Rangka atap untuk bentang besar/lebar

untuk bangunan dengan bentang besar tanpa penopang di tengah bentang maka struktur atap baja konvensional dipadukan dengan baja ringan akan lebih baik

Selain kombinasi rangka atap composit, baja berat dan baja ringan, adalagi teknik atap bentang lebar tinggal kita memilih mana yang sesuai dengan kebutuhan kita :

(source:Nagy Z.,2010)

Biasanya digunakan jenis truss untuk atap dgn spans > 40m karena keterbatasan profil HB/Tee yg tersedia dipasaran,kecuali alat fabrikasi yg sudah capable cut&weld presisi tinggi untuk built-up welded section membentuk haunched beam/column.

(source:Nagy Z.,2010)

Jika diperlukan profil built-up dapat dikombinasikan dgn batang tarik (pipe) untuk melayani atap bentang panjang tsb.

Desain struktur baja yg effisien akan tercapai jika sistem struktur rangka dapat mereduksi gaya tekan dan menjaga dgn sendirinya thd stabilitas pada daerah batang tekan tersebut.

contoh yang mempunyai konsep yang mirip (**updates)

fig.1 model tiga dimensi analisa dgn program bantu SAP

fig.2 Pembesaran gambar daerah pertemuan

fig.3 Gaya aksial akibat beban gravitasi (preliminary design)

Konsep dari struktur diatas cukup sederhana, ditinjau sebagai portal. Pertemuan balok/rafter dgn kolom akan mengalami momen negatif sedangkan daerah lapangan akan mengalami momen positif. Besarnya momen negatif yg terjadi akan lebih besar berkisar 1.5 s/d 2 kalinya momen positif yg terjadi, sehingga tinggi truss daerah tersebut diperbesar agar menjadikan gaya kopel tekan/tarik menjadi kecil. Penentuan perbandingan banyaknya batang chord atas/bawah didasarkan gaya tekan akan mereduksi kapasitas batang karena pengaruh tekuk (buckling) sehingga batang chord bawah akan lebih efisien dipasang dua buah.

(**updates Dec’13)

ternyata konsep struktur diatas juga sudah ada di indonesia hasil karya arsitek dari france dan kebetulan tahun lalu sya ada kesempatan mereview berikut tampilannya

dibawah juga ditampilkan untuk struktur bentang panjang pada bangunan lain di area yg sama, karena bentang cukup panjang maka diperlukan dua kolom di tengah bentang dan ini sudah dibicarakan dgn pihak arsitek.. syg design tidak berlanjut ada hal non teknis diluar kelihatannya.

Struktur bentang panjang secara lebih detail sebagai berikut: 

A.   Pengertian Bangunan Bentang Lebar      

Bangunan bentang lebar merupakan bangunan yang memungkinkan penggunaan ruang bebas kolom yang selebar dan sepanjang mungkin. Bangunan bentang lebar secara umum terdiri dari 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 sistem struktur bentang lebar.

Guna dan fungsi bangunan bentang lebar dipergunakan untuk kegiatan-kegiatan yang membutuhkan ruang bebas kolom yang cukup besar, seperti untuk kegiatan olah raga berupa gedung stadion, pertunjukan berupa gedung pertunjukan, audiotorium dan kegiatan pameran atau gedung exhibition.

Struktur bentang lebar, memiliki tingkat kerumitan yang berbeda satu dengan lainnya. Kerumitan yang timbul dipengaruhi oleh gaya yang terjadi pada struktur tersebut.

Dalam Schodek 1998, struktur bentang lebar dibagi ke dalam beberapa sistem struktur yaitu :

1. Struktur Rangka Batang dan Rangka Ruang.
2. Struktur Furnicular, yaitu kabel dan pelengkung
3. Struktur Plan dan Grid
4. Struktur Membran meliputi Pneumatik dan struktur tent (tenda) dan net (jarring)
5. Struktur Cangkang

Sedangkan Sutrisno 1989, membagi ke dalam 2 bagian yaitu :

• Struktur ruang, yang terdiri atas :

-          Konstruksi bangunan petak (Struktur rangka batang)

-          Struktur rangka ruang

• Struktur permukaan bidang, terdiri atas :

-          Struktur Lipatan

-          Struktur Cangkang

-          Membran dan Struktur Membran

-          Struktur Pneumatik

• Struktur Kabel dan Jaringan

B.   Pengelompokan Struktur Bentang Lebar

Secara umum bangunan bentang lebar terbagi atas empat sistem struktur, yaitu :

a. Form Active Structure System

1.    Cable System (Sistem Struktur Kabel)

Prinsip dasar dari  struktur kabel adalah penahanan  beban oleh sebuah elemen yang berfungsi sebagai penarik. Gaya yang bekerja pada kabel adalah gaya vertikal dan gaya horizontal dengan asumsi  bahwa kabel selalu berada dalam keadaan miring. Gaya vertikal yang bekerja pada berbagai macam jenis kabel dengan berbagai bentangan yang sama dan tinggi yang berada adalah selalu sama, sedangkan gaya horizontalnya akan selalu berubah tergantung tingginya. Semakin tinggi tiangnya, semakin kecil sudut kabel terhadap tiang utamanya, maka semakin kecil gaya horizontalnya.

