka batang yang tidak stabil dan akan runtuh apabila dibebani karena rangka batang ini tidak mempunyai jumlah batang yang mencukupi untuk mempertahankan hubungan geometri yang tetap antara titik-titik hubungannya.

Penting untuk menentukan apakah konfigurasi batang stabil atau t idak. Keruntuhan total dapat terjadi bila struktur tak stabil terbebani. Pola yang tidak biasa seringkali menyulitkan penyelidikan kestabilannya. Pada suatu rangka batang, dapat digunakan batang melebihi jumlah minimum yang diperlukan untuk mencapai kestabilan. Untuk menentukan kestabilan batang bidang, digunakan persamaan yang menghubungakn banyaknya titik hubungan pada rangka batang dengan banyaknya batang yang dieprlukan untuk pencapaian kestabilan. Aspek lain dalam stabilitas adalah bahwa konfigurasi batang dapat digunakan untuk menstabilkan struktur terhadap beban lateral.tinjauan stabilitas sejauh ini beranggapan bahwa semua elemen rangka batang dapat memikul gaya tarik dan tekan dengan sama baiknya. Elemen kabel tidal dapat memenuhi asumsi ini karena kabel melengkung bila dibebani gaya tekan. Ketika pembebanan dating dari suatu arah, maka gaya tekan atau gaya tarik mungkin timbul pada diagonal sesuai dengan arah diagonal tersebut. Suatu struktur dengan satu kabel diagonal mungkin tidak stabil. Namun bila diberi kabel digunakan system kabel silang, dimana satu kabel memikul seluruh gaya horizontal dan kabel lainnya menekuk tanpa menimbulkan bahaya terhadap struktur, maka kestabilan dapat tercapai.

b. Gaya Batang

Prinsip yang mendasari teknik analisis gaya batang adalah bahwa setiap struktur atau setiap bagian daris etiap struktur harus berada dalam kondisi seimbang. Gaya-gaya batang yang ebkerja pada titik hubung rangka batang pada semua bagian struktur berada dalam keseimbangan.

c. Metode Analisis Rangka Batang

Beberapa metode digunakan untuk menganalisa rangka batang. Metode-metode ini pada prinsipnya didasarkan pada prinsip keseimbangan. Metode-metode yang umum digunakaan untuk analisa rangka batang adalah sebagai berikut:

 Keseimbangan Titik Hubung pada Rangka Batang

meninjau keseimbangan titik-titik hubung. Setiap titik hubung harus berada dalam keseimbangan

 Keseimbangan Potongan

Prinsip yang mendasari teknik analisis dengan metode ini adalah bahwa setiap bagian dari suatu struktur harus berada dalamkeseimbangan. Dengan demikian, bagiaan yang dapat ditinjau dapat pula mencakup banyak titik hubung dan batang. Konsep peninjauan keseimbangan pada bagian dari suatu struktur yang bukan hanya satu titik hubung merupakan cara yang sangat berguna danmerupakan dasar untuk analisis dan desain rangka batang dan struktur lainnya. Perbedaan antara kedua metode tersebut adalah dalam peninjauan keseimbangan rotasinya. Metode keseimbangan titik hubung biasanya digunakan apabila ingin mengetahui semua gaya batang. Sedangkan metode potongan biasanya digunakan apabila ingin mengetahui hanya sejumlah terbatas gaya batang.

 Gaya Geser dan Momen pada Rangka Batang

Metode ini merupakan cara khusus untuk meninjau bagaimana rangka batang memikul beban yang melibatkan gaya dan momen eksternal, serta gaya dan momen tahanan internal pada rangka batang. Agar keseimbangan vertical potongan struktur dapat dijamin, maka gaya geser eksternal harus diimbangi dengan gaya geser tahanan total atau gaya geser tahanan internal (VR) yang besarnya sama tapi arahannya berlawanan dengan gaya geser eksternal. Efek rotasional total dari gaya internal tersebut juga harus diimbangi dengan momen tahanan internal (MR) yang besarnya sama dan berlawanan arah dengan momen lentur eksternal. Sehingga memenuhi syarat keseimbangan, dimana:

ERM = M

d. Rangka Batang Statis Tak Tentu

Rangka batang statis tak tentu ini tidap dapat dianalisis hanya dengan menggunakan persamaan keseimbangan statika karena kelebihan banyaknya tumpuan atau banyaknya batang yang menjadi variable. Pada struktur statis tak tentu, keseimbangan translasional dan rotasional masih berlaku. Pemahaman struktur statis tak tentu adalah struktur yang gaya-gaya dalamnya bergantung pada sifat-sifat fisik elemen strukturnya.

e. Penggunaan Elemen (Batang) tarik Khusus : Kabel

f. Rangka Batang Ruang

Kestabilan yang ada pada pola batang segitiga dapat diperluas ke dalam tiga dimensi. Pada rangka batang bidang, bentuk segitiga sederhana merupakan dasar, sedangkan bentuk dasar pada rangka batang ruang adalah tetrahedron. Prinsip-prinsip yang telah dibahas pada analisis rangka batang bidang secara umum dapat diterapkan pada rangka batang ruang. Kestabilan merupakan tinjauan utama. Gaya-gaya yang timbul pada batang suatu rangka batang ruang dapat diperoleh dengan meninjau keseimbangan ruang potongan rangka batang ruang tersebut. Jelas bahwa persamaan statika yang digunakan untuk benda tegar tiga dimensi yaitu:

 Apabila diterapkan langsung pada rangka batang ruang yang cukup besar, persamaan-persamaan ini akan melibatkan banyak titik hubung dan batang. Bahkan tidak dikehendaki apabila kondisi titik hubung actual sedemikian rupa sehingga ujung-ujung batang tidak bebas berotasi, maka momen lentur local dan gaya aksialnya dapat timbul pada batang-batang. Apabila momen lentur itu cukup besar, maka batang tersebut harus didesain agar mampu memikul tegangan kombinasi akibat gaya aksial dan momen lentur. Besar tegangan lentur yang terjadi sebagai akibat dari titik hubunga kaku umumnya 20% dari tegangan normal yang terjadi. Pada desain awal biasanya tegangan lentur sekunder ini diabaikan. Salah satu efek positif dari adanya titik hubung kaku ini adalah untuk memperbesar kekakuan

Kriteria yang digunakan untuk merancang juga menjadi sangat bervariasi. Ada beberapa tujuan yang menjadi kriteria dalam desain rangka batang, yaitu:

1) Efisiensi Struktural

Tujuan efisiensi structural biasa digunakan dan diwujudkan dalan suatu prosedur desain, yaitu untuk meminimumkan jumlah bahan yang digunakan dalam rangka batang untuk memikul pembebanan pada bentang yang ditentukan. Tinggi rangka batang merupakan variable penting dalan meminimumkan persyaratan volume material, dan mempengaruhi desain elemennya.

2) Efisiensi Pelaksanaan (Konstruksi)

pula. Dengan membuat semua batang identik, maka pembuatan titikk hubung menjadi lebih mudah dibandingkan bila batang-batang yang digunakan berbeda.

b. Konfigurasi

Konfigurasi eksternal selalu berubah-ubah, begitu pula pola internalnya. Konfigurasi-konfigurasi ini dipengaruhi oleh factor eksternal, tinjauan structural maupun konstruksi. Masing-masing konfigurasi mempunyai tujuan yang berbeda. Beberapa hal yang menjadi bahasan penting dalam konfigurasi rangka batang adalah:

1) Factor eksternal, factor yang bukan menjadi hal utama dalam menentukan konfigurasi rangka batang. Namun factor ini dapat mempengaruhi bentuk-bentuk yang terjadi. 2) Bentuk-bentuk dasar, ditinjau dari segi structural maupun konstruksi, bentuk-bentuk

dasar yang digunakan dalam rangka batang merupakan respon terhadap pembebanan yang ada. Gaya-gaya internal akan timbul sebagai respon terhadap momen dan gaya geser eksternal. Momen lentur terbesar pada umumnya terjadi di tengah rangka batang yang ditumpu sederhana yang dibebani merata, dan semakin mengecil ke ujung. Gaya geser eksternal terbesar terjadi dikedua ujung dan semakin mengecil ke tengah.

