EMSTRUKTUR BANGUNAN Menurut Daniel L. Schodek pengertian struktur berkaitan dengan masalah bangunan adalah sarana untuk menyalurkan beban ke dalam tanah. Dari pengertian ini perlu kita bedakan antara struktur dengan konstruksi, dimana pengertian konstruksi adalah cara menyusun atau membuat, seperti halnya dengan kata rekonstruksi yang berarti menyusun kembali, atau kata dekonstruksi yang berarti menyusun dengan cara yang berbeda. Jadi jelas disini bahwa konstuksi di sini lebih ditekankan pada proses penyusunan sedangkan struktur lebih pada sarana/media/wadah yang berfungsi menahan gaya/beban. Jenis Utama Struktur

Dari pola klasifikasi ini dapat dinyatakan bahwa struktur yang komplek hanya merupakan hasil dari penambahan elemen yang lebih sederhana. Yang penting pada struktur adalah bahwa elemen-elemen itu ditempatkan dan saling berhubungan dengan maksud supaya struktur mempunyai sifat dapat menahan beban tertentu. Elemen-elemen Struktur Utama Elemen-elemen struktur yang umum digunakan adalah seperti tergambar di bawah ini

Balok dan Kolom - Balok adalah elemen horizontal memikul beban yang bekerja secara transversal dari panjangnya dan mentransfer beban tersebut ke kolom. Beban yang dipikul balok disebut beban lentur, karena beban tersebut dapat menyebabkan balok melentur/melengkung. - Kolom adalah elemen vertikal yang menyalurkan beban secara vertikal dari atas ke bawah. Beban pada kolom disebut beban aksil tekan, karena beban yang bekerja berarah sejajar dengan sumbu/aksil kolom dan menimbulkan gaya tekan pada kolom. Pada jenis ini hubungan antara balok dan kolom tidak menyatu/monolit, dimana balok hanya diletakkan di atas kolom sehingga tidak akan timbul momen pada sambungan. Rangka Sepintas lalu rangka sama saja dengan jenis balok-kolom, tetapi sebenarnya mempunyai aksi struktural yang berbeda karena adanya titik hubung kaku antara elemen vertikal dan horizontal. Pada sistem rangka, baik balok maupun kolom akan melentur akibat adanya beban pada struktur ( seperti terlihat pada gambar b ).

Rangka Batang ( trusses ) Rangka batang adalah struktur yang dibuat dengan menyusun batang-batang menjadi polapola segitiga (seperti terlihat pada gambar c ). Setiap batang hanya mengalami gaya tarik atau tekan saja dan tidak mengalami lenturan. Pelengkung Pelengkung adalah struktur yang dibentuk oleh elemen garis yang melengkung dan membentang diantara dua titik. Kestabilan struktur sangat dipengaruhi oleh bentuk lengkung dan prilaku beban. Plat Datar (flat plate) Plat datar adalah struktur yang berbentuk bidang yang dapat melendut apabila menerima beban. Jenis struktur ini dapat digunakan dalam posisi vertikal, horizontal maupun miring. Biasanya digunakan sebagai penutup bangunan. Cangkang Silindris dan Vaults Cangkang silindris adalah struktur plat satu kelengkungan. Pada sistem ini struktur ditumpu pada empat titik dibagian ujungnya (seperti terlihat pada gambar g ). Cangkang silindris selalu dibuat dari material kaku seperti beton bertulang atau baja. Sedangkan yang disebut Vaults adalah struktur pelengkung menerus. Sistem ini berbeda dengan cangkang silindris walau penampilan luar yang dihasilkan sama. Pada sistem ini struktur ditumpu disepanjang sisi plat (seperti terlihat pada gambar h ). Kubah Kubah adalah struktur permukaan-berkelengkungan ganda. Struktur ini sangat efisien digunakan pada bentang lebar. Membran, Tents dan Jaring Membran adalah lembaran tipis dan flesibel. Pada jenis ini struktur hanya dapat menahan gaya tarik, sedangkan gaya tekan dan momen tidak mampu ditahan.