2. Tent System (Sistem Struktur Tenda)

Tenda atau membran adalah struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban dengan mengalami terutama tegangan tarik. (Sumber: Struktur. Daniel L. Schodek:431)

Struktur membran sangat sensitif terhadap tekanan angin yang dapat mengakibatkan kibaran pada permukaan dan perubahan bentuk yang terjadi.

Supaya tidak terjadi kibaran, dilakukan cara dengan memberikan tekanan dari dalam membran (internal rigid structures) dengan cara memberikan volume dalam membran sampai pada batas maksimal yang juga didukung oleh sistem- sistem peregangan sehingga sifat permukaan struktur membrann menjadi kaku.

3. Pneumatic System

Struktur pneumatik biasanya digunakan untuk konstruksi pneumatik khusus yang digunakan pada gedung. Ada dua kelompok utama pada struktur pneumatik: struktur yang ditumpu udara (air-suported structure) dan struktur yang digelembungkan udara (air-infalated structure). Struktur yang ditumpu udara terdiri atas satu membran (menutup ruang yang beguna secara fungsional) yang ditumpu oleh perbedaan tekanan internal kecil.

Struktur yang digelembungkan udara ditumpu oleh kandungan udara bertekanan yang menggelembungkan elemen-elemen gedung. Volume internal udara gedung tetap sebesar tekanan udara Struktur yang digelembungkan udara mepunyai mekanisme pikul beban yang lain. Uadara yang ditekan digunakan untuk menggelembungkan bentuk-bentuk (misalmya pelengkung, dinding, ataukolom) yang digunakan untuk penutup gedung.

Ada dua jenis utama dari struktur yang digelembungkan udara yang banyak digunakan, yaitu struktur rib tergelembung dan struktur dinding rangkap. Untuk mendapat kestabilan, struktur yang digelembungkan udara biasanya memerlukan tekanan tekanan yang lebih besar dari pada yang dbutukkan oleh struktur yang ditumpu udara. Hal ini karena karena tekanan internal tidak dapat langsung digunakan untuk mengimbangi beban eksternal, tetapi harus digunakan untuk memberi bentuk pada struktur. Pada umumnya,sistem struktur yang ditumpu udara dapat mempunyai bentang lebih besar daripada struktur yang digelembungkan.

4. Arch System

Sistem struktur busur termasuk golongan struktur funikular karena telah  digunakan bangsa Romawi dan Yunani, terutama untuk membuat bangunan yang memerlukan bentangan yang besar/luas. Pada zaman itu  maupun saat ini sistem struktur busur dibuat dengan bahan padat yaitu batu, atau batu buatan/bata/masonry. Juga dikembangkan dengan menggunakan bahan bangunan yang modern dari kayu, besi/baja.

Busur menggunakan sendi lebih dari tiga sudah tidak stabil laggi dan dapat mengakibatkan keruntuhan. Oleh karena itu jika ingin memperoleh struktur busur dengan kekuatan struktur yang baik tanpa mengalami tekuk (bending) dapat digunakan pengikat (bracing) pada bagian dasarnya. Bahan pengikat tergantung dari dimensi ketebalan busur dan luas bentang busur dapat dibuat dari kabel, baja, besi, kayu maupun beton.

b. Bulk Active Structure System

1. Beam System

Struktur yang dibentuk dengan cara meletakkan elemen kaku horisontal di atas elemen kaku vertikal. Elemen horizontal (balok) memikul beban yang bekerja secara transversal dari panjangnya dan menyalurkan beban tersebut ke elemen vertikal (kolom) yang menumpunya. Kolom dibebani secara aksial oleh balok, dan akan menyalurkan beban tersebut ke tanah. Balok akan melentur sebagai kibat dari beban yang bekerja secara transversal, sehingga balok sering disebut memikul beban secara melentur. Kolom tidak melentur ataupun melendut karena pada umumnya mengalami gaya aksial saja. Pada suatu bangunan struktur balok dapat merupakan balok tungga di atas tumpuan sederhana ataupun balok menerus. Pada umumnya balok menerus merupakan struktur yang lebih menguntungkan dibanding balok bentangan tunggal di atas dua tumpuan sederhana.

