STRUKTUR & KONSTRUKSI 2
TUGAS
Bangunan Yang Menggunakan
Struktur Kabel & Struktur Cangkang
Dosen Pengajar :
Ir. Vicky H, Makarau MSi
Nama Mahasiswa :
Eunike Macarau 090212044
Universitas Sam Ratulangi Manado
STRUKTUR KABEL
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.
Sistem Stabilisasi
Beberapa sistem stabilisasi yang dapat digunakan untuk mengantisipasi deformasi pada struktur kabel antara lain : 1. Peningkatan beban
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).
3. Penggunaan batang-batang pembentang
Stabilisasi ini menggunakan batang-batang tekan sebagai pemisah antara dua kabel sehingga menambah tarikan internal didalam kabel.
4. Penambatan/pengangkuran ke pondasi (ground)
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)
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 dan Kelemahan Struktur Kabel Keuntungan struktur kabel :
1. Elemen kabel merupakan elemen konstruksi paling ekonomis untuk menutup permukaan yang 2. Ringan, meminimalisasi beban sendiri sebuah
3. Memiliki daya tahan yang besar terhadap gaya tarik, untuk bentangan ratusan meter mengungguli semua sistem lain
4. 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
5. Dari segi teknik, pada saat terjadi penurunan penopang, kabel segera menyesuaikan diri pada kondisi keseimbangan yang baru, tanpa adanya perubahan yang berarti dari
6. 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 dan dapat mengakibatkan robohnya bangunan.
BANGUNAN YANG MENGGUNAKAN STRUKTUR KABEL Nama: Khan Shatyr Entertainment Centre
Lokasi: Astana, Kazakhstan Awal Pembangunan: 2006 Peresmian: 2009
Arsitek: Foster Partners
Arsitek Lokal: Linea Tusavul Architecture, Gultekin Architecture
Konsultan: Buro Happold, Charles Funke Associates, Claude Engle, ALKAS Consulting, Istanbul Technical University Mechanical Engineer: Vemeks Engineering Ltd
Electrical Engineer: HB Teknik
Khan Shatyr merupakan sebuah bangunan dengan atap menggunakan struktur kabel dan membran (tenda). Bangunan ini berada di pusat Kota Astana, ibukota Kazakhstan, dan telah diresmikan pembukaannya oleh Presiden Kazakhstan, Nursultan Nazarbayev, pada tanggal 9 Desember. Khan Shatyr diklaim sebagai tenda tertinggi di dunia dengan ketinggian mencapai 150 meter di atas permukaan tanah. Interior bangunan direncanakan dan dirancang sedemikian rupa sehingga suasana di dalam bangunan terasa seperti alam terbuka, termasuk suhu dan nuansanya.
STRUKTUR ATAP
Atap Khan Shatyr menggunakan bahan membran yang disebut ETFE. Membran ini ditopang menggunakan struktur berupa jaringan kabel. Bahan membran yang transparan memungkinkan sinar dan cahaya matahari dapat masuk ke dalam bangunan sehingga menciptakan suasana di dalam bangunan serasa seperti alam terbuka, terutama untuk fasilitas pantai buatan dan minigolf. Sinar matahari yang masuk dan pengaruh suhu dari luar akan menyebabkan ruangan di dalam bangunan menjadi panas. Untuk menjaga suhu udara di dalam bangunan Khan Shatyr agar tidak menjadi panas, terdapat peralatan pengontrol suhu yang akan menjaga suhu di dalam bangunan tetap berada di kisaran 15-30 °C. Alat tersebut juga dapat mengatur sirkulasi udara dari luar bangunan ke dalam bangunan maupun sebaliknya. Sedangkan di dalam ruang pertokoan, suhu dijaga dalam kisaran 19-24 °C.
Membran Khan Shatyr telihat memancarkan banyak warna
STRUKTUR CANGKANG
Bentuk struktur permukaan bidang yang merupakan struktur cangkang atau shell, di alam dapat ditemukan pada bentuk perisai dari tumbuh-tumbuthan maupun binatang, meskipun bentuknya tipis, tapi kuat dan kokoh. Seperti kulit labu yang kering, kulit telur, kulit kerang dan tempurung kepala kita. Ciri-ciri dari perisai yang kokoh adalah bentuknya yang lengkung dan berbahan keras dan padat.