DASAR ANALISA DAN DISAIN STRUKTUR Kestabilan Struktur Tinjauan dasar dalam merencanakan struktur adalah dengan menjamin adanya kestabilan pada segala kondisi pembebanan yang mungkin. Semua struktur mengalami perubahan bentuk tertentu apabila dibebani. Pada struktur stabil, deformasi yang diakibatkan oleh beban pada umumnya kecil. Pada struktur yang tidak stabil, deformasi yang diakibatkan oleh beban pada umumnya mempunyai kecendrungan untuk terus bertambah selama struktur tersebut dibebani. Stabilitas seringkali merupakan hal sulit di dalam perencanaan struktur yang merupakan gabungan dari beberapa elemen. Ada beberapa cara dasar untuk mengubah struktur berdiri-sendiri menjadi konfigurasi stabil. Yaitu : Yang pertama adalah dengan menambahkan elemen struktur diagonal pada struktur. Dengan demikian struktur tidak dapat mengalami deformasi menjadi jajaran genjang seperti terlihat pada gambar b. Yang kedua adalah dengan menggunakan dinding geser. Elemen ini berupa elemen permukaan bidang kaku, yang tentu saja dapat menahan deformasi akibat beban horizontal tersebut. Beton bertulang atau dinding bata dapat digunakan sebagai dinding geser. Yang ketiga adalah dengan mengubah hubungan antara elemen struktur menjadi titik hubung kaku di antara elemen struktur.

Keadaan Gaya Dalam : Tarik, Tekan, dan Lentur Ada dua keadaan gaya internal fundamental yang timbul di dalam struktur sebagai akibat aksi sistem gaya eksternal, yaitu gaya tarik dan tekan. Kapasitas pikul beban batang tekan yang relatif panjang mempunyai kecendrungan berkurang apabila batang semakin panjang. Batang tekan yang panjang cendrung tidak stabil apabila dibebani, dan menekuk tiba-tiba pada taraf beban tertentu yang disebut beban kritis. Karena fenomena demikian, batang tekan yang panjang tidak mempunyai kemampuan pikul yang besar. Hal ini tidak terjadi pada batang yang mengalami gaya tarik. Panjang batang tarik tidak mempengaruhi kafasitas pikul bebaannya. Ada jenis keadaan gaya lain yang melibatkan kombinasi gaya tekan dan tarik. Apabila suatu elemen struktur memikul beban eksternal yaang bekerja tegak lurus terhadap sumbu batang, aksi gaya eksternal tersebut menimbulkan lenturan. Jenis deformasi ini mempunyai ciri adanya sebagian serat yang mengalami perpanjangan dan sebagian yang lain mengalami perpendekan.

Prinsip Desain Umum Tujuan umum desain struktur sering kali berupa minimisasi lenturan pada struktur. Tujuan desain lainnya adalah minimisasi penggunaan batang tekan panjang. Elemen yang lebih diinginkan adalah elemen struktur tarik murni atau elemen struktur tekan pendek. Prinsip desain lainnya adalaah kesesuaian jenis keadaan gaya yang bekerja dan pemilihan material yang cocok sehingga karakteristik material dapat dimanfaatkan dengan baik. Sistem Satu Arah dan Dua Arah Cara yang sangat dasar untuk membedakan strujtur adalah berdasarkan organisasi sistem tumpuan dan hubungan antara struktur dengan tumpuan yang ada. Dua hal utama yang penting berdasarkan hal tersebut adalah sistem satu arah dan dua arah. Pada sistem satu arah, mekanisme transfer beban yang ada pada struktur untuk menyalurkan beban eksternal ke tanah adalah pada satu arah saja. Pada sistem dua arah, mekanisme transfer beban lebih rumit, tetapi selalu melibatkan paling sedikit dua arah.

SUSUNAN STRUKTUR Struktur Sel Gambar dibawah ini mengilustrasikan beberapa system struktur yang memungkinkan dalam membentuk sel volumetric tunggal sederhana.

Optimasi Desain Pemilihan struktur untuk suatu hal tertentu sering kali melibatkan masalah optimasi. Contohnya seperti pada kasus di bawah ini.