3) Rangka Batang Sejajar, rangka batang dengan batang tepi sejajar, menahan momen eksternal terutama oleh batang-batang tepi atas dan bawah. Gaya geser eksternal akan dipikul oleh batang diagonal karena batang-batang tepi berarah horizontal dan tidak mempunyai kontribusi dalam menahan gaya arah vertical. Gaya-gaya pada diagonal umumnya bervariasi mengikuti variasi gaya geser dan pada akhirnya menentukan desain batang.

4) Rangka batang Funicular, rangka yang batangnya dibentuk secara funicular menunjukkan bahwa secara konsep, batang nol dapat dihilangkan hingga terbentuk konfigurasi bukan segitiga tanpa mengubah kemampuan struktur dalam memikul beban rencana. Batang-batang tertentu yang tersusun disepanjang garis bentuk funicular untuk pembebanan yang ada merupakan transfer beban eksterna. Ke tumpuan. Batang-batang lain adalah Batang-batang nol yang terutama berfungsi sebagai brancing. Tinggi relative pada struktur ini merupakan fungsi beban dan lokasinya.

c. Tinggi rangka Batang

Penentuan tinggi optimum yang meminimumkan volume total rangka batang umumnya dilakukan dengan proses optimasi. Proses optimasi ini membuktikan bahwa rangka batang yang relative tinggi terhadap bentangnya merupakan bentuk yang efisien dibandingkan dengan rangka batang yang relative tidak tinggi. Sudut-sudut yang dibentuk oleh batang diagonal dengan garis horizontal pada umumnya berkisar antara 300-600 dimana sudut 45° biasanya merupakan sudut ideal.

d. Masalah-Masalah pada Desain Elemen

1) Beban Kritis, pada rangka batang, setiap batang harus mampu memikul gaya maksimum (kritis) yang mungkin terjadi. Dengan demikian, dapat saja terjadi setiap batang dirancang terhadap kondisi pembebanan yang berbeda-beda.

2) Desain elemen, meliputi batang tarik dan batang tekan. Untuk batang tekan, harus diperhitungkan kemungkinan keruntuhan tekuk (buckling) yang dapat terjadi pada batang panjang yang mengalami gaya tekan. Untuk batang tekan panjang, kapasitas pikul beban berbanding terbalik dengan kuadrat panjang batang. Untuk batang tekan yang relative pendek, maka tekuk bukan merupakan masalah sehingga luas penampang melintang hanya bergantung langsung pada besar gaya yang terlibat dan tegangan ijin material, dan juga tidak bergantung pada panjang batang tersebut.

3) Batang berukuran konstan dan/atau tidak konstan, bila batang tepi atas dirancang sebagai batang yang menerus dan berpenampang melintang konstan, maka harus dirancang terhadap gaya maksimum yang ada pada seluruh batang tepi atas, sehingga penampang tersebut akan berlebihan dan tidak efisien. Agar efisien, maka penampang konstan yang dipakai dikombinaiskan dengan bagian-bagian kecil sebagai tambahan luas penampang yang hanya dipakai pada segmen-segmen yang memerlukan.

4) Pengaruuh tekuk terhadap pola, ketergantungan kapasitas pikul beban suatu batang tekan pada panjangnya serta tujuan desain agar batang tekan tersebut relative lebih pendek seringkali mempengaruhi pola segitiga yang digunakan.