Bentuk cangkang tidak harus selalu memenuhi persamaan matematis sederhana. Segala bentuk cangkang mungkin saja digunakan untuk suatu struktur. Beban-beban yang bekerja pada permukaan cangkang diteruskan ketanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik, dan tekan pada arah dalam bidang permukaan tersebut.
Struktur cangkang tipis khususnya cocok digunakan untuk memikul beban terbagi merata pada atap gedung. Struktur ini tidak cocok untuk memikul beban terpusat. Menurut Joedicke (1963) struktur shell adalah plat yang melengkung ke satuarah atau lebih yang tebalnya jauh lebih kecil datipada bentangnya. Sedangkan menurut Schodeck (1998), shell atau cangkang adalah bentuk struktural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang mempunyai permukaan lengkung. Sejalan denganpengertian di atas, menurut Ishar (1995), cangkang atau shell bersifat tipis dan lengkung. Jadi, struktur yang tipis datar atau lengkung tebal tidak dapat dikatakan sebagai shell.
Istilah cangkang oleh Salvadori dan Levy (1986) disebut kulit kerang. Sebuah kulit kerang tipis merupakan suatu membran melengkung yang cukup tipis untuk mengerahkan tegangan-tegangan 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 membran ideal. Kalau kelengkungan pada suatu titik dalam semua arah mempunyai tandayang sama kecuali pada satu arah, yaitu nol, maka permukaan itu disebut juga dapat direbahkan (developable) pada titik tersebut. Kalau kelengkungan pada suatu titik adalah positif dalam arah- arah tertentu dan negatif dalam arah- arah lainnya, permukaan disebut sebagai antiklastik atau suatu permukaan pelana (saddle surface) pada titik tersebut.
BANGUNAN YANG MENGGUNAKAN STRUKTUR CANGKANG 1. Nama : Market Hall Royan, Prancis
Lokasi: Royan, Charante – Maritime, Poitou – Charente, Perancis Awal Pembangunan: 1955
Peresmian: 1956
Arsitek: Louis Simon, Andre Morisseau dan Rene Sarger Market hall ini dirancang dengan bentuk yang unik dan bisa menampung banyak orang dengan kegiatannya di dalam dan barang, tanpa terganggu oleh kolom kolom di dalam bangunan. Oleh karena itu perancangnya memilih struktur shell, karena dapat menghasilkan bentang yang luas, dan juga bentuk yang fleksibel.
Bentuk dari market hall ini unik, karena bentuk bangunannya tidak sederhana. Bidang dasar dari bangunannya
sendiri adalah lingkaran, dengan diameter 52.40 meter dan penutup shell yang seolah olah bergelombang. Bentuk shell yang bergelombang ini dihasilkan dari penggabungan segmen segmen shell menjadi satu.
Bangunan ini tidak sepenuhnya tertutup, tetapi pada bagian atap bangunan ini terdapat beberapa lubang yang memungkinkan masuknya cahaya sebagai usaha untuk mendapatkan pencahayaan alami. Bagian tengah dari gedung ini, yang merupakan titik tertinggi (crown) merupakan tempat bertemunya segmen segmen shell.
Ketebalan dari shellnya sendiri adalah kurang lebih 3 inchi, yang ditopang oleh 13 titik struktur yang saling berhubungan oleh tie member, sehingga masing masing segmen shell terhubung dengan kaku.
PEMBENTUKAN PERMUKAAN ATAP
Atap dari Royan Market Hall secara keseluruhan dibentuk dari 13 bagian lengkung yang sama. Ketigabelas bagian tersebut disusun secara melingkar sehinggga membentuk suatu struktur atap yang menyerupai ombak-ombak. Ketigabelas bagian tersebut disatukan oleh adanya penebalan pada masing-masing tepi lengkung atap tersebut (pada bagian cekung atap/valley). Penebalan tersebut dteruskan ke bawah membentuk titik-titik dukung yang menyokong struktur atap. Titik dukung tersebut berjumlah 13 buah yang dihubungkan satu sama lain dengan sebuah tie member.
ALUR PEMBEBANAN
Beban atap disalurkan melalui bagian tepi tiap-tiap lengkung yang mengalami penebalan (bagian cekung atap/valley) yang kemudian disalurkan ke tiap-tiap titik dukung. Bagian yang mengalami penebalan ini menyalurkan beban dari setengah bagian lengkung atap yang ada di kiri dan kanannya.