Pada kasus di atas suatu elemen diagonal akan menerima gaya tarik atau tekan tergantung pada orientasi gaya eksternal yang bekerja. Apa bila batang diagonal direncanakan menerima gaya tarik saja maka kita dapat menggunakan kabel untuk batang diagonal tersebut, dan apa bila direncanakan menerima gaya tarik dan tekan maka kita harus menggunakan elemen kaku pemikul tekan. Berdasarkan prinsip disain umum maka penggunaan elemen tarik lebih di utamakan dari pada elemen tekan, namun demikian bila kita mengunalan elemen tarik maka kita harus menggunakan system kabel silang sedangkan jika kita mengunakan elemen yang mampu memikul tarik dan tekan kita cukup menggunakan satu batang diagonal saja. Dengan demikian kita berhadapat dengan masalah optimasi, mana yang paling menguntungkan dari kedua cara tersebut.

KRETERIA DESAIN DAN ANALISISUntuk melakukan analisis maupun desain suatu struktur perlu ditetapkan kreteria yang dapat digunakan sebagai ukuran apakah struktur tersebut dapat diterima untuk penggunaan yang diinginkan atau untuk maksud desain tertentu. Kreteria-kreteria penting yang harus digunakan sebagai berikut.

Kemampuan LayananStruktur herus mampu memikul beban rancangan secara aman tanpa kelebihan tegangan pada material (kelebihan tegangan diperlihatkan dengan adanya retak) dan mempunyai deformasi yang masih dalam daerah yang diizinkan. Kemampuan struktur memikul beban rancangan secara aman tanpa kelebihan tegangan di peroleh dengan menggunakan faktor keamanan ( kreteria kekuatan).Faktor keamanan = Beban ultimit Beban izin = Tegangan Ultimit Tegangan izin

Faktor keamanan selalu bernilai lebih besar dari satu Kemampuan struktur mengatasi deformasi yang timbul akibat beban ditentukan oleh Koefisien Kekakuan. Koefisien kekakuan ( K ) sangat bergantung pada jenis bahan (E = modulus elastisitas), dimensi ( I = momen inersia) dan panjang bahan ( L ). K= EI L

EfisiensiKreteria ini mencakup juga tujuan desain struktur yang relative lebih ekonomis. Tidak selalu bahwa setiap struktur akan memerlukan volume material yang sama untuk memberikan kemampuan layanan yang sama. Mungkin saja satu solusi akan memerlukan material yang lebih sedikit dibandingkan dengan yang lain. Penggunaan volume yang minimum menjadi suatu kreteria desain yang penting untuk digunakan.

KonstruksiTinjauan konstruksi sering juga mempengaruhi pilihan struktur. Sangat mungkin terjadi bahwa perakitan elemen-elemen structural akan efisien apabila materialnya mudah dibuat dan dirakit, serta ketersedian tenaga ahli dan peralatan pendukung di lokasi.

HargaHarga selalu merupakan faktor yang menentukan dalam pemilihan struktur. Konsep harga tidak dapat dilepaskan dari efesiensi bahan, ketersedian bahan (bahan lokal) dan kemudahan pelaksanaan (dapat dikerjakan oleh tenaga lokal).

PEMBEBANAN STRUKTUR Dalam melakukan analisa struktur, kita harus terlebih dahulu memahami prilaku dan besar beban yang bekerja pada struktur. Hal yang penting dan mendasar adalah pemisahan antara beban yang bersifat statis dan dinamis. Beban statis adalah beban yang bekerja secara perlahan-lahan pada struktur dan mempunyai karakter steady-state. Beban dinamis adalah beban yang bekerja secara tiba-tiba pada struktur, tidak bersifat steady- state. Beban Statis Beban statis terbagi menjadi dua : 1. Beban mati 2. Beban hidup Beban mati adalah semua beban permanen yang ada, dan berat sendiri dari struktur. Beban hidup adalah semua beban yang bergerak, seperti manusia, mesin dll. Beban Dinamis Beban dinamis dapat dibagi menjadi : 1. Beban Angin 2. Beban Gempa Beban angin Besar tekanan dan isapan yang ditimbulkan oleh angin terhadap struktur bergantung pada kecepatan angin, rapat massa udara, lokasi yang ditinjau pada struktur, prilaku permukaan struktur, bentuk geometris. Dan Kecepatan angin semakin meningkat sebanding dengan ketinggiannya.