2. Frame System

Frame system atau sistem struktur rangka adalah sistem struktur yang terdiri dari batang-batang yang panjangnya jauh lebih besar dibandingkan dengan ukuran penampangnya Bentuk kontruksi rangka adalah perwujudan dari pertentangan antara gaya tarik bumi dan kekokohan; dan kontruksi rangka yang modern adalah hasil penggunaan baja dan beton secara rasional dlm bangunan.

Kerangka ini terdiri atas komposisi dari kolom-kolom dan balok-balok. Unsur vertikal, berfungsi sebagai penyalur beban dan gaya menuju tanah, sedangkan balok adalah unsur horizontal yg berfungsi sebagai pemegang dan media pembagian lentur. Kemudian kebutuhan-kebutuhan terhadap lantai, dinding dan sebagainya untuk melengkapi kebutuhan bangunan untuk hidup manusia, dapat diletakkan dan ditempelkan pada kedua elemen rangka bangunan tsb diatas.

Jadi dapat dinyatakan disini bahwa rangka ini berfungsi sebagai struktur bangunan dan dinding-dinding atau elemen lainnya yg menempel padanya merupakan elemen yg tidak struktural. Bahan- bahan yg dapat dipakai pada struktur ini adalah kayu, baja, beton atau lain-lain bahan yg tahan terhadap gaya tarik, tekan, punter, dan lentur. Umtuk masa kini banyak digunakan baja dan beton yg mampu menahan gaya-gaya tsb dalam skala besar.

3. Beam Grid and Slab System

Struktur balok grid terdiri atas balok-balok yang saling bersilangan, dengan jarak yang relatif rapat, yang menumpu pelat atas yang tipis. Sistem ini dimaksudkan untuk mengurangi berat sendiri pelat, sehingga lendutan dari pelat yang besar dapat dikurangi. Sistem ini dinilai efisien untuk bentangan besar dan juga dapat didesain sesuai selera.

a) Struktur Plat

(1) Struktur Plat Satu Arah

Beberapa hal perlu menjadi perhatian dalam pembahasan struktur plat satu arah, yaitu:

Beban Merata

Struktur plat berperilaku hampir sama dengan struktur grid. perbedaannya adalah bahwa pada struktur plat, berbagi aksi terjadi secara kontinu melalui bidang slab, bukan hanya pada titik- titik tumpuan. Plat tersebut dapat dibayangkan sebagai sederetan jalur balok yang berdekatan dengan lebar satu satuan dan terhubung satu sama lain di seluruh bagian panjangnya.

Beban Terpusat

Plat yang memikul beban terpusat berperilaku lebih rumit. Plat tersebut dapat dibayangkan sebagai sederetan jalur balok yang berdekatan dengan lebar satu satuan dan terhubung satu sama lain di seluruh bagian panjangnya. Karena adanya beban yang diterima oleh jalur balok, maka balok cenderung berdefleksi ke bawah. Kecenderungan itu dikurangi dengan adanya hubungan antara jalurjalur tersebut. Torsi juga terjadi pada jalur tersebut. Pada jalur yang semakin jauh dari jalur dimana beban terpusat bekerja, torsi dan geser yang terjadi akan semakin berkurang di jalur yang mendekati tepi plat. Hal ini berarti momen internal juga berkurang. Jumlah total reaksi harus sama dengan beban total yang bekerja pada seluruh arah vertikal. Jumlah momen tahanan internal yang terdistribusi di seluruh sisi plat juga harus sama dengan momen eksternal total. Hal ini didasarkan atas tinjauan keseimbangan dasar.

Plat Berusuk

Plat berusuk adalah sistem gabungan balok-slab. Apabila slab mempunyai kekakuan yang relatif kaku, maka keseluruhan susunan ini akan berperilaku sebagai slab satu arah, bukan balok- balok sejajar. Slab transveral dianggap sebagai plat satu arah menerus di atas balok. Momen negatif akan terjadipada slab di atas balok.