Semua beban yang menimpa bangunan ini akan disalurkan ke tanah melalui penebalan. Beban yang terbesar adalah pada bagian tengah, yaitu diantara crown dan perbatasan tiap segmen, untuk itulah pada bagian ini mengalami penebalan. Beban tersebut semakin berkurang ke arah titik dukung. Hal ini berarti bahwa gaya-gaya yang diakibatkan oleh tiap-tiap segmen disalurkan ke pondasai tanpa mengalami momen lentur.
Atap Royan market hall ini berbentuk seperti kerang laut dengan tepinya yang berombak, diklarifikasikan ke dalam “free form”, karena penggambaran umumnya merupakan penemuan atau penciptaan yang bebas, yang hanya dipandu
oleh dalil dalil mekanik. Disini bentuk geometris memiliki sebuah panduan, lebih daripada sebuah penonjolan fungsi. Dari cara pembentukan permukaan atap shellnya Royan Market Hall dapat dikategorikan dalam anticlastic shell. Bentuk permukaan shell tidak hanya mengacu pada desain geometris memiliki sebuah meninggalkan aturan aturan geometris tersebut.
2. Nama : Sydney Opera House,
Lokasi: Benellong point di teluk Sydney Awal Pembangunan: 1957
Peresmian: Dibuka pertama kali oleh Ratu Elizabeth II pada tahun 1973
Arsitek : Jorn Utzon
Bangunan ini digunakan untuk pertunjukan teater , musik, opera, tarian modern , ballet, pameran
dan film. Sydney Opera House merupakan bangunan dengan struktur cangkang berbentuk spherical geometry dengan bentang kurang lebih 185 m dan 120 m, berdiri di atas tanah seluas 2,2 Ha dan luas bangunan 1,8 Ha, ketinggian atap mencapai 67 meter di atas permukaan laut. Atap terbuat dari 2194 bagian beton precast yang masing-masing seberat 15,5 ton. Kesemuanya disatukan dengan kabel baja sepanjang 350 km. Berat atap keseluruhan mencapai 27.230 ton yang dilapisi 1. 656. 056 keramik Swedia. Berat bangunan 161.000 ton ditopang oleh 580 kostruksi baja yang ditanam pada kedalaman 25 m di bawah permukaan laut. Penyangga atap terdiri dari 32 kolom beton yang masing-masing 2,5 meter persegi dengan struktur dinding curtain wall.
Atap pada merupakan bentuk metafora dengan menerapkan system shell free form. Dimana bentuk shell yang ada tidak mengikuti pola geometri tetapi terikat secara structural yang dalam hal ini bentuk geometri tetap ada tetapi bukan merupakan factor utama..
Shell pada Sydney opera house terbentuk dari proses rotasional kearah vertical dengan lengkung dua arah (vertical dan horizontal)/ double curved shell dengan permukaan lengkung sinklastik.
Gaya- gaya yang bekerja pada pada tap shell Sydney opera house antara lain adalah: 1. Gaya meredional,
Gaya meredional pada atap Sydney opera house berasal dari berat itu sendiri yang kemudian gaya itu disalurkan melalui tulangan baja kekolom penyangga atap. Gaya meredional yang bekerja pada atap diatasi dengan mempertebal permukaan dan membentuk permukaannya menyerupai sirip- sirip dengan tujuan agar permukaan lebih kaku
2. Gaya rotasional,
Gaya rotasional bekerja kearah vertical mengikuti lengkung atap kemudian beban disalurkan ketanah melaui tiga kolom yang ada. Beban tekan dan tarik disalurkan melalui tulangan atap.
3. Beban lentur
Pertemuan atap dan dinding dibuat lebih tebal agar dapat menyokong gaya yang bekerja pada arah vertical dan horizontal dari gaya meredional, yang juga agar dapat menahan gaya dorong keluar yang terjadi
4. Kondisi tumpuan
Kondisi tumpuan pada atap Sydney opera house sudah memenuhi syarat tumpuan layak yang diizinkan untuk shell struktur, yaitu :
- tumpuan yang disalurkan kekolom mampu mengerahkan reaksi dari membrane baik itu reaksi tekan maupun tarik. Perpindahan gaya tekan tarik yang bekerja pada permukaan cangkang.
- perpindahan- perpindahan membrane pada perbatasan kulit kerang yang timbul akibat tegangan dan regangan membrane diatasai dengan memperkaku sudut- sudut pertemuan permukaan shell.