Koefisien tekanan ( CD ) bergantung pada : bentuk bangunan Rapat massa udara ( ) Kecepatan Angin ( v ) BEBAN GEMPA Gempa bumi adalah gejala getaran yang kuat yang terjadi pada permukaan bumi dalam jangka pendek karena adanya gangguan pada bagian kerak bumi atau lapisan atas selimut bumi. Menurut Lippsmeier, dari segi bentuk bangunan, pada daerah yang memiliki tingkat intensitas gempa yang cukup tinggi, bentuk bangunan yang dihasilkan berorientasi ke arah horizontal. Hal ini disebabkan karena bangunan tinggi dan ramping mempunyai risiko lebih besar terhadap bahaya gempa, di mana semakin tinggi suatu bangunan, maka letak titik berat bangunan akan semakin tinggi, ini dapat menimbulkan momen guling, yang dapat menyebabkan bangunan rubuh (terguling), dan bentuk bangunan sebaiknya sederhana dan simetri (baik vertikal maupun horisontal) agar distribusi bebannya merata; denah berbentuk L, T, dan U dihindari atau dapat juga dibagi dalam bentuk-bentuk sederhana dengan sambungan, dan konstruksi harus dibuat dari bahan yang seringan mungkin, hal ini karena kekuatan gempa bekerja sebanding dengan berat bangunan.

Simetri Sejauh keadaan memungfkinkan hendaknya bentuk bangunan dibuat sesimetris mungkin. Dan tonjolan-tonjolan dalam bentuk denah hendaknya dihindari. Apabila hal ini tidak memungkinkan, panjang tonjolan tersebut jangan melampaui seperempat dari ukuran terbesar bagian denah. 0.25

B

B

0.25

B

0.25

0.25

Beban Gempa V = C I K Wt Dimana : C = Koefisien gempa dasar I = Faktor keutamaan K = Faktor jenis struktur Wt = Berat total bangunan ( beban mati + beban hidup) Koefisien gempa dasar ( C ) Koefisien gempa dasar ditentukan berdasarkan pembagian wilayah gempa dan waktu getar alami gedung. T = 0,085 H3/4 untuk portal baja T = 0,06 H3/4 untuk portal beton Struktur di atas tanah keras Struktur di atas tanah lunak0.2 Wilayah 1 0.13 0.1 0.09 0.1 0.09 0.07 0.2 Wilayah 2

0.5 0.2

1

2

3 0.2 Wilayah 3

0.5

1

2

3

Wilayah 4

0.1 0.07 0.05

0.1

0.05 0.03 0.2

0.2

0.5

1

2

Wilayah 5

3

0.5

1

2

Wilayah 6

3

NOL0.1 0.1

0.03 0.02 0.5 1 2 3 1 2 3

Contoh : Hitung C untuk lokasi di sabang untuk bangunan yang mengunakan struktur beton, bangunan berada di atas tanah lunak. Tinggi bangunan sampai puncak 43 m. Jawab : Berdasarkan pembagian wilayah gempa Sabang berada pada wilayah gempa 2 T = 0,06 H3/4 = 0,06 * 433/4 = 1 Dari tabel wilayah 2 diperoleh C = 0,09 Faktor keutamaan ( I )No. Jenis Gedung a. Gedung-gedung monumental b. Fasilitas penting yang harus tetap berfungsi sesudah gempa terjadi c. Fasilitas distribusi bahan gas dan miyak bumi di perkotaan d. Gedung-gedung yang menyimpan bahan-bahan berbahaya e. Gedung-gedung lain Faktor Keutamaan 1,5 1,5 2 2 1

Faktor jenis struktur ( K )Jenis Struktur Portal Daktil Bahan Bangunan Beton bertulang Beton prategang Baja Kayu Beton bertulang Beton bertulang Kayu Beton bertulang Kayu Beton bertulang Baja Kayu Beton bertulang Baja Beton bertulang Baja Faktor Jenis Struktur 1,0 1,4 1,0 1,7 1,0 1,2 2,0 1,5 2,5 2,5 2,5 3,0 2,5 2,5 3,0 3,0

Dinding geser berangkai daktil Dinding geser kantilever daktil Dinding geser kantilever dengan daktil terbatas Portal dgn ikatan diagonal

Struktur kantilever tidak bertingkat Cerobong, tangki kecil