5) Pengaruh tekuk lateral pada desain batang dan susunan batang, jika rangka berdiri bebas, maka ada kemungkinan struktur tersebut akan mengalami tekuk lateral pada seluruh bagian struktur. Untuk mencegah kondisi ini maka struktur rangka batang yang berdiri bebas dapat dihindari. Selain itu, penambahan balok transversal pada batang tepi atas dan penggunaan rangka batang ruang juga dapat mencegah tekuk transversal.

e. Rangka batang Bidan Dan Rangka Batang Ruang

Rangka batang bidang memerlukan material lebih sedikit daripada rangka batang tiga dimensi untuk fungsi yang sama. Dengan demikian, apabila rangka batang digunakan sebagai elemen yang membentang satu arah, sederetan rangka batang bidang akan lebih menguntungkan disbandingkan dengan sederetan rangka batangruang (tiga dimensi). Sebaliknya, konfigurasi tiga dimensi seringkali terbukti lebih efisien dibandingkan beberapa rangka batang yang digunakan untuk membentuk system dua arah. Tangka batang tiga dimensi juga terbukti lebih efisien bila dibandingkan beberapa rangka batang yang digunakan sebagai rangka berdiri bebas (tanpa balok transversal yang menjadi penghubung antar rangka batang di tepi atas)

Sumber:

STRUKTUR KABEL

Struktur kabel adalah sebuah system struktur yang bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik, terdiri atas kabel baja, sendi, batang, dan lain sebagainya yang menyanggah sebuah penutup yang menjamin tertutupnya sebuah bangunan. Prinsip konstruksi kabel sudah dikenal sejak zaman dahulu pada jembatan gantung dimana 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.

bentuk yang terakhir ini dapat diperoleh dengan menumpuk elemen-elemen yang dihubungkan secara tidak kaku (rantai tekan) dan struktur yang diperoleh akan stabil. Akan tetapi, sedikit variasi pada beban akan berarti bahwa strukturnya tidak lagi merupakan bentuk funicular sehingga akan timbul momen lentur dan gaya geser akibat beban yang baru ini. Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan pada struktur tersebut sebagai akibat dari hubungan antara elemen-elemen yang tidak kaku, tidak dapat memikul momen lentur. Karena bentuk struktur tarik dan tekan yang disbeutkan diatas mempunyai hubungan dengan tali tergantung yang dibebani, maka kedua jenis struktur disebut sebagai struktur funicular.

Banyak bangunan yang menggunakan struktur funicular, sebagai contoh jembatan gantung yang semua ada di Cina, India, dan Amerika

Selatan adalah struktur funicular tarik. Ada struktur jembatan kuno menggunakan tali, ada juga yang menggunakan bamboo. Di Cina ada jembatan yang menggunakan rantai, yang dibangun 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 70SM.

Sekalipun kabel telah lama digunakan, pengertian teoritisnya masih belum lama dikembangkan. Di Eropa, jembatan gantung masih belum lama digunakan meskipun structural rantai tergantung telah 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.

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 di Jacobs Creek, Uniontown, Pennsylvania dengan menggunakan rantai besi fleksibel. Inovasi Findley bukanlah kabelnya, melainkan penggunaan dek jembatan yang diperkaku yang pengkakuannya diperoleh dengan menggunakan rangka batang kayu. Penggunaan dek kaku ini dapat mencegah kabel penumpuannya berubah bentuk sehingga bentuk permukaan jalan juga tidak berubah. Dengan inovasi ini dimulailah penggunaan jembatan gantung modern.

Suspends, yang diterbitkan pada tahun 1823. Navier dalam bukunya sangat menghargai karya Findley dalam hal pengenalan dek jembatan kaku.

Segera setelah inovasi Findley, banyak jembatan gantung terkenal lainnya dibangun, misalnya Clifton di Inggris (oleh Isombard Brunei) dan jembatan Brooklyn (oleh John Roebling). Banyak pula jembatan modern yang dibangun setelah itu, misalnya yang membentangi Selat Messina dengan bentang tengah sekitar 5000 ft (1525 m) dan jembatan Verazano-Narrows yang bentang tengahnya 4260 ft (1300m).

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 pada New York Exhibition pada tahun 1853, yang mengusulkan atap gedung berbentuk lingkaran dari besi tuang berdiameter 700 ft (213m) digantung dari rantai yang memancar dan ditanam pada menara pusat, struktur paviliyun pada pameran Nijny-Novgorod yang didesain oleh V. Shookhov pada tahun 1896 dianggap sebagai awal mulanya aplikasi kabel pada gedung modern. Struktur-struktur yang dibangun berikutnya adalah paviliyun lokomotif pada Chicago World’s Fair pada tahun 1933 dan Livestock Judging Pavilion yang dibangun di Raleigh, North Carolina pada sekitar tahun 1950, sejak itu sangat banyak dibangun gedung yang menggunakan struktur kabel.