(2) Struktur Plat Dua Arah

Bahasan atas struktur plat dua arah akan dijelaskan berdasarkan kondisi tumpuan yang ada, yaitu sebagai berikut:

- Plat sederhana di atas kolom

- Plat yang ditumpu sederhana di tepi-tepi menerus

- Plat dengan tumpuan tepi jepit menerus

- Plat di atas balok yang ditumpu kolom

b) Struktur Grid

Pada struktur grid, selama baloknya benar-benar identik, beban akan sama di sepanjang sisi kedua balok. Setiap balok akan memikul setengah dari beban total dan meneruskan ke tumpuan. Apabila balok-balok tersebut tidak identik maka bagian terbesar dari beban akan dipikul oleh balok yang lebih kaku. Apabila balok mempunyai panjang yang tidak sama, maka balok yang lebih pendek akan menerima bagian beban yang lebih besar dibandingkan dengan beban yang diterima oleh balok yang lebih panjang. Hal ini karena balok yang lebih pendek akan lebih kaku. Kedua balok tersebut akan mengalami defleksi yang sama di titik pertemuannya karena keduanya dihubungkan pada titik tersebut. Agar defleksi kedua balok itu sama, maka diperlukan gaya lebih besar pada balok yang lebih pendek. Dengan demikian, balok yang lebih pendek akan memikul bagian beban yang lebih besar. Besar relatif dari beban yang dipikul pada struktur grid saling tegak lurus, dan bergantung pada sifat fisis dan dimensi elemen-elemen grid tersebut. Pada grid yang lebih kompleks, baik aksi dua arah maupun torsi dapat terjadi. Semua elemen berpartisipasi dalam memikul beban dengan memberikan kombinasi kekuatan lentur dan kekuatan torsi. Defleksi yang terjadi pada struktur grid yang terhubung kaku akan lebih kecil dibandingkan dengan defleksi pada struktur grid terhubung sederhana.

C. Vector Active Structure System

1. Flat Truss System (rangka batang bidang)

Susunan elemen-elemen linear yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga yang secara keseluruhan berada di dalam satu bidang tunggal.

2.Curved Truss System

Merupakan kombinasi dari struktur rangka batang rata yang membentuk lengkungan. Sistem struktur rangka bentang lengkung ini sering disebut juga sistem fame work. Sistem ini dapat mendukung beban atap smpai denganbentang 75 meter, seperti pada hanggar bangunan pesawat, stadion olah raga, bangunan pabrik, dll.

3. Space Truss System (rangka batang ruang)

Susunan elemen-elemen linear yang membentuk segitiga atau kombinasi segitiga yang secara keseluruhan membentuk volume 3 dimensi (ruang).Sering disebut juga sebagai space frame.

Space frame  atau sistem rangka ruang adalah sistem struktur rangka tiga dimensi yang membentang dua arah, di mana batang-batangnya hanya mengalami gaya tekan atau tarik saja. Sistem tersebut merupakan salah satu perkembangan sistem struktur batang.

Struktur rangka ruang merupakan susunan modul yaang diatur dan disusun berbalikan antara modul satu dengan modul lainnya sehingga gaya-gaya yang terjadi menjalar mengikuti modul-modul yang tersusun. Modul ini satu sama lain saling mengatkan, sehingga sistem struktur ini tidak mudah goyah.

D. Surface Active Structure System

1.Prismatic Folded Structure System

Struktur bidang lipat merupakan bentuk struktur yang memiliki kekakuan satu arah yang diperbesar dengan menghilagkan permukaan planar sama sekali dan membuat deformasi besar pada pelat sehingga tinggi struktural pelat semakin besar.

Karakteristik suatu struktur bidang lipat adalah masing- masing elemen pelat berukuran relatif rata (merupakan sederetan elemen tipis yang saling dihubungkan sepanjang tepinya).

Struktur bidang lipat akan mengusahakan sebanyak mungkin material terletak jauh dari bidang tengah stuktur. Elemen pelat lipat ini mempunyai kapasitas pikul beban besar hanya jika tekuk lateral daerah yang tertekan dapat dicegah sehingga daerah tekan pada setiap pelat akan selalu dapat dikekang pelat sebelahnya.

Bentuk bidang lipat mempunyai kekuatan yang lebih besar dari bidang datar karena momen energinya lebih besar.

2.Pyramidal Folded Structure System

Bentuk piramidal yaitu bentuk lipatan yang  terdiri dari bidang lipatan yang berbentuk segitiga.

3.Rotational Shell System

Rotational Shell System adalah bidang yang diperoleh bilamana suatu garis lengkung yang datar diputar terhadap suatu sumbu. Shell dengan permukaan ratisional dapat dibagi tiga yaitu, Spherical Surface, Elliptical Surface, Parabolic Surface.

4.Anticlastic Shell System

Struktur bidang  lengkung rangkap berbalikan merupakan suatu bentuk pelana dengan arah lengkungan yang berbeda pada setiap arahnya. Struktur bidang lengkung rangkap berbalikan dapat dibagi menjadi beberapa macamtipe.

Share this post