A. 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.

B. Sistem Stabilisasi

Beberapa system 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 homogeny sehingga diperoleh beban yang terdistribusi merata.

2) Pengaku busur dengan arah berlawanan (inverted arch), stabilisasi dengan pengaku busur atau kabel ini berusaha mencapai bentuk yang kaku dengan menambah jumlah kabel sehingga kemudian menghasilkan suatu jarring-jaring (cable net structure)

3) Penggunaan batang pembentang (spreader), stabilisasi ini menggunakan batang-batang tekan sebagai pemisah antara dua kabel sehingga menambah tarikan internal didalam 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.

C. Keuntungan dan kelemahan Struktur Kabel Keuntungan:

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 system lain

4) Memberikan efisiensi ruang lebih besar

5) Memiliki factor keamanan terhadap api lebih baik dibandingkan struktur tradisional yang sering runtuh oleh pembengkokan elemen tekan dibawah temperature tinggi. Kabel baja lebih dapat menjaga konstruksi dari temperature 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:

Membrane adalah suatu lembaran bahan tipis sekali dan hanya dapat menahan gaya tarik murni. Soap film adalah membrane yang paling tipis, kira-kira 0,25mm yang dapat membentang lebar. Suatu struktur membrane dapat bertahan dalam dua dimensi, tidak dapat menerima tekan dan geser karena tipisnya terhadap bentangan yang besar. Beban-beban yang dipikul mengakibatkan lendutan karena membrane adalah bidang dua dimensi dank arena merupakan jala-jala yang saling membantu, maka bertambahlah kapasitasnya.

luas. Aksri struktur membrane dapat ditingkatkan daya tariknya dengan tarikan sebelum pembebanan, sebagai contoh paying dari kain.

Dengan mengadakan pratarik pada kain yang kemudian dikuncinya dnegan alat apitan, rusuk-rusuk baja membuka dan mendukungnya dengan dibantu oleh batang-batang tekan yang duduk pada tangkai payung. Kain tertarik dan memberi bentuk lengkungan yang cocok untuk menahan beban. Membrane kain payung dapat menerima tekanan dari luar dan dalam. Skelet dari rusuk-rusuk baja menerima tarikan dari kain dan memperkuat seluruh permukaan bidang terhadap tekanan angin.

Struktur pneumatic membrane dapat diberi prategang dengan tekanan dari sebelah dalam apabila menutup suatu volume atau sejumlah volume yang terpecah-pecah. Dengan cara ini tersusunlah struktur pneumatic. Membrane mudah menjadi bengkok dan dapat mudah ditekan oleh gas atau udara. Dalam teori, membrane tanpa prategang dapat membentangi ruangan yang besar sekali dengan tekanan udara yang mengimbangi beratnya sendiri dari membrane yang mengembang. Dalam praktek, membrane perlu diberi prategang supaya menjadi stabil terhadap pembebanan yang tak simetris dan yang dinamis.

Stabilitas bentuk konstruksi ini dikendalikan oleh 2 faktor. Kesatu, tekanan pada tiap titik dari membrane 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.

Bentuk struktur pneumatic adalah karakteristik merupakan lengkungan dua arah dari lengkungan sinplastik. Bentuk dengan lengkungan searah dan lingkungan anti klasik tidak mungkin digunakan. Lengkungan kubah adalah bentuk yang cocok untuk struktur membrane pneumatic, karena dapat menutup ruangan dan dapat ditekan oleh udara yang besarnya atau kecepatannya sama kesemua arah. Tegangan membrane dalam bola atau dalam kubah tergantung pada tekanan udara dari dalam dan garis radius, yakni 0 = ½ pr (p= tekanan udara; r= radius kubah)

cangkang adalah bentuk struktur berdimensi tiga yang kaku dan tipis serta mempunyai permukaan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai bentuk sembarang. Bentuk yang umum adalah permukaan yang berasal dari:

1. Kurva yang diputar terhadap 1 sumbu (misalnya permukaan bola, elips, kerucut, dan parabola)

2. Permukaan translasional yang dibentuk dengan menggeserkan kurva bidang di atas kurva bidang lainnya (misalnya permukaan bola eliptik dan silindris)

3. Permukaan yang dibentuk dengan menggeserkan 2 ujung segmen pada 2 kurva bidang (misalnya permukaan bentuk hiperbolik parabolid dan konoid)

4. Dan berbagai bentuk yang merupakan kombinasi dari yang sudah disebutkan diatas

Bentuk cangkan tidak harus selalu memenuhi persamaan matematis sederhana. Segala bentuk cangkang mungkin saja digunakan untu suatu struktur. Bagaimanapun, tinjauan konstruksional mungkin akan membatasi hal ini. Beban-beban bekerja pada cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik, dan tekanan pada arah dalan bidang (in-plane) permukaan tersebut. Tipisnya permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahan momen yang berarti struktur cangkang tipis khususnya cocok digunakan untuk memikul beban merata pada atap gedung. Struktur ini tidak cocok untuk memikul beban terpusat. Struktur cangkang selalu memerlukan penggunaan cincin tarik pada tumpuannya.

Sebagai akibat cara elemen struktur ini memikul beban dalam bidang (terutama dengan cara tarik dan tekan), struktur cangkang dapat sangat tipis dan mempunyai bentang yang relative besar. Perbandingan bentang tebal sebesar 400-500 saja digunakan (misalnya tebal 3 in atau 8 cm mungkin saja digunakan untuk kubah yang berbentang 100 sampai 125 ft atau 30 sampai 38m). cangkang setipis ini menggunakan material yang relative baru dikembangkan, misalnya beton bertulang yang didesain khusus untuk membuat permukaan cangkang. Bentuk-bentuk 3 dimensional lain, misalnya kubah pasangan (bata), mempunyai ketebalan lebih besar, dan tidak dapat dikelompokkan struktur yang hanya memikul tegangan dalam bidang karena pada struktur tebal seperti ini momen lentur sudah mulai dominan.

dengan bentang 132 ft (48m). struktur baru lainnya adalah menggunakan batang-batang yang diletakkan pada kurva yang dibentuk oleh garis membujur dan melintang dari suatu permukaan putar. Banyak kubah besar didunia ini yang menggunakan cara demikian.

Untuk menghindari kesulitan konstruksi yang ditimbulkan dari penggunaan batang-batang yang berbeda dalam membentuk permukaan cangkang, kita dapat menggunakan cara-cara lain yang menggunakan batang-batang yang panjangnya sama. Salah satu diantaranya adalah kubah geodesic yang diperkenalkan oleh Buckminster Fuller. Karena permukaan bola tidak dapat dibuat, maka banyaknya pola berulang identic yang akan dipakai untuk membuat bagian dari permukaan bola itu akan terbatas. Icosohedron bola, misalnya terdiri atas 20 segitiga yang dibentuk dengan menghubungkan lingkaran-lingkaran besar yang mengelilingi bola. Tinjauan geometris demikian inilah yang digunakanoleh Fuller. Kita harus berhati-hati dalam menggunakan cara seperti ini karena sifat strukturnya dapat membingungkan. Keuntungan structural yang didapat tidak selalu lebih besar daripada bentuk kubah lainnya.

Bentuk-bentuk lain yang bukan merupakan permukaan putaran juga dapat dibuat dengan menggunakan elemen-elemen batang. Beberapa diantaranya adalah atap barrel ber-rib dan atap Lamella yang terbuat dari grid miring seperti pelengkung yang membentuk elemen-elemen diskrit. Bentuk yang disebut terakhir ini yang terbuat dari material kayu sangat banyak dijumpai, tetapi baja maupun beton bertulang juga dapat digunakan. Dengan system Lamella, kita dapat mempunyai bentangan yang sangat besar.

Daftar pustaka: